光纤光缆知识培训资料

光纤概述
1.光纤发展的阶段
① 第一代光纤通信系统 波长:0.85μm短波长(多模光纤) 传输速率:50-100Mb/s 光纤损耗:2.5-3dB/km
中继距离：10km
② 第二代光纤通信系统 波长：1.31μm（长波长多模或单模光纤） 传输速率:140Mb/s 光纤损耗:0.55-1dB/km 中继距离：20-50km
光纤概述
1. 光纤发展的阶段 ③第三代光纤通信系统
波长：1.31μ m（长波长单模光纤）
传输速率：PDH的各次群 光纤损耗:0.3-0.5dB/km
中继距离：50-100km
④第四代光纤通信系统(现在所用) 传输速率：可达2.5Gb/s
中继距离：80-120km
M）技术是一种可以利用现有光
•
光纤的构造 纤芯主要采用高纯度的SiO2二氧化硅，并掺有少量的掺杂剂，提高纤芯的光折射率n1； 包层也是高纯度的二氧化硅，也掺杂一些掺杂剂，主要是降低包层的光折射率n2； 涂层采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙，增加机械强度和可弯曲性。光缆是多根光纤放在放 在一个松套管内，内冲石油膏和钢丝形成的。海底光缆内还有电源线，主要为中继站的 放大器等提供电源。
2.3光纤的损耗和色散特性 损耗和色散是光纤的两个主要传输特性，他们分别决定 光纤通信系统的传输距离和通信容量。 2.3.1 光纤损耗的概念 光波在光纤中传输时，随着传输的增加光功率逐渐减小 的现象称为光纤的损耗。光纤的损耗用α表示

10 Pi lg L P0
光脉冲
（dB/km)
A
光纤 B L
光源
纤资源彻底解决带宽危机的有效方法。
1.3 光纤通信系统的基本组成 1.3.1 光纤通信系统的基本组成
电信号 光发射机 LD 光纤 光中继器 PIN 光纤 光接收机 电信号
① 光发射机 光发射机，即发端光端机，主要作用是将来自于电 端机的电信号转变为光信号，并将光信号送入到光纤 中传输。 ② 光纤光缆 光纤是光纤通信的传输介质，主要作用是将光信号 由发端传送到收端。
（3）弯曲和微弯曲损耗 ① 弯曲损耗 弯曲半径越大，弯曲损耗越小，一般认为，当弯曲半径 大于10cm时，弯曲损耗可以忽略不计。 ② 微弯曲损耗 微弯曲是由于光纤成缆时产生的不均匀侧压力引起的。 微弯曲使得纤芯和包层的界面出现局部凸凹，从而引起模边 换而产生损耗。
由于V值是一个无量纲参数，又与光波的频率成正比， 因此被称为光纤的归一化频率。V值的大小不仅可以判断一 根光纤是单模传输，而且也决定多模光纤中传输导模的数目。 （3）多模光纤和单模光纤 按照光纤中传输模式数量的多少，光纤可以分为多模光 纤和单模光纤。 ①多模光纤 多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤。多模传 输时光纤的归一化频率V＞2.045，且随着V值的增加，光纤 中传输的模式数也越多。 当前通信用多模光纤的芯径和外径一般为50μm和125μm， 最大相对折射率差△约为1%。
目
录
•光 纤 概 述 •光 纤 结 构 及 分 类 •光 缆 结 构 及 分 类 •光缆线路维护的主要方法
光纤概述
1.1 光纤通信发展概况
光纤通信：以光波为载波，以光导纤维（简称光纤）为 传输介质的一种通信方式。
光纤通信是由光通信逐步发展演变而来。
1.1.1 光通信发展史 烽火台火光—光电话—半导体激光器—玻璃制光导纤维 —石英光纤
式中：Pi、P0-光纤的输入、输出功率； L-光纤的长度； α-每千米光纤的损耗值，单位为dB/km。 光纤的损耗关系到光纤通信系统传输距离的长短，光纤的损耗与波长 的关系曲线即损耗波谱曲线，关系到工作波长的选择。 2.3.1.1 产生光纤损耗的原因 （1）吸收损耗:光纤的吸收损耗主要由紫外吸收、红外吸收和杂质吸收等 构成。由于这些损耗都是由光纤材料本身的特征引起的，故称为光纤的本 征损耗 ① 本征吸收 ② 杂质吸收 （2）散射损耗 ① 瑞利散射损耗:任何材料的内部组分结构都不可能是完全均匀的。由于 光纤材料的内部组分不均匀，产生了瑞利散射，造成了光能量的损耗，它 属于光纤的本征损耗 ② 波导散射损耗:波导散射损耗是由于光纤的不圆度过大造成的，若光纤 制成后沿轴线方向结构不均匀，就会产生波导散射损耗。目前这项损耗已 经降低到可以忽略的程度 ③ 非线性散射损耗
② 模场直径 模场直径也是单模光纤所特有的一个参数。从理论上 讲，单模光纤中只有一种模式（基模）传输，但单模光纤 中的基模场并没有完全集中在纤芯中，有相当部分的能量 存在于包层中。所以不能像多模光纤那样用纤芯直径表示 截面上的传光范围，只能用模场直径来表示。模场直径是 衡量单模光纤横截面上基模场分布的一个物理量。 模场直d是单模光纤产品出厂时必须给出的参数之一。 ITU-T规定，在1.31μm波长上，模场直径的标称值应当在 9-10μm范围内，容差为±1μm。
2.1.1光纤的结构
纤芯直径的直径 单模光纤：8-10μm 包层直径： 125μm
光纤 光纤 一次涂覆层 油膏 缓冲层 二次涂覆层 松套管 一次涂覆层
多模光纤：50μm
(a)紧套光纤
(b)松套光纤
2.1.2光纤的分类
（1）按光纤折射率分布来分
① 阶跃型光纤
② 渐变型光纤
2.1.2光纤的分类
（2）按光纤中传输模式数量来分 ① 多模光纤 多模光纤就是可以传输多个模式的光纤。多模光纤的折 射率分布可采用阶跃型和渐变型，前者称为阶跃型多模光纤， 后者称为渐变型多模光纤。 ② 单模光纤 单模光纤就是只能传输一种模式的光纤。单模光纤只能 传输基模，不存在模式色散，具有比多模光纤大得多的带宽， 故单模光纤使用大容量、长距离传输。
2.1.2光纤的分类
（4）按制造光纤的材料来分 ① 石英光纤 ② 全塑光纤 （5）按ITU-T(国际电信联盟）建议来分 为了使光纤具有统一的国际标准，ITU-T制定了统一的 光纤标准。 ① G.652光纤(常规单模光纤) ② G.653光纤(色散位移单模光纤) ③ G.654光纤(1.55μm性能最佳单模光纤) ④ G.655光纤(非零色散位移单模光纤)
光纤通信的缺点：抗拉强度低、光纤连接困难、光纤怕水
目
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•光 纤 概 述 •光 纤 结 构 及 分 类 •光 缆 结 构 及 分 类 •光缆线路维护的主要方法
2.1光纤的结构和分类
2.1.1光纤的结构 光纤呈圆柱形，由纤芯、包层与涂层三大部分组成
纤 芯
n1 n1>n2 n2
包 层
涂覆层 套塑
光纤结构示意图
多模光纤由于存在模式色散，其带宽较窄，通信容量也 较小，但多模光纤的芯径打，对光纤连接插头和连接器的要 求都不高，使用起来比单模光纤方便，因此广泛用于低码速、 短距离的光通信系统中。 ② 单模光纤 在给定的工作波长上，只能传输一种模式的光纤称为单 模光纤。单模光纤只能传输基模（HE11)模，它不存在模式 色散，因此具有比多模光纤大得多的带宽，有利于高码速、 长距离的传输。 单模光纤的传输条件是： 0＜V ＜2.045 此时，光纤中除基模（HE11模）以外，其余模式均截 止，即可实现单模传输。单模传输时，由于V ＜2.045，因 此，要求光纤的纤芯半径α很小，但α太小，在制作、耦合、 连接上都会造成困难。如果采取小的△，就可容许较大的α， 这也是为什么通信用光纤制成弱导光纤的原因之一。
• 由于光纤中水的吸收峰的存在，早期光纤的传输窗口只有3个，即 850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及l550nm(第三窗口)。近几 年相继开发出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纤)以及S波段窗口 。其中特别重要的是无“水峰”的全波窗口。这些窗口开发成功的巨 大意义就在于从l280nm到1625nm的广阔的光频范围内，都能实现低损 耗、低色散传输，使传输容量几十倍、几百倍上千倍的增长。 从本 质上来说，就是通过尽可能地消除0H离子的“水吸收峰”的一项专门 的生产工艺技术，它使普通标准单模光纤在1385nm附近处的衰减峰， 降到足够低的程度。它消除了光纤玻璃中的0H离子，从而使光纤损耗 完全由玻璃的特性所控制，“水吸收峰”基本上被“压平了，从而使 光纤在1280～1625nm的全部波长范围内部可以用于光通信，拓展了未 来光波复用的工作波长范围。
G.652光纤：在1310nm波长窗口色散性能最佳，是目前应用最广泛 的光纤。 • 在1310nm处，色散小，衰耗大； • 在1550nm处，色散大，衰耗小； G.653光纤：在1550nm波长，衰耗和色散皆为最小值，可实现大容 量长距离传输。因出现四波混频效应(FWM),限制了它在WDM （波分复用）方面的应用。 • 光纤的类型 G.654光纤：1550nm损耗最小光纤，主要用于长再生中继距离的海 底光缆。 G.655光纤：克服了G.652光纤在1550nm处色散受限和G.653光纤在 1550nm处出现四波混频效应的缺陷，适用于WDM系统。WDM 是波分复用系统，是一种可以提高光纤频率带宽利用率的系统
2.2.4 光纤中的模式传输 （1）光纤中的模式 ① 横电波 ② 横磁波 ③ 混合波 （2）光纤的归一化频率 为了表征光纤中所能传播模式数目的多少，引入光纤的一 个特征参数，即光纤的归一化频率，其表示式为：
V 2 a

2 n12 n2
2 a

n1 2
式中：a- 光纤的纤芯半径 λ- 光波的工作波长 n1、n2- 纤芯、包层的折射率 △- 光纤的相对折射差
③ 光接收机 光接收机，即收端光端机，其主要作用是将光纤传送过 来的光信号转变为电信号，然后经进一步的处理在送到接 收端的电端机去。 ④光中继器 光信号在光纤中传输一定距离后，由于受到光纤损耗和 色散的影响，光信号的能量会衰减，波形也会产生失真， 从而导致通信质量恶化。为此，在光信号传输一定距离后 就要设置光中继器，其作用是对衰减了的光信号进行放大， 恢复失真了的波形。
1.3.2 光纤通信系统的分类
① 按传输信号分类 数字光纤通信系统 模拟光纤通信系统 ② 按传输波长分类 短波长光纤通信系统 长波长光纤通信系统 ③ 按光纤传输模式数量分类 多模光纤通信系统 单模光纤通信系统
光纤通信优点\缺点
优点： • 通信容量大 一根光纤同时传输24万个话路，比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出几十乃 至上千倍。 波分复用技术的采用，把一根光纤当作几根、几十根光纤使用，通信容量近乎无 限。 • 中继距离长 光纤具有极低的衰耗系数。目前商用化石英光纤已达0.19dB/km以下，配以适当的 光发送与光接收设备，中继距离达数百公里以上，特别适用于长途一、二级干线 通信。 • 保密性能好，抗干扰能力强 由于光的频率极高，远高于一般的电磁波的频率，而且光波在光纤中传输时只在 其芯区进行，不存在传统的电磁波辐射，因此其保密性能极好，同时也不怕外界 强电磁场的干扰，抗干扰能力强。 • 便于施工和维护 体积小、重量轻。光缆的敷设方式方便灵活。既可以直埋、架空，双可能通过管 道和水底敷设。
G.652B与G.652D光纤简单技术比较
1、G.652B与G.652D光纤简单技术比较 (１)分类
• G.652B为常规单模光纤
• G.652D为低水峰单模光纤，永久地降低水峰处的衰减。 (２)工作波段区别：G.652B:O+C+L；G.652D:O+E+S+C+L
• 单模光纤的光波段划分
• 波段波长范围（nm）O—band1260-1360E—band1360-1460S— band1460-1530C—band1530-1565L—band1565-1625U—band16251675 注：鉴于城域传送网接入层WDM-PON/XG-PON等新产品可能使用E波 段，而G.652B型光纤不具备E波段的传送能力
2.1.2光纤的分类
（3）按光纤的工作波长来分 ① 短波长光纤
短波长光纤的工作波长在0.8μm-0.9μm范围内，具体工作
窗口0.85μm，主要用于短距离、小容量的光纤通信系统中。 ② 长波长光纤(目前常用的)
长波长光纤的工作波长在1.1-1.8μm范围内，有1.31和1.55
Μm两个工作窗口，主要用于长距离、大容量的光通信系统中。 • 光纤的工作波长（工作窗口） 光线路信号在光纤上传送的波长：850nm、1310nm、1550nm。 850nm窗口只用于多模传输 1310nm和1550nm窗口 用于单模传输。