管道光缆

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由光纤的温度特性和机械特性可知光纤必须制 作成光缆才能使用。光缆线路在长期使用中, 必须经受敷设安装和长期维护运用的考验。
① ② ③ ④ 便于施工和维护
1. 光缆结构
光缆由缆芯、加强件和护层组成。 (1)缆芯 (被覆光纤/纤芯) 缆芯主要是被覆光纤(芯线),它可分为单芯
和多芯两种。
① ②
两种保护结构
如果光纤线路的色散为零,FWM的干扰就会 十分严重;如果有微量色散,FWM干扰反而 还会减小。针对这一现象,科学家们研制了一 种新型光纤,即非零色散光纤(NZ-DSF)。
G. 655 非零色散光纤
非零色散光纤实质上是一种改进的色散移 位光纤。
其 零 色 散 波 长 不 在 1.55m , 而 是 在 1.525m 或 1.585m处。
G. 652 标准单模光纤
标准单模光纤是指零色散波长在1.3m 窗口的单模光纤,国际电信联盟(ITU-T) 把这种光纤规范为 G.652 光纤。这属于 第一代单模光纤。
其特点是当工作波长在 1.3m 时,光纤 色散很小,系统的传输距离只受一个因 素,即光纤衰减所限制。
G. 652 标准单模光纤
非零色散光纤举例
AT&T研制的真波光纤(True WaveTM) 美国康宁玻璃公司开发的叶状光纤(Leaf
Fiber) 阿尔卡特的特锐光纤(TeraLightTM) 国内长飞公司的大保实光纤等
全波光纤
0.6 衰减 (dB/km) 0.5
0.4
0.3
全波光纤去掉了 初始(O)波段 1260nm-1360nm
通常情况下,光纤的特性受温度影响不 大;
在温度很低时,损耗随温度降低而增加, 尤其是在温度非常低时,损耗急剧增加。 在高寒地区工作的光缆,应注意到此特 性。
光纤的热胀冷缩
构成光纤的二氧化硅(SiO2)的热膨胀系数很小,在 温度降低时几乎不收缩。而光纤在成缆过程中必须 经涂覆和加上一些其他构件,涂覆材料及其他构件 的膨胀系数较大,当温度降低时,收缩比较严重, 所以当温度变化时,材料的膨胀系数不同,将使光 纤产生微弯,尤其表现在低温区。
另外,由于色散补偿模块的使用,增加了线路 损耗,缩短了中继距离,不适用于DWDM系统。
G. 653 色散移位光纤
G.652光纤的最大缺点是低衰减和零色散不在 同一工作波长上,这不仅使工程应用受到一定 的限制,而且在 1.3 m的光纤放大器开发应用 之前,使不经过光-电转换过程的全光通信无 法实现。
在光纤制作过程中,适当控制掺杂剂的量, 使它大到足以抑制高密度波分复用系统中 的四波混频,小到足以允许单信道数据速 率达到 10Gb/s,而不需要色散补偿。
G. 655 非零色散光纤的特点
消除了色散效应和四波混频效应;
而标准光纤和色散移位光纤都只能克服 这两种缺陷中的一种;
非零色散光纤综合了标准光纤和色散移 位光纤最好的传输特性,既能用于新的 陆上网络,又可对现有系统进行升级改 造,它特别适合于高密度WDM系统的传 输,所以非零色散光纤是新一代光纤通 信系统的最佳传输介质。
耗;但要增加检测器耦合损耗; 为了减小和检测器的耦合损耗,要求纤芯尺寸
和数值孔径要足够小,以使出射光完全落在检 测器上。
为了提高接收机响应速度,降低噪声,则要求 检测器面积小,所以不能采用增大检测器光敏 面的办法来减小耦合损耗。
纤芯尺寸和数值孔径大的光纤,其传输带宽小, 适合于采用发光二级管(LED)的系统。
G.653是在80年代中期开发成功的第二代单模 光纤。它是一种将零色散波长从1.3 m移到 1.55m 的 色 散 移 位 光 纤 (DSF, DispersionShifted Fiber) 。 ITU 把 这 种 光 纤 的 规 范 为 G.653 。
光纤的色散特性
0.500 0.375
标准光纤衰减
标准光纤在1.55m波长的色散不是零,而是正的 17~20ps/(nmkm), 并且具有正的色散斜率,必须在 这些光纤中加接具有负色散的色散补偿光纤,进行 色散补偿,以保证整条光纤线路的总色散近似为零, 从而实现高速率、大容量、长距离的通信。
§4.2 光纤的选择
选择光纤的基本要求: 从发射光源耦合进光纤的光功率最大; 光信号通过光纤传输后产生的畸变最小; 光纤的传输窗口要满足系统应用的要求。
通信光纤的工作窗口
初始波段 扩展波段 短波段 常规波段 长波段 超长波段
工作波段 O
E
S
C
L
U
工作波长 1260~1360 1360~1460 1460~1530 1530~1566 1566~1625 1625~1675 (nm)
O:Original wavelength band E:Extended wavelength band S:short-wavelength band C:Conventional wavelength band L:Long- wavelength band U:Ultralong wavelength band
1385的nm水峰
扩展(E)波段 1360nm-1460nm

短(S)波段 1460nm-1530nm
常规(C)波段 1530nm-1565nm
长(L)波段 1565nm-1625nm
超常(U)波段 1625nm-1675nm
0.2
窗口 O
0.1 1200
1300
E
S CL U
1400
1500
波长 ( nm )
色散补偿光纤
色 散 补 偿 光 纤 (DCF, Dispersion Compensating Fiber)是具有大的负色散光纤。
是针对现已敷设的 1.3m 标准单模光纤而设计的一 种单模光纤。
为了使现已敷设的1.3m光纤系统采用WDM技术, 就必须将光纤的工作波长从1.3m改为 1.55m。
随着温度的降低,光纤的附加损耗逐渐增加,当温 度降至-55℃左右,附加损耗急剧增加。
因此,在设计光纤通信系统时,必须考虑光缆的高、 低温循环试验,以检验光纤的损耗是否符合指标要 求。
2. 光纤的机械特性
目前构成光纤的材料是SiO2,要被拉成125m的细 丝 。 在 拉 丝 过 程 中 , 光 纤 的 抗 拉 强 度 约 为 10 ~ 20kg/mm2。
f3dB,el 0.707 f3db,op
3dB光带宽: 3dB电带宽:
440 f3dB,op Δτ1/ 2 (MHz)
f3dB,el
312 Δτ1/ 2
(MHz)
回顾
2. 光带宽和电带宽的关系?
f3dB,el 0.707 f3db,op
3dB光带宽:
f3dB,op
440 Δτ1/ 2
(MHz)
光缆的结构图
护层
缆芯
(1) 护层 ① 管道光缆护层
钢丝 塑料护套
铝护套
② 直埋光缆护层 水底光缆
塑料护套
管道光缆
皱纹钢套 塑料护套
③ 水底光缆护层
包带
铝铂层 缆芯
直埋光缆
(2) 缆芯 ① 层绞式缆芯 ② 支架式缆芯 ③ 叠带式缆芯 ④ 束管式缆芯
2. 光缆的分类
(1) 按使用场合划分 ①长途光缆 ②市话中继光缆 ③用户光缆 ④配线光缆
3dB电带宽:
312 f3dB,el Δτ1/ 2 (MHz)
3.最大归零比特速率是?
Rb
1 2 Δ τ1/ 2
0.5 Δ τ1/ 2
(Gb/s)
回顾
4. 损耗如何测量? 5. 色散的测量原理? 6. 带宽的测量原理?
由色散移位光纤到非零色散光纤
色散移位光纤在 1.55 m 色散为零,不利于多 信道的 WDM 传输,因为当复用的信道数较多 时,信道间距较小,这时就会发生一种称为四 波混频 (FWM,Four Wave Mixing) 的非线性 光学效应,这种效应使两个或三个传输波长混 合,产生新的、有害的频率分量,导致信道间 发生串扰。
纤,能够满足海底光缆长距离通信的需求。 在1.55m波长附近衰减最小,仅为 0.185 dB/km。 在1.3m波长区域色散为零,但在1.55m波长区域
色散较大,约为 17~20 ps/(nmkm)。
回顾
1. 定量描述色散的主要参数有哪些?
最大时延差 色散系数D()
光纤带宽
回顾
2. 光带宽和电带宽的关系?
衰 减 0.250 (dB/km)
0.125
标准光纤色散 色散平坦光纤
0.000
1300 1400 1500 1600 1700
色散移位 光纤色散
非零色散移 位光纤色散
30
20
10
色散 ps/(nm.km)


(
n
m
)
0 -3.5
-10
色散补偿 光纤色散
-90
G. 654 衰减最小光纤
ITU将一种衰减最小的光纤规范为G. 654光纤。 它是一种可应用于1.55m 波长的纯石英芯单模光
2. 连接器损耗
包括连接器和接头的损耗。 纤芯直径的公差、不圆度和纤芯与包层
同心度误差要尽可能小,以得到最小连 接损耗。 提高光纤的几何精度,要增加制造成本; 增大纤芯尺寸和数值孔径,可以减小几 何公差对连接损耗的不利影响,但与增 大带宽相矛盾。
二、色散和带宽
正确选择光纤类型和工作波长,光纤色散要足够 小,使已调制的光信号以最小畸变通过光纤全长。
G.652 光纤在1.3m波段的损耗较大,约为 0.3 ~ 0.4dB/km ; 在 1.55m 波 段 的 损 耗 较 小 , 约 为 0.2~0.25 dB/km。
色散在1.3m 波段为3.5 ps/nmkm,在1.55m 波段较大,约为20ps/nmkm。
这种光纤可支持用于在1.55m 波段的2.5Gb/s 的 干 线 系 统 , 但 由 于 色 散 较 大 , 若 传 输 10Gb/s 的 信号,传输距离超过50km时,就要求使用价格 昂贵的色散补偿模块。
第4章 光纤和光缆
§4.1 单模光纤及其应用 §4.2 光纤的选择 §4.3 光纤的温度特性和机械特性 §4.4 光缆的结构和种类
§4.1 单模光纤及其应用
单模光纤的种类:
➢ G. 651 标准多模光纤 ➢ G. 652 标准单模光纤 ➢ G. 653 色散移位光纤 ➢ G. 654 衰减最小光纤 ➢ G. 655 非零色散光纤 ➢ 全波光纤 ➢ 色散补偿光纤
长距离高速率海缆系统要选择零色散移位到 1.55m的G.654单模光纤。
波分复用系统要选择色散系数很小、但不为零的 G.655单模光纤,以减小四波混频的影响。
用于城域网的DWDM系统要选择全波光纤。 采用发光管(LED)的系统,要充分考虑材料色散的
影响等。
4.3 光纤的温度特性和机械特性
1. 光纤的温度特性
(2)
光纤材料比较脆,容易断裂,为了使光缆便于承受 敷设安装时所加的外力等,在光缆中需要加一根或 多根加强元件位于中心或分散在四周。
加强元件的材料可用钢丝或非金属的纤维——增强 塑料(FRP)等。
(3) 护层
光缆的护层一般由聚乙烯(或聚氯乙烯)和钢带或铝 带组成。主要是对缆芯起机械保护和环境保护作用, 避免由于外部机械力和环境影响造成对光纤的损坏。 要求有良好的抗压能力和密封性能。
1600
1700
全波光纤
光纤制造商在1380nm 波长附近,把OH离子浓度降到了 10-8以下,消除了(1360~1460nm 波段的损耗峰,使该 波段的损耗也降低到0.3dB/km左右,可应用于光纤通信, 而且色散值也小,所以在相同比特率下传输的距离更长。
全波光纤,就是在光纤的整个波段,从1280nm开始到 1675nm终止,都可以用来通信,与常规光纤相比,全 波光纤应用于DWDM,可使信道数增加50%,这就为 DWDM系统应用于城域网创造了条件。
具体的设计要根据使用条件进行折衷。
一、损耗(衰减)
在选定的波长,衰减要足够小,以使在 满足接收机所要求的光功率的前提下, 使中继距离尽可能大。
设计系统时,要考虑连接器、接头和耦 合器的损耗和系统工作所需的余量。
为此,要正确选择工作波长和光纤类型。
1. 耦合损耗
包括光源耦合损耗和检测器耦合损耗; 纤芯尺寸和数值孔径大,可减小光源的耦合损
如拉丝后立即在光纤表面进行涂覆,抗拉强度可达 400kg/mm2。
这里所说光纤的强度是指抗张强度,当光纤受到的 张力超过它的承受能力时,光纤就将断裂。
对于光纤抗断强度,它和涂覆层的厚度有关,当涂 覆厚度为5~10m时,抗断强度为330kg/mm2。
只有强度符合要求的光纤才能用来成缆。
§4.4 光缆的结构和种类
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