光纤光缆基础知识培训

主要内容：
光纤的结构和几何光学理论 光纤的制造和光缆的构造 光纤的传输性能 光缆的种类 光缆线路设计规范
新疆通信规划设计院有限31责任公司
光纤传输性能之一
-------巨大的带宽（容量）
32
新疆通信规划设计院有限责任公司
光纤的工作带宽与衰减谱
第1窗口
O-BAND
E-BAND
第2窗口 第5窗 第3窗 第4窗
口
口
口
S-BAND C-BAND L-BAND U-BAND
新疆3通3 信规划设102计6院有限责任1公036司
146 0
153 0
156 5
162 5
167 5
光纤传输性能
-------衰减（距离）
34
新疆通信规划设计院有限责任公司
光纤衰减：
光纤衰减
78 微米
纤芯 芯
包层
125 微米
衰减系数：单位长度光纤引起的光功率衰减。
光纤光缆基础知识培训
网络规划设计部 传输专业组：李莉
2010年12月
光纤的基本理论
新疆通信规划设计院有限2责任公司
主要内容：
光纤的结构和几何光学理论 光纤的制造和光缆的构造 光纤的传输性能 光缆的种类 光缆线路设计规范
新疆通信规划设计院有限3责任公司
光纤应用的网络层次
城域网
长途网
光纤
接入网
FTTX
4
新疆通信规划设计院有限责任公司
YOFC MD 2002.01
光纤的结构和分类
光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经复杂的工艺拉制而成。 光纤中心部分(芯Core)＋同心圆状包裹层(包层Clad)＋涂覆层
包层 芯
树脂涂覆层
特点：ncore>nclad 光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射，并
36
新疆通信规划设计院有限责任公司
光纤传输性能之三
-------色散（速率与距离）
37
新疆通信规划设计院有限责任公司
色散分为：色度色散和偏振模色散 色度色散：模式色散、材料色散、波 导色散
38
新疆通信规划设计院有限责任公司
光纤色散
光纤的色散
色度色散系数D()：指光源谱宽和单位长度光纤的色度色散，其单位 是ps/(nm.km)。
多用途 分支
室外
互连
室内
海底
特种
电力
新疆通信规划设计院有限责任公司
野战军用
23
光纤的制造和光缆的构造
外护套 介质加强件
缓存加强件
填充物 光纤 包带
Six-fiber cable
新疆通信规划设计院有限责任公司
24
光缆中各种材料的作用
光缆材料 光纤 加强件
纤用油膏 松套管 缆用油膏 覆膜带 金属铠装层 外护套 特殊材料
新疆通信规划设计院有限11责任公司
适用于：
中距离、中容量的光 纤通信系统
光纤的分类
按光纤中的传导模式数量分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(续)
单模光纤
多模光纤
相对概念: 取决于工作波长、光纤截面折 射率分布、结构参数。
光纤确定后，工作波长大于截止波长时，为单模光纤
新疆通信规划设计院有限12责任公司
常用光纤
(1)阶跃多模光纤
2）应用形式：线性无源器件，理论上可以光纤线路如何位置；但是实际 上 主要用在接收机侧。在10Gbit/s以上的DWDM系统广泛应用。
42
新疆通信规划设计院有限责任公司
光纤传输性能之四
-------PMD（速率与距离）
43
新疆通信规划设计院有限责任公司
44
新疆通信规划设计院有限责任公司
PMD的成因
28
新疆通信规划设计院有限责任公司
层绞式光缆
特点： 1.光缆结构复杂 2.纤芯数选择范围大：2～288芯 3.光缆制造工艺步骤多
29
新疆通信规划设计院有限责任公司
光纤带光缆
特点： 1.光缆纤芯密度高，解决管道拥挤问题； 2.缩短光纤的接续时间； 3.光纤易于识别，连接错误少。
30
新疆通信规划设计院有限责任公司
(2003.10提出，2004.5通过)。
新疆通信规划设计院有限责任公司
色散的补偿方法
色散补偿光纤
通过调整光纤芯折射率分布制造出高负色散光纤（-300ps/nm.km）， 即色散补偿光纤来补偿光纤线路中的正色散的方法。具体补偿原理：
色散
DS.LS+DC.LC = 0
1） 特点：小芯径、大负色散，品质因素衡量距补离偿能力（色散/损耗）。
主要内容：
光纤的结构和几何光学理论 光纤的制造和光缆的构造 光纤的传输性能 光缆的种类 光缆线路设计规范
新疆通信规划设计院有限17责任公司
光纤光缆的制作
用气相沉积法制作具有所需折射 率分布的预制棒（典型预制棒长 1m,直径2cm）
使用精密馈送机构将预制棒以合 适的速度送入炉中加热
成缆--光缆
2. 应 用 ： TrueWave 真 波 光 纤 ( 正 色 散 区的SPM效应有利于传输)；LEAF-大有 效面积光纤（克服非线性效应）
新疆通信规划设计院有限责任公司
光纤种类
多模光纤：工作波长为850nm的LAN用的多模光纤。 G652光纤：最佳工作波长为1310nm的单模光纤：
G652A 、G652B:标准光纤。 G652C、 G652D：低水峰（全波 ）光纤。 G653光纤：零色散波长在1.55m窗口的单模光纤。 G654光纤：截止波长在1500 nm的海底应用单模光纤,又称为最低
零色散波长0：当波导色散与材料色散在某个波长互相抵消，使总的 色度色散趋近于零时，该波长即为零色散波长。
零色散斜率S0：在零色散波长0处色散系数随波长变化的斜率即为S0
高速系统色散受限的中继跨距：
LC =r c/B2D
新疆3通9 信规划设计院其有限中责，任公r：司 色散指数；B：信道速率；D色散
收
合
纱
线
护套
油膏 钢/铝 挤 冷 牵 收
的制造 填充 纵包 塑 却 引 线
新疆通信规划设计院有限责任公司
光纤的制造和光缆的构造
光缆的构造
实际中，需要成缆 保护 实用
要求：
承受力 稳定
可靠
新疆通信规划设计院有限责任公司
22
光纤的制造和光缆的构造
结构：
缆芯 外护层 加强件
类型：
中心管式 层绞式 骨架式
(3) 单模光纤(普通)
n 2b
2a
r
芯径(2a): <10μm 包层直径(2b): 125 μm
新疆通信规划设计院有限15责任公司
光缆的构造和制作过程
石英系光纤
纤芯和包层都用石英作为基本材料， 折射率差通过在纤芯和包层进行不同的 掺杂来实现。
纤芯掺入Ge和P 折射率 包层掺入B 折射率
新疆通信规划设计院有限16责任公司
层绞式
若干根松套管绕 中心加强件形成缆芯
≤144芯， 720芯
骨架式
光纤带放置在骨架槽 内
几十上百至数千 芯
27
新疆通信规划设计院有限责任公司
中心管式光缆
特点： 1.光缆横截面小，重量轻 。 2.松套管位于光缆物理中心，有利于光缆弯曲。 3.松套管中充有防潮油膏，确保防潮和纵向不渗水。 4.光缆中光纤芯数少，最大为12芯。 5.光缆中光纤余长不易控制。
G.652光纤:大量铺设， 传高速信号需色散补偿
传输媒 质分类
G.653光纤:1550nm波 长区混频严重，不适合 DWDM
正色散系数G.655光纤
17 654:截止波长移位的单 模光纤。 色散系数
(ps/nm·km)
1310
1550
波长λ(nm)负色 散系数G.655光 纤
1.1550nm波长区具有最小色散和衰减，
α=-10log(P出/P入)
n α是和波长有关的系数 n α对光纤质量的评定和光纤通信系统的中继
距离的确定起着十分重要的作用。
35
新疆通信规划设计院有限责任公司
衰减的来源
光纤 衰减
吸收衰减
紫外吸收 材料固有吸收
红外吸收
氢氧根吸收 杂质吸收
过渡金属离子吸收
瑞利散射 散射衰减
光纤结构不完善散射
光纤弯曲衰减和接头衰减
2.非线性效应： 效应的增加与光纤的信号强度增加成正比（光 纤的单位面积上的光功率），如四波混频、散 射。
48
新疆通信规划设计院有限责任公司
主要内容：
光纤的结构和几何光学理论 光纤的制造和光缆的构造 光纤的传输性能 光缆的种类 光缆线路设计规范
新疆通信规划设计院有限49责任公司
光纤性能和品种的演进
作用 光信号传输 提供机械强度 光纤纵向阻水 保护光纤 缆芯纵向阻水 防水、防潮
抗侧压 耐磨损、抗侧压
特殊性能
优质光纤和材料是确保：
25
光缆具有良好传输和机械性能的基础。
新疆通信规划设计院有限责任公司
光纤与松套管的色谱标识
识别用全色谱
中心加强件 复合铝带 UV光纤 松套管 光纤油膏 缆芯填充物 扎纱及填充物
衰减单 模光纤 。 G655光纤：在1550nm窗口给定波长区间内色散不为零的色 散位移 单模光纤， 称 为非零色散位移光纤 。
G655A ：单信道光纤(1995) 。 G655B、 G655C ：DWDM光纤(2000.10,2003.1) 。 G656光纤：使用于DWDM 系统S+C+L波带的非零色散位移光纤 。
PE护套
序号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ 颜色 蓝 桔 绿 棕 灰 白 红 黑 黄 紫 粉红 青绿
26
新疆通信规划设计院有限责任公司
光缆基本结构特点
根据缆芯形状和纤芯数不同，光缆可以分为三种基本结构：
中心管式
光纤位于中心管的中 心
容纳光纤芯 数
≤12芯， 144芯
光缆基本结 构
n2 n
2b n1
2a
r
芯径(2a): 50μm, 62.5μm 包层直径(2b): 125 μm
新疆通信规划设计院有限13责任公司
常用光纤
(2)渐变折射率多模光纤
n2 n
2b n1
2a
r
芯径(2a): 50μm, 62.5μm 包层直径(2b): 125 μm
新疆通信规划设计院有限14责任公司
常用光纤
涂敷层 --保护层
包层折射率略小于纤芯
材料： 高纯度 SiO2 掺杂 纤芯： GeO2•SiO2, P2O5•SiO2 包层： B2O3•SiO2
新疆通信规划设计院有限7责任公司
光纤的分类
按光纤横截面的折射率分布分类 按光纤中的传导模式数量分类 按光纤构成的原材料分类 按光纤的套塑层分类
新疆通信规划设计院有限8责任公司
色散位移光纤(DSF G.653), 非零色散位移光纤(NZ-DSF G.655)
新疆通信规划设计院有限10责任公司
光纤的分类
按光纤中的传导模式数量分类
单模光纤 传输单一模式：基模
2a=4~10m 2b=125 m
多模光纤
传输多个传导模式 2a=50/62.5m
2b=125 m
适用于：
长距离、大容量的光纤 通信系统
光纤的分类
按光纤横截面的折射率分布: 两种基本类型
n n1
n2
n n1
n2
a br
阶跃光纤
a
b
r
渐变光纤
纤芯折射率分布均匀,边界突变 纤芯折射率连续变化
不同的折射率分布，传输特性完全不同
新疆通信规划设计院有限9责任公司
光纤的分类
实际上,按照光纤截面折射率分布详细分：
阶跃型光纤 渐变光纤 梯度型光纤(多模光纤) 双包层（W型） 三角分布—
传输容 量
减小弯曲半 径
G.65 7
降低色散斜率
产生非零色散
G.65 5
G.65 6
减小模间色 散
G.65 1
零色散位移G.65 3
G.65 2
G.65 截止零色散位 4 移
新疆5通0 信规划设计院有限责任公司
传输距 离
光纤种类
光纤名称 多模光纤 非色散位移光纤
ITU-T标准 G.651 G.652B、G.652D
在光纤中传递下去。
新疆通信规划设计院有限5责任公司
光纤的结构和分类 光纤的结构
纤芯 ：折射率较高，用来传送光； 包层 ：折射率较低，形成波导效应，与纤芯形成全反射； 涂覆层/保护套 ：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。
新疆通信规划设计院有限6责任公司
纤芯 --高透明材料 包层 --高透明材料
内在因素
几何尺寸
应力
外在因素
应力
弯曲
扭转
45
新疆通信规划设计院有限责任公司
解决PMD的方法
1. 内因
提高光纤的几何尺寸的制造精度
光纤类别 模场直径，μm 包层直径, μm
芯同心误差, μm 包层不圆度,%
G.652 8.6-9.5±0.5
125 ±1
≤0.8 ≤1
G.655 8.0-11±0.5
125 ±1
≤0.8 ≤1
2. 外因
1）减少光缆布放的各种机械应力作用；
2）注意光缆工作环境温度的变化。
46
新疆通信规划设计院有限责任公司
光纤传输性能之五
----非线性效应（容量与距离）
47
新疆通信规划设计院有限责任公司
光纤非线性效应
光纤性能和效应分类 1.线性效应： 效应的增加与光纤长度的增加成正比，如色散、 衰减。
新疆通信规划设计院有限18责任公司
光纤拉丝装置示意图
新疆通信规划设计院有限责任公司
19
光纤的制造和光缆的构造
拉丝与涂覆
均匀拉丝
新疆通信规划设计院有限责任公司
加 热 厚度监测 预涂覆
20
光纤 的选择
松套管 的制造
缆芯 的制造
光缆生产工艺
着 色
充 挤 冷 外径 冷 收 油 塑 却 检测 却 线
绞
扎