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重新安装浏览器，或使用别的浏览器光纤通信基础知识 ......................................................................................................... 2 1.我国光通信现状 .............................................................................................................. 21.1 我国光通信发展历程 ........................................................................................................... 2 1.2 研发与应用的现状 ............................................................................................................... 42.光纤基础知识 .................................................................................................................. 72.1 光纤的结构 ............................................................................................................................ 7 2.2 光纤的分类 ............................................................................................................................ 7 2.3 光在光纤中传输 .................................................................................................................... 8 2.4 光纤的传输性质................................................................................................................... 12 2.5 光纤标准种类....................................................................................................................... 163.光缆的基本知识 .................................................................................................................... 173.1 光缆的结构 .......................................................................................................................... 18 3.2 光缆的种类 .......................................................................................................................... 18 3.3 光缆的命名规则................................................................................................................... 23 3.4 外界环境对光缆的影响 ...................................................................................................... 25 3.5 光缆的特性参数................................................................................................................... 29 3.6 光缆的安装与维护............................................................................................................... 394.光通信系统的构成 ..................................................................................................... 48光纤通信基础知识1.我国光通信现状光纤通信因其特有的一系列优点， 是目前乃至今后相当的时间内最重要的传输手段， 虽 然目前移动通信，甚至卫星移动通信的热浪再现高潮。在北美，信息量的 80%以上是通过 光纤网来传输的。中国通信网的传输光纤化比例已高达 82%。光纤通信技术的应用基本达 到国际同类水平，自主开发的光纤通信产品也比较接近国际同类产品水平。1.1 我国光通信发展历程我国的光通信起步于 70 年代，其主要的发展历程参见表 0。 表0 年代 1977 年 光纤 第一根阶跃型光纤问世 波长：850nm, 长度 17m 衰减系数 300dB/km 阶跃光纤衰减系数达到 5dB/km(850nm)。 梯度型短波长多模光纤 3~5dB/km(850nm) 即 G.651 光纤 梯度型多模长波长光纤 1dB/km 1300nm 窗口衰减降至 0.48dB/km 1550nm 窗口衰减达到 0.29dB/km 研制出短波长用的激光器 GaAlAs-LD。 光器件 Si-APD （硅雪崩二极管） 通信系统1978 年GaAs-LD （砷化镓激光器）1979 年 1980 年建成 5.7km、8Mb/s 光 通信系统试验段。1981 年研制出长波长用的 InGaAsP-LD 和 PIN 探测器 多模光纤活动连接器进入 实用 研制成功长波长用的激光 器组件和探测器组件 (PIN-FET) 研制出光合波分波器、光耦 合器、光衰减器、滤光器等 无源器件。研制出 34Mb/s 光传输 设备。 研制出 140Mb/s 光传输 设备。1982 年1984 年武汉、天津 34Mb/s 市 话中继光传输系统工程建成(多模) 1985 年 1986 年 1988 年 研制出 1300nm 单模光纤， 衰减达 0.40dB/km 研制出动态单纵模激光器 武汉至荆州、沙市 245km 34Mb/s 架空多 模光缆通信系统工程通 过邮电部鉴定验收 扬州――高邮 4Mb/s 单 模光缆通信系统工程通 过邮电部鉴定验收 合肥――芜湖 140Mb/s 单模光传输系统工程通 过国家鉴定验收。 研制出 G.652 标准单模光 纤，最小衰减达 0.35dB/km。到 1992 年降 至 0.26dB/km 研制出 G.653 色散位移光 纤 最小衰减达 0.22dB/km 研制出掺铒光纤 EDF 研制出可调谐 DFB-LD 和 泵浦源 LD。 FC-PC 陶瓷单模光纤活动 连接器通过邮电部鉴定 上海至无锡 65Mb/s 单 模光传输系统工程通过 邮电部鉴定验收该 工程的建成，在国内外 产生了重大影响，对此 后“巴统”的解散起到一 定的“催化”作用 成功地研制出 1550nm 分 布反馈激光器(DFB-LD)。1989 年1990 年1991 年研制出 565Mb/s 光传输 设备。1992 年1993 年掺铒光纤放大器的研究上取得突破性进展， 小信号增益达 25dB1995 年 1996 年 1997 年 研制出 G.655 非零色散位 移光纤研制出 STM-1、STM-4 SDH 设备 研制出 STM-16 SDH 设备 研制出应变多量子阱 DFB 激光器，STM-1、STM-4 收/发模块和 STM-16 接收 模块 武汉-咸宁 622Mb/s SDH 双自愈环互连系 统工程通过建设部门初 验。1998 年海口至三亚 5Gb/s 光传 输系统工程通过邮电部 鉴定验收 该工程全长 322km，仅 在万宁设一个中继站， 海口至万宁的中继距离 为 172km，仅在发送机 中使用一个 EDFA 就实 现了这一超长中继 研制出 OADM、OXC 样机 研制出 STM-64 SDH 设备 8×2.5Gb/s DWDM 系 统通过国家验收 IP over SDH 的建议被 ITU-T 确认1999 年中国光通信技术的发展经历使民族光通信事业掌握了光纤、 器件、 系统等各方面的关键 技术，走进了国际光通信的先进行列。特别是在主要技术上，都有自己的特色和创新，如 1B1H 的光线路码型、自己特色的网络管理系统、能构成自愈环的 PDH 设备、自行设计的 全套 SDH 专用芯片、在线升级的 SDH 设备、通过 LAPS 实现的 IP over SDH 等，形成了 自己的知识产权，为进一步发展打下了良好的基础。1.2 研发与应用的现状1.2.1 光纤方面 我国已基本掌握了常规单模和多模光纤的生产技术，包括色散位移单模光纤(G．653 光纤)、非零色散位移单模光纤(G．655 光纤)、大有效面积非零色散位移单模光纤、色散补 偿光纤(DCF)、掺铒光纤、保偏光纤、数据光纤等，并能达到生产水平。对通信用塑料光纤 的制造和特性也进行了深入的研究。 其中以大保实光纤为代表的大有效面积非零色散位移单 模光纤已在工程中应用，其主要特性如表 1 所示。1.2.2 光缆方面 国内有 200 多家光缆厂，每年所用光纤的数量超过 400 万 km。可以生产光缆的种类包 括层绞式、中心管式、骨架式、无金属型、ADSS 和 OPGW、光纤带光缆，带状光缆的芯 数为 288 芯，最高可达 960 芯。虽然光纤光缆的研制仅短短的 20 多年，其应用却已相当普遍。迄今，已敷设光缆长度 超过 100 万 km，包括世界屋脊西藏。在实际网络中，无论是核心网还是接入网，目前主要 应用的还是 G.652 光纤。在核心网中新建线路已开始采用 G.655 光纤，在接入网中已开始 应用光纤带光缆。 1.2.3 器件方面 目前国内自行开发的光通信设备中， 已采用了最先进的光器件和光电器件。 光电器件的 研制在高速激光器、增益开关半导体激光器、量子阱双稳态激光器、掺铒光纤激光器、主动 锁模光纤环形孤子激光器、被动锁模光纤环形激光器、光纤光栅激光器、光收发模块、半导 体光放大器(SOA)、掺铒光纤放大器(EDFA)、增益平坦 EDFA、高增益低噪声 EDFA、掺铒 光纤均衡放大器、DFB-LD 与 EA 型外调制器的集成器件、应用于接入网的单纤收发集成器 件等方面都有显著进展。特别是国产的 EDFA 和光收发模块已在国内普遍推广应用。典型 的 DWDM 用掺铒光纤放大器的特性参数如表 2 所示。常规的光连接器、光隔离器、光准直器、光衰减器（固定衰减器和可变衰减器）、滤光 器和光耦合器等已在批量生产，除满足国内市场需求外，已经出口到欧洲，进入国际市场。 光纤光栅的制作， 以及利用光纤光栅做成各种光器件是目前的热点之一。 我国已研制了光纤 光栅波分复用器、光纤光栅分插复用器、光纤光栅色散补偿器等。此外，在平面光波导器件 的研制上也有新的突破，如聚合物薄膜光波导、极化聚合物光波导、硅基光波导器件、集成 光波导器件等。目前在研制的还有双芯 SC 光纤活动连接器、光纤带光连接器、光环形器、 高速光开关、混合集成光开关等。 1.2.4 光传输设备及系统 STM-1、STM-4、STM-16 的 TM、REG、ADM 等已经大批量生产，除投入国内市场 外，也进入了国际市场。STM-64 已研制成功，进行了 478.8km 的传输实验。DWDM 的研 制进展很快， 除了 4×2.5Gb/s、 8×2.5Gb/s、 16×2.5Gb/s 系统的产品已投放市场， 32×2.5Gb/s 系统正准备建立试验工程。 8×10Gb/s 系统完成了传输实验。 目前正在进行 16×10Gb/s 系统 的研制。 此外， 许多院、 校还开展了光时分复用(OTDM)方面的研究， 所、 4×2.5Gb/s 的 OTDM 已初见成效， 4×10Gb/s 或 8×10Gb/s 的研究也拉开了帷幕。对光纤 CDMA、光 ATM 交换 系统、光孤子传输等的研究也有很大进展。DWDM 的终端设备外，信息产业部武汉邮电科 学研究院已研制出可以上下 4 个波道的光分插复用器 OADM。除了向高速大容量系统发展之外， 在光接入网的研究方面也投入了很大力量。 目前的研 究目标是在尽量使光纤接近用户、综合业务接入、宽带接入、降低成本等方面。例如带 V5 接口的无源光网络（PON）,带 V5 接口的 IDLC、电信业务与广播电视的综合接入、宽带全 业务接入网及降低光接入网的成本等是最主要的课题。用于接入网的 SDH 设备，如紧凑型 STM-1（单板 STM-1）设备已大量投放市场，PON、IDLC 等已有产品提供。目前正在开发 综合宽带光接入系统如 ATM-PON 等，为进一步实现 FTTH 打下基础。 我国的核心网光传输已主要采用 2.5Gb/s 以上的 SDH 系统。部分干线采用 8×2.5Gb/s DWDM 系统。 为进一步满足未来发展的需要， 近两年我国将在长达 3 万 km 的 18 条光缆干 线上主要采用 8×2.5Gb/s 以上的波分复用技术进行扩容改造。许多省内干线正在建设 8×2.5Gb/s 或 16×2.5Gb/s DWDM 系统。省际干线正在进行 4×10Gb/s DWDM（引进设备） 的试验。引进的 32×10Gb/s 系统也将开始试验。 国产的 8×2.5Gb/s 系统已应用于干线工程，如武汉邮电科学研究院的济南-青岛 8×2.5Gb/s DWDM 工程已于 1999 年 5 月 7 日通过终验。五所的广州-汕头 8×2.5Gb/s 也于 2000 年初通过终验。目前已建的 DWDM 系统基本上都是点到点的系统，还没有形成环路， 部分考虑了 SDH 层面上的保护。正在建设的 DWDM 系统已在采用 OADM 环网的方案。 接入网中已较大量采用了光纤接入的方式，包括采用有源光接入 DLC（如以 PDH 或 SDH 为传输平台）和无源光网络（PON）的光纤接入方式，以实现 FTTC、FTTB，为最终 实现 FTTH 打下基础。有的城市已用光纤带光缆敷设了 100 多个光纤环，为全市的光纤接 入化迈出了重要的一步。在广电部门，光纤 CATV 的应用已十分广泛，并主要采用 HFC、 Cable Modem 技术实现广播电视与话音、数据的综合接入。2.光纤基础知识2.1 光纤的结构图 1 光纤结构2.2 光纤的分类按照材料划分： （1） 石英系列光纤：光纤的包层和纤芯使用高纯度的二氧化硅，掺有适量的杂质制成 目前广泛采用的产品 （2） 多组份玻璃纤维：钠玻璃掺杂杂质制成，损耗低，可靠性有待提高。 （3） 塑料包层光纤：纤芯为石英材料，包层为硅树脂。 （4） 全塑光纤：纤芯包层均为塑料，价格低，可靠性有待提高。 塑料光纤是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）制成的。它的 特点是制造成本低廉，相对来说芯径较大，与光源的耦合效率高，耦合进光纤的光 功率大，使用方便。但由于损耗较大，带宽较小，这种光纤只适用于短距离低速率 通信，如短距离计算机网链路、船舶内通信等。目前通信中普遍使用的是石英系光 纤。按照截面上的折射率结构划分 （1） 阶跃型光纤：纤芯中折射率是均匀的。 （2） 梯度型光纤：纤芯的折射率是变化的 按照传输模式划分 （1） 单模光纤(Single Mode Fiber)：一般情况下是阶跃型光纤。中心玻璃芯很细(芯径一 般为 9~10μ m)，外包层为 125μ m 只传输基模的介质波导 （2） 多模光纤(Multi Mode Fiber)：在一定波长下，可以传输多种模式介质波导，可以是 阶跃型、可以是渐变型。多模光纤的中心玻璃芯较粗(50 或 62.5μ m)，包层外直径 125μ m，可传多种模式的光。2.3 光在光纤中传输光纤为什么会像金属导线那样能够传输信号呢？在这里首先我们要清楚光纤到底是什 么东西。光纤为光导纤维的简称，由直径大约为 0.1mm 的细玻璃丝构成。它透明、纤细， 虽比头发丝还细， 却具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构， 它由折射较高的纤 芯和折射率较低的包层组成，通常为了保护光纤，包层外还往往覆盖一层塑料加以保护。光 纤通信就是因为光纤的这种神奇结构而发展起来的以光波为载频， 光导纤维为传输介质的一 种通信方式。 2.3.1 光的全反射图 2 光的全反射 光从水中斜射入空气中时, 部分在界面上反射回水中, 部分进入空气, 折射光线偏离法 线, 折射角大于入射角。增大入射角, 折射角也随之增大, 当入射角增大到一定值 C 时, 折 射角达到 900, 折射光线沿着水面传播。继续增大入射角, 空气中的折射光线消失了, 光全 部反射回水中, 这种现象称为光的全反射。反射回水中的光线同样遵循光的反射定律。 显然，当光从水或玻璃之类介质中斜射入空气中时，才会发生全反射现象。 全反射现象在生活中经常可以遇到， 露珠格外明亮耀眼就是光在水珠内发生全反射的缘 故，美丽的钻石光彩夺目也是全反射的结果。 全反射现象在技术中应用广泛，如图 3 所示。全反射棱镜的横截面是等腰直角三角形， 当光射入棱镜 后，就在直角面或斜面上发生全反射，使光的传播方向改变 900 或 1800。在 潜望镜和双筒望远镜中，常用全反射棱镜来改变光的前进方向。图 3 全反射应用实例 2.3.2 光在光纤中的传输 （1）多模阶跃型折射率光纤中的光传输图 4 多模阶跃型折射率光纤中的光传输图 5 三种光纤主要类型光纤的传输示意图 在多模阶跃型光纤中传输的原理可以借助射线光学理论进行解释。 光在光纤芯中按照直 线传播， 当遇到纤芯和包层的界面上发生反射。 由于包层的折射率 n2 小于纤芯的折射率 n1， 顾存在一个临界角υ c。当光线在界面上的入射角υ 大于υ c 时，将产生全反射现象；当入射 角υ 小于υ c 时，入射光将有一部分反射，而另一部分通过界面进入包层中，经过多次的反 射后，光的能量很快衰减。因此在光纤中只有满足全反射条件时，光才能向前传播。临界角υ c 的大小由光纤的包层与纤芯的折射率来共同决定，即： υ c=arcsin(n2/n1) (1) 从空气中入射到光纤里， 使之发生全反射条件的最大角度， 同样由光纤的包层与纤芯的折射 率来共同决定，即： sinθ max=n1sin(90?-υ c) (2) 2 2 1/2 =(n1 -n2 ) 实际上，光在光纤的全反射远不是射线光学描述的那样简单，上述原理只是便于理解而已。 实际的情况需要电磁场的理论来说明， 因它已超过本讲义的范围， 有兴趣的同学可以参照有 关的参考书。窄脉冲光纤展宽了的脉冲图 6 脉冲变宽示意图 在阶跃光纤中传输的光， 由于入射角的不同导致传输路径是不同的， 从而不同路径的携 带信息的光到达终点的时间是不同的， 会造成对信号的延迟。 如果了光纤的始端输入信号是 一个较窄的脉冲，经过数公里传输后到达光纤终端探测到的脉冲是一个宽度展宽的脉冲(见 图 6)，实际的效果是会导致通信容量的降低。 从射线光学的观点可以分析出多模阶跃光纤中子午光线的最大时延差。 子午光线是处在 子午面（包含光纤轴线的平面）内，经过光纤轴线在周围边界进行全反射的光线。如图 4 所示。假设光纤的长度为 L，则平行光纤轴线的入射光传输的路径是最短的，为 L（即与光 纤的长度相等）；以临界角入射到纤芯和包层界面上的光线传输的距离最长，为 L/sinυ c。 可以得出最大的时延差L sinυ c Δ τ d= c/n1Δ =（n1-n2）/n1 Δ τ d≈Ln1Δ /c 单位长度光纤的最大群时延差Δ τ Δ τ d≈n1Δ /cL c/n1（3）（4） （5）d为（7）其中： Δ ：相对折射率差；c：光速；n1 纤芯折射率；L：光纤长度群时延差限制了阶跃折射率光纤的传输带宽，因而传输的带宽一般小于 200MHz?km。 （2）多模渐变型折射率光纤中的光传输 ① 子午线传输 渐变型（梯度型）光纤的折射率在纤芯中连续变化的，也就是说，适当地选择折射率的 分布形式可以使不同入射角的光线在光纤中传输时间（光程）大致相等，即可大大缩小群时 延差，从而提高传输的容量。渐变型的光纤脉冲展宽可以减小到阶跃型光纤的 1%左右。 群时延差最小的渐变折射率的分布形式是抛物线分布。折射率分布公式表达形式为： n0(1-Δ (r/a)2) n(r)= n2 r&a r&a (8)从射线方程可导出靠近光纤轴线的光子午线传输轨迹： r=r0cos[(2Δ )1/2?(z/a)]+r0’?a?(2Δ )-1/2sin[(2Δ )1/2?(z/a)] (9)可以看出的， 从光纤端面上平行入射的光线或光纤端面上同一点发出的近轴子午线经过一段 距离传输后，又重新汇聚到一点上，也就是说他们有相同的传输时延，有自聚焦性质。见图 7。图 7 抛物线尽轴轨迹 ② 偏射线 除了子午线外多模光纤中还有偏射线， 是不与光纤轴线相交空间射线， 如果从光纤截面 上看去，偏射线的投影是在两个焦散面之间震荡的轨迹。见图 8。（a）阶跃型光纤中的偏射线（b）渐变型光纤中的偏射线图 8 多模光纤中的偏射线 阶跃型光纤外焦散面是纤芯与包层的界面，内焦散面与入射角有关 渐变型光纤外焦散面不一定与纤芯包层的界面重合。 某个角度入射后使得内外焦散面重 合，则形成螺旋线传输，螺旋线不能产生子聚焦现象，因此渐变型光纤仍然存在群时延差。2.4 光纤的传输性质衰减和色散是光纤的两个重要的传输特性。 2.4.1 光纤的损耗 光纤损耗决定着传输系统的传输距离， 光纤损耗大则传输的距离短， 反之传输距离远。 单位是 dB/km。光纤的损耗反映在： （1）纤芯和包层物质的吸收损耗，包括本征吸收和杂质吸收 （2）纤芯和包层的散射损耗，包括瑞利散射损耗以及光纤在强光场作用下诱发的受 激拉曼散射和布里渊散射 （3）光纤表面的随机畸变或粗糙所造成的波到散射损耗 （4）光纤弯曲所产生的损耗 （5）外套损耗 上述的损耗分为两个层面，即：固有损耗机理，这些机理限制了光纤的所能达到的最 小损耗，如本征吸收、瑞里散射损耗等；非固有损耗机理，可以通过改进工艺，提高 材料纯度降低损耗，如杂质的吸收、波导的散射等。 2.4.1.1 光纤材料的固有损耗 （1） 红外吸收（8~12μ m）、紫外吸收(0.7~1.1μ m) 紫外吸收对通信有影响 （2） 瑞里散射吸收 光纤制作过程中材料密度不均匀造成的。 瑞里散射损耗的比例因子是工作波长 的 4 次方分之一。因此长波长时损耗的影响较小。实验结果表明瑞里散射的 极限值在波长为 0.63μ m、1.0μ m、1.3μ m 处的损耗分别是 4.8dB/km、 0.8d μ B/km、0.3dB/km。 2.4.1.2 光纤材料的非固有损耗 （1）重要的原因之一是杂质吸收。 光纤中的金属离子、 氢氧根离子都有自己的吸收 峰和吸收波段，从而增加损耗。尤其是氢氧根的振动吸收是造成 0.95μ m、1.24μ m、1.39μ m 处的损耗峰的主要原因。只有使氢氧根离子在光纤中的含 量低于 1?10-9 时，其引起的损耗可以忽略掉。 （2）光纤宏观上引起得不均匀性会引起的损耗波导散射损耗； 输入光很强时造成的 非线性，诱发出的受激拉曼散射、受激布里渊散射也会增加损耗，通过工艺的 控制和入射功率的控制可以在大大减少这种因素引起的损耗。 （3）光纤的弯曲损耗 这种损耗是外界因素造成的损耗， 也是我们在光通信系统维护时特别要注意的 问题。这种损耗的机理可以用图 9 所示的现象解释。当光纤弯曲时，如图（b） 所示，弯曲造成入射角小于全反射临界角，则有一部分光进入到包层中，从而 弯曲给光纤带来光能的损耗。 但是如果在一定的允许的弯曲半径内， 只要满足 全反射条件，弯曲引起的损耗可以忽略不计。例如把 1km 光纤绕在直径约 10cm 的圆筒上，所增加的光能损耗只有万分之几。 弯曲的损耗还产生于光纤成缆的过程中， 如果控制的不好， 会产生很大的附加 损耗。 随着工艺水平的提高， 生产过程中的弯曲损耗已经可以得到了较好的控 制。 施工中的附加损耗只要按照施工规范进行操作安装， 完全可以做到忽略不 计。图 9 光纤的弯曲损耗 2.4.1.3 光纤的谱损耗 在光纤传输损耗指标中， 光纤在一定波长范围内呈现的连续的单位长度的损耗曲线， 叫 做谱损耗或损耗谱，见图 10。常规的三个通信窗口分别是 0.85μ m、1.31μ m、1.55μ m。 常用的光纤的工作波长有短波长 0.85μ m、长波长 1.31μ m 和 1.55μ m。光纤损耗一 般是随波长加长而减小，一般来说： 0.85μ m 的损耗为 2.5dB/km； 1.31μ m 的损耗为 0.35dB/km； 1.55μ m 的损耗为 0.20dB/km， 随着技术的波分复用技术的发展，谱损耗曲线上的名称有了新的叫法。 O 波段：1.29、1.31、1.33、1.35μ m E 波段：1.38、1.40、1.42、1.44μ m S 波段：1.47~1.52μ m C 波段：1.525~1.56μ m L 波段：1.565~1.625μ m 目前的 S、L、C 波段间的间隔 20nm，今后会达到 0.8nm。 典型的光纤的谱损耗见图 11。图 11 单模光纤的谱损耗2.4.1.4 无水峰光纤 朗讯公司 发明的全波光纤 AllwaveFiber 消除了常规光纤在 1385nm 附近由于氢氧根离子造 成的损耗峰，损耗从原来的 2dB/km 降到 0.3dB/km，这使光纤的损耗在 nm 都趋于 平坦。 其主要方法是改进光纤的制造工艺， 基本消除了光纤制造过程中引入的水份。 全波光纤使光 纤可利用的波长增加 100nm 左右，相当于 125 个波长通道 100GHz 通道间隔。全波光纤的损耗 特性是很诱人的，可以传送数以百计的波长通道。当可用波长范围大大扩展后，容许使用波长精 度和稳定度要求较低的光源、合波器。分波器和其他元件，使元器件特别是无源器件的成本大幅 度下降，降低了整个系统的成本。2.4.2 光纤的色散 光纤色散是光脉冲在光纤中经过一定距离传输后出现的脉冲展宽现象。 从射线光学上理 解色散就是群时延差。色散的单位是 ps/nm?km 色散主要分为模式色散、材料色散、波导色散， 或分为模间色散(模式色散)、模内色散（材料色散、波导色散）。 多模梯度型光纤最大群时延时最小的群时延差 Δτ其中： Δ ：相对折射率差；c：光速；n0 纤芯折射率；L：光纤长度min=Ln0Δ 2/（8?c）(10)从上式可见在分布比较理想的条件下梯度光纤的群时延比阶跃型光纤的群时延小Δ /8 倍，但是控制起来非常严格，模式色散引起的群时延仍然存在。 波导色散、 材料色散表现为某一个模式对不同的波长时延有所不同， 在测量上很难分开， 因此统称为模内色散，波导色散与光纤的结构、光源的谱纤宽度有关。 多模光纤的模间色散较大， 这就限制了传输数字信号的频率， 而且随距离的增加会更加 严重。例如：600MB/km 的光纤在 2km 时则只有 300MB 的带宽了。因此，多模光纤传输 的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤的模间色散很小，因而适用于远程通信，但还存在着材料色散和波导色散，这 样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽越窄，稳定性越好。 在 1.31μ m 波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相 等。这就是说在 1.31μ m 波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31 μ m 处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31μ m 波长区就成了光纤通信的一个很理 想的工作窗口， 也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。 1.31μ m 常规单模光纤的主要 参数是由国际电信联盟 ITU－T 在 G652 建议中确定的，因此这种光纤又称 G652 光纤。 2.4.3 单模光纤 光纤通信已经从短波长多模光纤转到长波长单模光纤， 由于单模的色散小更适合高速率 长距离的传输。 对于陆地或海洋光通信系统具有重要的经济意义。 由于单模光纤对各种外界 的微扰及其敏感， 除了通信应用外还在传感技术上有突出的表现。 例如对磁场、 转动、 振动、 加速度、 温度等参量的敏感度很高。 目前成型的高灵敏度的光纤传感器有场强计、 光纤陀螺、 声纳仪、流量计、温度计等，利用光纤的非线性还可以制作成光纤放大器件以及其他测量器 件。 2.4.3.1 单模光纤的传输条件 单模光纤的传输条件是归一化频率 V 小于 2.40483，如式（12）所示： V=(2π a/λ )n0 (2?Δ )1/2≤2.40483 (12)由上式可见，工作波长λ ，纤芯半径 a，相对折射率差Δ ，共同决定单模的传输条件。 在制作光纤过程中，a 和Δ 为已知条件，因此工作波长的选择决定着单模传输的条件。 2.4.3.2 单模光纤的截止波长 截止波长指的是，单模光纤通常存在某一波长，当所传输的光波长超过该波长时,光纤 只能传播一种模式(基模)的光，而在该波长之下,光纤可传播多种模式(包含高阶模)的光。 2.4.3.3 模场直径 反映光在单模光纤中分布的情况的参数。通常是 9~10μ m±10%。 2.4.3.4 单模光纤的结构图 12 单模光纤结构2.5 光纤标准种类目前光纤的工艺水平日益完善，国际电信联盟(ITU-T)依据不同的用途规定了一系列的 建议规范，现汇总如下。 2.5.1 G.652 单模光纤 单模光纤在Ｃ波段 nm 和Ｌ波段 nm 的色散较大，一般为 17~22ps/nm?km，系统速率达到 2.5Gb/s 以上时，需要进行色散补偿，在 10Gb/s 时系统 色散补偿成本较大，它是目前传输网中敷设最为普遍的一种光纤。 2.5.2 G653 色散位移光纤 G.653 色散位移光纤在Ｃ波段和Ｌ波段的色散一般为１～3.5ps/nm?km，在 1550nm 是零色散，系统速率可达到 20Gb/s 和 40Gb/s，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是， 由于其零色散的特性，在采用 DWDM 扩容时，会出现非线性效应，导致信号串扰，产生四 波混频(FWM)，因此不适合采用 DWDM。2.5.3 G.655 非零色散位移光纤 G.655 非零色散位移光纤在Ｃ波段的色散为１～６ps/nm? ， km 在Ｌ波段的色散一般为６～ １０ps/nm?km，色散较小，避开了零色散区，既抑制了四波混频 FWM，可采用 DWDM 扩容， 也可以开通高速系统。 Lucent 公司和康宁公司的 G.655 光纤，分别叫做真波光纤和 SMF-LSTM 光纤。真波光纤 的零色散点在 1530nｍ以下短波长区， 1549nm~1561nm 的色散系数为 2.0~3.0 ps/nm? ； 在 km SMF-LSTM 光纤的零色散点在长波长区 1570nm 附近，系统工作在色散负区，在 1545nm 的色 散值为-1.5 ps/nm?km。新型的 G.655 光纤可以使有效面积扩大到一般光纤的 1.5~2 倍，大有 效面积可以降低功率密度，减少光纤的非线性效应 。国际上陆续又开发出了一系列新型通信单 模光纤，如大有效面积非零色散位移单模光纤包括康宁的 LEAF 和朗讯的 TruewaveXL、低色散 斜率光纤 TurewaveRS、 斜率降低的大有效面积非零色散位移单模光纤、 色散平坦型非零色散位 移单模光纤、以及斜率补偿单模光纤等。 康宁和郎讯还分别推出了 LEAF 和 RS-Truewave 光纤。它们都是第二代的非零色散位移光 纤。 LEAF 光纤将光纤的有效面积 Aeff 从常规的 50μｍ 增加到 72μｍ ，增加了 32%。有效面 积代表在光纤中用于传输的光功率的平均面积，因而大大地提高光纤中非线性效应的阈值。 从 而使系统具有更大的功率传输能力。 它可以承载更大功率的光信号， 这意味着可以实现更多的波 长通道数目、更低的误码率、更长的放大间距和更少的放大器。所有这一切都意味着拥有更大的 容量和更低的成本。 RS-Truewave 光纤的最大优点是色散斜率小，仅为 0.045ps/nm?km。小的色散斜率和色 散系数意味着大的波长通道数目、高的单通道码率，同时它还可以容忍更高的非线性效应。这也 意味着更大的容量和更低的成本。 2.5.4 无水峰光纤色散 朗讯公司 发明的全波光纤 AllwaveFiber 消除了常规光纤在 1385nm 附近由于氢氧根离子造 成的损耗峰，损耗从原来的 2dB/km 降到 0.3dB/km，这使光纤的损耗在 nm 都趋于 平坦。２ ２其主要方法是改进光纤的制造工艺， 基本消除了光纤制造过程中引入的水份。 全波光纤使光 纤可利用的波长增加 100nm 左右，相当于 125 个波长通道 100GHz 通道间隔。全波光纤的损耗 特性是很诱人的， 但它在色散和非线性方面没有突出表现。 它适于那些不需要光纤放大器的短距 离城域网，可以传送数以百计的波长通道。当可用波长范围大大扩展后，容许使用波长精度和稳 定度要求较低的光源、 合波器。 分波器和其他元件， 使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降， 降低了整个系统的成本。 康宁公司的 MetroCorTM 光纤，消除了 1380nm 的水峰，其零色散波长在 1640nm 波长附 近，也对色散特性负色散做了优化，使得其特别适宜于低成本的城域 WDM 系统。σ (ps/nm?km)光 20 纤 色 散01300 nm 1550 nm波长-20图 13 几种典型的单模光纤色散曲线3.光缆的基本知识光纤的材料是 SiO2,是很脆弱的材质，真正用到通信系统中需要进行成缆铠装。光缆不 仅保护了光纤成为通信介质，而且便于运输、施工、安装、抵御外界环境对光纤的侵袭。3.1 光缆的结构目前光缆的种类有很多，常见结构的横断面有以下几种：（a）束管式光缆加强件 光纤带 填充油膏 松套管 阻水油膏 阻水包带 钢塑复合带 聚乙烯护套 金属加强构件 光纤带(b)层绞式光缆（c）带状光缆（d）无金属光缆 图 13 光缆的基本结构填充油膏光缆的基本材料包括： 松套管 （1） 加强件：光缆的脊梁骨，承担着轴向的机械强度。分为中心加强件、铠装加强 件。在机械强度要求较高时两种加强件方式军需要，甚至挤包铜管、钢管、铝 阻水油膏 管等。加强件的形状有圆钢丝、梯形钢丝、多股绞合钢丝等 阻水包带 （2） PBT 松套管：也叫二次被覆，直接保护光纤，与外界的隔离，增加光缆的加工 强度 钢塑复合带 （3） 防水油膏：保护光纤，保护涂敷，第一道隔绝潮气防线，横向纵向阻水 聚乙烯护套 （4） 钢塑复合带或铝塑复合带：横向隔绝潮气，增强横向机械强度，与外护套密贴。 第二道隔绝潮气的防线 （5） 聚乙烯护套：保护钢带隔绝潮气、电气绝缘、使光缆成为稳定的整体等作用。3.2 光缆的种类光缆种类按结构划分：有层绞式、中心束管式、骨架式、带状式、自承式 按照敷设方式划分：管道式、架空式、直埋式、水下式（含海底光缆） 、缠绕式图 14 海底光缆 按照用途划分：室内光缆（含光跳线） 、室外光缆、单模光缆、多模光缆、非金属全塑 光缆（ADSS） 、OPGW、应急光缆等（a）OPGW 缆（b）室内光缆（c）自承式光缆 图 15 其它几种光缆举例随着通信产业的飞速发展， 特别是近些年来互联网及接入网的突飞猛进， 对光纤通信的 要求越来越高，通信带宽不断上升，应用范围不断扩大。虽然 EDFA（掺铒光纤放大器）和DWDM（密集波分复用）的出现，为增加带宽和信道数量创造了一定的机会，但在许多方面仍 有不足，尚需传输介质----光缆的配合。全球光缆需求量近几年每年约有 20％增加，由于 光缆用途十分广泛， 故不同的使用场合对光缆性能及特别提出不同的要求， 因此适应各种需 求的新型光纤光缆不断涌现，从而带动了光纤光缆的发展。另一方面，新工艺、新材料、新 技术的不断开发，又为创造新型光缆提供了坚实的基础。 3.2.1 新型光缆结构 (1) 高纤密度光缆 高纤密度光缆是随着宽带宽应用和光纤到户的需求而发展的， 它敷设在长途通信、 大城 市环网和馈送回路的初始分支中。1991 年日本的 NTT 公司在 FTTH 网中采用了一条 4000 芯 的光缆。直到 1995 年之后，美国市场才出现第一批高纤密度光缆，目前大量生产的高纤密 度光缆为 800-1000 光纤数/根。 美国西康公司撰文指出中心管、 层绞和骨架三类结构光缆可 分成十一种。其中，中心管式和松管层式结构是非金属缆，骨架结构是非铠装缆，中心加强 件为绞合钢丝绳。中心管和层绞结构的额定张力为 2700N 和 4000N，骨架结构的额定张力 范围是 N。 研究和比较了这十一种光缆的基本特征 （如缆的尺寸、 缆重及刚性等） 和性能（如环境、机械及施工性能），得出如下结论：中心管和层绞式光缆，光纤带阵列成 方形时可获得最大密度；骨架式光缆可通过采用增加光纤带芯数来提高密度，例如 SC20 和 SC32 骨架式光缆分别采用的是 8 芯带和 16 芯带，它们的密度分别为 1.61 光纤数/mm （2 次方）和 2.1 光纤数/mm（2 次方），后者是前者的 1.3 倍。 对于芯数在 2000 芯以下的光缆， 缆重与芯数成正比； 2000 芯以上的光缆的缆重却因结构 而 而异，干式缆比一般填充式缆轻。光缆的柔软性在这三者中以骨架式光缆为最优，这是因为 光缆的刚性元件高度集中在缆中心； 而中心管式光缆柔软性最差， 因其加强件移到缆的边缘 处。 光缆的环境性能和机械过侧压、冲击、扭转和低温弯曲等试验表明，骨架式光缆有最好的机 械性能， 其原因在于缆芯结构具有较强的侧压承受能力。 光缆的施工性能是管道孔径对光缆 长度和弯曲半径的要求， 在该性能上中心管式和层绞式光缆优于骨架式光缆。 高装填密度的 中心管式光缆可达 1296 芯，它可敷设在直径 31.7mm 的管孔中，这一点在美国市场非常重 要，因为美国的管孔直径通常是 31.7mm，这也可能是中心管式光缆走红美国市场的原因之 一。 综上所述，就芯数而言，中心管式 864-1296 芯光缆、双层骨架式
芯且外层为 SZ 绞的光缆有着最好的前景；SZ 层绞式光缆以 864 芯以下为好，它有着较好接入性能； 干式缆和高装填密度的中心管式光缆有着明显的优势，它是光缆未来的发展方向。 (2)ADSS 光缆 ADSS 光缆虽然在国内外广泛应用， 但是对其应用特性， 特别是高电场下的表现尚了解 不多。超大芯数带状 ADSS 光缆通常 ADSS 光缆都在 60 芯以下，最近 FITEL Lucent 公司 研制了一种新型光缆，芯数高达 432 芯，每管含 6 条 12 芯光纤带，6 根松套管绕中心加强 件作 SZ 绞合，节距最大为 1.5m。该结构采用 SZ 绞合，利于从光缆中间的分叉接入。缆芯 为干式并少量使用粘滞的阻水化合物，紧密的缆芯结构能提高光缆中各部分之间的耦合能力，防止相对移动。内外护层之间的转矩处均衡地分散着高强度的芳纶纱绳，外层护套为中 密度聚乙烯或抗高电压侵蚀的材料构成， 这种双层护套能提高抗侧压性能。 对这种新型光缆 按相应的标准或标准草案进行了常规质量鉴定试验、增强张力试验和户外架空试验。 a） 常规质量鉴定试验机械试验（按 GR-20 Issue 1）包括高低温弯曲、冲击、侧压、 加载弯曲、扭转、弯曲性能的试验。环境试验（按 GR-20 Issue 1）包括温度循环、 光缆时效、低温、阻水试验。 b） 增强张力试验（按 TR-NWT-001121 Issue 1）反复加载 8 次，每次最大张力达到 光缆的最大额定负载，共 1h，它相当于最坏的敷设情况。结果表明，光缆的最大 应变为 0.15％，光纤最大应变为 0.18％，在最大张力时光纤最大衰耗增加为 0.02dB/km。 c） 户外架空试验这类可靠性试验对 ADSS 缆至关重要，国内基本不做这样的试验， 这很可能留下隐患。 d） 急速振动试验（按 IEEE P1222 草案），其目的是确定光缆在正弦波振动状态下 的性能，特别是在 ADSS 缆的基本频率下的振动性能，此时振动波长为单跨距的 两倍，由跨距、缆长、缆重及张力可算出基本频率。这里振动波频度 f=2.9Hz，峰 -峰值为 20.3cm，共 20h（大约振动 21 万次），光缆所受张力为最大敷设张力的 50％，试验中和试验后光纤最大衰减变化可忽略（＜0.01dB，在 1550nm 时＝， 端头夹持处也无问题。风激振动试验（按 IEEE P1222 草案），f=33.9Hz，它等 效于风速 16.1km/h，振幅为 12.5mm，缆所加张力为最大敷设张力，共做 38 天 （1.1 亿次），试验中和检验后光纤衰减增加可忽略（＜0.01dB，在 1550nm 时 ＝，且无物理损伤。 e） 高温下的端头张力试验，其目的是考查在极端条件下，ADSS 缆的固定端头性能。 试验是模拟太阳光照射，在光缆的一个固定端头进行，将带固定头的光缆穿过一 个特制的开洞封闭盒，固定端头和光缆护套上装有温度传感器，盒内有加热电灯 和风扇，光缆处在最大敷设张力下，60℃、24h。试验中和试验后，光纤最大减 变化＜0.01dB，且光缆固定端不打滑。 极端张力试验，在最大额定光缆负载的 1.5 倍张力下 8h，试验中和试验后光纤最大衰 减≤0.02dB。可见 ADSS 带状光缆检测中，除了进行与架空光缆、电力电缆相似的试验外， 还增加了一些特殊的试验：高温下的张力试验和极端张力下的试验 长跨距、高电压下使用的 ADSS 光缆 古河（巴西）公司开发了一种跨度达 1137m 的 ADSS 光缆，且已使用了一年，应用的 线路电压为 230kV，在 ADSS 光缆上的电压为 28kV。该种缆采用干松管层绞缆芯，填充水 胀材料，此材料不易发生水解，以保证光纤使用寿命。干式缆芯可降低缆重和减小尺寸，其 有内护层，以保护缆芯，并给芳纶加强件一个牢固的支撑基础，芳纶加强件绕在内护层外， 其外层为抗电蚀的材料。 考虑到高温高湿下光纤松套管的水解问题， 选择了抗水解松套管材 料。 此种设计使得在光缆最大伸长时光纤不发生应变， 其关键在于光缆的尺寸和质量要尽可 能的小。 这种 ADSS 光缆的检测项目，除上节介绍的试验外，还增加了灰尘和雾以及在电场和 应力的合并作用下护套的电蚀试验。中国电力研究院有文章指出，在额定 500kV 的高压电 力线下， 也有希望采用 ADSS 光缆， 且新的双回路 500kV 电力线容易找到低感应电压位置。而中国 17000km、500kV 的线路中许多都是单回路，因此不易找到低于 20kV 的感应电压 区，需要研究并采用降低地漏电流的控制器才有可能应用 ADSS 光缆。韩国三星公司提出 了无电压限制的 ADSS 应用，得出解决无电压限制的 ADSS 应用问题的办法是计算出适当 的架设张力和架设位置。 (3)办公楼用新结构光缆 藤仓公司开发了一种用于办公楼的新结构光缆， 其优点是结构成本低， 便于分支和做接 头。单元光缆的结构与武汉邮电科学研究院早年的专利产品----中心束管式光缆非常相近。 中心管中有两个四芯光纤带，管内为干式结构，中心管外为两根细钢丝的无卤阻燃护套，整 个单元外径为 5.2mm。16 单元光缆结构中分内外两层绞合，中心加强件直径为 3.2mm，由 7 根 0.8mm 钢丝绳外加垫层组成，周围绞合五个单元，外层再绞合 11 个单元，内外绞合后 都有固定用的绕包带。10 单元光缆的中心加强件 Φ1.6mm（含 7 根 0.6mm 钢丝），单层 绞合 10 个单元，外面以 1.1mm×0.32mm 内含钢丝的带子绕包固定。这种缆的特点是： a） 易于分支，便于使用各种类型连接器，安装连接省时，可降低大楼内的安装成本。 b） 传输性能和机械性能等于或优于一般室内骨架式光缆。 c） 阻燃性满足 IEC-322-2 要求。 d） 分立的光纤单元可作为室内布线，其性能满足相应使用条件要求。 (4)易弯曲光缆 阿尔卡特公司先后推出两种更为简单易施工的楼内用光缆， 其结构非常简单， 无中心缓 冲管（仅有一个护套层）的中心管式光缆，内孔径 2.0mm，外径 5.5mm，内孔中有≤48 芯 光纤和填充物，护套层内有两根 Φ0.9mm 的 FRP 加强件。该缆由于缆径小，质量轻，可利 用吹入施工法进行敷设，可利用现有管孔，使电信经营者大大降低市区的安装成本。近期推 出的 144 芯半紧套缓冲管光缆，外径为 13mm。它同样具有易弯曲光缆的敷设优点。 其中 12 芯缓冲管尺寸 Φ1.4mm，仅为一般缓冲管的 50％，壁厚 0.2mm，内充油膏。 半紧套管的材料比较柔软，具有低断裂伸长性，半紧套管的可挠性好，可用手指剥离。由于 半紧套管对垂直压力敏感，缆芯不用捆扎，而是用一层护套包起来。缆芯较松，可采用 SZ 绞或螺旋绞合，节距较长，干式，采用水胀材料填充。两侧护套内用玻璃纤维增强塑料棒作 为加强件，也可用金属作为加强件。在缆芯外围可增加芳纶纱，以增加光缆强度。对于小芯 数的这种光缆，直径可降到 2mm。阿尔卡特公司还开发出一种技术，能在光缆外标识 SZ 绞合的反转点，以便进行光缆分接时准确地切口。 (5)双层骨架式光缆 古河公司开发了一种高纤密度可中间分接的骨架式光缆。 其内层为单向螺旋槽骨架， 槽 内为四芯光纤带共 100 芯；外层为 SZ 螺旋槽骨架，槽内为 2 芯光纤带共 128 芯。内层用 于干线，外层用于分配网，内层纤密度比外层高 80％。此光缆肯有良好的传输特性和机械 特性，但此缆工艺繁琐、成本较高，可供长途和分配网共用。 (6)多层挤出非金属多护层光缆Nextrom 公司开发出一种新颖的挤塑机， 可以挤出多层结构， 各层可用不同材料以满足 不同需要， 每层相当于普通的单独挤塑。 锥形挤塑机的主要部件是一个带螺线通道的旋转锥 形螺杆（转子）、两个隔离锥体（定子）和一个简单的模口。每个可生产两层，更多层可通 过增加转子和定子的组合来达到，各层厚度可分别控制，使热塑材料达到最佳工艺状态（有 效的熔融，短滞留时间和对熔体的低剪切力）。此设备非常适宜于制造接入网中应用的非金 属光缆及 OPGW 光缆的缆芯。(7)海底光缆由于近几年国际互联网飞速发展， 海底光缆应用量锐增， 各大光缆厂家都生产了不少海 底光缆。但光缆结构并无多大创新，只是在光纤芯数和光缆长度上有明显的增加。接头技术 及配件更适合新的光缆要求，接续时间快，这些均满足了大容量和新型光纤的要求。3.3 光缆的命名规则3.3.1 型号的组成内容、代号及意义 分型号和规格两大部分组成。型号组成的格式，如下图所示（1）光缆型号组成的格式 型号格式如下图由 5 个部分构成，外护套 护套 结构特征 加强构件 分类◆ 分类的代号 GY------------------通信用室（野）外光缆 ◆ 加强构件的代号 加强构件指护套以内或嵌入护套中用于增强光缆抗拉力的构件。 (无符号)―― 金属加强构件 F-----------------非金属加强构件◆ 缆芯和光缆的派生结构特征的代号 光缆结构特征应表示缆芯的主要类型和光缆的派生结构。当光缆型式有几个结构特征需 要注明时，可用组合代号表示，其组合代号按下例相应的各代号自上而下的顺序排列。D??????????光纤带状结构 (无符号)?????光纤松套被覆结构 J ????????光纤紧套被覆结构 (无符号)?????????层绞结构 X??????缆中心管（被覆）结构 T?????????油膏填充式结构 (无符号)???????干式阻水结构 R???????????充气式结构 C???????????自承式结构 B????????????扁平结构 E????????????椭圆结构 Z????????????阻燃结构◆ 护套的代号Y?????????聚乙烯护套 U?????????聚氨酯护套 S????钢-聚乙烯护套(简称 S 护套) L???????????铝护套 Q???????????铅护套V????????聚氯乙烯护套 A????铝-聚乙烯护套(简称 A 护套) W??? 夹带平行钢丝的钢聚乙烯护套 G???????????钢护套◆ 外护层的代号当有外护层时，它可包括垫层、铠装层和外被层的某些部分和全部，其代号用两组数字 表示（垫层不需表示），第一组表示铠装层，它可以是一位或两位数字，见表 a；第二组表 示外被层或外套，它应是一位数字，见表 b。表 a 铠装层代号 Code 0 2 3 33 4 44 5铠装层 无铠装层 绕包双钢带 单细圆钢丝 双细圆钢丝 单粗圆钢丝 双粗圆钢丝 皱纹钢带表 b 外被层或外套代号 1 2 3 4 5外被层或外套 纤维外被 聚氯乙烯套 聚乙烯套 聚乙烯套加覆尼龙套 聚乙烯保护套（2）光缆规格的构成 光缆的规格是由光纤和导电线芯的有关规格组成 ◆ 光纤数的代号 光缆中同类光纤的实际有效数目用数字表示 ◆ 光纤类别的代号 光纤类别采用光纤产品的分类代号表示，即用大写 A 和 B 分别表示多模光纤和单模光 纤，用数字和小写字母表示不同类别的多模或单模光纤，A――多模光纤，见表 c。表 c 多模光纤 分类代号 Ala Alb Alc 特 征 渐变折射率 渐变折射率 渐变折射率 纤芯直径（μ m） 50 62.5 85 包层直径（μ m） 125um 125um 125um 材 料 二氧化硅 SiO2 二氧化硅 SiO2 二氧化硅 SiO23.4 外界环境对光缆的影响3.4.1 对光缆影响的因素有 （1）温度 （2）各种类型或原因引起的机械力 （3）湿度 （4）周围的腐蚀性物质 （5）周围介质中的氢氧离子 （6）强电磁场 （7）辐射 与传统的通信电缆不同，光缆在很大程度上受 1、2、7 三个因素的影响，这些因素影 响了决定光缆传输特性的参数，改变环境温度会显著影响光缆的衰减系数。 光缆机械测试拉伸、压扁测试系统见下图机械性能测试图对多模光纤， 作用于光纤上的机械力和由此而引起的变形会造成局部损耗增加和场结构 破坏，进而改变光纤的特性。 在单模光纤中， 类似的作用会引起截止波长的改变， 当作用于光纤的力足够大时会引起 附加的散射损耗。 当潮气浸入光缆时会造成破坏光缆强度和外包层均匀性的条件；最终引起散射损托增 加。在潮气长时间作用下，光纤的强度将降低并加速老化。 光缆在介质中的腐蚀是由介质的化学成份决定的， 首先影响光缆的外护套， 当外护套损 坏后，不管其中光纤的情况怎样，光缆即发生故障。 存在于湿汽或周围大气中的水蒸汽里而又渗透到光缆中的氢气影响，在一定的条件下 (在光纤材料中构成 OH 根)明显呈现出损耗的增加．这种现象有时可能是可恢复的，也有的 是不可恢复的(即光缆离开含有氢气的介质后，增加的损耗不会改变)。 光缆有金属护套或供电导线时， 如同一般电缆内一样， 强电磁脉冲对光缆的影响可以在 导体中引起危险电流而使其破坏。 此外还可以在导电元件之间发生电动力影响， 导致光纤机 械损坏。 可以参照研究传统通信电缆的方法来研究导电元件可能受到的破坏。 如果光缆的没有金 属导体，上述的破坏机理就不存在。但这也不意味着这种光缆不受强电磁脉冲的影响。 电磁脉冲对光缆影响的结果和作用机理是一个专门研究课题，已超出本书范围。 对光缆来说， 辐射影响显得更重要。 在这方面应该说光缆比传统通信电缆更容易受到影 响，在辐射影响下光纤的损耗大大地上升，而且这种现象有的是瞬时的，有的是永久的。 在第一种情况下，当辐射终止或辐射降低到某一水平时，损耗又恢复到原始值；在第 二种情况下，停止辐射后损耗值仍停留在比原值大得多的数值上。出现辐射时，其对光纤辐 照的结果会出现杂音，其机理与光纤各段内损耗随时间变化的过程有关。 这些杂音可能是使通信中断的原因，与光纤损耗增大的最终值无关。 3.4.2 温度影响 随着埋深增大，土壤温度变化温度就减小。随着温度变化周期的缩小，在给定埋深处土 壤温度变化的幅度减小。 高质量光纤在-10℃~+40℃温度变化范围内损耗变化不大。这里是指没有微弯的裸光纤 而言的。 实际条件下由于光纤和包层的线性膨胀温度糸数不同，它们在不同程度上(与光纤的包 层形式和其表面状态有关)互相联系着，光纤产生内部应力从而改变折射率。 对于单模光纤，温度对 δ(nl-n2)的影响会改变截止波长，从数量上计算温度改变折射率 热应力出现的影响是很复杂的。但当原始值 NA=0.2 时，数值孔径变化的数据可以说明这种 影响。在实际温度区域内 Δ(NA)≈4%。 由于温度影响的弹性应力不仅发生于有保护层的光纤中， 而且作用于光缆中全部结构元 件上， 各元件的线性膨胀温度系数互相差别很大， 而结构各元件之间的机械联系是很复杂的。 在这种条件下，光缆全部结构的热应变造成光纤内复杂的，难以计算的较大弹性应变。 结果由于散射损耗上升可能显著增大光缆的衰减。 3.4.3 机械力的影响 如前所述，由机械力引起的弹性应变导致截止波长改变，引起附加散射损耗。但是，根 据机械力产生的原因不同，其影响可能是很明显的，但并不相同。产生机械应力的首要原因 是光缆制造工艺过程中不可避免的残留应变，第二个原因是光缆敷设安装过程中产生的应 力，在光缆生产过程中，例如在光纤外加涂覆层(紧套光纤)会在光纤内产生残余应变。在这 道工艺下加热是一个重要因素。加热时，由于光纤和套层材料的线性膨胀温度系数不同，以 及在粘附段都将产生局部的残剩余应力。 另一个原因可能是光纤层绞节距小或者光纤退扭不 够(层绞时必须要退扭)。 光缆长期绕在小于允许直径的盘上也是产生残余应变的一个原因，虽然这种应变不大， 但却沿光缆长度分布。 在光缆敷设时，特别当拖入管道时，由于摩擦力作用到光，缆上，力也就不同程度地传 递到光纤上。 这种应力可能达到使光纤产生残余应变的程度， 甚至在实验场合使光缆整个结 构变形。 光缆使用过程中，土壤冷冻膨胀或不同原因引起的不可预告的位移产生的应力更为重 要。 变形除了影响光缆的衰减和传输特性外，还应考虑会降低光纤的强度。 3.4.4 湿度影响 湿气的影响表现为加速光纤的损坏， 由于光纤外包层表面出现不均匀结构， 使散射功率 增长， 因而衰减增大。 光纤表面的湿气或表面活性物质的水溶液在光纤表面的吸附作用导致 微裂缝形成，并降低光纤强度。因为在机械应力场内扩散过程加快，所以当存在残余应变或 者施加外力时，湿气沿微裂缝的边沿更快地扩散，因而加速了光纤的损坏过程。 可以说，对于现有所有类型的光纤，湿气的浸入都可以使它的强度降低 15―30％(由于 微裂纹扩张)。 在相对干燥的空气中，在非极化介质中当光纤表面做憎水处理后，观察不到上述现象。 顺便指出，湿气可减小光纤弯曲的阻力。 液体腐蚀媒质(如海水、 提高酸性或碱性的液体)的作用也同上述湿气影响相类似。 这 种媒体对光纤的影响我们这里不去研究， 因为这种影响应通过选用材料和光缆结构的方法来 消除。 3.4.5 氢气影响 在大量的有关光纤传输系统信息的使用经验和专门的试验研究工作中引证出了关于氢 对光纤影响的数据。基本上研究了氢在光纤中的渗透过程和这种现象带来的后果 (衰减增 加)。 将被研究的光纤置于含有不同压力， 不同温度和氢浓度不同的大气中。 当光纤在这种媒 介中经受试验后衰减比试验前增大。 在空气中置放数十乃至数百小时(根据氢饱和程度确定)后，衰减减小，并渐渐回复到原 始值。光纤在氢中所停留的时间可与衰减恢复的时间相当，并同出现饱和的时间相对应(即 光纤在氢中衰减不再增加)。研究表明，饱和的时间与氢往光纤中渗透的时间是一致的。 该研究是在光纤传输系统中广泛使用的波长 1.3~1.55urn 光纤中进行的。 衰减的最大值 发生在波长＝1.4um 和 1.53urn 区域内。由于氢的存在所引起的衰减机理与所谓基本损耗 有关系； 基本损耗是由于在氢分子频谱的主要谐振频率上及在频谱的接近值上发生的能量吸 收而引起的。OH 根对衰减的影响主要由存在于波长＝1.3～1.5um 区域的吸收频谱来确定。 3.4.6 电离辐射影响 电离辐射分为微粒的和电磁的两种。属于微粒电离辐射的有：中子、质子、电子、α 和 β 粒子以及原子核分出的碎片，χ 射线和γ 射线属于电磁辐射。 基本的辐射效应是位移和电离。 ?位移就是材料的原子从自己的正常状态移到晶体格子内。 此时， 在晶格结构内产生缺陷 (空缺，中心间灌入补充原子、配置)。上述缺陷可呈现出不稳定的、弛张的、在停止辐射后 恢复原始状态的倾向， 它们也可能通过互联而构成更复杂的缺陷。 材料内带有杂质或者晶格 具有固有缺陷时，这种互联更为明显。 ? 用能量小于μ eV 的电子或光子照射物质，将产生最简单的缺陷。在能量较高的中子、 质子和电子的作用下，引起原子迁移，这种迁移引起材料微损坏，且有不可还原的性质。 电离效应以构成电子――离子蒸汽有关的过渡现象出现。 自由电子和被电离的原子数量 的增加可以改变材料的电特性，因为自由电荷载体具有很高的迁移率，在停止照射后，电离 引起的效应{艮快消失，如果载体在该材料很深的能量级上被捕获，它们的密度随着被吸收 的辐射剂量的增加而增加。并长时间地出现这种作用效应。 对于辐射作用最敏感的光缆元件是光纤， 照射的结果一次光参数发生变化； 在很大程度 上是衰减常数的改变。通常用插入衰耗来评价这个变化。 出现插入衰减的机理如下。当辐射作用下，光纤材料内产生造成上述晶格缺陷的位移。 此外，在原材料中已经在有这种缺陷，这些缺陷受到辐射作用便产生导电电子和空穴，它们 互相结合形成所谓染色中心， 因为染色中心在某一部分谱线内吸收光， 在此谱线内不存在材 料自己的吸收，所以就出现了附加衰减，这种附加衰减主要出现在 0.85、1.3、1.4μ m 三个 工作波长上。3.5 光缆的特性参数光缆的特性参数分为光学参数、机械参数、环境参数三个部分。光学参数主要取决于光 纤的特性，以及成缆后关键的“损耗参数” ；机械参数主要是光缆的横向、纵向、屈绕、 冲击等方面的强度表现， 以保证施工中或今後运行之中承受应力释放的能力、 检验成缆工艺 的水平；环境参数主要反映了成缆的工艺、在恶劣环境下（高低温、腐蚀性、白蚁、老鼠） 的耐受能力。光缆的参数还与用途的要求有关系，海缆的参数、管道光缆、架空光缆、直埋 光缆等均不完全相同。 典型的参数举例如下： 光光缆样品缆应用特点类型： GYSTA 层绞式铝塑粘结护层（LAP）光缆 特点： 允许拉力 允许压扁力 使用方式 N/100mm 架空、管道允许弯曲半径 10 倍光缆外径类型： GYSTC 层绞式钢塑粘结护层（LAP）光缆 特点： 允许拉力 允许压扁力 使用方式 N/100mm 架空、管道允许弯曲半径 10 倍光缆外径类型： GYXTS 层绞式钢塑粘结护层（LAP）光缆 特点： 最大拉力 FST3000；FLT1500侧压力 N/10cm FST3000；FLT2000 最小弯曲半径 20 倍光缆外径 光纤类型 多模（62.5,50/125um）单模（9/125um）类型： GYXTW 双钢丝外加强中心束管式光缆 特点： 最大拉力 FST2000；FLT1000侧压力 N/10cm FST1000；FLT600 最小弯曲半径 20 倍光缆外径 光纤类型 多模（62.5,50/125um）单模（9/125um）类型： 单芯室内软光缆 特点： 光缆外径 长期拉伸 光纤类型 2.8 mm 80N 多模（62.5,50/125um）单模（9/125um）动态弯曲半径 20D（D 代表光缆外径）类型： 多芯室内软光缆 特点： 芯数（芯） 长期拉伸 光纤类型 6-48 300N 多模（62.5,50/125um）单模（9/125um）动态弯曲半径 20D（D 代表光缆外径）光纤接头盒终端盒产品展示 型号： 立式光纤接头盒 特点： 使用条件： 相对湿度： 大气压力： 适用光缆： 工作温度：-40℃～+70℃ 不大于 95% 70KPa～106KPa 符合 CB/T11819 和 GB/T7424 规定的光缆 应用特点盘留光纤损耗： 不大于 0.05dB型号： 尾纤型光纤终端盒 特点： 使用条件： 相对湿度： 大气压力： 光介入损耗： 适用光缆： 工作温度：-5℃～+50℃ 不大于 90% 70Kpa～106Kpa 不大于 0.05dB 符合 GB/T11819 和 GB/T7424 规定的光缆光纤跳线产品展示 类型： 单模光纤跳线 特点： 标准插入损耗 标准反射损耗 工作温度 光纤类型 ＜0.2dB ＞-50dB -40℃～+75℃ 9/125um 光纤 应用特点类型： 多模光纤跳线 特点： 标准插入损耗 标准反射损耗 工作温度 光纤类型 ＜0.2dB ＞-50dB -40℃～+75℃ 50/125,62.5/125um 光纤类型： 多模、单模、LC/PC 特点： 拉式连接，快速可靠 体积小、重量轻，可高密度安装 插入损耗低，回波损耗高 采用 1.25 陶瓷插针类型： 多模、单模、MU/PC 特点： 拉式连接，快速可靠 体积小、重量轻，可高密度安装 插入损耗低，回波损耗高 采用 1.25 陶瓷插针类型： 多模、单模、MTRJ 特点： 推拉式连接，快速可靠 标准 MT-RJ 适配器 插入损耗低，回波损耗高 采用 1.25 陶瓷插针类型： 多模、单模、防水尾缆 特点： 可连接各种型号的连接器 采用耐用的防水接头，安装方便、可靠 通用防水，适用于野外恶劣环境 抗拉强度＞100N，接地良好类型： 音响用塑料光纤跳接线(ψ 1mm cord) 特点： 应用光束波长 光纤损耗 有效弯曲半径 连接损耗 655±30nm LED 小于 0.18dB/米 R25mm Q0.5dB类型： 音响用塑料光纤跳接线(ψ 0.98/1mm 芯径) 特点： 应用光束波长 光纤损耗 有效弯曲半径 连接损耗 655±30nm LED 小于 0.25dB/米 R17mm Q0.5dB光纤适配器连接器产品展示 应用特点型号： AFC、FC Type Adaptor 特点： 精确的内芯绝对水平 强度高，低损耗 标准连接损耗不大于 0.15dB型号： ST Type Adaptor 特点： 精确的内芯绝对水平 强度高，低损耗 标准连接损耗不大于 0.15dB型号： SC Type Adaptor 特点： 精确的内芯绝对水平 强度高，低损耗 标准连接损耗不大于 0.15dB类型： FC Type Connector 特点： 尺寸精密――氧化锆内芯性能稳定 高耐久度――符合 NTT 标准 插入衰减标准:≤0.2dB SM 、≤0.5dB MM类型： ST Type Connector 特点： 尺寸精密――氧化锆内芯性能稳定 高耐久度――符合 AT&T-ST 标准 插入衰减标准:≤0.2dB SM 、≤0.5dB MM类型： SC Type Connector 特点： 尺寸精密――氧化锆内芯性能稳定 高耐久度――NTT-SC 标准 插入衰减标准:≤0.2dB SM 、≤0.5dB MM型号 名称 规范GYXTW 型GYXTY 型通信用室(野)外填充式双 通信用室(野)外填充式全塑护 钢丝加强、中心束管式光 套、中心束管式光缆 缆结构光缆芯数(根) 光缆外径(mm) 钢丝数目×直径2-12 11 2×1.52-12 10.2 9×0.8 12×1抗拉力(N)短期 抗 侧 (N/100mm) 压≥1500≥1500≥1000≥1000抗冲击 抗弯曲(动态) 温度特性 重量(Kg/km) 纵向阻水性能5N.m×5 次 20 倍光缆外径5N.m×5 次 20 倍光缆外径-40° ~ +60° 范围内光缆附 -40° ~ +60° 范围内光缆附加损 C C C C 加损耗△ a≤0.1dB/2Km 耗△ a≤0.1dB/2Km 120 100-1401 米高水柱 24h 后 3m 试样无 1 米高水柱 24h 后 3m 试样无水渗 水渗出 出 重量轻， 价格低， 适用于架空、 重量较轻，价格低，挤塑钢丝防腐， 管道敷设 机械强度高，有一定的防弹功能， 适合架空敷设特征型号 名称GYXTY53 型通信用室(野)外填充式全塑护套、钢带铠装光缆 规范结构光缆芯数(根) 光缆外径(mm) 钢丝数目×直径2-12 13 9×0.8 12×1抗拉力(N)短期≥1500抗侧压(N/100mm) 抗冲击 抗弯曲(动态)≥1000 10N.m×5 次 20 倍光缆外径温度特性 重量(Kg/km) 纵向阻水性能-40° ~ +60° 范围内光缆附加损耗△ a≤0.1dB/2Km C C140-260 1 米高水柱 24h 后 3m 试样无水渗出 机械强度高，防鼠害，适用于隧道中或架空敷设特征型号GYXTA53 型名称 通信用室(野)外填充式铝塑护套、钢带铠装直埋光缆 规范结构光缆芯数(根) 光缆外径(mm) 钢丝数目×直径2-12 16 9×0.8 12×1抗拉力(N)短期≥1500≥3000抗侧压(N/100mm) ≥1000 抗冲击 抗弯曲(动态) 温度特性 重量(Kg/km)≥300010N.m×5 次 20 倍光缆外径 -40° ~ +60° 范围内光缆附加损耗△ a≤0.1dB/2Km C C160-300纵向阻水性能1 米高水柱 24h 后 3m 试样无水渗出 直埋敷设特征型号 名称 规范GYSTY53 型GYSTA53 型通信用室(野)外填充式松套 管层绞、双护层光缆通信用室(野)外填充式松套管 层绞、双护层直埋光缆结构光缆芯数(根) 光缆外径(mm)2-144 14.6-20 1×2.2 1×2.52-144 16-24 1×2.2 1×2.5钢丝数目×直径或 7×0.8抗拉力(N)短期 抗 侧 (N/100mm) 抗冲击 抗弯曲(动态) 温度特性 重量(Kg/km) 纵向阻水性能 压 ≥30004,7×1或 7×0.8≥30004,7×1≥3000 10N.m×5 次 25 倍光缆外径≥3000 10N.m×5 次 25 倍光缆外径-40° ~ +60° 范围内光缆附加 -40° ~ +60° 范围内光缆附加 C C C C 损耗△ a≤0.1dB/2Km 损耗△ a≤0.1dB/2Km 280-400 300-6001 米高水柱 24h 后 3m 试样无水 1 米高水柱 24h 后 3m 试样无水渗 渗出 出 适合大芯数任意组合，抗侧压， 适合大芯数任意组合， 抗侧压， 防 防水性能好，适合管道架空敷设 水性能更佳，适合直埋敷设特征GYTS333 松套层绞式水下光缆 金属加强构件、松套层绞填充式、钢-聚乙烯粘接护套、双层细圆钢丝铠装、聚乙烯护套通 信用室外光缆 应用范围 ■适用于长途通信和局间通信 敷设方式 ■水下 适用温度 ■-40℃ ~ + 60℃ 技术参数 ■允许拉伸力：2N，根据使用要求设计。 ■允许压扁力：N，根据使用要求设计GYFTCY 全介质自承式光缆非金属加强构件、松套层绞填充式、聚乙烯护层、自承式通信用室外光缆产品特点可不断电源架设,重量轻、缆径小、减小冰凌、风力对塔架的负荷,跨距大，可达 1000m应用范围适用于高电压输电系统和局间通信敷设方式自承式架空适用温度-40℃ ~ + 70℃技术参数:项目 拉伸应变 压扁 冲击 反复弯曲试验方法 拉力加到最大工作张力 压力大于 2200N/10cm 冲锤重量 450g、冲锤高度 1m、至少 5 次 心轴半径 20D、负载 150N、弯曲次数 30 次 轴向张力 150N、受扭长度 1m、角度 180o 扭转 次数 10 次 -40℃ ~ + 60℃技术指标 光纤无应变、护套无损伤 光纤无应变，护套无损伤 光纤无应变，护套无损伤 光纤无残余附加衰减、护套无损伤扭转光纤无残余附加衰减、护套无损伤温度循环光纤衰减无变化温度老化温度循环实验后，85℃，12h光纤衰减无变化喷雾量：0.4h/m 电场 温度：12-25℃ 电压等级：25KV 时间：1000h雾滴直径： 50-25um 浓度：10g/m 电极距离：625mm 光缆表面任何一点的侵蚀不超过外套 厚度的 50%风力振动有效跨距大于 20m，光缆拉伸到最大安装张力， 单模光纤 1550nm 波长衰减变化不大 振荡 1 亿次 于 1.0dB/kmGYDXTW/GYDTS 光纤带光缆金属加强构件钢-聚乙烯粘结护套全填充型光 纤带光缆技术特点■ 精确的光纤带几何尺寸 ■ 套管具有良好的柔韧性和弯曲性 ■ 精确的余长控制，使光缆具有卓越的机械 性能和 环境性能 ■ 光纤密度高，外径小，接续方便，安装费 用低 ■ 双面涂塑钢带铠装抗压性能优良 金属加强构件 光纤带 填充油膏 松套管 阻水油膏 阻水包带 钢塑复合带 聚乙烯护套 光纤带应用范围■ 适用于区间通信和接入网敷设方式架空、管道纤膏 松套管 加强件 阻水带 钢塑复合带 聚乙烯护套适用温度-50℃ ~ + 70℃技术参数型 号 GYDXTW GYDTS光纤数量（芯）48-64 66-96108-21648-288336-348432-576 25.0-26.5光缆外径（mm） 12.8 190 短期 长期 短期 长期 短期 长期 15.4 220 ≥1500 ≥600 ≥1000 ≥30017.815.5-18.017.5-23.5光缆重量（kg/km） 允许拉力（N） 允许压扁力 （N/100mm） 允许弯曲半径270342-358366-390 ≥3000 ≥1000 ≥3000 ≥1000510-58020 倍光缆直径 10 倍光缆直径 2-4 直埋、管道、架空25 倍光缆直径 12.5 倍光缆直径 2-4 管道、架空交货标准段长（km） 使用标准方式3.6 光缆的安装光缆的安装主要分为管道敷设、直埋敷设、架空敷设、水下敷设等图 16 安装用的牵引环图 17 接头盒中光纤的安装效果图 18 直埋式光缆安装作业场面 光缆安装是预先决定光纤传输系统通信距离和质量的最重要的作业。 在生产过程中、 光 缆线路建设和维护中要进行光纤接续和光缆安装。 光缆有固定安装(常设的)和临时安装(可拆卸的)两种。 固定安装在长期敷设和常设光缆 线路上完成， 而临时安装指的是光缆制造长度不止一次地进行接续和拆卸的移动线路上进行 的安装。 通常光纤接头器是一个用于校准和定位被接续光纤的附件。 同时也是对接头进行机械保护的附件。对接头器的基本要求是：结构简单，过渡损耗小，抗外界机械作用和气候影 响，可靠性好。对可拆卸接头的补充要求是，重复接续时参数不变化。 3.6.1 光缆的安装方法 安装分为固定安装用不可拆卸的接头来完成，临时安装多次使用采用可拆卸的接头。 电弧熔接(对于固定的光缆)和插塞式可拆卸接头(对于活动使用的光缆)得到了广泛的 应用。安装光缆时必须整个地保证接头有很高的防潮性，抗挤压的机械强度，适于长期埋在 地下。目前，各种安装方案得到了发展，列举其中有代表性的几个。 （1）构架法 采用有几根纵向杆的构架来安装光缆， 杆的数量等于所要接续的光纤数。 光纤用上面介 绍过的方法结合。光纤的接头放在硬橡胶板上固定好，使接头 3 不承受纵向拉断作用。图 19构架外面加几层聚乙烯带， 然后套上带胶层的热缩套管 5， 这种套管的优点是加温时会 紧紧地压在接头的锥形部分上。 （2）带加强芯的光缆安装 光缆中有加强芯时，把加强芯直接连接起来，把光纤绕成圈状安排在套管内。这样，施 工维护中发生的拉力都加在了加强芯上。 加在套管两头锥形部分和中间部分的防水材料保护 接头不受潮。圆环保护接头不受压力。20（3）带状光缆的安装 带状光缆的安装用下述方法完成。将带端的光纤裸露出 lcm，如图 21 所示，把带子放 入模型内。光纤端部躺放在有精确槽的部位内。然后往模型内注入可塑性材料。使其包复住 光纤以防止光纤移动。 注入塑料的光纤放置在模子内直到凝固。 凝固的塑料使光纤在带子端 面固定。这些操作之后，带子就准备好了。然后粘结起来，在端面之间的缝隙内注入具有相 应折射率的环氧树脂。图 21（4）光纤电弧熔接 不管是生产过程中还是安装使用时， 光纤熔接是最普遍使用的方法。 熔接法就是将预先 对准中心的两根光纤端面的接触边缘部分加热， 使光纤相互熔合在一起。 能源就是利用两电 极间发生的电弧，气焰、激光。电弧法得到了广泛的应用，因为电弧加热调节简单，野外工 作使用方便。图 22 熔接过程温度的变化 对于熔接装置规定了如下操作程序： 先用不会使光纤熔化的小功率电弧圆整一下光纤的 端面(预熔化)，这个操作是为了避免造成气孔所必需的；为了预防在接连点产生细颈，在熔 接过程中要将两根光纤相对调动；自动预熔合光纤在熔合时调动光纤；为了简单化，光纤中 心校准时进行光学监视，光纤熔合后，准备防护涂层熔接接头平均损耗为 0.1~0.3dB/km， 接点断裂强度不小于光纤本身断裂强度的 70%。 接续损耗基本上是由光纤端面不重合和偏心引起的，所以对光纤外径的公差要求要严 格。还必须使接续过程尽可能地简单，不要求复杂的工具和设备。被接光纤端面应是光滑平 面。 一个非常重要的要求是保证光接触的 高稳定性，也就是要求在温度、湿度变化 和多次接续和拆卸接头时， 参数不受影响。 必须使光纤对周围环境的湿气和腐蚀物 (土地、水和空气)有可靠的防水作用。 当纤芯的标称尺寸相同，折射率分布 也相同时，光纤接续采用光纤端面接合的 方法最为有效，在光缆传轴线路上，由于 光纤接续增加的附加损耗取决于两个参 数，与接续方法有关的参数，其中与光纤 端面处理有关的， 称作外界参数(相对于光 纤)，包括纤芯端面移位，顶端分离，轴心 偏移，光纤端有倾斜角度，菲涅耳反射。 与光纤自身性能有关的参数(相对于光纤) 为内参数，例如芯径、数值孔径、折射率 分布等的偏差作为先决条件的参数， 被接光纤的偏移效应 光纤接续的基本任务是保证端面几何 形状严格的同心度、一致性、端面和光 纤轴要垂直以及端面高度平整。影响光图 23 被接光纤的偏移效应纤接续质量的一些基本因素如图 23 所示。 光缆的安装工艺 光缆的安装过程总的来说有以下各项操作。在要连接的光缆的两端留有一定的富余长 (几米长的光缆，卷成直径不小于 60cm 的环)，把要连接的光缆端头部分重叠地放置在托架 之间的空间中。然后把聚乙烯锥头、圆柱管和热缩管移近并清理好光缆的端头，(图 24)。 从光缆终端剥下长约 0.8m 的护套，把加强元件连接起来并用金属管或扭绞牢牢地压紧 (图 25)。 把光纤展开并留有一定的余量。 在四光纤光缆中把塑料芯柱在靠近端缘处切去。 进一步 用燃烧或机械的、化学的方法除去保护涂层，并准备好要熔接的光纤端头。借助于熔接机来 进行光纤的调准、 压紧和熔接(参见前面)。 用塞有密封填料的热缩管来使光纤的接头隔离并 安放在连接套管中。然后恢复光缆的外护套。图 24图 25图 26图 27光纤接头在市内和长途光缆的连接套管中配置是各不相同的。 在敷设于管道中且没有机械元 件保护的市话网光缆中， 光纤接头放在金属骨架中(图 26)并且共同紧系在中心加强元件上。 也可能采用塑料盒。聚乙烯外护套是用热缩套管来恢复的。热缩套管的作用原理如图 27 中 所示。在温度的作用下热缩管两端紧缩并牢牢地(气密地)紧包在光缆护套上。 干线通信和区内通信的长途光缆直接埋在土壤中， 它们要受到潮湿、 机械力和其他因素 的影响。 在这种情况下， 通常光缆要有强化的金属覆盖层而光纤接头则应有对机械作用和大 气气候影响的可靠保护。 盒子放在聚乙烯内套管中。 外面则为聚乙烯外护套而它们之间的空隙中要灌满防水的填 料(图 28)。所有的接头、套管和锥体连接的地方都用热缩管来密封。装好的套管安放并固定 在托架上。套管的整个剖面式样如图 29 中所示。图 28图 293.6.2 管道敷设 准备工作 （1） 了解地形、地貌；安装前培训；合理安排人力 （2） 牵引环、支架、导轮及其它工具的准备 （3） 管道牵引线，一般用玻璃钢引线导入管孔（4） 支好支架，依据缆盘的直径调整好高度 （5） 在盘长距离内，布好光缆井中的人力 （6） 起始的光缆井的管孔进口处、或出现拐弯的光缆井处配置支架滑轮 （7） 清理好管孔内的垃圾。 敷设工作 （1） 主动放线，均匀牵引，非常重要，尽量降低光缆的附加外力 （2） 统一指挥，步调一致，最好有对讲机，使得光缆均匀受力，尽量不曾缆皮 （3） 按照施工要求，做好盘流（一般 5~10 米） ，为接续工作做好准备。 （4） 转弯的处理一定要符合弯曲半径的要求，并流有一定的余度。 熔接工作 （1） 光缆基本固定，流出熔接的余量，一般为 0.5 米 （2） 剥去被接两端光缆外皮，各自捋出松套管和加强件，依据接头盒的形状留足 固定加强件的长度，并用酒精或丙酮除去油膏及污物。 （3） 打开接头盒的外套， 将两端的光缆串入接头盒内 （包括光缆的纤芯、 加强件） ， 固定好加强件；准备好托盘 （4） 去掉松套管（二次被覆） ，用酒精或丙酮除去油膏，露出彩色裸光纤 （5） 用米勒钳，去除光纤的外涂覆保护套（一次被覆） ，做端面。 （6） 放入自动熔接机中进行熔接。熔接的电流依据光的类型而定。 3.6.3 架空敷设 准备工作 （1）安装前培训；合理安排人力 （2）牵引环、支架、导轮及其它工具的准备 （3）架空线准备、按照要求架好 （4）导引滑轮每隔 20~30 米布设一个 （5）支好支架，依据缆盘的直径调整好高度 （6）光缆在起始杆处穿入导引滑轮， 敷设工作 （1）利用牵引环及导引钢缆，通过牵引机，可将光缆挂到钢索上 （2）按照规范，人工上卡 （3）在杆上跨越时，留出余量，以适应环境变化时引起的伸缩现象 （4）接续时将两个方向等长的光缆尾端同时引导地面上，进行处理 （5）接续完成后，并行绕成 30cm 左右的圈安装到杆上一测的支架上 接续工作 （1）接续工作同上 （2）注意加强件作悬空地线处理 3.6.4 直埋敷设 准备工作 （1） 挖缆沟，深度 1.2m；做好人井（必要时） 。 （2） 安装前培训；合理安排人力 （3） 牵引环、支架及其它工具的准备 （4） 支好支架，依据缆盘的直径调整好高度 敷设工作（1） （2） （3） （4） （5） （6）缆盘放置在盘长中间部位，前半段缆 10m 的距离一字排开顺缆沟放缆 后半段缆顺放在地上将光缆按照 8 字排放； 数人抬着 8 字缆沿沟路进行放线 下沟之前确认清除沟内无坚硬物（石子等） 缆入沟底后，填入细土 20~30cm，在填入其它土 白蚁或鼠类多发地应有防护措施 （或者使用油防护功能的缆或者按照要求排 洒药物） ，注意环境保护 接续工作 （1） 光缆接续同上 （2） 有条件应做好人井，按照规范安装接头盒 （3） 注意防潮 3.6.5 光缆的引入 光缆的引入需要交接箱、终端盒、分配架等。 光缆交接箱适用于光纤接入网中主干光缆与配线光缆接点处的接口设备， 可以实现光纤 的熔接、终端、存贮及调度等功能， 终端盒、分配架主要是将光缆直接分出光纤接口，按照不同的功用进行排列，以便于管 理和与设备转接。光纤接口一般分为 FC、SC、LC 三种适配器，图 30 交接箱举例 图 31 分配架4.光通信系统的构成最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。其中数据源包 括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和 调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有 0.85、 1.31 和 1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器 EDFA 等；而光学接收机则接收 光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。 图 32 是光通信最简系统示意图。图 32 光通信系统最简示意图4.1 数字光纤通信复用技术光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，灵 敏度高、传输质量好。因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。 电发射端机主要任务是 PCM 编码和信号的多路复用。 多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输， 到接收端再用专门的设备将 各路信号分离出来，多路复用可以极大地提高通信线路的利用率。 在光纤通信系统中， 光纤中传输的是二进制光脉冲&0&码和&1&码， 它由二进制数字信号 对光源进行通断调制而产生。 而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、 量化和编码产 生的，称为 PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数 字基带信号，由 PCM 电端机产生。 抽样是指从原始的时间和幅度连续的模拟信号中离散地抽取一部分样值， 变换成时间和 幅度都是离散的数字信号的过程。 抽样所得的信号幅度是无限多的，让这些幅度无限多的连续样值信号通过一个量化器， 四舍五入，使这些幅度变为有限的 M 种（M 为整数），这就是量化。由于在量化的过程中幅 度取了整数，所以量化后的信号与抽样信号之间有一个差值（称为量化误差），使接收端的 信号与原信号间有一定的误差，这种误差表现为接收噪声，称为量化噪声。码位数 M 越多， 分级就越细，误差越小，量化噪声也越小。 编码是指按照一定的规则将抽样所得的 M 种信号用一组二进制或者其它进制的数来表 示，每种信号都可以由 N 个 2 二进制数来表示，M 和 N 满足 M=2N。例如如果量化后的幅值有 8 种，则编码时每个幅值都需要用 3 个二进制的序列来表示。需要注意的是，此处的编码仅 指信源编码，这和后面提到的信道编码是有所区别的。 现以话音为例来说明这个过程。我们知道话音的频率范围是 300～3,400Hz，在抽样的 时候，要遵循所谓的奈奎斯特抽样率，实际中按 8,000Hz 的速率进行抽样。为了保证通话的 质量，在长途干线话路中采用的是 8 位码（28=256 个码组）。这样量化值有 256 种，每一 种量化值都需要用 8 位二进制码编码，那么每一个话路的话音信号速率为 8?8＝64kbps。 奈奎斯特抽样定理： 要从抽样信号中无失真地恢复原信号， 抽样频率应大于 2 倍信号最 高频率。 多路复用技术包括： 频分多路复用 （FDM） 时分多路复用 、 （TDM） 波分多路复用 、 （WDM） 、 码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。图 33 时分复用与频分复用 时分多路复用： 当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时， 可以将使 用信道的时间分成一个个的时间片（时隙），按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每 一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输，所以信号之间不会互相干扰。 频分多路复用： 当信道带宽大于各路信号的总带宽时， 可以将信道分割成若干个子信道， 每个子信道用来传输一路信号。 或者说是将频率划分成不同的频率段， 不同路的信号在不同 的频段内传送，各个频段之间不会相互影响，所以不同路的信号可以同时传送。这就是频分 多路复用（FDM）。图 33 是 TDM 和 FDM 的示意图。 波分多路复用：是 FDM 应用于光纤信道的一个变例。 码分多址（CDMA）：这种技术多用于移动通信，不同的移动台（或手机）可以使用同 一个频率，但是每个移动台（或手机）都被分配带有一个独特的&码序列&，该序列码与所有 别的&码序列&都不相同，所以各个用户相互之间也没有干扰。因为是靠不同的&码序列&来区 分不同的移动台（或手机），所以叫做&码分多址&（CDMA）技术。 空分多址（SDMA）：这种技术是利用空间分割构成不同的信道。举例来说，在一颗卫 星上使用多个天线，各个天线的波束射向地球表面的不同区域。地面上不同地区的地球站， 它们在同一时间、即使使用相同的频率进行工作，它们之间也不会形成干扰。 空分多址（SDMA）是一种信道增容的方式，可以实现频率的重复使用，充分利用频率 资源。空分多址还可以和其它多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如空分? 码 分多址（SD-CDMA）。4.2 光发射端机光发送端机组成如图 34 所示数字信号 线路编码 调制电路 光源 光信号控制电路图 34 光发送端机组成从 PCM 设备（电端机）送来的电信号是适合 PCM 传输的码型，为 HDB3 码或 CMI 码。信号进入光发送机后，首先进入输入接口电路，进行信道编码，变成由&0&和&1&码组成 的不归零码（NRZ）。然后在码型变换电路中进行码型变换，变换成适合于光线路传输的 mBnB 码或插入码，再送入光发送电路，将电信号变换成光信号，送入光纤传输。 线路编码：又称信道编码，其作用是消除或减少数字电信号中的直流和低频分量，以便 于在光纤中传输、接收及监测。大体可归纳为三类：扰码二进制、字变换码、插入型码。 我们知道将一种数据形式转换成适合于在信道上传输的某种电信号形式， 这类技术统称 为调制/解调技术。 码名 单极性脉冲 双极性脉冲 不归零码（NRZ） 归零码(RZ) 曼彻斯特编码 特点 用电压的有、无表示两个二进制数。 用正、负电压分别表示两个二进制数。 是 指在一个码元时间内，电压保持恒定，这种码又称为全宽码。 是指在一个码元的时间内， 非零电压的持续时间小于一个码元的时间即在一个码元的后半部分时间内， 电压总是要归于 零。 利用电平的跳跃来表示&0&或&1& 优缺点 积累直流分量，会损坏电镀层。 可有效抑制直流分量。 续&1&或&0&时，码元不 易区分。 带宽较大 便于提取时钟信号，常用于局域网中。 调制方式：模拟通信可采用调幅、调频、调相等多种调制方式，采用数字调制时，相应 地称为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）；信号只有两种状态的 ASK 称为通断键控（OOK），当前的数字通信系统使用 OOK-PCM 格式，属于强度调制直接检测（IM-DD）通信方式，是通信方式中最简单、最初级的方式。而相干通信系统则可 使用 ASK、FSK 或 PSK-PCM 格式，是复杂、高级的通信方式 光发射机包括以下参数： 发送光功率（dBm） 光谱特性 最大均方根宽度 最大 20dB 跌落宽度 最小边模抑制比（SMSR） 光中继器 目前，实用的光纤数字通信系统都是用二进制 PCM 信号对光源进行直接强度调制的。 光发送机输出的经过强度调制的光脉冲信号通过光纤传输到接收端。 由于受发送光功率、 接 收机灵敏度、光纤线路损耗、甚至色散等因素的影响及限制，光端机之间的最大传输距离是 有限的。 例如，在 1.31μm 工作区 34Mb/s 光端机的最大传输距离一般在 50～70km，140Mb/s 光端机的最大传输距离一般在 40～60km。如果要超过这个最大传输距离，通常考虑增加光 中继器，以放大和处理经衰减和变形了的光脉冲。目前的光中继器常采用光电再生中继器， 即光一电－光中继器，这相当于光纤传输的接力站。如此，就可以把传输距离大大延长。 传统的光中继器采用的是光－电－光(O-E-O)的模式，光电检测器先将光纤送来的非常 微弱的并失真了的光信号转换成电信号，再通过放大、整形、再定时，还原成与原来的信号一样的电脉冲信号。然后用这一电脉冲信号驱动激光器发光，又将电信号变换成光信号，向 下一段光纤发送出光脉冲信号。通常把有再放大(re-amplifying)、再整形（re-shaping）、 再定时（re-timing）这三种功能的中继器称为&3R&中继器。这种方式过程繁琐，很不利于光 纤的高速传输。 自从掺铒光纤放大器问世以后， 光中继实现了全光中继， 通常又称为 1R （re-amplifying） 再生。此技术目前仍然是通信领域的研究热点。下面是 3R 再生向 1R 再生的转变示意图。图 35 3R 再生向 1R 再生的转变4.3 光接收机从光纤传来的光信号进入光接收电路，将光信号变成电信号并放大后，进行定时再生， 又恢复成数字信号。由于发送端有码型变换，因此，在接收端要进行码型反变换，然后将信 号送入输出接口电路，变成适合 PCM 传输的 HDB3 码或 CMI 码，送给 PCM。 在数字通信系统中，光接收机的性能用误码率来衡量。 接收机主要性能参数：接收灵敏度、光接收机的动态范围。 接收机的灵敏度 接收机灵敏度是表征光接收机调整到最佳工作状态时，光接收机接收微弱光信号能力。 在数字接收机中，允许脉冲判决有一定的误差范围。如果接收机将&1&码误判为&0&码，或者 将&0&码误判为&1&码，这就叫 1 个错误比特。如果在 100 个比特中判错了一个比特，则称误 比特率为 1/100，即 10-2。数字通信要求，如果误比特率小于 10-6，则基本上可以恢复原来 的数字信号。如果误比特率大于 10-3，则基本上不能进行正常的电话通信。对于数字光通信 系统来说，一般要求系统的误比特率小于 10-9，即 10 亿个脉冲中只容许发生一个误码。 因此，光接收机灵敏度定义为：在保证达到所要求的误比特率的条件下，接收机所需要的最 小输入光功率。接收灵敏度一般用 dBm 来表示，它是以 lmW 光功率为基础的绝对功率， 或写为其中，Pmin 指在给定误比特率的条件下，接收机能接收的最小平均光功率。例如，在给 定的误比特率为 10-9 时，接收机能接收的最小平均光功率为 1nW（即 10-9W），光接收机 灵敏度为-60dBm。 影响接收机灵敏度的主要因素是噪声，表现为信噪比。信噪比越大，表明接收电路的噪 声越小，对灵敏度影响越小。光接收机灵敏度是系统性能的综合反映，除了上述接收机本身 的特性以外， 接收信号的波形也对灵敏度产生影响， 而接收信号的波形主要由光发送机的消光比和光纤的色散来决定。光接收机灵敏度还与传输信号的码速有关，码速越高，接收灵敏 度就越差。这就影响了高速传输系统的中继距离。速率越高，接收机灵敏度越差，中继距离 就越短。 接收机的动态范围 光接收机前置放大器输出的信号一般较弱， 不能满足幅度判决的要求， 因此还必须加以 放大。在实际光纤通信系统中，光接收机的输入信号将随具体的使用条件而变化。造成这种 变化的原因， 可能是由于温度变化引起了光纤损耗的变化， 也可能是由于一个标准化设计的 光接收机，使用在不同的系统中，光源的强弱不同，光纤的传输距离也不同。这样，传给光 接收机的光功率就不可能一样。 为了使光接收机正常工作，接收信号不能太弱，否则会造成过大的误码。但接收信号也 不能太强，否则会