光纤光缆基础知识培训

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2光纤的基本理论3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4YOFCMD2002.01接入网城域网FTTX光纤长途网光纤应用的网络层次5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特点：ncorenclad光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射，并在光纤中传递下去。芯包层树脂涂覆层光纤的结构和分类6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。7纤芯--高透明材料包层--高透明材料涂敷层--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•SiO28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光纤的分类9按光纤横截面的折射率分布:两种基本类型nn1n2rabnn1n2rab阶跃光纤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，传输特性完全不同光纤的分类10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—色散位移光纤(DSFG.653),非零色散位移光纤(NZ-DSFG.655)光纤的分类11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=4~10m2b=125m适用于：长距离、大容量的光纤通信系统多模光纤传输多个传导模式2a=50/62.5m2b=125m适用于：中距离、中容量的光纤通信系统光纤的分类12按光纤中的传导模式数量分类(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。光纤的分类光纤确定后，工作波长大于截止波长时，为单模光纤13(1)阶跃多模光纤rn1n22a2bn芯径(2a):50μm,62.5μm包层直径(2b):125μm常用光纤14常用光纤(2)渐变折射率多模光纤n1n22a2brn芯径(2a):50μm,62.5μm包层直径(2b):125μm15常用光纤(3)单模光纤(普通)2a2brn芯径(2a):10μm包层直径(2b):125μm16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光缆的构造和制作过程石英系光纤17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18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19光纤拉丝装置示意图20拉丝与涂覆厚度监测预涂覆加热均匀拉丝光纤的制造和光缆的构造光纤的选择松套管的制造缆芯的制造护套的制造充油绞合扎纱收线油膏填充钢/铝纵包挤塑冷却牵引收线挤塑冷却冷却外径检测收线着色光缆生产工艺22实际中，需要成缆保护实用要求：承受力稳定可靠光纤的制造和光缆的构造光缆的构造23结构：缆芯外护层加强件类型：室外室内特种光纤的制造和光缆的构造中心管式层绞式骨架式多用途分支互连海底电力野战军用24填充物外护套介质加强件缓存加强件包带光纤Six-fibercable光纤的制造和光缆的构造光缆中各种材料的作用25光缆材料作用光纤光信号传输加强件提供机械强度纤用油膏光纤纵向阻水松套管保护光纤缆用油膏缆芯纵向阻水覆膜带防水、防潮金属铠装层抗侧压外护套耐磨损、抗侧压特殊材料特殊性能优质光纤和材料是确保：光缆具有良好传输和机械性能的基础。26光纤与松套管的色谱标识识别用全色谱序号１２３４５６７８９１０１１１２颜色蓝桔绿棕灰白红黑黄紫粉红青绿UV光纤光纤油膏松套管缆芯填充物扎纱及填充物中心加强件复合铝带PE护套光缆基本结构特点27根据缆芯形状和纤芯数不同，光缆可以分为三种基本结构：光缆基本结构层绞式中心管式骨架式光纤位于中心管的中心若干根松套管绕中心加强件形成缆芯光纤带放置在骨架槽内容纳光纤芯数≤12芯，144芯≤144芯，720芯几十上百至数千芯28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。29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30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。31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32光纤传输性能之一-------巨大的带宽（容量）33光纤的工作带宽与衰减谱第1窗口第2窗口第5窗口第3窗口第4窗口O-BANDE-BANDS-BANDC-BANDL-BANDU-BAND126013601460153015651625167534光纤传输性能-------衰减（距离）35光纤衰减：衰减系数：单位长度光纤引起的光功率衰减。α=-10log(P出/P入)nα是和波长有关的系数nα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。纤芯芯78微米包层125微米光纤衰减36吸收衰减散射衰减光纤弯曲衰减和接头衰减材料固有吸收杂质吸收瑞利散射光纤结构不完善散射紫外吸收红外吸收氢氧根吸收过渡金属离子吸收光纤衰减衰减的来源37光纤传输性能之三-------色散（速率与距离）38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39光纤色散高速系统色散受限的中继跨距：LC=rc/B2D其中，r：色散指数；B：信道速率；D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)。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传输媒质分类色散系数(ps/nm·km)正色散系数G.655光纤波长λ(nm)负色散系数G.655光纤15501310171.1550nm波长区具有最小色散和衰减，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）G.652光纤:大量铺设，传高速信号需色散补偿G.653光纤:1550nm波长区混频严重，不适合DWDM654:截止波长移位的单模光纤。654:截止波长移位的单模光纤。654:截止波长移位的单模光纤。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1.55m窗口的单模光纤。G654光纤：截止波长在1500nm的海底应用单模光纤,又称为最低衰减单模光纤。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。(2003.10提出，2004.5通过)。光纤种类42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：DS.LS+DC.LC=01）特点：小芯径、大负色散，品质因素衡量补偿能力（色散/损耗）。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。色散的补偿方法距离色散43光纤传输性能之四-------PMD（速率与距离）4445PMD的成因内在因素几何尺寸应力应力弯曲扭转外在因素46解决PMD的方法1.内因提高光纤的几何尺寸的制造精度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。光纤类别G.652G.655模场直径，μm8.6-9.5±0.58.0-11±0.5包层直径,μm125±1125±1芯同心误差,μm≤0.8≤0.8包层不圆度,%≤1≤147光纤传输性能之五----非线性效应（容量与距离）48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。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。光纤非线性效应49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50传输距离传输容量光纤性能和品种的演进G.651G.652G.653G.655G.656G.654G.657减小模间色散零色散位移截止零色散位移产生非零色散降低色散斜率减小弯曲半径51光纤名称ITU-T标准IEC标准多模光纤G.651A1a、A1b非色散位移光纤G.652B、G.652DB1.1、B1.3色散位移光纤G.653B2截止波长位移光纤G.654B1.2非零色散位移光纤G.655A、G.655B、G.655CB4弯曲损耗不敏感光纤G.657B6光纤种类52光纤选用技术建议光纤分类核心网城域网接入网A1a、A1b√适用G.652B√可用√适用√可用G.652D√可用√适用G.655√适用√可用G.657√适用531、蝶形入户光纤光缆(俗称皮线光缆，8字缆)。FTTH用户引入线蝶形光缆中含1～4根有涂覆层的二氧化硅系光纤，其类别可以为ITU-TG.657（B6），光纤涂覆层可着色，着色层颜色符合GB6995.2规定的蓝、橙、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红或青绿色，单纤可为本色。2、光缆中的加强构件可为高强度不锈钢钢丝或磷化钢丝的金属加强构件，也可为聚酯芳纶丝或其它合适的纤维束的非金属加强构件，光缆的加强构件为2根，平行对称于光缆中。蝶形入户光缆543、室内外两用蝶形光缆有良好的抗渗水能力，光缆护套以内的所有间隙具有有效的阻水措施，在铝带和普通蝶形光缆之间设有阻水层。阻水层材料可以是吸水膨胀带或阻水纱，也可以是热熔胶，或间隔设置阻水环。4、光缆护套表面会印有运营商字样、供应商名称、产品型号、光纤型号、制造年份、计米长度。蝶形入户光缆55蝶形光缆结构56蝶形光缆产品型号结构型式内容适用范围GJXV金属加强件、PVC护套、室内引入线光缆室内布线GJXFV非金属加强件、PVC护套、室内引入线光缆GJXH金属加强件、低烟无卤护套、室内引入线光缆GJXFH非金属加强件、低烟无卤护套、室内引入线光缆GJYXHA金属加强件、低烟无卤内护套、PAP纵向粘贴外护套、管道式引入线光缆室外（内）管道引入GJYXFHA非金属加强件、低烟无卤内护套、PAP纵向粘贴外护套、管道式引入线光缆蝶形引入光缆按YD/T908的规定划分型式、规格和编制型号。其中，分类代号中增加了符号：GJX——蝶形引入