光纤光缆

光纤通信技术及应用一、光纤光缆武汉铁路职业技术学院一、光纤的结构图1-1光纤的结构武汉铁路职业技术学院光纤的结构纤芯位于光纤中心，直径2a为5～75μm,作用是传输光波。包层位于纤芯外层，直径2b为100～150μm,作用是将光波限制在纤芯中。纤芯和包层即组成裸光纤，两者采用高纯度二氧化硅（SiO2）制成，但为了使光波在纤芯中传送，应对材料进行不同掺杂，使包层材料折射率n2比纤芯材料折射率n1小，即光纤导光的条件是n1＞n2。一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为30～150μm。套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯线。武汉铁路职业技术学院光纤的折射率纤芯包层n1n2折射率图1-2光纤的折射率保证光信号在纤芯中传输。武汉铁路职业技术学院■二、光纤的导光原理因为光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。光纤就是利用光的这种全反射特性导光的。图1-3光在阶跃光纤中的传输武汉铁路职业技术学院■三、光纤的分类石英系列光纤（以SiO2为主要材料）按光纤组成材料划分多组分光纤（材料由多组成分组成）液芯光纤（纤芯呈液态）塑料光纤（以塑料为材料）阶跃型光纤（SIF）光纤种类按光纤纤芯折射率分布划分渐变型光纤（GIF）W型光纤单模光纤（SMF）按光纤传输模式数划分多模光纤（MMF）武汉铁路职业技术学院ITU-T建议的光纤分类G.651光纤:渐变多模光纤，工作波长为1.31μm和1.55μm，在1.31μm处光纤有最小色散，而在1.55μm处光纤有最小损耗，主要用于计算机局域网或接入网。G.652光纤：常规单模光纤，也称为非色散位移光纤，其零色散波长为1.31μm，在1.55μm处有最小损耗，是目前应用最广的光纤。G.653光纤：色散位移光纤，在1.55μm处实现最低损耗与零色散波长一致，但由于在1.55μm处存在四波混频等非线性效应，阻碍了其应用。G.654光纤：性能最佳单模光纤，在1.55μm处具有极低损耗（大约0.18dB/km）且弯曲性能好。。G.655光纤：非零色散位移单模光纤，在1.55μm～1.65μm处色散值为0.1～6.0ps/（nm.km），用以平衡四波混频等非线性效应，适用于高速（10Gb/s以上）、大容量、DWDM系统。武汉铁路职业技术学院光缆一般由：缆芯、加强件、填充物和护层等几部分构成的。■四、光缆的结构护层的主要作用是保护缆芯，提高机械性能和防护性能。填充结构用来提高光缆的防潮性能，在光缆缆间空隙中注入填充物，以防止水汽进入光缆。加强构件的作用是增加光缆的抗拉强度，提高光缆的机械性能。将带有涂覆层的光纤再套上一层塑料层，通常称为套塑，套塑后的光纤称为光纤芯线。单芯、多芯。武汉铁路职业技术学院实际使用的光缆分类分类方法光缆种类按所使用的光线分类单模光缆、多模光缆、（阶跃型、渐变型）按缆芯结构划分层绞式、骨架式、大束管式、带式、单元式按外护套结构分类无铠装、钢带铠装、钢丝铠装按光缆中有无金属分类有金属光缆、无金属光缆按维护方式分类充油光缆、充气光缆按敷设方式分类直埋光缆、管道光缆、架空光缆、水底光缆按适用范围分类中继光缆、海底光缆、用户光缆、局内光缆、长途光缆武汉铁路职业技术学院层绞式层绞式光缆的结构，中央部位是加强构件，外部是光缆外护套。松套结构的光纤围绕在加强芯周围。武汉铁路职业技术学院骨架式骨架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是V形、U形或其他合理的形状，槽的纵向呈螺旋形或正弦形，一个空槽可放置5~10根一次涂覆光纤。武汉铁路职业技术学院束管式束管式结构的光缆加强结构在光缆中央，将几根或者几十根光纤制作成缆芯，然后将几个缆芯绞合成光缆。武汉铁路职业技术学院带状式带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带，然后将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯。武汉铁路职业技术学院光缆接续技术是光纤应用领域中的最基本一项专门技术。它包括线路上接续和光缆成端接续，线路接续指将一段光缆中的光纤与另一段光缆中的光纤连接起来；光缆成端接是把光缆中光纤与活动接头的尾纤连接。■五、光缆接续武汉铁路职业技术学院影响光纤接续损耗的主要因素：本身的几何、光学参数不完全相同和连接时轴芯错位、端面倾斜、端面间隔大、端面不清洁等因素。光纤接续的方式：固定接续、活动接续、临时接续。接续方式应用场合主要方法固定接续光缆线路中光纤间的永久性连接机械连接法电弧熔接法、机械连接法活动接续传输系统的机、线（纤）间、光仪表耦合光纤连接器临时接续测量尾纤、假纤与被测光纤间耦合、连接V型槽对准、临时性固定连接武汉铁路职业技术学院通信光缆（光纤）接续与接头安装一.光缆接续的任务(1)光缆接续准备，护套内组件安装；(2)加强件连接或引出；(3)铝箔层、铠装层连接或引出；(4)远供或业务通信用铜导线的接续；(5)光纤的连接及连接损耗的监控、测量、评价和余留光纤的收容；(6)充气导管、气压告警装置的安装(非充油光缆)；(7)浸潮等监测线的安装；(8)接头护套内的密封防水处理；(9)接头护套的封装(包括封装前各项性能的检查)；(10)接头处余留光缆的妥善盘留；(11)接头护套安装及保护。武汉铁路职业技术学院二.光缆接续的要求(1)光缆接续前，应核对光缆的程式、端别；光缆应保持良好的状态；光纤传输特性良好，护层对地绝缘合格(若不合格应找出原因并作必要的处理)。(2)接头护套内光纤序号和光缆端别作出永久性标记。(3)光缆接续，应防止灰尘影响；在雨雪天施工应避免露天作业；当环境温度低于零度时，应采取升温措施，以确保光纤的柔软性和熔接设备的正常工作，以及施工人员的正常操作。(4)光缆接头余留和接头护套内光纤的余留应留足，接头护套内最终余长应不少于60cm。(5)光缆接续注意连接作业，一次性完成。(6)光纤接头损耗必须符合要求：单模低于0.08dB，多模低于0.15dB，并保证全中继段的衰减余留。武汉铁路职业技术学院三、接续的步骤及方法1.光缆接续部分的组成光缆接续部分，即光缆接头是由光缆接续护套将两根被连接的光缆连为一体，并满足传输特性和机械性能的要求。图7-1是光缆接头盒的组成示意图，图7-2是室外光缆接头盒的组成实物图。光缆接头由3个大的部分组成：①外护套和密封部分外护套和密封部分包括辅助热缩管、主热缩管、自粘胶带及防火带、粘附聚乙烯带等。②护套支撑部分护套支撑部分包括套管、支架、光缆固定夹、护肩及余光纤收容板等。③盒内连接部分盒内连接部分包括光纤连接、加强件(芯)连接和金属内护层连接等。武汉铁路职业技术学院图1-4光缆接头盒的组成武汉铁路职业技术学院图1-5室外光缆接头盒的组成武汉铁路职业技术学院2.光缆接续的步骤及方法光缆接续的流程如图7-3所示，光缆接续流程由9个部分组成，其具体的步骤及方法如下。图1-6光缆接续的流程武汉铁路职业技术学院1).准备阶段(1)技术准备。在光缆接续工作开始前，必须熟悉工程所用的光缆护套的性能、操作方法和质量要点。对于第一次采用的护套(指以往未操作过的)，应编写出操作规程。(2)器具准备。不同结构的护套，构件有差别，施工准备阶段以一套为包装单位，并考虑一个中继段一个备用护套；不同的护套结构，所需工具有所不同，根据实际情况准备。(3)光缆准备。武汉铁路职业技术学院2).接续位置的确定接续位置在光缆的配盘和光缆敷设时已基本确定.3)光缆护层的开剥处理光缆外护层、金属层的开剥尺寸、光纤预留尺寸按不同结构的光缆接头护套所需长度在光缆上作好标记，然后用专用工具逐层开剥。松套光纤一般暂不剥去松套管，以防操作过程中损伤光纤。光缆护层开剥后，缆内的油膏可用无水酒精擦干净。4)加强芯、金属护层等接续处理加强芯、金属层的连接方法一般应按选用接头护套的规定方式进行。金属护层在接头护层内是接续连通、断开或引出，应根据设计要求实施。武汉铁路职业技术学院5)光纤的接续光纤熔接过程及其工艺流程如图7-4所示，它是确保连接质量的操作规程，对于现场正式熔接，应严格掌握各道工艺的操作要领。去除套塑层去除涂覆层切割、制备清洗人工放置自动调节预熔熔接目视测量加热质量复检光纤端面处理轴向校准熔接质量评价增强保护(热缩管法)图7-4光纤熔接过程及其工艺流程武汉铁路职业技术学院第一步：去除套塑层。松套光纤去除套塑层，是将调整好(进刀深度)的松套切割钳旋转切割(一周)，然后用手轻轻一折，松套管便断裂，再轻轻从光纤上退下。一次去除长度一般不超过30cm，当需要去除长度较长时，可分段去除。去除时应操作得当，避免损伤光纤。Ⅰ.光纤端面制备光纤的端面处理，习惯上又称端面制备。它包括去除套塑层，去除涂覆层，切割、制备端面和清洗四个步骤，如图7-4所示。第二步：去除涂覆层塑管去除后，用无水酒精清洗纤用油膏。松套光纤在剥除了松套管后，一般有两种不同材料的结构涂层，多数为紫外光固化环氧层涂，另一种为硅树脂涂层。它们去除的方法相同，都是采用涂层剥离钳去除。用这种专用剥离钳去除，方便迅速。图7-5是用光纤涂层剥离钳去除涂覆的实物照片。图1-7用光纤涂层剥离钳去除涂覆层武汉铁路职业技术学院第三步：切割、制备端面。为了完成一个合格的接头，要求端面为平整的镜面。端面垂直于光纤轴，对于多模光纤要求误差小于1°，对于单模光纤要求误差小于0.5°。同时要求边缘整齐，无缺损、毛刺。端面制备标准：光纤切割、制备后的裸纤长度为1.6～2cm(切割器上有定位标志)，实际上这一长度是与所采用的补强热缩管长度密切相关的。光纤端面要平整无损伤，图7-6是光纤端面制备的五种状态。一般遇到前边三种不良端面时，应重新制备。图1-8光纤端面制备的几种状态武汉铁路职业技术学院第四步：清洗。多模光纤，一般在去除一次涂层并清洁干净后就可切割、制备端面了。单模光纤，在端面制备后，应置于超声波清洗器皿(盛丙酮或酒精)内，清除光纤的尘土微粘，以避免光纤表面附有灰尘或其他杂质，引起轴向错位和对直错误。实际施工中这一步往往不作，只要在切割断面前把油膏清洗干净就行了。这是因为：第一，切割完后再清洗容易粘灰尘；第二，超声波清洗器需要电源，实际施工中很不方便。Ⅱ.光纤对准和熔接对于自动熔接来说，关键是光纤放置于V型槽内的状态。如位置、状态放得好，工作开始后控制电路就自动进行校准，直至熔接和连接损耗估算结束。武汉铁路职业技术学院III.光纤接头的补强光纤采用熔接法完成连接后，其2～4cm长度裸纤的一次涂层已不存在，加上熔接部位经电弧烧灼后变得更脆，因此，光纤在完成熔接后必须马上采取增强保护措施。目前常用的是热可缩管补强法。如图7-7(a)所示，这种增强件由三部分组成。图1-9光纤接头热可缩武汉铁路职业技术学院6)光纤连接损耗的现场监测、评价光纤连接损耗的现场监测主要采用熔接机监测法(直接显示)和OTDR监测法。由于熔接机显示的只是一个估计值，它是根据光纤自动对准过程中获得的两根光纤的轴偏离、端面角偏离及纤芯尺寸的匹配程度等图像信息推算出来的。目前，工程中连接损耗的监测普遍采用OTDR。采用此法有两个优点：一是OTDR除了提供接头损耗的测量值外，还能显示端头到接头点的光纤长度，继而推算出接头点至端局的实际距离，又能观测被接光纤是否在光缆敷设中已出现损伤和断纤，这对现场施工有很好的提示作用；二是可以观测连接过程。OTDR监测方法有远端监测、近端监测和远端环回双向监测3种主要方式，如图7-8所示。武汉铁路职业技术学院1、产生接续损耗的外界原因：轴向错位、倾斜、空隙、端面倾斜、纤径不一致等因素。2、接续损耗的监测：光纤连接损耗的监测主要采用熔接机监测法(直接显示)和OTDR监测法。OTDR测试法是通过发射光脉冲到光纤内,然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。武汉铁路职业技术学院光时域反射仪（OTDR）光时域反射仪（OTDR）：测量光纤的插入损耗、反射损耗、光纤链路损耗、光纤长度、光纤故障点的位置及光功率沿路由长度的分布情况（即P-L曲线）等