光纤接入教材.doc

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1、1 第一章第一章 概述概述 1 第一节 光纤通信及其特点1 第二节 光缆工程的现状及光纤发展趋势2 第二章第二章 光纤与光缆光纤与光缆4 第一节 光纤结构和类型4 第二节 光纤特性6 第三节 光缆的结构和种类10 第四节 光缆的端别纤序及其选型19 第三章第三章 光缆线路常用仪表的使用光缆线路常用仪表的使用21 第一节 光时域反射仪21 第二节 光纤熔接机23 第三节 光源与光功率计27 第四节 光衰减器28 第五节 其他常用仪表28 第四章第四章 光缆通信工程设计与施工光缆通信工程设计与施工32 第一节 光缆线路路由的选择32 第二节 敷设方式及要求32 第三节 光缆的接续35 第四节 光缆

2、余线的预留35 第五节 光缆线路的防护35 第六节 路由复测38 第七节 单盘检验41 第八节 光缆配盘43 第九节 光缆敷设47 2 第十节 光缆的成端60 第五章第五章 光缆线路维护与管理光缆线路维护与管理.63 第一节 光缆线路维护区段的划分63 第二节 技术资料及仪表、工具的配置与管理63 第三节 光缆线路维护的基本要求65 第四节 光缆线路障碍处理时限及要求66 第五节 光缆线路的质量标准66 第六节 光缆线路日常维护方法67 第六章第六章 光缆线路障碍处理光缆线路障碍处理.69 第一节 光缆线路障碍点的定位69 第二节 光缆线路障碍点的处理74 第三节 光缆线路的维护性修理75 第

3、七章第七章 光缆线路质量检验及维护要求光缆线路质量检验及维护要求.77 第一节 光缆线路质量检验及维护要求77 第二节 光缆线路设备代维主要工作内容及要求84 第三节 光缆线路的修缮、迁改87 附录附录.89 1 第一章第一章 概述概述 第一节第一节 光纤通信及其特点光纤通信及其特点 一一.光纤通信的概念光纤通信的概念 伴随社会的进步与发展，以及人们日益增长的物质与文化需求，通信向大容量，长距 离的方向发展已经是必然的发展趋势。由于光波具有极高的频率（大约 3 亿兆赫兹） ，也就 是说是具有极高的宽带从而可以容纳巨大的通信信息，所以用光波作为载体来进行通信一 直是人们几百年来追求的目标所在。

4、光纤通信就是以光波为载波，光导纤维为传输介质的通信方式。 二二.光纤通信的特点光纤通信的特点 光纤通信具有如下优点： 1.频带宽，通信容量大。光纤可利用的带宽约为 50000GHz，1987 年投入使用的 1.7Gb/s 光纤通信系统，一对光纤能同时传输 24192 路电话，2.4Gb/s 系统，能同时传输 30000 多路电话。频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满 足未来通信发展的需要。 2.损耗低，中继距离长。 目前实用石英光纤的损耗可低于 0.2dB/km，比其它任何传 输介质的损耗都低，若将来采用非石英系极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降至 10- 9dB/k

5、m。由于光纤的损耗低，所以能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤通信系统最 大中继距离可达 200 多千米，由非石英系极低损耗光纤组成的通信系统，其最大中继距离 则可达数千甚至数万千米，这对于降低海底通信的成本、提高可靠性和稳定性具有特别的 意义。 3.抗电磁干扰。 光纤是绝缘体材料，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳 黑子活动的干扰，也不受电气化铁路馈电线和高压设备等工业电器的干扰，还可用它与高 压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。 4.无串音干扰，保密性好。 光波在光缆中传输，很难从光纤中泄漏出来，即使在转弯 处，弯曲半径很小时，漏出的光波也十分微弱，若在光纤或光缆的表面

6、涂上一层消光剂效 果更好，这样，即使光缆内光纤总数很多，也可实现无串音干扰，在光缆外面，也无法窃 听到光纤中传输的信息。 5.光纤线径细、重量轻、柔软。 光纤的芯径很细，约为 0.1mm，它只有单管同轴电缆 的百分之一；光缆的直径也很小，8 芯光缆的横截面直径约为 10mm，而标准同轴电缆为 47mm。利用光纤这一特点，使传输系统所占空间小，解决地下管道拥挤的问题，节约地下 管道建设投资。此外，光纤的重量轻，光缆的重要比电缆轻得多，例如 18 管同轴电缆 1m 的重量为 11kg，而同等容量的光缆 1m 重只有 90g，这对于在飞机、宇宙飞船和人造卫星上 使用光纤通信更具有重要意义。还有，光纤

7、柔软可挠，容易成束，能得到直径小的高密度 光缆。 6.光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料。 光纤的材料主要是石英(二气化 2 硅)，地球上有取之不尽用之。这些缺点在技术上都是可以克服的，它不影响光纤通信的实 用。近年来，光纤通信发展很快，它已深刻地改变了电信网的面貌，成为现代信息社会最 坚实的基础，并向我们展现了无限美好的未来。不竭的原材料，而电缆的主要材料是铜， 世界上铜的储藏量并不多，用光纤取代电缆，则可节约大量的金属材料，具有合理使用地 球资源的重大意义。光纤除具有以上突出的优点外，还具有耐腐蚀力强、抗核幅射、能源 消耗小等优点，其缺点是质地脆、机械强度低，连接比较困难，分路、耦

8、合不方便，弯曲 半径不宜太小等。 三三.光纤通信的系统组成光纤通信的系统组成 光波成为携带信息的载体，必须对之进行调制，在接收端再把信息从光波中检测出来。 然而，由于目前技术水平所限，对光波进行频率调制与相位调制等仍局限在实验室内，尚 未达到实用化水平，因此目前大都采用强度调制与直接检波方式（IM-DD） 。又因为目前的 光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤 通信在光纤通信中占据主要位置。 典型的数字光纤通信系统方框下图所示。 从图中可以看出，数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。发送 端的电端机把信息（如话音）进行模/数转换，用转换后

9、的数字信号去调制发送机中的光源 器件 LD，则 LD 就会发出携带信息的光波。即当数字信号为“1”时，光源器件发送一个 “传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号” （不发光） 。光波经低 衰耗光纤传输后到达接收端。在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端 机，而电端机再进行数/模转换，恢复成原来的信息。 3 第二节第二节 光缆工程的现状及光纤发展趋势光缆工程的现状及光纤发展趋势 一一.光缆工程的现状光缆工程的现状 目前，国内以中国电信为首的各大运营商纷纷在规划建设全新的全国骨干光传输网络。 据统计，1999 年我国总敷设光缆约 660 万芯公里，2000 年我国

10、总敷设光缆约 720 万芯公里， 2001 年总敷设光缆约 1000 万芯公里，2002 年总敷设光缆约 1150 万芯公里，2006 年总敷 设光缆约 2000 万芯公里，总量已超过 1 亿芯公里。 “八横八纵”： “八横”是：天津呼和浩特兰州；青岛石家庄银川；上海南京西安；连云 港乌鲁木齐伊宁；上海武汉重庆；杭州长沙成都；广州南宁昆明；上海 广州昆明。 “八纵”是：牡丹江上海广州；齐齐哈尔北京三亚；呼和浩特太原北海； 哈尔滨天津上海；北京九江广州；呼和浩特西安昆明；兰州西宁拉萨； 兰州-贵阳南宁。 二二.光纤的发展趋势光纤的发展趋势 在光纤通信系统为宽带网络提供更高速率、更高可靠性的传输链

11、路的同时，光纤通信 的容量也在不断扩大（时分复用 TDM、波分复用 WDM） 。 为了适应光纤通信的这种发展，近几年光纤技术也有了长足的进步，出现了一些新的 光纤。ITU-T 于 2003 年 1 月针对未来传输系统的特点，如传输速率、信道数目、工作波长 范围、光接口类型、传输距离等，对原有 G.652 及 G.655 光纤标准进行修订，希望全面提 高各种光纤的特性。新标准将 G.652 光纤再次细分为 G.652A、G.652B、G.652C、G.652D， 而 G.655 光纤标准也扩展为 G.655A、G.655B、G.655C。 4 第二章第二章 光纤与光缆光纤与光缆 第一节第一节 光

12、纤结构和类型光纤结构和类型 一一.光纤的光纤的结构结构 光纤是传输信息的主要介质，因此必须了解光纤的结构与分类、光纤的传光原理以及 光纤的特性，制造光纤目的是用于光缆线路的施工，为了保证光纤能在各种敷设条件下和 各种环境中长期使用，必须将光纤构成光缆。 光纤是光导纤维的简称，它是一根像头发梢那么粗细的透明玻璃丝，是一种新的光波 导。它是由两种不同折射率的玻璃材料控制而成。光纤呈圆柱形，它由纤芯、包层与涂敷 层三大部分组成，如下图所示。 涂层 n2 包层 n2 包层 涂层 纤芯 n1d1d2 图图 2-12-1 光纤的构造光纤的构造 纤芯：纤芯位于光纤的中心部位（直径 d1= 9 50m） ，多

13、模光纤的纤芯为 50um，单 模光纤的纤芯为 910um，纤芯的成份是高纯度的二氧化硅，此外还掺有极少量的掺杂剂 （如二氧化锗，五氧化二磷） ，其作用是适当提高纤芯对光的折射率(n1)，用于传输光信号。 包层：包层位于纤芯的周围（直径 d2= 125m） ，其成份也是含有极少量掺杂剂的高 纯度二氧化硅。而掺杂剂（如三氧化二硼）的作用则是适当降低包层对光的折射率(n2)， 使之略低于纤芯的折射率，即 n1 n2，这是光纤结构的关键，它是使光信号封闭在纤芯中 传输。 涂敷层：光纤的最外层是由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成的涂敷层，其作用是增加光 纤的机械强度与可弯曲性。涂敷后的光纤外径约 1.5 毫米

14、。 纤芯的粗细、纤芯材料和包层材料的折射率，对光纤的特性起着决定性的影响。 由纤芯和包层组成的我们称之为裸纤，它的强度、柔韧性较差，在裸纤从高温炉拉出 后 2 秒内进行涂覆，经过涂覆后的光纤才能制成光缆，才能满足通信传输的要求。我们通 常所说的光纤就是指这种经过涂覆后的光纤。 5 二二.光纤的类型光纤的类型 目前在通信中使用较为广泛的光纤有两种：紧套光纤与松套光纤，图 22 a 为紧套光 纤，其预涂覆即一次涂覆层厚度为 540um，缓冲层厚度为 100um 左右，其二次涂覆层即 尼龙塑层外径为 6090um。图 22 b 为松套光纤，又称光固化环氧树脂一次涂层光纤。 有些骨架式光缆是不用松套管

15、，而是将光纤直接置于光缆骨架的纤槽内，这类光纤的外径 一般为 2540um。 图图 2 22 2 套塑光纤的结构套塑光纤的结构 2按传输波长分类： 按传输波长分可分为：短波长光纤和长波长光纤，短波长光纤的波长为 0.85um（0.80.9um） ，长波长光纤的波长为 1.31.6um，主要有 1.3um 和 1.55um 两个窗 口。 波长为 0.85um 的多模光纤主要用于短距离市话中继线路或专用通信网等线路。长波长 光纤主要用于干线传输。 3按套塑结构分类： 按套塑结构可分为紧套光纤和松套光纤，紧套光纤和松套光纤见前叙。 4单模光纤的分类： （1）G.652 光纤 G.652 光纤，也称标

16、准单模光纤（SMF） ，是指色散零点（即色散为零的波长）在 1310nm 附近的光纤。G.652 光纤的零色散波长是由光纤材料石英的自然属性和简单的 阶跃折射率光纤的波导特性决定的。 （2）G.653 光纤 G.653 光纤也称色散位移光纤（DSF） ，是指色散零点在 1550nm 附近的光纤，它相对于 标准单模光纤（G.652） ，色散零点发生了移动，所以叫色散位移光纤。 （3）G.654 光纤 G.654 光纤是截止波长移位的单模光纤。ITU-T 建议规定 G.654 光纤在 22 米长光缆上 的截止波长1530nm，在短于 2 米长光缆上的一次涂敷光纤上的截止波长小于等于 1600nm。

17、G.654 光纤的设计重点是降低 1550nm 的衰减，其零色散点仍然在 1310nm 附近， 因而 1550nm 窗口的色散较高，可达 18ps/(nm.km)。G.654 光纤主要应用于需要很长再生段 距离的海底光纤通信。 （4）G.655 光纤 由于色散位移光纤（G.653）由于色散零点在 1550nm 附近，DWDM 系统在零色散波长处 6 工作很容易引起四波混频效应（后面将讲述四波混频效应） ，对系统性能造成严重影响。为 了避免该效应，将色散零点的位置从 1550nm 附近移开一定波长数，使色散零点不在 1550nm 附近的 DWDM 工作波长范围内。这种光纤就是非零色散位移光纤（N

18、ZDSF） 。 注意：注意：G.653G.653 光纤是为了优化光纤是为了优化 1550nm1550nm 窗口的色散性能而设计的，但它也可以用于窗口的色散性能而设计的，但它也可以用于 1310nm1310nm 窗口的传输。由于窗口的传输。由于 G.654G.654 光纤和光纤和 G.655G.655 光纤的截止波长都大于光纤的截止波长都大于 1310nm1310nm，所以，所以 G.654G.654 光纤和光纤和 G.655G.655 光纤不能用于光纤不能用于 1310nm1310nm 窗口。窗口。 第二节第二节 光纤特性光纤特性 光纤的特性较多，这里从工程角度介绍一些所必须了解的主要性能。

19、一一.光纤的损耗光纤的损耗特性特性 光纤的衰减或损耗是一个非常重要的、对光信号的传播产生制约作用的特性。光纤的 损耗限制了没有光放大的光信号的传播距离。光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、 弯曲损耗三种损耗。 1.吸收损耗： 光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收。 （1）红外和紫外吸收损耗 光纤材料组成的原子系统中，一些处于低能的电子会吸收光波能量而跃迁到高能级状 态，这种吸收的中心波长在紫外的 0.16m 处，吸收峰很强，其尾巴延伸到光纤通信波段， 在短波长区，吸收峰值达 1dB/km，在长波长区则小得多，约 0.05dB/km。 在红外波段光纤基质材

20、料石英玻璃的 Si-O 键因振动吸收能量，这种吸收带损耗在 9.1m、12.5m 及 21m 处峰值可达 10dB/km 以上,因此构成了石英光纤工作波长的上限。 红外吸收带的带尾也向光纤通信波段延伸。但影响小于紫外吸收带。在 =1.55m 时，由 红外吸收引起的损耗小于 0.01dB/km。 （2）氢氧根离子（OH-）吸收损耗 在石英光纤中，O-H 键的基本谐振波长为 2.73m，与 Si-O 键的谐振波长相互影响，在 光纤的传输频带内产生一系列的吸收峰，影响较大的是在 1.39、1.24 及 0.95m 波长上， 在峰之间的低损耗区构成了光纤通信的三个传输窗口。目前，由于工艺的改进，降低了

21、氢 氧根离子（OH-）浓度，这些吸收峰的影响已很小。 （3）金属离子吸收损耗 光纤材料中的金属杂质，如：金属离子铁（Fe3+） 、铜（Cu2+） 、锰（Mn3+） 、镍（Ni3+） 、 钴（Co3+） 、铬（Cr3+）等，它们的电子结构产生边带吸收峰（0.51.1m） ，造成损耗。现 在由于工艺的改进，使这些杂质的含量低于 10-9以下，因此它们的影响已很小。 在光纤材料中的杂质如氢氧根离子（OH-） 、过渡金属离子（铜、铁、铬等）对光的吸 收能力极强，它们是产生光纤损耗的主要因素。因此要想获得低损耗光纤，必须对制造光 纤用的原材料二氧化硅等进行十分严格的化学提纯，使其纯度达 99.9999%

22、以上。 2.散射损耗： 由于材料的不均匀使光散射而引起的损耗称为瑞利散射损耗。瑞利散射损耗是光纤材 料二氧化硅的本征损耗。它是由材料折射指数小尺度的随机不均匀性所引起的。在光纤制 造过程中，二氧化硅材料处于高温熔融状态，分子进行无规则的热运动。在冷却时，运动 逐渐停息。当凝成固体时，这种随机的分子位置就在材料中“冻结”下来，形成物质密度 7 的不均匀，从而引起折射指数分布不均匀。这些不均匀，像在均匀材料中加了许多小颗粒， 其尺度很小，远小于波长。当光波通过时，有些光子就要受到它的散射，从而造成了瑞利 散射损耗，这正像大气中的尘粒散射了光，使天空变蓝一样。瑞利散射的大小与光波长的 四次方成反比。

23、因此对短波长窗口的影响较大。另外，在制造光纤的过程中，在纤芯和包 层交界面上出现某些缺陷、残留一些气泡和气痕等。这些结构上有缺陷的几何尺寸远大于 光波，引起与波长无关的散射损耗，并且将整个光纤损耗增加。 3.弯曲损耗： 光纤的弯曲会引起辐射损耗。实际中，光纤可能出现两种情况的弯曲：一种是曲率半 径比光纤直径大得多的弯曲。 （例如，在敷设光缆时可能出现这种弯曲） ；一种是微弯曲， 产生微弯曲的原因很多，光纤和光缆的生产过程中，限于工艺条件，都可能产生微弯曲。 不同曲率半径的微弯曲沿光纤随机分布。大曲率半径的弯曲光纤比直光纤中传输的模式数 量要少，有一部分模式辐射到光纤外引起损耗；随机分布的光纤微

24、弯曲，将使光纤中产生 模式耦合，造成能量辐射损耗。光纤的弯曲损耗不可避免，因为不能保证光纤和光缆在生 产过程中或是在使用过程中，不产生任何形式的弯曲。 弯曲损耗与模场直径有关。G.652 光纤在 1550nm 波长区的弯曲损耗应不大于 1dB，G.655 光纤在 1550nm 波长区的弯曲损耗应不大于 0.5dB。 弯曲损耗对光纤衰减常数的影响不大；决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散 射损耗。 4.衰减系数： 损耗是光纤的主要特性之一，描述光纤损耗的主要参数是衰减系数。 Dispersion (ps/nm Km) G.653 (nm) 1550 1310 G.652 fiberG.655

25、 OH- 吸吸收收峰峰 17 Attenuation(dB) C_bandL_band 图图 2 23 3 光纤的特性光纤的特性 光纤的衰减系数是指光在单位长度光纤中传输时的衰耗量，单位一般用 dB/km。衰减 系数是光纤最重要的特性参数之一。因为在很大程度上它决定了光纤通信的传输距离。在 单模光纤中有两个低损耗区域，分别在 1310nm 和 1550nm 附近，也就是我们通常说的 1310nm 窗口和 1550nm 窗口，1550nm 窗口又可以分为 C-band（1525nm1562nm）和 L- band（1565nm1610nm） 。 二二.光纤的色散特性光纤的色散特性 光脉冲中的不同

26、频率或模式在光纤中的群速度不同，因而这些频率成分和模式到达光 纤终端有先有后，使得光脉冲发生展宽，这就是光纤的色散。色散一般用时延差来表示， 所谓时延差，是指不同频率的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。 8 图图 2 24 4 色散引起的脉冲展宽示意图色散引起的脉冲展宽示意图 光纤中的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散。色度色散、也称为模内色散， 又可以分为材料色散和波导色散，模式色散也称为模间色散。一般情况下单模光纤中不存 在模式色散。 1.模式色散： 对于多模中不同模式的光束有不同的群速度，在传输过程中，不同模式的光束的时间 延迟不同而产生色散，称模式色散。模式色散主要存在于多

27、模光纤中，单模光纤无模式色 散。 2.色度色散： 由于光源的不同频率（或波长）成分具有不同的群速度，在传输过程中，不同频率的 光束的时间延迟不同而产生色散称为色度色散。色度色散包括材料色散和波导色散。 (1)材料色散 由于材料折射率随光信号频率（波长）的变化而不同，光信号不同频率（波长）成分 所对应的群速度不同，由此引起的色散称材料色散。 (2)波导色散 由于光纤波导结构引起的色散称波导色散，它的大小可以和材料色散相比拟。 一般在单模光纤中只考虑材料色散和波导色散。单模光纤在波长 1.3um 附近，色散接 近为零，因此单模光纤被广泛应用于长距离传输线路。 目前单模光纤的损耗在 1.55um 波

28、段最低，但其色散在 1.3um 最小，因此把零色散波 长移到 1.55um 波段上，使但模光纤的最小损耗和零色散统一到一个波段上，我们称之为色 散位移光纤，这样可进一步延长光通信的传输距离。 色散系数就是单位波长间隔内光波长信号通过单位长度光纤所产生的时延差，用 D 表 示，单位是 ps/nm.km。 三三.光纤的机械特性光纤的机械特性 光纤的机械特性是非常重要的，由于石英光纤具有细和脆的特性，其机械性能比金属 导线差。因此，从光纤开发到大量应用，人们花费了大量精力、物力、财力进行攻关。 1.光纤的强度： 光纤抗拉强度，很大程度上反映了光纤的制造水平。实用化光纤的抗张强度，要求 240g 拉力

29、。目前商品化光纤的强度已达到 0.5应变即 432g 拉力，国内用于工程的光纤， 一般都大于 400g 拉力，国外较好的光纤在 700g 拉力以上，用于海底光缆的光纤强度还要 高一些。这些对光纤强度的要求，是在光纤生产过程中用筛选方法达到的。 影响光纤强度的主要因素：光纤强度主要与光纤制造材料、工艺有关。当然，光纤在 成缆以及安装使用中存在过大的残余应力，也会影响光纤的强度，具体如下。 （1）预制棒的质量 对于 MACD 法光纤制造工艺，杂质或气泡极大多数集中于基管的光层区内，由于其膨胀 9 系数与周围玻璃体存在较大差异，可能导致大的裂纹，气泡对强度影响更大。 （2）拉丝炉的加温质量和环境污染

30、 炉温是否稳定，炉子结构是否理想，气流、火焰分布是否正常，以及环境中的灰尘， 都将使光纤表面产生划痕或其他缺陷，使光纤强度降低。 （3）涂覆技术对质量的影响 由拉丝炉制成的裸光纤，一般都要在 12 秒钟内进行涂覆处理，涂覆材料的质量、涂 覆工艺，包括紫外光固化炉的温度、均匀性等都直接影响光纤的强度，光纤涂覆不均匀或 脱落等都是不合格的。 （4）机械损伤 光纤从拉丝的复绕、套塑等工艺过程，如操作不小心，都极容易使光纤发生机械损伤， 造成机械性能下降。 2.光纤的寿命： 光纤的寿命，我们习惯称使用寿命，它包括光纤损耗加大系统开通困难。从机械性能 上讲，寿命指断裂寿命、光纤、光缆制造以及工程建设中，

31、一般是按 20 年的使用寿盒设计 的，但光纤寿命因受使用环境（如温度、潮气以及静态、动态疲劳）的影响，而不完全一 致，据目前人们推测，用 20 年设计寿命的光纤，实际可能使用 30 年到 40 年。 由于光纤的脆性，使表面不同程度存在微裂纹，这些裂纹便决定了光纤寿命，当长期应力 作用于裂纹处，使伤痕达到断裂应力时，光纤即断裂，因此光纤的断裂寿命由达到断裂时 的时间确定。 3.光纤的机械可靠性： 一般来说，二氧化硅包层光纤的机械可靠性已经得到广泛的认可。在光纤使用现场， 由于经过专门的设计和安装技术的进步，很少遇到与光纤强度或疲劳比相关的机械可靠性 问题。 然而在特定条件下，仍有可能发生断裂。在

32、筛选中出现的光纤断裂是由光纤本身的缺陷 造成的。只要光纤的距离足够长，在其上总会存在残存的缺陷，尽管这些缺陷数量很小； 其中一些缺陷将导致光纤的强度勉强高于筛选水平。随着时间推移，这些缺陷甚至可能在 应力大大低于筛选水平的情况下带来问题。在过去行业界的经验法则是确保光缆所受应力 低于筛选水平的 15。通常最大值为 20Kpsi（千镑平方英寸） 。实验证据表明，在松套 管内带状光纤比普通单芯所承受 的响应力更大，并已随着光纤网应用的普及，控制较差而 应力较高的安装将有更多机会出现。为了提高光纤机械可靠性，在光纤的外包层中掺入二 氧化钛。在 75、50、40mm 光纤弯曲网络实验中，二氧化硅光纤和

33、掺钛光纤的故障率都很低。 但掺钛光纤与二氧化硅光纤相比，掺钛光纤可多承受 10Kpsi（40）的应力。从而可以增 加网络的寿命。 了解了光纤的机械特性，对施工来说十分重要。一方面施工中应注意张力，避免造成 光纤断裂，另一方面光缆安装应注意光纤接头盒中光纤余长处理和光缆余留处的弯由半径 及可能产生光纤残余应力的各种状态。同时应注意安装环境，高、低温影响和水、潮气侵 处，以减少光纤断裂因素，使之延长使用寿命。 同样的，自从人们在电信和 CATV 领域内广泛采用光纤以来，光纤在网络中的应用一直 在不断深化，因而对光纤性能的要求也就越来越高。随着光纤的不断应用，特别是大纤芯 数的干线光缆向接入网延伸，

34、安装施工技术人员面临由于光纤接点增多和灵活性要求增高 而带来的新的挑战。对安装施工者的要求直接转化成对光纤的要求，例如简化接续过程， 降低接续损耗，提高光纤布放和接续的强度，改善光纤传输的性能。 10 四四.光纤的温度特性光纤的温度特性 光纤的温度特性，是指在高、低温条件下对光纤损耗的影响，一般是损耗增大。 在低温条件下光纤损耗增大，这是由于光纤涂覆层、套塑层同石英的膨胀系数不同， 因而在低温下光纤受到轴向压缩力而产生微弯，导致损耗增大。图 2-5 是光纤低温特性曲 线，当随着温度的不断降低，光纤损耗就不断增大，当降至 550c 左右时，损耗急剧增加， 显然这样的系统是无法正常运行的。目前光纤

35、的低温特性已普遍达到较好水平，一般在- 200C 时，损耗增加在 0.1dB/km 以下，优质光纤在 0.55dB/km 以下。 光纤的低温性能十分重要，对于架空光缆及北方地区线路，如低温特性不良，将会严 重影响通信质量。因此，光纤制造过程，必须选择光纤的涂覆、套塑的材料及改进工艺。 在工程设计时，务必选用良好特性的光纤。施工中如遇到几种温度指标的光缆，应根据敷 设方式、使用地段进行配盘。光缆施工的接续，一般应在不低于-50C 条件下进行。若必须 在低温条件下进行接续，应在工程车或帐篷内操作，应采取必要的取暖措施。 图图 2 25 5 光纤低温特性曲线光纤低温特性曲线 第三节第三节 光缆的结构

36、和种类光缆的结构和种类 一一.光缆的结构光缆的结构 光缆，是以一根或多根光纤或光纤束制成符合光学、机械和环境特性的结构，它由缆 芯、护层、加强芯组成，它的结构直接影响系统的转输质量，而且与施工也有较大的关系。 缆芯是由光纤的芯数决定，它可分为单芯和多芯两种，单芯型是由单根经二次涂覆处理后 的光纤组成；多芯型是由多根经二次涂覆处理后的光纤组成，它又可分为带状结构和单位 式结构。光缆的护层主要是对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损 坏，因此要求护层具有耐压力、防潮、温度特性好、重量轻、耐化学浸蚀、阻燃等特点。 光缆的护层可分为内护层、外护层，内护层一般采用聚乙烯或聚氯乙烯等，外护

37、层可根据 敷设条件而定，采用铝带和聚乙烯组成的 LAP 外护套加钢丝铠装等。加强芯主要承受敷设 安装时所加的外力。施工人员在敷设光缆前，必须了解光缆的结构和性能。不同结构和性 能的光缆；工程施工应按所选用光缆的结构、性能，采取正确的操作方法，完成传输线路 的建设，并确保光缆的正常使用寿命。 由于光纤具有脆性和微弯产生损耗增加的特性，使光缆结构设计变得复杂。在光通信 11 发展的前期，多数厂家是沿用原用的电缆生产技术和设备，彩中心增强构件配置方法生产 层构件光缆和护层增强构件等光缆不断开发和应用。实践表时，光纤越靠中心，其稳定性， 可靠性就越高。 下边介绍国内外各种典型结构的光缆情况，了解不同光

38、缆的结构特点和施工要点。 1层绞式结构光缆： 层绞式光缆类似传统的电缆结构方式，故又称之为古典光缆，这种结构在世界应用广 泛，尤其在光通信发展的前期被普遍彩。它属于中心构件配置方式，中心增强构件采用塑 料被覆的多股绞合或实心钢丝和纤维增加塑料两种增强件（习惯称加强芯） 。纤维增加塑料 （如芳纶） ，其强度能满足光缆要求，这种增强件用于无金属光缆。 层绞式结构光缆是由紧套或松套光纤扭绞在中心增强周围，用包带方法固定，然后根 据管道、架空或直埋等不同敷设要求，用 PVC 或 A1-PE 粘接护层作外护层，埋式光缆还增 加皱纹钢或钢丝铠装层。 紧套层绞式结构光缆，收容光纤数有限，多数为 6 芯12

39、芯，也有 24 芯。紧套层绞 结构应注意的问题是径向侧压力，在成缆中可用减少外力和使用软的缓冲涂层来降低微弯 损耗。一般是采用不同模量的多层塑料材料，即内层较软，外层较硬的材料来保护光纤。 施工中在牵引时应考虑其侧压力的影响。 松套层绞式结构光缆，因为光纤采用松套管作为第二次保护，侧压性能有一定提高。 但光纤在松套管内的余长是关键，如过少，则成缆容易引起附加损耗，而且施工中容易产 生敷设效应，严重时可能出现断纤。同时施工后可以使光纤产生残余应力。因此，一般光 纤在管内余长控制在 0.1%，对光纤余长的控制是松套光纤制造中非常重要的技术，松套管 的直径一般为 1.22.0mm，壁厚为 0.150

40、.55mm。由于松套管技师对成缆各施工接续都有 一定影响，因此在检查光缆质量时，应注意到这一点。 图 2-62-10 是目前在市话中继和长途线路上采用的几种层绞式结构的光缆示意图 （截面） 。从这几种结构可以看出，对于架空、管道、直埋等到不同敷设条件的光缆，在结 构上主要区别是在护层的材料、方式以及中心加强件的截面积。一般为：架空光缆、管道 光缆护层为 A1-PE 粘接护层，中心加强构件 200kg 张力设计。埋式光缆护层应有 PE 内护层 或 A1-PE 粘接内护层(后者更好)、皱纹钢带或钢丝铠装层、PE 外护层；中心加强构件按 400kg 设计。对于用于白蚁地区的埋式防蚁（防鼠害）光缆，只

41、是将埋式普通光缆的外护 层外边，再增加一层尼龙 12，如图 2-8。 由于松套光纤的一根松套管内可放 16 根一次涂层光固化光纤因此上图中除图 2-6 外， 其余结构的光缆均可以 448 芯光缆，若在光缆直径、松套管数量上适当改变则光缆的芯 数还可增加。 图图 2 26 6 6 6 芯紧套层绞式光缆芯紧套层绞式光缆 图图 2 27 7 1212 芯松套层绞式直埋光缆芯松套层绞式直埋光缆 12 图图 2 28 8 1212 芯松套层绞式直埋防蚁光缆芯松套层绞式直埋防蚁光缆 图图2 29 9 6 64848芯松套层绞式水底光缆芯松套层绞式水底光缆 图图2 21010 1212芯松套芯松套8 8芯芯

42、22线对层层绞直埋光缆线对层层绞直埋光缆 2骨架式结构光缆： 目前，内架式结构光缆较受用户及厂商的欢迎，其原因是它具有下列特点： （1）骨架结构对光纤有良好的保护性能、侧压强度好，对施工尤其是管道布放有利。 （2）它可以用一次涂层光纤直接放置于内架槽内，省去松套管二次被覆过程。但实际工程 表明，如有松套管可利于光缆连接。 （3）可用 n 根光纤基本内架组成不同光纤数量和性能的光缆。如 2-12 每个光纤槽内放 14 根一次涂层光固化光纤，则可满足 1248 芯光缆的要求；图 2-13 所示的 70 芯光缆， 就是由七个 10 芯光纤的基本骨架组成的。 （4）不需要特殊设备，原有电缆制造设备进行

43、适当改进就能满足要求。 骨架式光缆，关键在具有光纤槽的塑料骨架。材料一般是低密底聚乙烯，加强芯由多 股细钢丝或增强型塑料。骨架型式有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增强基本单元型， 图 2-12 为螺旋型结构，图 2-13 为基本单元结构。目前，我国采用的骨架结构式光缆，都 是如图 2-12 所示的方式。图 2-14 是采用骨架结构的自承式架空光缆。 光缆制造中，骨架的光纤现槽几何形状确定后，通过调节合适的节距，使光纤余长适 应光纤应力和执膨胀性能的的需要，这是非常重要的技术，它将影响至光缆的机械的机械 和温度性能，同时对施工及施工后光纤残余应力的产生有一定的影响。 13 图图 2 21111

44、 1212 芯骨架式光缆（管道、架空）芯骨架式光缆（管道、架空） 图图 2 21212 1212 芯骨架式光缆（直埋）芯骨架式光缆（直埋） 图图 2 21313 7070 芯骨架式光缆芯骨架式光缆 图图 2 21414 骨架式支承式架空光缆骨架式支承式架空光缆 3束管式结构光缆： 从对光纤的保护来说，束管式结构光缆最合理。图 2-15 的光缆结构即属护层增强构件 配制方式，其特点是在护层有细钢丝来增强，光纤则在中间束管内。图 2-16、2-17 是属于 分散加强构件配置方式的束管式结构光缆。图 2-17 是美国 AT&T 公司生产的光缆，其两加 强芯是放置在护层中的两根单股钢丝。光缆具有强度好

45、，尤其耐侧压，能防止恶劣环境和 可能出现的野蛮作业的影响。由于束管式结构的光纤与加强芯分开，因而提高了网络传输 和稳定可靠性。同时束管式结构由于直接将一次光固化涂层光纤放置于束管中，所以光缆 的光纤数量灵活，如 LEX 型光缆外径为 11.0mm（52kg/km）的光纤容量为 448 芯；外径 为 3.3mm(57kg/km)的光纤容易为 5096 芯。图 2-22 所示的浅海光缆实际上就是双层加铠 装束管式光缆。 4带状结构光缆： 带状结构光缆的优点，是可容纳大量的光纤，图 2-18、2-19 所示的带状结构光缆，其 光纤数量在 100 芯以上。作为用户光缆可满足实际需要。同时带状光缆还可以

46、单元光纤的 一次连接，以适应大量光纤接续、安装的需要。 随着光通信的发展，光纤用户网线路将大量使用这种结构的光缆。 5单芯结构光缆： 单芯结构光简称单芯软光缆，如 2-20 所示。目前，趋向于采用松套光纤或将一次光固 化涂层光纤直接置于骨架或还管来制造光缆。而每一个光缆伟轮系统中不可缺少的单芯软 14 光缆，它必须采用紧套光纤来制作。其外护层多数采用具有阻燃性能的聚氯乙烯塑料。这 种结构的光缆主要用于局、站内光缆内各光纤通过与光芯软光缆间连接引至光纤分配架及 至设备机盘。另外，用来制作仪表测试软线和特殊通信场所特种光缆以及制作单芯软光缆 和光纤，其几何、光学参数要求一致性好，以减少连接损耗。

47、6特殊结构光缆： 除上述各种不同结构的通信光缆外，还有一些特结构的光缆，主要有光/电力组合缆、 光/架空地线组合缆和深海用光缆和无金属光缆。这里只介绍后两种。 （1）海底光缆 用于海底的通信光缆，无论对其结构和光纤（机械）性能都要求很高。用于 1500mm 深 度以内的浅海光缆的结构，类似前边介绍的有层绞式、骨架式和还管式光缆，在其外边再 加上有耐水层和双铠装层。图 2-21 所示的浅海用的光缆，就是较典型的一种。它比一般水 底光缆要求高，主要能抵抗渔网、船锚和海床波浪的冲击以及敷设、打捞等的承受力。 深海光缆，如用于各大洋长距离海缆通信系统和光缆，缆芯外边是抗引零件和耐压层。耐 压层一般都是

48、钢管或铝管，它既能防止水压又可作为远供电线。图 2-22 是较为典型的深海 用光缆。它既能承受最大海深 8000m、最大水压 800kg/cn、抗拉强度达 8000kg 的能力。深 海用光缆由于制造长度很长，加上海洋环境恶劣对施工技术和手段要求非常严格。 （2）无金属光缆 无金属光缆是指光缆除光纤、绝缘介质外，其他：包括增强构件、护层均是全塑结构， 适用于强电场合，如电站、电气化铁道及强电磁干扰地带。它具有抗电磁干扰的特点。其 结构可以采用上边介绍的各种通信用光缆折结构，区别在于：将增强构件由单股钢丝改用 非金属材料，如玻璃纤维增强塑料和 Kevlar（芳纶纤维） ；将铝纵包挡潮层由玻纤增强塑 料代替。缆内用油膏填充来提高防水性能。无金属光缆用于架空线路较多，故在选型时应 考虑温度的影响，选用温度性能较好的光纤。 图图 1 11515 1212 芯束管式光缆芯束管式光缆 图图 1 11616 6 64848 芯束管式光缆芯束管式光缆 15 图图 1 11717 LEXLEX 束管式光缆图束管式光缆图 1 11818 中心束管式带状光缆中心束管式带状光缆 图图 1 11919 层绞式带状光缆层绞式带状光缆 图图 1 12020 单芯软光缆单芯软光缆 图图 1 12121 浅海光缆浅海光缆 图图 1 1