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目目录录光光纤纤和和光光缆缆光光纤纤概概述述光光缆缆的的测测试试光缆线路的施工光缆线路的施工光缆线路线路维护和管理光缆线路线路维护和管理1.1光纤通信发展概况光纤通信发展概况光纤通信：

以光波为载波，以光导纤维（简称光纤）为传输介质的一种通信方式。

光纤通信是由光通信逐步发展演变而来。

1.1.1光通信发展史烽火台火光光电话半导体激光器玻璃制光导纤维石英光纤光纤概述光纤概述1.1.2光纤发展的阶段光纤发展的阶段第一代光纤通信系统波长:

0.85m短波长（多模光纤）传输速率:

50-100Mb/s光纤损耗:

2.5-3dB/km中继距离：

10km第二代光纤通信系统波长：

1.31m（长波长多模或单模光纤）传输速率:

140Mb/s光纤损耗:

0.55-1dB/km中继距离：

20-50km光纤概述光纤概述1.1.2光纤发展的阶段光纤发展的阶段第三代光纤通信系统波长：

1.31m（长波长单模光纤）传输速率：

PDH的各次群光纤损耗:

0.3-0.5dB/km中继距离：

50-100km第四代光纤通信系统传输速率：

可达2.5Gb/s中继距离：

80-120km第五代光纤通信系统DWDM技术光纤概述光纤概述1.2光在电磁波中的位置光在电磁波中的位置光波与无线电波相似，也是一种电磁波，只是它的频率比无线电波的频率高得多。

光纤通信所用光波的波长范围：

0.8-1.8m短波长：

0.8-0.9m长波长：

1.0-1.8m超长波长：

2.0光纤通信采用的三个通信窗口短波长：

0.85m长波长：

1.31m和1.55m波长、频率和光速之间的关系式：

光在真空中的传播速度约为1.3光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成1.3.1光纤通信系统的基本组成光发射机光发射机，即发端光端机，主要作用是将来自于电端机的电信号转变为光信号，并将光信号送入到光纤中传输。

光纤光缆光纤是光纤通信的传输介质，主要作用是将光信号由发端传送到收端。

光接收机光接收机，即收端光端机，其主要作用是将光纤传送过来的光信号转变为电信号，然后经进一步的处理在送到接收端的电端机去。

光中继器光信号在光纤中传输一定距离后，由于受到光纤损耗和色散的影响，光信号的能量会衰减，波形也会产生失真，从而导致通信质量恶化。

为此，在光信号传输一定距离后就要设置光中继器，其作用是对衰减了的光信号进行放大，恢复失真了的波形。

1.3.2光纤通信系统的分类按传输信号分类数字光纤通信系统模拟光纤通信系统按传输波长分类短波长光纤通信系统长波长光纤通信系统按光纤传输模式数量分类多模光纤通信系统单模光纤通信系统1.4光纤通信的特点光纤通信的特点1.4.1光纤通信的优点传输频带宽，通信容量大中继距离长抗电磁干扰保密性能好，无串话原材料资源丰富，节省有色金属体积小，重量轻，便于敷设和运输1.4.2光纤通信的缺点抗拉强度低光纤连接空难光纤怕水下表列出了光缆和其他几种传输介质特性的比较。

介质介质特性特性对称电缆对称电缆或四芯对绞电缆或四芯对绞电缆同轴电缆同轴电缆微波波导微波波导光纤（缆）光纤（缆）传输体直径（传输体直径（mm）1410500.10.2缆缆的的重重量量比比（同同等等传传输输容容量）量）1110.1每段缆的制造长度（每段缆的制造长度（m）1005001005003102000传输的损耗（传输的损耗（dB/km）20（4MHz时）时）19（60MHz时）时）20.23带宽（带宽（MHz）64004120（GHz）（指微波频带）（指微波频带）10GHzkm（指所传送信号）（指所传送信号）敷设安装敷设安装方便方便方便方便特殊特殊方便方便接头和连接接头和连接方便方便较方便较方便特殊特殊特殊特殊中继距离（中继距离（km）121.510501.5光纤通信的发展趋势光纤通信的发展趋势向超高速系统发展向超高速系统发展向超大容量向超大容量WDM系统演进系统演进向全光网络方向发展向全光网络方向发展想光孤子通信方向发展想光孤子通信方向发展向用户网的光纤化发展向用户网的光纤化发展目目录录光光纤纤和和光光缆缆光光纤纤概概述述光光缆缆的的测测试试光缆线路的施工光缆线路的施工光缆线路线路维护和管理光缆线路线路维护和管理2.1光纤的结构和分类光纤的结构和分类2.1.1光纤的结构光纤结构示意图2.1.1光纤的结构纤芯直径的直径单模光纤：

8-10m多模光纤：

50m包层直径：

125m2.1.2光纤的分类

（1）按光纤折射率分布来分阶跃型光纤如果纤芯折射率是均匀不变的常数n1，包层折射率也是均匀不变的常数n2，且在纤芯和包层的界面折射率发生突变，即由n1突变为n2，则这种光纤成为阶跃型光纤。

渐变型光纤如果纤芯折射率不是常数，而是随着半径的加大而逐渐减小，到了纤芯和包层界面降至包层的折射率n2，则这种光纤成为渐变型光纤。

2.1.2光纤的分类

（2）按光纤中传输模式数量来分多模光纤多模光纤就是可以传输多个模式的光纤。

多模光纤的折射率分布可采用阶跃型和渐变型，前者称为阶跃型多模光纤，后者称为渐变型多模光纤。

单模光纤单模光纤就是只能传输一种模式的光纤。

单模光纤只能传输基模，不存在模式色散，具有比多模光纤大得多的带宽，故单模光纤使用大容量、长距离传输。

2.1.2光纤的分类（3）按光纤的工作波长来分短波长光纤短波长光纤的工作波长在0.8m-0.9m范围内，具体工作窗口0.85m，主要用于短距离、小容量的光纤通信系统中。

长波长光纤长波长光纤的工作波长在1.1-1.8m范围内，有1.31和1.55m两个工作窗口，主要用于长距离、大容量的光通信系统中。

2.1.2光纤的分类（4）按制造光纤的材料来分石英光纤全塑光纤（5）按ITU-T建议来分为了使光纤具有统一的国际标准，ITU-T制定了统一的光纤标准。

G.652光纤（常规单模光纤）G.653光纤（色散位移单模光纤）G.654光纤（1.55m性能最佳单模光纤）G.655光纤（非零色散位移单模光纤）2.1.3光纤的几何参数为了实现光纤的低损耗连接,光纤制造商对光纤的几何参数进行了严格的控制和筛选。

按照ITU-T的建议，对光纤的几何参数，即纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、纤芯和包层的同心度等提出了严格的要求。

（1）纤芯直径纤芯直径，主要是对多模光纤的要求。

ITU-T建议的多模光纤直径有（50.03）m（欧洲标准）、（62.53）m（美国标准）等几种。

2.1.3光纤的几何参数

（2）包层直径包层直径又称光纤的外径，是指裸光纤的直径。

无论多模光纤还是单模光纤，ITU-T规定通信用光纤的外径均为（1253）m。

（3）纤芯/包层不圆度不圆度包括纤芯的不圆度和包层的不圆度，用下式表示：

式中，和分别是纤芯（或包层）的最大和最小直径；D是纤芯（或包层）的标准直径。

光纤的不圆度将影响连接时的对准效果，增大接头损耗。

因此，ITU-T规定：

纤芯不圆度6%，包层不圆度2%。

（4）同心度同心度是指纤芯中心和包层中心之间的距离与芯径D之比，即ITU-T规定，光纤同心度误差6%。

2.2光纤的导光原理光纤的导光原理2.2.1光的反射和折射

（1）反射定律和折射定律反射定律是指反射光线位于入射光线和法线所决定的平面内,反射光线和入射光线分居法线两侧,反射角等于入射角,即1=2折射定律是指折射光线和入射光线分居法线两侧,不论入射角怎样改变,入射角的正弦值和折射角的正弦值之比等于介质2的折射率n2与介质1的n1之比,即n1sin1=n2sin2

（2）光密介质和光疏介质介质的折射率表示介质的传光能力,某一介质的折射率n等于光在真空中的传播速度c与在该介质中的传播速度之比v之比,即相对来说,传光速度大（折射率小）的介质称为光疏介质,传光速度小（折射率大）的介质称为光密介质.（3）光的全反射产生全反射必须满足两个条件：

光线从光密介质射向光疏介质。

入射角大于临界角。

2.2.2光在光纤中的射线传播光纤的传输特性在很大程度上取决于它的折射率分布，光纤的折射率分布有很多类型，但主要的是阶跃型和渐变型。

（1）光在阶跃型光纤中的传播在阶跃型光纤中，纤芯的折射率为常数n1，包层的折射率为常数n2，并且n1n2。

设光纤周围为空气，其折射率为n0，当光线以入射角0射到光纤端面时，将有一部分光线射入纤芯。

由于阶跃型光纤的纤芯折射率为常数，故前心中的光线将沿直线传播，当纤芯中的光线以入射角1射至芯-包界面时，也将产生反射和折射，具体其传播可分为三种情况。

临界状态时的光线的传播由于n1n2，所以纤芯和包层界面存在一产生全反射的临界角c。

在临界状态时，即1=c，芯-包界面的折射光线不再进入包层，而是在纤芯和包层的界面掠射。

部分光进入包层的传播当入射角1c时，此时芯-包界面既有一部分光线反射回纤芯，又有一部分光折射进包层。

由于包层中的折射光线损耗大，每折射一次能量就损耗一些，因此这条光线经几次反射和折射后，很快就损耗掉了，而不能在纤芯中传输。

全反射的传播当1c时，光线将在芯-包界面产生全反射，即光线全部反射回纤芯，而反射回纤芯中的光线又以同样的入射角射到纤芯与包层的另一界面再次产生全反射，如此不断反复，光线就从一端传输到另一端。

根据上面的分析，要使光线在纤芯中传播，必须使其在芯-包界面产生全反射。

由光纤的端面的折射定律可知，光纤端面的入射角0减小，芯-包界面的入射角1就增大，反之亦然。

若设c是与临界角c相对应的光纤端面的入射角，称之为受光角或孔径角，则当0c时，有1c。

上述分析表明，当光线以入射角0射至光纤端面时，如果0c，则1c，那么光线不能在芯-包界面产生全反射，此时将有部分光纤折射进入包层不再成为有用的传播，成为辐射模。

只有当0c时，才能使1c，即才能使纤芯中的光线在芯-包界面不断产生全反射而封闭在纤芯中传播，成为传导模。

这种菜纤芯中产生全反射并穿过轴心的光射线称为子午射线。

对于阶跃型光纤，其导光原理可以概括为：

纤芯的折射率n1必须大于包层的折射率n2，即首先要满足光波导田间n1n2；在光纤的芯-包界面上满足全反射条件，即入射角必须大于临界角（12）；为保证能在芯-包界面上发生全反射，光线在光纤端面上的入射角必须小于孔径角，即0c

（2）光在渐变型光纤中的传播对于渐变型光纤的导光原理，可以按照阶跃型光纤的分析思路做近视处理。

2.2.3光纤的光学参数光纤不仅具有芯径、外径、同心度等几何参数，还有“相对折射率差”、“数值孔径”等光学参数。

相对折射率差数值孔径2.2.4光纤中的模式传输

（1）光纤中的模式横电波横磁波混合波

（2）光纤的归一化频率为了表征光纤中所能传播模式数目的多少，引入光纤的一个特征参数，即光纤的归一化频率，其表示式为：

式中：

a-光纤的纤芯半径-光波的工作波长n1、n2-纤芯、包层的折射率-光纤的相对折射差由于V值是一个无量纲参数，又与光波的频率成正比，因此被称为光纤的归一化频率。

V值的大小不仅可以判断一根光纤师傅是单模传输，而且也决定多模光纤中传输导模的数目。

（3）多模光纤和单模光纤按照光纤中传输模式数量的多少，光纤可以分为多模光纤和单模光纤。

多模光纤多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤。

多模传输时光纤的归一化频率V2.045，且随着V值的增加，光纤中传输的模式数也越多。

当前通信用多模光纤的芯径和外径一般为50m和125m，最大相对折射率差约为1%。

多模光纤由于存在模式色散，其带宽较窄，通信容量也较小，但多模光纤的芯径打，对光纤连接插头和连接器的要求都不高，使用起来比单模光纤方便，因此广泛用于低码速、短距离的光通信系统中。

单模光纤在给定的工作波长上，只能传输一种模式的光纤称为单模光纤。

单模光纤只能传输基模（HE11）模，它不存在模式色散，因此具有比多模光纤大得多的带宽，有利于高码速、长距离的传输。

单模光纤的传输条件是：

0V2.045此时，光纤中除基模（HE11模）以外，其余模式均截止，即可实现单模传输。

单模传输时，由于V2.045，因此，要求光纤的纤芯半径很小，但太小，在制作、耦合、连接上都会造成困难。

如果采取小的，就可容许较大的，这也是为什么通信用光纤制成弱导光纤的原因之一。

（4）单模