通信光缆培训教材.docx

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通信光缆培训教材

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第一章光的基础知识

第一节光的直线传播光速2

第二节光的反射2

第四节光的全反射2

第五节光的色散3

第六节光的波粒二象性光电效应3

第二章光纤通信系统概述

第一节发展概况4

第二节光纤通信的特点4

第三节光纤通信的基本组成4

第四节光纤通信系统的分类5

第三章光纤和光缆

第一节光纤5

第二节带状光纤的技术指标（略）6

第三节光纤的主要特性6

第四节光纤传输特性6

第五节光纤的机械特性8

第六节光纤的温度特性9

第七节光缆的种类与结构9

第八节光缆主要特性11

第九节光缆端别与纤序的识别12

第四章光缆接续

第一节光缆接续安装的一般要求13

第二节光缆接续方式15

第三节光缆接续的方法与步骤16

第五章光纤连接技术

第一节光纤连接的方式及要求16

第二节光纤连接损耗的产生因素（略）17

第三节光纤熔接法18

第四节光纤的活动连接21

第六章OTDR原理及应用

第一节OTDR工作原理和光学原理22

第二节OTDR几个测试参数的设置23

第三节OTDR的动态范围和有效动态范围24

第四节OTDR的盲区和衰减死区25

第五节光纤线路中的菲涅尔反射25

第六节幻峰及正增益问题26

第七节OTDR测试光纤长度及误差分析27

第七章光源、光功率计及光纤识别器

第一章光的基础知识

第一节光的直线传播光速

发光的物体叫做光源，光能够在其中传播的物质叫做媒质，在任何一种媒质里，光总是沿着直线传播的，光在真空中的传播速度为c=3.00×10千米/秒。

第二节光的反射

反射定律：

反射光线跟入射光线和法线在同一平面上，反射光线和入射光线分别位于法线两侧，反射角等于入射角。

见图

根据上述定律可以知道，如果光线逆着原来反射光线的方向射到反射面上，它就要逆着原来入射光线的方向反射出去，所以在反射现象里，光路是可逆的。

（OTDR）

第三节光的折射

光的折射：

当光从一种媒质进入另一种媒质，在两种媒质的界面处，一部分光进入到后一种媒质中去，并且改变了原来的传播方向，这种现象叫做光的折射。

折射定律：

入射角的正弦跟折射角的正弦成正比。

第四节光的全反射

在各种不同的媒质中，光的折射率不同。

折射率小的媒质叫做光疏媒质，折射率大的媒质叫做光密媒质。

光疏媒质和光密媒质是相对的，水晶对水来说是光密媒质，对金刚石来说是光疏媒质。

光的全反射：

让一束光沿着半圆形玻璃砖的半径射到直边上，可以看到一部分光线从玻璃砖的直边上折射到空气中，一部分光线反射回玻璃砖内。

逐渐增大光的入射角，将会看到折射光线离法线越来越远，而且越来越弱，反射光线越来越强。

当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射回玻璃中的光线，这种现象叫做全反射。

第五节光的色散

光学上常用一种玻璃制成横截面为三角形的三棱镜，简称棱镜，来改变光的传播方向。

如果隔着棱镜看一个物体，就可以看到物体的虚像，这个虚像的位置比物体的实际位置向顶角方向偏移。

光的色散：

一束白光通过三棱镜后会发生色散，形成由赤、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各色组成的光带。

我们把这种按一定次序排列的彩色光带叫做光谱，光谱的产生表明白光是由各种单色光组成的复色光，而各种单色通过棱镜时偏折的角度是不同，紫光的传播速度最小，它的折射率就最大，红光的传播速度最大，它的折射率就最小。

第六节光的波粒二象性光电效应

光的波粒二象性：

在光的双缝干涉实验中，在屏处放上照相底片，以设法减弱光流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝。

实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些无规则分布的点子，那些点子是光子在底片上形成的，表现出光的粒子性。

这些点子的分布是无规则的，没有一定的轨道。

如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，就像用强光经短时间曝光后产生的一样。

可见光的波动性是大量光子表现出来的现象。

不同色光在真空中的传播速度相同，而波长不同，因而它们的频率也不同。

波长与频率的乘积等于波速，这个关系对一切波都是适用的，波长的常用单位有微米（μm）和纳米（nm）。

光电效应：

在光（包括不可见光）的照射下从物体射出电子的现象叫做光电效应，发射出来的电子叫光电子。

（光功率计）

第二章光纤通信系统概述

光纤即光导纤维的简称。

光纤通信是以光波为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。

第一节发展概况

光纤通信使用的波长范围是在近红外区内，即波长为0.8~1.8μm。

可分为短波长和长波长波段，短波段是指波长为0.85μm,长波长是指1.31μm和1.55μm,这是目前所采取的三个通信窗口。

第二节光纤通信的特点

光纤通信中起主导作用的是产生光波的激光器和传输光波的光导纤维。

光纤是一种介质光波导，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。

它是由直径大约只有0.1mm的细玻璃丝构成。

光纤通信的优缺点：

主要因素

光纤通信的优点

光纤通信的缺点

使用光引起的

信息传输容量大

无电磁干扰

无短路引起的事故

不发生火花

接地设计容易

需要光电变换部分

光直接放大难

使用光纤引起的

传输损耗小

传输频带宽

无电磁感应障碍

可忽略串音

重量轻

耐火、耐水

有可挠性

资源问题小

电力传输困难

弯曲半径不易太小

需要高级切断接续技术

分路耦合不方便

使用光半导体元件引起的

响应速度快

方向性好

光功率大

第三节光纤通信的基本组成

光纤通信组成：

由常规的电端机、光端机、光中继器及光缆传输线路所组成。

该系统可以分为三大部分：

光发送、光传输和光接收，光发送完成电光转换任务，光传输部分的作用是把光信号从发送端传到接收端，光接收完成光电转换任务。

第四节光纤通信系统的分类

一、按波长分类

1．短波长光纤通信系统，工作波长在0.8—0.9μm范围,典型值为0.85μm，这种系统的中继间距离较短，目前使用较少。

2．长波长光纤通信系统，工作波长1.0—1.6μm，通常采用1.3μm—1.5μm两种波长。

这类系统的中继距离较长，尤其是采用1.5μm零色散位移单模光纤时，140Mbit/s系统的中继距离可达100KM。

二、按光纤的模式分类

1．多模光纤通信系统

2．单模光纤通信系统单模光纤在1.31μm的损耗是0.5dB/km，在1.55μm的损耗是0.2~0.3dB/km，已接近理论极限值。

三、按传输信号的类型分类：

分为光纤模拟通信系统和光纤数字系统。

四、按传输的速率分类：

分为低速光纤通信系统和高速光纤通信系统。

五、按应用范围分类：

分为公用光纤通信系统和专用光纤通信系统。

第三章光纤和光缆

第一节光纤

光纤结构：

光纤由两种不同折射率的玻璃材料拉制而成，内层为纤芯，是透明的圆柱形介质，其作用是传输光信号。

紧靠纤芯的外面一层称为包层，是与纤芯共轴的圆柱形介质，其作用是使光信号封闭在纤芯中传输。

纤芯折射率比包层折射率稍大些，这是光纤结构的关键。

另外还有一个涂覆层，其作用是为了保证光纤不受外界的机械作用和吸收诱发微变的剪切应力。

光纤线径：

通信用单模光纤的纤芯直径为5~10μm，多模光纤的纤芯直径为50~85μm，包层外径均为125μm。

光纤的种类：

按传输模的数量可分为多模光纤和单模光纤。

按折射率分布状况分类，多模光纤可分为阶跃型（突变型）光纤和梯度型（渐变开、自聚焦型）光纤，单模光纤则为阶跃型光纤。

第二节带状光纤的技术指标（略）

第三节光纤的主要特性

一、几何特性：

1.芯直径2.外径3.芯/包层同心度和不圆度

二、光学特性：

1.折射率分布2.最大理论数值孔径3.模场直径4.截止波长

第四节光纤传输特性

光纤的传输特性与前面的几何、光学特性有较大的区别。

几何、光学特性影响光纤的连接质量，施工对它们不产生变化。

而传输特性则相反，它不影响施工，但施工对传输特性产生直接影响。

光信号经过一定距离的光纤传输后要产生衰减和畸变，因而使输入的光信号脉冲和输出的光信号脉冲不同，其表现为光脉冲的幅度要衰减和波形要展宽。

产生该现象的原因是光纤中存在损耗和色散。

损耗和色散是描述光纤传输特性的最主要参数，它们限制了系统的传输距离和传输容量。

一、光纤损耗特性

光的损耗又称衰减，光信号在光纤中传输，随着距离延长，光的强度随之不断减弱，这正是由于损耗特性的原因。

单位可用长度损耗dB和单位长度损耗dB/km两种表示方式。

光纤损耗的类型有如下三种：

1．固有损耗亦称吸收损耗（略）

2．外部损耗亦称散射损耗（略）

3．应用损耗亦称附加损耗：

施工安装和使用运行中造成的损耗称之为应用损耗。

施工中，张力、弯曲、挤压造成的宏弯和微弯，将产生宏弯（主要）和微弯损耗。

安装半径小的光缆或光缆长期受力使之存在残余应力以及运行中受外界振动、蠕变温度等因素产生张力、弯曲以及潮气产生氢氧基（OH），这此都可能产生应用损耗。

见图11-4

二、光纤色散特性

在光纤中，信号是由很多不同模式或不同频率的光波携带传输的，而不同模式或不同频率传播速度不同，因而光信号达到终端时会出现传输时延差，从而引起信号畸变，这种现象就统称为光纤色散。

对于数字信号，经光纤传播一段距离后，色散会引起光脉冲展宽，严重时，前后脉冲将互相重叠，形成码间干扰，导致误码率增加。

根据产生的原因，色散主要分为：

模式色散、材料色散、波导色散和偏振模色散。

1．模式色散：

一般存在于多模光纤中，因为在多模光纤中同时存在多个模式，不同模式沿光纤轴向传播的群速度是不同的，它们到达终端时，必定会有先有后，出现时延差，形成模式色散，从而引起脉冲宽度展宽。

多模光纤的色散以模式色散为主要因素。

见图11-6

2．材料色散：

光纤材料的折射率随波长变化，使得光信号各频率的群速度不同，从而引起传输时延差，这种现象称为材料色散。

光纤的色散系数可能是正，也可能是负。

在光纤中，群时延τ（λ）随波长的增加而增加，或者说波长越短的光波其传播速度越快，此时的色散系数为负，称为负色散；反之，波长较长的光波比波长较短的光波传播慢，色散系数为正，称为正色散。

若将两根色散系数符号相反的光纤熔接起来，色散会得到改善。

单模光纤的色散以材料色散为主要因素，它是随芯纤内的掺杂浓度不同而变化。

同时色散同波长有十分密切的关系，在波长1.3μm附近,色散接近于零,因此单模光纤被广泛地用于长距离传输线路。

单模光纤的损耗在1.55μm波段最低,但其色散不如1.3μm波段。

3．波导色散：

一部分光会进入包层内传输，而这部分光的能量的大小与光波长有关。

在不同波长下，其相位常数β不同，因而群速度不同，因而造成光脉冲展宽，这即为波导色散。

波导色散与光纤的几何结构、纤芯尺寸、相对折射率差等因素有关，故也称为结构色散。

单模光纤中波导色散通常比材料色散小，但在1.3μm波段，材料色散变小，使得二者相近。

4．偏振模色散：

它的产生是由于单模光纤中传输的两个相互正交的偏振模，它们的电场分别沿X，Y方向偏振，其相位常数βx,βy不同，相应的群速度不同，从而引起偏振模色散。

偏振模色散是单模光纤特有的一种色散。

见图11-8

第五节光纤的机械特性

一、光纤强度

实用化光纤的抗张强度，要求≥240g拉力。

目前商品化光纤的强度已达到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。

1．影响光纤强度的主要因素有光纤制造材料、工艺。

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。

2．光纤断裂分析：

存在气泡、杂质的光纤，在一定张力下断裂，但多数是由于光纤表面有一定的损伤程度，当光纤受到一定的张力时，应力首先集中于有微裂纹的地方（最薄弱点），如果超过该部位容许应力时，则立即断裂如图3-7所示。

3．光纤寿命：

我们习惯称使用寿命，它包括光纤损耗加大导致系统开通困难。

从机械性能讲，寿命指断裂寿命。

光纤、光缆制造以及工程建设中，一般是按20年的使用寿命设计的，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，因此光纤的断裂寿命由达到断裂时的时间确定。

了解光纤的机械特性，对施工、维护来说十分重要，一方面施工中应注意张力，避免造成光纤断裂。

另一方面光缆应注意光纤接头盒中光纤余长处理和光缆余留处的弯曲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、潮气侵入，以减少光纤断裂因素，使之延长使用寿命。

第六节光纤的温度特性

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。

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。

当温度降到-55℃左右时，损耗急剧增加。

目前光纤的低温特性已普遍达到较好水平，一般在-20℃时，损耗增加在0.1dB/km以下，优质光纤在0.55dB/km以下。

光纤的接续，一般应在不低于-5℃条件下进行。

若必须在低温条件下进行接续，应在工程车或帐蓬内操作，应采取必要的取暖措施。

第七节光缆的种类与结构

在光纤通信线路中，为了保证光纤能在各种敷放条件下和各种环境中长期使用等原因，

就必须将光纤构成光缆。

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。

光缆由加强件、缆芯、填充物和外护层等共同构成。

目前常用的光缆结构有四种形式，即中心束管式、层绞式、骨架式和叠带式。

如图所示

一、光缆的种类

分类方法

光缆种类

光纤传输模式

单模光缆（阶跃型）、多模光缆（阶跃型、渐变型）

光纤状态

紧结构光缆、松结构光缆、半松半紧结构光缆

缆芯结构

层绞式光缆、骨架式光缆、中心（束）管式光缆、叠带状光缆

外护套结构

无铠装光缆、钢带铠装光缆、钢丝铠装光缆

光缆材料有无金属

有金属光缆、无金属光缆

光纤芯数

单芯光缆、多芯（带式）光缆

敷设方式

直埋光缆、水底光缆、海底光缆、架空光缆、管道光缆

特殊适用环境

高压输电电线采用的光缆、室内光缆、应急光缆、野战光缆

二、光缆的型号

光缆的种类较多，同其他产品一样，有具体的型式和规格。

目前光缆型号由它的型式代号和规格代号构成。

1．光缆型式由五个部分组成，

代号

代号意义

代号

代号意义

Ⅰ

分

类

GY

通信用室（野）外光缆

Ⅱ

加

强

件

无符号

金属加强构件

GR

通信用软光缆

F

非金属加强件

GJ

通信用室（局）内光缆

G

金属重型加强构件

GS

通信设备内光缆

H

非金属重型加强构件

GH

通信用海底光纤、缆

Ⅳ

护层

Y

聚乙烯护层

GT

通信用特殊光缆

V

聚氯乙烯护层

—

—

U

聚氨酯护层

Ⅲ

派

生

D

光纤带状结构

A

铝—聚乙烯粘结护层

G

骨架槽结构

L

铝护套

B

扁平式结构

G

钢护套

Z

自承式结构

Q

铅护套

T

填充式结构

S

钢—铝—聚乙烯综合护

Ⅴ

外

护

层

代号

铠装层（方式）

代号

外被层（材料）

0

无

0

无

1

—

1

纤维层

2

双钢带

2

聚氯乙烯套

3

细圆钢丝

3

聚乙烯套

4

粗圆钢丝

—

—

5

单钢带皱纹纵包

—

—

2．光缆的规格由五部分七项内容组成，

Ⅰ

表示光缆内光纤的实际数目如12、24

Ⅱ

J

二氧化硅多模渐变型光纤

Ⅲ

光纤主要尺寸参数，用阿拉伯数（含小数点数）及以μm为单位表示多模光纤的芯径及包层直径，单模光纤的模块直径及包层直径。

T

二氧化硅系多模突变型光纤

Z

二氧化硅系多模准突变型光纤

D

二氧化硅系单模光纤

X

二氧化硅纤芯塑料包层光纤

Ⅴ

a

带

宽

1

使用波长在08μm区域

S

塑料光纤

2

使用波长在1.55μm区域

Ⅳ

A

适用于－40℃～＋40℃

3

使用波长在1.55μm区域

B

适用于－30℃～＋50℃

bb

表示损耗常数的代号

C

适用于－20℃～＋60℃

cc

表示模式带宽的代号

D

适用于－5℃～＋60℃

3．光缆型号示例，假设：

金属重型加强构件，自承式、铝护套、聚乙烯护层的通信用室外光缆，包括12根芯径/包层直径为50/125μm的二氧气化硅系列多模梯度型光纤和5根用于远供及监测的铜线径为0.9的芯线,且在1.3μm波长上,光纤的损耗常数不大于1.0dB/km,模式带宽不小于800MHz·km；光缆的适用温度范围为－20℃～＋60℃。

则光缆的型号应表示为：

GYGZL03-12J50/125（21008）C+5×4×0.9

第八节光缆主要特性

光缆的主要特性有传输特性（主要是损耗特性）、机械特性和环境特性。

光缆的传输特性主要由光纤决定，光缆的环境特性对光纤的传输也产生一定的影响。

光缆的机械特性和环境特性决定光缆的使用寿命。

一、光缆的损耗特性

影响光缆损耗特性的主要原因有：

温度特性即温度变化对传输损耗的影响；侧压力特性即成缆过程中以及光缆敷设时，侧压力对传输损耗的影响；弯曲特性即成缆过程中、光缆敷设后及光缆接续时光纤余长盘放弯曲对传输损耗的影响；应变特性：

成缆过程中及光缆敷设后，光纤应变对传输损耗和寿命的影响。

（施工过程中严格规定了光纤光缆的允许弯曲半径，静态时光缆弯曲半径就不小于光缆外径的15倍；动态时应不小于光缆外径的20倍）

二、光缆的机械特性

光缆机械性能指标是光缆产品质量的重要技术指标，有拉抻、压扁、冲击、反复弯曲、扭转、曲绕等受力状态。

三、光缆的环境性能

运行的光缆线路，会受到各种不利的自然环境的作用或人为因素的影响，因此，要研究

光缆在环境温度变化下的衰减、渗水、油膏滴流等问题。

第九节光缆端别与纤序的识别

一、光缆端别：

光缆的端别由于缆芯不同，各生产厂家的产品不完全一致，根据多年光缆线路工程和维护约定俗成的经验积累，一般可按以下方式对光缆的端别进行识别。

1、中心束管式光缆缆芯因只有一根松套管，无端别标识的必要。

对于层绞式和骨架式光缆应面对光缆截面，由领示色红——绿顺时针为A端，逆时针为B端。

2、如按上述方式不能区分端别，可按厂家提供的有关资料来区分光缆的端别，如仍不能区分，则按光缆外护套上标明光缆长度的数码来区分，如规定小数字端为A端，大数字端为B端。

或根据光缆端帽来区分，红色为A端，绿色为B端。

二、光纤纤序识别：

要识别光纤色谱顺序，首先要识别光纤束管色谱。

1、光纤束管色谱识别

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

海港通信

红或蓝

绿或桔

白

白

白

白

白

白

白

白

白

白

非全色谱

红或蓝

白

白

白

白

白

白

白

白

白

白

绿/黄

全色谱

蓝

桔

绿

棕

灰

白

红

黑

黄

紫

粉

青绿

注：

对于只有一根领示色谱红（或蓝）束管，其余皆为白色束管的情况，面向光缆A端，以领示色谱为第1束管，松套管序号沿顺时针方向递增。

若领示色谱为填充管，则以顺时针方向紧挨领示色谱的束管为第1束管，然后松套管序号沿顺时针方向递增。

2、光纤色谱识别

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

全色谱

蓝

桔

绿

棕

灰

白

红

黑

黄

紫

粉

天蓝或本

非全色谱

蓝

桔

绿

棕

灰

本

红

黑

黄

紫

粉

天蓝

非全色谱

蓝

桔

绿

棕

灰

白

红

本

黄

紫

粉

天蓝

非全色谱

蓝

桔

绿

本

非全色谱

蓝

桔

本

棕

非全色谱

蓝

棕

黄

本

非全色谱

蓝

桔

绿

棕

灰

本

非全色谱

蓝

桔

本

棕

灰

白

非全色谱

蓝

桔

棕

白

黄

本

☆：

注意对本色光纤的纤序安排，当缺一色即可构成全色谱纤序时，本色可代替任何一色，当缺二色时，则应放弃构成全色谱纤序的安排，按现有纤色在全色谱中排列的先后进行排列，本色放在最后。

对于不按上述色谱顺序编号的光缆线路，在芯线障碍处理及光缆割接时，要特别注意，严禁排列错纤序。

第四章光缆接续

光缆接续是光缆施工、维护中技术要求复杂的一道重要工序。

其质量好坏直接影响到光缆线路的传输质量和寿命；接续速度也对整个工作进度造成直接影响。

所以光缆接续，不仅要求施工人员技术熟练，而且要求组织严密，在保证质量的前提下，提高工作效率。

对于光缆传输线路，据国内外统计，故障发生概率最高的是在接头部位。

这些故障一般表现为光纤接头劣化、断裂，铜导线绝缘不良，护套进水等。

上述故障不仅取决于光缆连接护套的方式、质量，而且包括内部光纤接头增强保护方式、材料的质量。

同时故障与光缆接续工艺、责任心等因素都有着密切的联系。

第一节光缆接续安装的一般要求

一、光缆接续、安装工序包括的内容

光缆接续，一般指机房成端以外的光缆连接。

它包括缆内光纤、铜导线等的连接以及光缆外护套的连接，其中直埋光缆还应包括监测线的连接。

每一个光缆接头包括以下内容：

1．光缆接续准备，护套内部组件安装

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．接头盒内对地绝缘监测线的安装

7．光缆接头处的密封防水处理

8．接头盒的封装（包括封装前各项性能的检查）

9．接头处余留光缆的妥善盘留

10．接头盒安装及保护

11．各种监测线的引上安装（直埋）

12．埋式光缆接头的挖掘及埋设（直埋）

13．接头标石的埋设安装（直埋）

二、接续材料的质量要求（略）

三、光缆接续的要求

1．光缆接续前，应核对光缆的程式、端别无误，光缆应保持良好状态。

2．接头盒内光纤（及铜导线）的序号应作出永久性标记；如两个方向的光缆从接头盒的同一侧进入时，应对光缆端别作出统一永久标记。

3．光缆接续的方法和工序标准，应符合施工堆积和不同接头盒的工艺要求。

4．光缆接续，应创造较良好的工作环境，一般应在车辆或接头帐篷内作业，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。

5．光缆接头余留和接头盒内的余留应充足，光缆余留一般不少于15～20米，接头盒内最终余留长度应不少于60厘米。

6．光缆接续注意连续作业，对于当日无条件结束的光缆接并没有，应采取措施，防止受潮和确保安全。

7．光纤接头的连接损耗，应低于内控指标。

四、光缆接头安置规定

1．埋式光缆的接头坑，应位于路由（A-B）前进方向的右侧，埋深应同该位置埋式光缆的埋深标准；坑底应铺10厘米的细土，接头盒上方，加水泥盖板保护。

见图：

2．架空光缆的接头，一般安装在杆旁2米内的位置，并作伸缩弯。

接头的余留长度应妥善的盘放在相邻杆上，一般采取预留架盘留的方式。

光缆应有明显标志，对于两根