光纤通信工程.docx

1、光纤通信工程光纤通信光纤通信发展简史光是电磁波载波频率=带宽=传输信息I960年新光源-激光器一一光通信开端70年贝尔lab-连续震荡半导体激光器一一发展 美国康宁-20dB/km衰减-光纤一一突破79 年-衰耗0.5dB/km89年-今-掺铒光纤放大器(EDFA) 镓铝砷，铟镓砷磷半导体激光器一一主流展望-全光时代-光放大，光集成，光分插复用，光交叉连接和光交换。 光纤通信特点1.巨大的传输容量10141015Hz 数量级微波 104105 倍梯度多模 数吉Hz/公里单 模 数百太Hz/公里2.极底的传输衰耗传输中继距离长得多单 模-1310 m 0.35dB/km1550 g 0.2dB/

2、km回轴电缆-60MHz 19 dB/km市 话-4MHz 20 dB/km3.抗电磁干扰介电材料=电力输配，电气化铁路，雷击多发区，核试验等特殊环境。4.信道串扰小，保密性好少汇漏-无串扰-保密性高5.光缆尺寸小，重量轻，可挠性好外径-125 口套塑1mm24 芯 (18mm)质量=1/31/10电缆弯曲直径数毫米=易敷设=公用，军用-导弹，舰船，飞机，潜艇通信控制系统 资源丰富，成本低廉不锈蚀，耐高温，光纤接头不会产生电火花放电=适用于易燃易爆，有锈蚀环境。适宜化工厂，矿井及水下通信控制系统。 光器件寿命-百万小时光纤通信应用类型通信系统的基本组成信源-发送机-传输通道-接收机-信宿光纤传

3、输方式图光纤传输方式1.传输信号类型光线模拟通信系统=广播，TV(color)，工业监视，交通监控光纤数字通信系统PCM数字信号=广泛2.光调制的方式强度调制直接检测系统用电信号强度调制光源，接收端用光检器直接检测 一IM-DD系统光纤模拟/数字通信系统均为此类型通信容量受限外差光纤通信系统=无线通信的外差接受技术在发送端用电信号调制广源发出的单频光载波单模光纤传输在接收端与接收机内部产生的本振光源混频光检测器检出光载波和本振光之差频的中频电信号解调出信号3.光纤的传输特性多模光纤通信系统传输媒质-石英多模梯度光纤带宽受限140Mbit/s=数据网络，专用网络单模光纤通信系统传输媒质-石英单模

4、光纤传输容量大，无中继传输距离长=长途干线网及本地网光纤通信系统4.光波长短波长光纤通信系统800900nm中继距离短=计算机局域网，用户接入网 长波长光纤通信系统10001600nm1310nm石英多模/单模光纤155Onm 石英单模光纤 -中继距离较长(衰耗最低)超长波长光纤通信系统非石英系光纤，卤化物_2 _5 2000nm衰耗 10 10 dB/km1000km无中继传输5.应用范围公用=电信，广电光纤市话中继通信系统，光纤长途传输系统，光纤用户环路系统以及 有线电视系统专用=电力，铁道，石油，公路交通，大型厂矿企业，军事6.传输信道数目单信道系统 一根光纤传送一个光波长，采用时分复用

5、（ TDM ）提高系统传输容量粗波分复用系统（CWDM）一根光纤传送少量不同光波长 （信道间隔20nm）=业务类型繁杂，传输容量多变的城域网密集波分复用系统（DWDM） 一根光纤传送多个不同波长光信号（信道间隔 8nm），采用时分复用提高每一波长的传输速率，百倍提高系统容量。光通信技术涉及的产品1.光传输设备光端机，光中继机，波分复用终端（ 10Gbit/s SDH设备，32 x 10Gbit/s波分复用）功能：电信号转换与调制，光信号的发送与接收，多波长系统的分波与合波 -2.光纤光缆及附件光纤：多纤集合，加上保护元件构成光缆使用 附件：接头盒，终端盒，光配线架，热缩护套 产业链：金属，非金

6、属，化工原材料，光纤预制棒，拉丝，成缆。产品：单模光纤非零色散位移光纤（NZ-DSF ）（支持DWDM传输） 多波长复用低水峰全波光纤（宽带城域网） 色散补偿光纤（DCF ）（高速率传输色散调节） 掺铒光纤（光纤放大器）3.光器件光有源-光源（激光器，发光管），探测器（光电管，雪崩管），光信号放大器 分布反馈式激光器，多量子阱激光器，垂直腔面发射激光器（宽带 多模光纤系统）光源+探测器=收发模块光无源-功能：光路活动连接，光信号分路，光功率分配，光的衰减与隔离，光 信号的分波和合波产品：光路由选择器，光纤光栅，陈列波导光栅。 特点：不需电源工作，不进行光电交换。4.测试仪器与专用工具设备测试-

7、误码分析仪，光谱分析仪，光功率计，光多用表。线路工程施工-光时域反射仪（DTDR），光纤熔接机，剥缆刀具，米勒钳，光 纤切割器光传输线路指标1.光缆（光纤）的衰减系数（dB/km ）系数要求：单模光纤-1310 m 0.30.45dB/km1550 jirn 0.20.28dB/km多模光纤 一A1.a-1310（850）mm-0.81.5dB/kmA1.b-1310（850）mm-0.82.0dB/km2.光缆（光纤）的色散系统=线路设计（10Gbit/s以上高速率系统需检测）多模光纤无色散指标要求 =带宽X传输距离（MHz*m） 单模光线色散系数指标：12851330nm- 3.5ps/n

8、m?km12701340nm- 6ps/nm?m15301565nm- 20ps/nm?m非零色散单模光纤（G.655）:G.655A: 0.16ps/nm *mG.655B: 110ps/nm?m色散系数-传输的光脉冲的展宽和畸变 -系统的误码率=误码率-色散特性3.再生段的线路总衰减=再生段内全程光衰减+全部光缆固定连接损耗 +活接头的插入 损耗工程考核线路质量的最重要指 线路的总衰减规定按再生段全程监测和评价。光纤活动连接器1.活动连接器的基本结构与类型光纤连接对中方式：套筒式，圆锥式， V型槽式。类型：FC型一金属螺纹丝扣锁紧型插针与套筒材料：氧化锆陶瓷插拔次数1000,无磨损，不变形

9、，精确对准。 结构：插头一转接器一插头FC/PC连接器插针端面为球面，降低了对灰尘，污染物的敏感性 特点：外径2.5mm的圆柱型对中套管，M8螺纹式锁紧机构FC/UPC,FC/APC连接特点：非常低的反射。（多模光纤也可以制成） 标准：IEC （国际电工委员会）SC型一塑料矩形插拔型材料：高强度工程塑料压制特点：工艺简单，生产成本低，插拔操作简便，占用空间位置小。 缺点：易变形，连接可靠性较差=非重要光线路连接或，光路测量连接 结构：插头一转接器一插头设计特点：PBT材料塑压成型，氧化锆陶瓷作插针体推挽方式连接和分开=高密度安装场合多模光纤可制作 SPC型和APC型，具有低的回损光=光接入网，

10、数字通信系统，高密安装配线架。ST型一金属圆柱卡口型单芯光缆连接器特征：一个卡口锁紧机构和一个直径 2.5mm圆柱形套筒对中机构结构：插头一转接器一插头/插座设计特点：卡口旋转锁紧连接耦合方式，适用现场装配。 特点：良好的重复性，体积小，重量轻。=通信网和本地网D型一插针体 2mm。其他同FC型LC,MU微型连接器2.活动连接器插针端面插针和套筒是活动连接器的关键元件，采用氧化锆陶瓷材料FC端面PC端面 SPCAPC3.光纤跳线类型与连接性能指标光纤光缆跳线 一光缆两端面都装上连接器插头，光路的跳线式连接； 桥接线 一两端连接器插头不同类型或不同端面的跳线尾 纤 一一端装插头，另一端直接连接光

11、器件或设备。光纤类型一单模，多模，数据插头一FC, SC, ST 端面一PC, SPC, APC特点：插入损耗低，回波损耗高；重复性好，互换性好=长途干线网，城域网，接入网；光纤 CATV网，光纤数据网光耦合器用于光功率的合路和分路，多路间的耦合。分路合路数目：Y型耦合器一2根光纤X型或星型耦合器一两光纤或多光纤在火焰烧灼下扭转熔融成锥体区 主要指标：接口数目，插入衰耗，分光比，隔离度。光衰减器使用条件：接收机输入光功率超过某一范围或在测量光纤接收机灵敏度时 原理：调整光衰减片旋转角度，改变反射光与透射光比例来改变光衰减大小 类型：衰耗固定，步进式，能连续改变衰减值衰耗器的指标：插入衰耗 ，工

12、作波长，衰耗精度，衰耗变化范围，步进量衰耗片状在结构如活动连接器的插件中材料：蒸镀金属膜的玻璃片镀膜材料性能及膜厚度-衰耗大小光器件应用前景展望-高速率，大容量，全光处理-小型化，集成化，多功能，低成本化1.活动连接器的材料与结构变化 体积变小，材料变换，连接性能提高，连接纤数更多2 集成光器件：光分路器，光隔离器，波分复用器，光放大器= OEIC（光电集成回路）与PIC （光集成器件）4.OEIC微电和光电结合有源器件（光源，探测器） +电子元件=功能全面，功耗低，安装使用方面。光缆类型，结构与材料1.光缆的分类方式缆芯结构：中心管式 一光纤，光纤束或光纤带无绞合直接放到光缆中心位置 层绞式

13、一几根，几十根或更多光纤或光纤带子单元围绕中心加强件 螺旋绞合（S绞或SZ绞）成一层或几层的光缆 骨架式一光纤或光纤带螺旋绞合后置于塑料骨架槽中成缆线路敷设：架空 管道直埋 隧道水底缆中光纤状态：松套一有一定自由移动空间，有利于减小外界机械应力对图覆光纤影响紧套一直径小，重量轻，易剥离，敷设和连接，高拉伸应力会 直接影响光纤的衰减等性能。半松半紧使用环境和场合：室外 一足够的机械强度，防渗水能力，良好的温度特性室内一结构紧凑，轻便柔软，阻燃性能网络层次：长途 一省际一级干线，省内二级干线市内一长途端局与市话局以及市话局之间的中继线路接入网一市话端局到用户间的线路特殊用途：电力光缆，阻燃光缆，防

14、蚁光缆 2.光缆的结构类型室外光缆层绞式一由多根二次被覆光纤松套管 （或部分填充绳）绕中心金属加强件绞 合成圆整的缆芯，缆芯外先纵包复合铝带并挤上聚乙烯内护套， 再纵包阻水带和双面覆膜皱纹钢（铝）带加上一层聚乙烯外护层组成。-分离光纤层绞式和光纤带层绞式结构特点：容纳的光纤数多，光缆中光纤余长易控制，光缆的机械， 环境性能好，适宜直埋，管道敷设，也可以架空敷设。结构缺点：结构工艺设备较复杂，生产工艺环节较繁琐，材料消耗多。中心管式一由一根二次光纤松套管或螺旋形光纤松套管无绞合直接放在缆 中心，纵包阻水带和双面覆塑钢（铝）带，两根平行加强圆磷 化碳钢丝或玻璃钢圆棒位于聚乙烯护层中组成。-分离光纤

15、中心管式光缆或光纤带中心管式光缆 优点：结构简单，制造工艺简捷，光缆截面小，重量轻 =架空敷设，管道，直埋缺点：缆中管线芯数受限（分离 -12;光纤束-36;光纤带-216）;松套 管挤塑工艺中松套管冷却不够，成品光缆中松套管会出现后缩， 光缆中光纤余长不易控制骨架式一干式光纤带光缆=将光纤带以矩阵形式置于 U型螺旋骨架槽或 SZ 螺旋骨架槽中，阻水带以绕包方式缠绕在骨架上，使骨架与阻水 带形成一个封闭的腔体。阻水带遇水，吸水膨胀产生阻水凝胶屏 障。阻水带外再纵包双面覆塑钢带，刚带外挤上聚乙烯外护层。优点：结构紧凑，缆径小，光纤芯密度大（上千 数千），施工接续中 无须清除阻水油膏，接续效率高。

16、=接入网，局间中继，有线电视网络中作为传输馈线 缺点：制造设备复杂，工艺环节多，生产技术难度大室内光缆一非金属结构。无需接地或防雷保护，全介质结构保证抗电磁干扰。容易开剥多用途室内光缆 一由绞合的紧缓冲层光纤和非金属加强件（如纺轮沙）构成，光纤数6时，光纤绕一根非金属中心加强件绞合形成一根 更结实的光缆。传输各种语音，数据，视频图像和信令。分支光缆一终结维护，光纤的独立布线或分支。大楼之间的管道内，大楼内向上的升井里。计算机机房地板下和光纤 到桌面2.7mm子弹元一业务繁忙2.4mm子单元一业务正常2.0mm子单元一业务少 互连光缆一为布线系统进行语音，数据，视频图像传输设备互连所设计的 光缆

17、。单纤，双纤结构。楼内布线中可用作跳线。直径细，弯曲半径小，更易敷设在空间受限的场所，可以简单直接或 在工程进行预先连接作为光缆组件用在工作场所或作为交叉连 接的临时软线。特种光缆电力光缆阻燃光缆一人口密集地，特殊场合，如商贸大厦，高层住宅，地铁，矿井， 船舶，飞机中。无卤阻燃光缆 一层绞式，中心管式，骨架式或室内软光缆。3.光缆的构造材料高分子材料：松套管材料，聚乙烯护套料，无卤阻燃护套料，聚乙烯绝缘 料，阻水油膏，阻水带，聚酯带金属-塑料复合带，钢塑复合带，铝塑复合带 中心加强件：磷化钢丝，不锈钢圆棒. .套管材料一聚对苯二甲酸丁二醇（PBT）,聚丙烯（PP）和聚碳酸酯（PC）PBT机械特

18、性，热稳定性，尺寸稳定性，耐化学腐蚀优良以及与光纤用填充阻水油膏和光缆用涂覆阻水油膏得很好的相容性 阻水材料阻水油膏用法：往松套管内纵向注入纤用阻水油膏，沿缆芯纵向的其他空隙 填充缆用阻水油膏-防止各护层破裂后水向松套管和缆芯纵 向渗流性能：良好的化学稳定性，温度稳定性，憎水性，析氢小，含气泡少， 与光纤，PBT或PP相容性好。对人无毒无害。材料：热膨胀或吸水膨胀化合物。阻水带一用粘接剂将吸水树脂粘附在两层聚酯纤维无纺布上构成的带状 材料。憎水性阻水和吸水膨胀型阻水 吸水膨胀型阻水机理：吸水膨胀型阻水，即干性水溶膨胀材料阻水。当水与阻水带中吸水树脂接触时，吸水树脂就迅速吸收渗入水， 自身体积迅

19、速膨胀数百倍甚至上千倍，膨胀体积充满光缆的空 隙，从而阻止水进一步在光缆纵向和径向流动，阻水。加强元件磷化钢丝一在高碳钢丝表面镀上一层均匀， 连续，牢固的磷化层（ 3g/m）功能：防止光纤氢化钢绞线纺轮纱一架设在高压电离输电线路上的全介质自承式光缆（ ADDS ）靠光缆自身配置的抗拉元件玻璃钢圆棒和纺轮纱来支撑自重和抗拉强度悬挂在杆塔上。 优点：重量轻，抗拉强度大。 用法：放在光缆的内外护套之间。跨度范围：751000m。玻璃钢棒一FRP作为非金属中心加强件 特点：重量轻，机械性能好，抗电磁干扰 =雷电频繁区，防强电场作用的场所 护套料聚乙烯（PE）-内护套，缆芯的防潮保护。Y护套-聚乙烯护套

20、A护套一铝-聚乙烯护套 S护套一钢-聚乙烯护套W护套一夹带平行钢丝的钢-聚乙烯护套 外护套一聚乙烯护套料用作铠装保护层 用途：抗侧压，防湿，耐磨，抗紫外线.性能指标：熔融指数，抗拉强度，断裂伸长率 和耐环境应力开裂.无卤阻燃聚烯烃 一低烟，无卤阻燃要求的光缆外护层。阻燃原理：护套料中的无机阻燃剂 AI（OH） 3或Mg（OH） 2会遇热分解， 释放出结晶水，吸收大量热量，稀释氧气，抑制燃烧护 层的温度上升，而 AI2O3或MgO2则形成阻燃壳层，从而 达到阻燃目的。性能指标：抗拉强度，断裂伸长，极限氧指数 耐电痕黑色聚乙烯-国际电气工程师协会标准 IEEEP化1222，架空电力 线路上的全介质

21、自承式光缆（ ADSS光缆）悬挂点的空间电位大于 12kV时，防止由于放电作用是光缆外护层产生电痕电蚀， ADSS光缆外护层比用耐电痕的聚乙烯护层料高密度聚乙烯绝缘料=骨架，填充绳材料特性：机械特性，化学稳定性优良，电气性能良好，耐热应力开裂 和耐环境应力开裂性能良好，与光缆涂覆阻水油膏有好的相容性 性能指标：熔融指数，抗拉强度，断裂伸长率。金属-塑料复合带功能：防水隔潮，保护缆芯免遭机械损伤，提高了光缆抗冲击，耐 侧压等机械性能性能指标：金属带厚，覆塑膜厚度，抗拉强度，断裂伸长率，金属 带与覆塑膜之间的玻璃强度和耐油膏侵蚀性。聚氯乙烯=室内光缆或光纤跳线的外护套 特点：机械强度高，挠性好，抗

22、热阻燃。金属铠装=环境恶劣，侧面机械受力或破坏严重的场合，在光缆缆芯外加装铠装层进行保护。 材料：细钢丝（绕包），钢带（绕包），轧纹钢带（纵包）。聚酯带=爆炸材料特性：良好的耐热性，化学稳定性和抗拉强度，收缩率小，尺寸稳定性 好，低温柔性好4.光缆检测项目与标识光缆出场检测项目合同：缆芯结构，光纤类型，光纤数目机械特性：拉伸，弯曲，扭转，冲击，曲绕，压扁，振动。 光纤特性：几何特性：包层不圆度，同心度误差，色层外径。传输特性：衰减，色散，截止波长，偏振膜色散，模厂直径工程特性：连续损耗，光缆金属护层绝缘电阻，护层材料及厚度，金属带搭接 强度，金属层与 PE护层的粘接强度。光纤的排序色谱规定：光

23、缆外护套标识，缆盘标识耐环境性能（温度，水分） 缆中油膏的滴流性，脆硬性，纵向渗水性，外护套开裂性。成品光缆外护套上的标识制造厂商名称或产品注册商标表识制造日期年。月。间隔为lm的光缆主要型号及尺码带光缆型号命名方式（ YD/T908-2000 ）型号命名的格式光缆型式代号I -分类代号n -加强构件川-结构特征IV-护套V-外护层分类的代号GY-通信用室（野）外光缆 GM-通信用移动式光缆GJ-通信用室（局）内光缆GS-通信用设备内光缆 GH-通信用海底光缆GT-通信用特殊光缆加强件的代号无符号-金属加强构件F - 非金属加强构件缆芯和光缆派生结构特征代号 一组合代号顺序安自上至下顺序排列。

24、D光纤带结构 无符号-光纤松套被覆结构J-光纤紧套被覆结构 无符号-层绞结构G-骨架槽结构X-缆中心管（被覆）结构T-油膏填充式结构 无符号-干式阻水结构R-充气式结构C-自承式结构B扁平形状R椭圆形状Z-阻燃护套代号Y -聚乙烯护套V-聚氯乙烯护套U-聚氨酯护套A-铝-聚乙烯粘结护套（A护套）S-钢-聚乙烯粘结护套（S护套）W-夹带平行钢丝的钢-聚乙烯粘结护套（W护套）S-铝护套S-钢护套S-铅护套光纤规格代号一两种以上规格（光纤数目和类别）的光纤， “+”联接。光纤数目代号光纤类别代号A-多模光纤B-单模光纤OPGW（光线复合地线光缆）代号中心管式OPGW中的光纤管数目为1，可省略缆中无金

25、属绞线，则截面数字处标OOPGW - C(或S)n(AA / AS） /L光铠中层光光光铝铝铝铝短纤装心绞纤纤纤合包合包路复层管式管芯类金钢金钢电合数式结数数型线线线线流地结构截截(kA)线构面面光积积缆(mrn)探光纤接续损耗活动连接一光端机与光缆线路的接续水线主备用光缆与主干光缆接续用户光缆与光传输设备间的接续光纤连接的基本要求连接的损耗小，满足线路传输性能的要求连接后性能的稳定程度高，长期可靠性好费用低且便于操作影响光纤连接损耗的原因固有损耗一单模光纤本身模场直径偏差， 多模光纤纤芯不圆度， 模场或纤芯与包层的同心度偏差连续损耗轴向错位间隙折角-3 -损耗 防水，防潮。光纤类型选用G.6

26、52光纤一1310nm波长性能最佳单模光纤。1310 nm 波长区开通长距离 .5bit/s 系统1550nm 波长区开通2.5bit/s 或NX 2.5bit/s 波分复用系统G.653 光纤一1550nm波长性能最佳单模光纤不支持波分复用，弃用G.654 光纤一1550nm波长衰减最小单模光纤= 长距离海底光缆系统G.655 光纤一非零色散位移单模光纤 G.655A- 带放大器的单信道系统1550nm 波长区开通仝10bit/s 波分复用高速传输系统光缆线路防护设计防机械损伤穿越铁路或主要公路-顶管施工的地段应用内径仝 80mm的无缝钢管或对边焊接镀锌钢管，钢管内穿放 24根塑料子管，子管内径 =1.21.5光缆外径穿越一般公路或简易公路采用破路埋设，内径仝 50mm聚氯乙烯塑料保护，或钢筋混凝土平板河流岸滩，沿村镇街道及基建工地 -覆盖红砖或水泥瓦保护雨水，溪流冲刷威胁或高坎地段-砌石坡保护防强电影响一当有金属构件的光缆线路与高压电力线路，交流电气化铁道接触网， 发电厂或变电站地线网等强电设施接近时， 要考虑由电磁感应