光纖及光纜基礎(chǔ)知識培訓(xùn)課件

1、關(guān)于光纖及光纜基礎(chǔ)知識培訓(xùn)第一頁，講稿共九十五頁哦 光通信史 光纖通信原理 光纖的結(jié)構(gòu)光 纖 光纖的分類 光纖的基本參數(shù) 光纖的制造方法 光纖的演變第二頁，講稿共九十五頁哦光通信史廣義的光通信：存在于我們的日常生活中，無處不在，無時(shí)不在。旅游、觀光電影、電視狹義的光通信：是指人類有意識地利用光作為傳遞信息的手段。古代的烽火臺現(xiàn)代的交通信號燈、航海燈塔等等第三頁，講稿共九十五頁哦光通信史法國人Claude Chappe 第一個(gè)建立光電報(bào)系統(tǒng)。1790美國人Alexander GrahamBell 發(fā)明了光電話。1880人類發(fā)明了新的光源 ：激光。1958華裔科學(xué)家：高錕博士從理論上預(yù)言玻璃纖維是

2、理想的光波導(dǎo)。1966康寧公司成功開發(fā)出衰減小于20dB/km的商用光纖。1970光通信史上的幾個(gè)里程碑第四頁，講稿共九十五頁哦f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm紅外線紫外線X射線伽瑪射線光纖應(yīng)用范圍無線電電視衛(wèi)星

3、LWKWMWUKWdmcm高頻微波低頻交流電直流電微波可見光光纖通信原理第五頁，講稿共九十五頁哦光纖通信原理光信號第六頁，講稿共九十五頁哦發(fā) 射接 收接 收發(fā) 射通信系統(tǒng)的原理框圖傳輸線路光光光光信號處理信號處理光纖通信原理第七頁，講稿共九十五頁哦線路中繼線路中繼傳輸線路的基本組成傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)線路中繼光纖通信原理第八頁，講稿共九十五頁哦入射光線反射光線入射光線11=2傳輸介質(zhì)：光纖光的反射和折射定律 光在傳輸過程中，在兩種不同的傳輸介質(zhì)的界面將產(chǎn)生以下行為： 一部分入射光將被反射 一部分入射光將進(jìn)入第二種介質(zhì)，產(chǎn)生折射介質(zhì)1 折射率n1介質(zhì)2 折射率n2 2n1Sin1=n

4、2Sin2介質(zhì)1 折射率n1介質(zhì)2 折射率n2 12折射光線光纖通信原理第九頁，講稿共九十五頁哦折射率 n光在真空中的傳播速度/光在該介質(zhì)中的傳播速度全反射：當(dāng)n1n2時(shí)，隨著入射角的不斷增加，當(dāng)入射角達(dá)到某一值時(shí)，折射角達(dá)到90oC，我們把此時(shí)的入射角稱為臨界角0 。當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，將發(fā)生全反射。介質(zhì)1介質(zhì)2根據(jù)折射定律，我們可以求出臨界角，此時(shí)290o。即n1Sin0=n2Sin90o所以 Sin0=n2/n1光纖通信原理傳輸介質(zhì)：光纖第十頁，講稿共九十五頁哦包層 n2纖芯 n1包層 n2光纖通信正是利用了全反射原理，當(dāng)光的注入角滿足一定條件時(shí)，光便能在光纖(光波導(dǎo))內(nèi)形成全反射，從

5、而達(dá)到長距離傳輸?shù)哪康摹９饫w中心軸線090- 0空氣 n0 1傳輸介質(zhì)：光纖光纖通信原理第十一頁，講稿共九十五頁哦包 層光纖的結(jié)構(gòu)纖芯涂層第十二頁，講稿共九十五頁哦按材料分類： 二氧化硅系光纖 多組份光纖 塑料光纖光纖的分類第十三頁，講稿共九十五頁哦 用于通信，如：光纜 用于傳感器，如：光纖陀螺 用于傳輸圖像，如：內(nèi)窺鏡 其它用途，如用于傳輸能量按用途分類：光纖的分類第十四頁，講稿共九十五頁哦光纖的分類按傳輸模式分類：多模光纖：根據(jù)電磁波的傳播理論，通過解麥克斯韋方程， 可以求出光波在該類光纖中是以多種模式(振動狀 態(tài))向前傳播的。它包括LP01、LP11、LP02、LP12、 LP21、LP

6、22等等。單模光纖：光波在該類光纖中只以基模LP01的振動方式向前 傳播。aarEaarELP01LP11LP02第十五頁，講稿共九十五頁哦多模光纖單模光纖按傳輸模式分類：光纖的分類第十六頁，講稿共九十五頁哦 幾何尺寸參數(shù) 光學(xué)及傳輸特性參數(shù) 機(jī)械特性參數(shù)光纖的基本參數(shù) 環(huán)境特性參數(shù)第十七頁，講稿共九十五頁哦幾何尺寸參數(shù)dxdyR光纖的基本參數(shù) 纖芯直徑 纖芯/包層同心度偏差 包層外徑(d=dx+dy/2) 包層不圓度(|dmax-dmin|/d) 涂層外徑 包層/涂層同心度偏差 光纖翹曲度R第十八頁，講稿共九十五頁哦光纖幾何尺寸參數(shù)典型值 纖芯直徑(多模光纖)： 纖芯直徑(單模光纖)： 纖芯

7、/包層同心度： 包層外徑： 包層不圓度： 涂層外徑： 包層/涂層同心度：62.5/50m810m1.0m125m1m1%245m5m12m 光纖翹曲度：4m光纖的基本參數(shù)第十九頁，講稿共九十五頁哦光纖的基本參數(shù)幾何尺寸的精度對光纖的影響光纖的接續(xù)損耗光纖的PMD值 第二十頁，講稿共九十五頁哦 光纖纖芯 光纖芯徑 8 m ，錯位 2 m 導(dǎo)致 0.7 db衰減 纖芯軸向夾角 纖芯有 1 夾角，導(dǎo)致 0.45 dB 接頭損耗 光纖端面傾斜 傾角 1 時(shí)，導(dǎo)致 0.2 dB 接頭損耗 光纖芯徑不同 芯徑相差 10%，損耗增加 0.01 dB光纜接續(xù) 光纖對接續(xù)影響 第二十一頁，講稿共九十五頁哦如果光

8、纖芯徑 8 m ，錯位 2 m 導(dǎo)致 0.7 db衰減如果要求接頭損耗 0.1 dB，纖芯錯位一定要 0.8 m 2 m 光纖纖芯：光纖1光纖2光纜接續(xù) 第二十二頁，講稿共九十五頁哦纖芯有 1 夾角，導(dǎo)致 0.45 dB 接頭損耗如果要求接頭損耗 0.1 dB，纖芯夾角應(yīng) 材料色散結(jié)構(gòu)色散對于多模光纖，可以通過設(shè)計(jì)合理纖折射率分布大大減小模式色散。第三十四頁，講稿共九十五頁哦光學(xué)及傳輸特性參數(shù)光纖的基本參數(shù)模式色散：傳輸常數(shù)隨傳輸模的不同而變化。 模式色散只發(fā)生在多模光纖上。RnRn階躍折射率分布的多模光纖漸變折射率分布的多模光纖第三十五頁，講稿共九十五頁哦光學(xué)及傳輸特性參數(shù)光纖的基本參數(shù)材料

9、色散：由于材料的折射率隨波長變化而 導(dǎo)致的傳輸常數(shù)的變化。第三十六頁，講稿共九十五頁哦包層n2包層n2纖芯n1光學(xué)及傳輸特性參數(shù)光纖的基本參數(shù)波導(dǎo)色散：由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引起的傳輸常數(shù)的 變化。12材料色散波導(dǎo)色散第三十八頁，講稿共九十五頁哦84-401200-818001400150016001700132nm1非色散位移光纖2色散位移光纖3色散平坦光纖4 非零色散位移光纖nm . kmps不同光纖的色散曲線光纖的基本參數(shù)4D第三十九頁，講稿共九十五頁哦彎曲損耗：宏彎損耗：是指光纖在以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光纖外徑的曲率半徑 彎曲時(shí)，所引入的附加損耗。微彎損耗：是指光纖受到不均勻應(yīng)力的作用，光纖軸產(chǎn) 生的微小不

10、規(guī)則彎曲所引入的附加損耗。光纖的基本參數(shù)光學(xué)及傳輸特性參數(shù)第四十頁，講稿共九十五頁哦偏振模色散： 基模包含兩個(gè)正交的矢量，這兩個(gè)偏振矢量在傳播過程中會產(chǎn)生時(shí)延差，從而引入偏振模色散光纖的基本參數(shù)光學(xué)及傳輸特性參數(shù)第四十一頁，講稿共九十五頁哦光學(xué)及傳輸特性參數(shù)典型值 衰減系數(shù)： 色散系數(shù)： 截止波長： 彎曲損耗： 偏振模色散：1310nm波長處：0.36dB/km1550nm波長處：0.22dB/km1310nm波長處： 0ps/(nmkm)1550nm波長處：18ps/(nmkm)cc1260nm以75mm為直徑松繞100圈1550nm波長處附加衰減：0.05dBPMD0.2ps/(km)1/

11、2 模場直徑：1310nm: 8-10m; 1550nm: 9-11m光纖的基本參數(shù)第四十二頁，講稿共九十五頁哦機(jī)械特性參數(shù) 光纖篩選應(yīng)力水平 光纖抗張強(qiáng)度 光纖動態(tài)疲勞參數(shù) 光纖靜態(tài)疲勞參數(shù)篩選應(yīng)力：0.69GPa持續(xù)時(shí)間：1s典型值：500kpsind 20ns 20光纖的基本參數(shù)第四十三頁，講稿共九十五頁哦 光纖溫度衰減特性 光纖浸水性能 光纖老化性能環(huán)境性能參數(shù)-60oC+85oC下附加衰減： 0.05dB/km23oC下，浸水14天后附加衰 減：0.05dB/km 溫度濕度衰減特性-10oC+85oC，98%RH下附加衰減： 0.05dB/km85oC下老化一個(gè)月后附加衰 減：0.0

12、5dB/km光纖的基本參數(shù)第四十四頁，講稿共九十五頁哦制造光纖的基本化學(xué)反應(yīng)式如下：SiCl4 + O2 = SiO2 + 2Cl2 GeCl4 + O2 = GeO2 + 2Cl2其工藝流程如下：制棒脫水燒縮拋光拉絲篩選、復(fù)繞光纖的制造方法第四十五頁，講稿共九十五頁哦根據(jù)預(yù)制棒生產(chǎn)方式的不同，光纖制造方法可分為以下四種：改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)等離子激活化學(xué)氣相沉積法(PCVD)真空泵O2SiCl4GeCl4BBr3空腔諧振器排氣噴燈管子O2SiCl4GeCl4光纖的制造方法第四十六頁，講稿共九十五頁哦管外氣相沉積法(OVD)噴燈O2SiCl4GeCl4O2+H2多孔預(yù)制棒噴燈O2S

13、iCl4GeCl4O2+H2O2+H2多孔預(yù)制棒軸向氣相沉積法(VAD)光纖的制造方法第四十七頁，講稿共九十五頁哦拉絲：高潔凈度氮?dú)獗Ｗo(hù)高速涂覆快速冷卻預(yù)制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)石墨爐預(yù)制棒在線測徑儀在線測徑儀涂覆模涂覆模UV固化爐UV固化爐收線盤光纖的制造方法第四十八頁，講稿共九十五頁哦光纖的演變多模光纖單模光纖工作波長：850nm1310nm1550nm1310&1550nm15301565/1625nm12601625nm第四十九頁，講稿共九十五頁哦單模光纖的演變G.652光纖G.653光纖G.654光纖G.655光纖最成熟的單模光纖，但未把最小的衰減與最小的色散有效的結(jié)合在一起。過渡性的單模光纖，

14、通過對光纖的截止波長進(jìn)行位移而獲得極低的衰減。過渡性的單模光纖，把零色散點(diǎn)移到了衰減最小的波長。一種新型的單模光纖，把最小的衰減與小的色散結(jié)合在一起。光纖的演變第五十頁，講稿共九十五頁哦ITU-T G.652光纖短距離大容量傳輸系統(tǒng)A類G.652光纖B類G.652光纖C類G.652光纖普通容量傳輸系統(tǒng)高速率傳輸系統(tǒng)(10Gb/s)粗波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)G.652光纖的特點(diǎn)最成熟的一種單模光纖最小的衰減窗口與最小色散窗口分離光纖的演變第五十一頁，講稿共九十五頁哦高速率大容量傳輸系統(tǒng)ITU-T G.655光纖長途陸地系統(tǒng)長途海底系統(tǒng)城域網(wǎng)系統(tǒng)如：Corning的Leaf光纖， Lucent的TrueW

15、ave RS光纖如：Corning的Submarine Leaf光纖 Lucent的TrueWave XL光纖如：Corning的MetroCor光纖G.655光纖的特點(diǎn)最新的一種單模光纖；充分利用C/L波段衰減小和其為EDFA工作波段的特點(diǎn)；較小的色散有利于高速傳輸，同時(shí)又能有效抑制非線性效應(yīng)光纖的演變第五十二頁，講稿共九十五頁哦 光纜的設(shè)計(jì) 光纜的結(jié)構(gòu) 光纜的制造 光纜的分類光 纜 幾種常用光纜第五十三頁，講稿共九十五頁哦目的：為光纖提供足夠的保護(hù)正確設(shè)計(jì)光纜結(jié)構(gòu)，精確控制光纖余長光纜設(shè)計(jì)中應(yīng)著重考慮的問題 避免光纖受到應(yīng)力作用消除光纖的宏彎與微彎損耗解 決 之 道光纜的設(shè)計(jì)第五十四頁，講

16、稿共九十五頁哦層絞式光纜余長由絞合節(jié)距確定中心束管式光纜余長由螺旋產(chǎn)生光纜的設(shè)計(jì)第五十五頁，講稿共九十五頁哦受張力時(shí)，套管伸長。Elongation of the tubes by tension.低溫狀態(tài)下套管收縮。Shrinkage of the tubes under low temperature光纖/ fibre理想的光纖位置。Ideal fibre position.光纜的設(shè)計(jì)第五十六頁，講稿共九十五頁哦受張力時(shí)，套管伸長。室溫，無張力。低溫狀態(tài)下套管收縮。光纖光纖光纖 光纜的設(shè)計(jì)第五十七頁，講稿共九十五頁哦按使用環(huán)境分類室外光纜管道光纜架空光纜直埋光纜水下光纜海底光纜室內(nèi)光纜數(shù)據(jù)

17、光纜配線光纜設(shè)備光纜控制光纜應(yīng)急光纜光纜的分類第五十八頁，講稿共九十五頁哦按網(wǎng)絡(luò)分類長途干線網(wǎng)用光纜連接各大城市，長度可達(dá)數(shù)千公里光纜的分類第五十九頁，講稿共九十五頁哦按網(wǎng)絡(luò)分類本地網(wǎng)用光纜連接大城市及其周邊地區(qū)，長度可達(dá)百公里以上光纜的分類第六十頁，講稿共九十五頁哦按網(wǎng)絡(luò)分類接入網(wǎng)用光纜連接中心交換局與最終用戶，又稱為通信的最后一公里。中心交換局光纜銅纜光網(wǎng)絡(luò)單元FTTCFTTBFTTH光纜的分類第六十一頁，講稿共九十五頁哦按纜芯結(jié)構(gòu)分類 層絞式結(jié)構(gòu) 中心管式結(jié)構(gòu) 骨架式結(jié)構(gòu)光纜的分類第六十二頁，講稿共九十五頁哦按光纖單元分類單纖光纜： 采用散纖或光纖束作為基本的光纖單元 可采用中心管式，層

18、絞式或骨架式結(jié)構(gòu) 用于長途和本地網(wǎng)以及局間中繼光纖帶光纜： 采用光纖帶作為基本的光纖單元 可采用中心管式，層絞式或骨架式結(jié)構(gòu) 用于接入網(wǎng)或局間中繼光纜的分類第六十三頁，講稿共九十五頁哦光纜的分類按敷設(shè)方式分類管道式光纜架空式光纜直埋式光纜水底式光纜海底式光纜第六十四頁，講稿共九十五頁哦光纜的分類按特殊性分類普通要求光纜特殊要求光纜全非金屬光纜阻燃光纜防白蟻光纜第六十五頁，講稿共九十五頁哦光纜的結(jié)構(gòu)光纜的基本結(jié)構(gòu)組成加強(qiáng)件鋼絲、FRP、芳綸等等光纖單元光纖、光纖束、光纖帶纜芯層絞式、中心管、骨架護(hù)套鋁塑、鋼塑、鋼絲護(hù)套第六十六頁，講稿共九十五頁哦上 色在無色的一次涂覆光纖外著上一層顏色，以便于識

19、別不同的光纖。按照國際標(biāo)準(zhǔn)，共有12種標(biāo)準(zhǔn)顏色，分別為：蘭、桔、綠、棕、灰、白、紅、黑、黃、紫、粉紅、青綠光纜的制造第六十七頁，講稿共九十五頁哦束 纖當(dāng)同一套管中的光纖數(shù)目超過12根時(shí)，須采用不同顏色的紗線把一定數(shù)量不同顏色的光纖(不超過12根)扎成一束，以便光纖于識別光纜的制造第六十八頁，講稿共九十五頁哦成 帶12芯光纖帶 針對需要極大芯數(shù)光纜的應(yīng)用，先把一定數(shù)量的光纖通過成帶工序制成光纖帶，再以光纖帶為基本單元制成光纜，以提高光纜的封裝密度。光纜的制造第六十九頁，講稿共九十五頁哦套 塑在光纖外擠上一層套管，并使光纖松馳地置于套管中，套管內(nèi)填充膠狀的油膏。光纜的制造第七十頁，講稿共九十五頁哦

20、成 纜把一定數(shù)量的松套管以一定的節(jié)距絞在中心加強(qiáng)件上以制成層絞式光纜的纜芯光纜的制造第七十一頁，講稿共九十五頁哦護(hù) 套架空、管道式光纜直埋式光纜水下光纜根據(jù)運(yùn)用環(huán)境的不同，分別在纜芯上加上金屬擋潮層或金屬鎧裝層或非金屬加強(qiáng)層以及內(nèi)外護(hù)套光纜的制造第七十二頁，講稿共九十五頁哦幾種常用的光纜中心加強(qiáng)鋼絲central steel wire雙層松套管 double layer buffer tube填充纖膏filling compound包帶wrapping tape阻水油膏flooding compound雙面涂塑鋁帶aluminum tapePE外護(hù)套PE jacket光纜型號：GYTA 2-2

21、16使用場合：管道、架空第七十三頁，講稿共九十五頁哦幾種常用的光纜中心加強(qiáng)鋼絲central steel wire雙層松套管 double layer buffer tube填充纖膏filling compound包帶wrapping tape阻水油膏flooding compound雙面涂塑鋼帶corrugated steel tapePE外護(hù)套PE jacket光纜型號：GYTS 2-216使用場合：管道、架空第七十四頁，講稿共九十五頁哦幾種常用的光纜非金屬中心加強(qiáng)件FRP雙層松套管 double layer buffer tube填充纖膏filling compound阻水油膏flood

22、ing compound芳綸紗aramid yarnPE外護(hù)套PE jacket光纜型號：GYFTY 2-216使用場合：強(qiáng)電場地區(qū)管道、架空第七十五頁，講稿共九十五頁哦幾種常用的光纜中心加強(qiáng)鋼絲central steel wire填充纖膏filling compound包帶wrapping tape阻水油膏flooding compound雙面涂塑鋁帶aluminum tapePE內(nèi)護(hù)套inner PE jacket軋紋鋼帶corrugated steel tapePE內(nèi)護(hù)套inner PE jacket鎧裝鋼絲armoring steel wirePE外護(hù)套o(hù)uter PE jacket光

23、纜型號：GYTA5333 2-216使用場合：水下、爬坡雙層松套管double layer buffer tube第七十六頁，講稿共九十五頁哦幾種常用的光纜鋼絞線stranded steel wire雙層松套管 double layer buffer tube填充纖膏filling compound包帶wrapping tape阻水油膏flooding compound雙面涂塑鋼帶corrugated steel tapePE外護(hù)套PE jacket吊帶hanging belt中心加強(qiáng)鋼絲central steel wire光纜型號：GYTC8S 2-144使用場合：自承式架空第七十七頁，講稿

24、共九十五頁哦12芯(24芯)光纖帶光纖油膏光纖帶松套管加強(qiáng)鋼絲填充阻水油膏雙面涂塑軋紋鋼帶PE外護(hù)套撕裂繩光纜型號：GYDXTW 12-600使用場合：管道、架空幾種常用的光纜第七十八頁，講稿共九十五頁哦雙面涂塑軋紋鋁帶6 芯光纖帶光纖油膏光纖帶送套管加強(qiáng)鋼絲填充阻水油膏PE外護(hù)套撕裂繩無紡布包帶光纜型號：GYDTA 6-288使用場合：管道、架空幾種常用的光纜第七十九頁，講稿共九十五頁哦幾種常用的光纜雙面涂塑軋紋鋁帶12 芯光纖帶光纖油膏光纖帶松套管加強(qiáng)鋼絲填充阻水油膏PE外護(hù)套撕裂繩無紡布包帶光纜型號：GYDTA 12-432使用場合：管道、架空第八十頁，講稿共九十五頁哦光通信技術(shù)的發(fā)展趨

25、勢光纖光纜中繼傳輸交換網(wǎng)絡(luò)針對不同運(yùn)用進(jìn)行優(yōu)化芯數(shù)不斷增加，越來越靠近用戶傳統(tǒng)的電中繼向光中繼轉(zhuǎn)化時(shí)分復(fù)用及波分復(fù)用走向商用傳統(tǒng)的電路交換向光交換演變網(wǎng)絡(luò)向智能全光網(wǎng)方向發(fā)展第八十一頁，講稿共九十五頁哦光纜干線光纜芯數(shù)中國電信新的一級干線芯數(shù)達(dá)96芯，美國的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商Aerie敷設(shè)的干線光纜達(dá)432芯接入網(wǎng)用光纜中國接入網(wǎng)用光纜已達(dá)432芯，日本已在接入網(wǎng)中大量敷設(shè)多達(dá)1000芯的光纜光通信技術(shù)的發(fā)展趨勢第八十二頁，講稿共九十五頁哦線路中繼線 路中 繼功能信號同步(Retiming)信號整形(Reshaping)信號再生(Regenerating)光通信技術(shù)的發(fā)展趨勢第八十三頁，講稿共九十五頁哦光放大器泵浦光源光放大技術(shù)(如EDFA)光中繼成為可能線路中繼光通信技術(shù)的發(fā)展趨勢第八十四頁，講稿共九十五頁哦光接收端光發(fā)射端電信號