光纖光纜的基本知識

光纖光纜的基本知識與制造,基礎(chǔ)知識,課程綱要,光纖通信簡史,光纖通信的優(yōu)點,光纖的基本結(jié)構(gòu)和傳輸原理,母棒的生產(chǎn)制造工藝,光纖的導(dǎo)光基本原理,幾個主要的有關(guān)名詞與術(shù)語,光纖的生產(chǎn)制造工藝,光纜預(yù)期使用壽命及保證措施,光纜的特性和材料,光纜的主要結(jié)構(gòu)和特性,光纜的命名方法,光纖帶色譜識別,光纖帶光纜主要型式,光纜結(jié)構(gòu)圖解,光纜主要生產(chǎn)與測試設(shè)備,光纜主要原材料清單,質(zhì)量保證體系,光纖通信簡史,光纖通信是以光波為載體，光纖為傳輸媒質(zhì)的通信方式。1965年之前光纖已在學(xué)技術(shù)中得到應(yīng)用，但僅限于短距離傳輸圖象，衰減為1000dB/km1966年英籍華人高錕博士提出石英光纖理論和光纖通信的概念，通過理論推導(dǎo)指出石英玻璃的衰減可降到20dB/km以下可用于通信。1970年美國康寧公司生產(chǎn)出衰減為20dB/km的光纖，之后光纖通信飛速發(fā)展。現(xiàn)在普通單模光纖在1550nm處衰減已降到0.2dB/km以下。,光纖通信的優(yōu)點,傳輸衰減低，中繼距離長（同軸、市話電纜一般在20db/km左右）傳輸帶寬寬通信容量大。尺寸小，重量輕。（光纖直徑小，636芯光纜12mm左右，玻璃比重2.2g/cm3，銅的比重8.9g/cm3，同徑下的重量比是1/15，運輸敷設(shè)方便，帶狀光纜密集度更高）不受電磁感應(yīng)、強(qiáng)電、雷電干擾，不會產(chǎn)生放電、火花等。（傳送光信號，非金屬不導(dǎo)電媒質(zhì)。在電力線路、礦井、軍火庫、電氣化鐵路、多雷電地區(qū)、易燃易爆場所可以使用）光纖間無電磁干擾無串光，不會串音，保密性好節(jié)省自然資源有色金屬。（1km光纖只有27gSiO2價廉）不會腐蝕。,纖芯：SiO2+GeO2純度99.9999%(n1),包層：SiO2純度99.9999%(n2),一次涂層:丙烯酸樹脂,二次涂層:丙烯酸樹脂,傳輸基本條件:折射率n1n2,光纖的基本結(jié)構(gòu)和傳輸原理,從光學(xué)意義上講光在光纖中的傳輸利用了光的全反射原理。光在均勻媒質(zhì)中是直線傳播的，在不同的媒質(zhì)中傳輸速率不同v=c/n光經(jīng)過兩種介質(zhì)交界面時會發(fā)生偏折現(xiàn)象。,光纖的導(dǎo)光基本原理,光線經(jīng)過兩種不同介質(zhì)的交界面時，就會發(fā)生偏折現(xiàn)象，一般稱之為光的折射。當(dāng)光線由光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)，且入射角大于臨界角時，就會發(fā)生全反射現(xiàn)象。光纖就是利用光的這種全反射特性來導(dǎo)光的。如下圖所示：,0,2,1,媒質(zhì)2折射率為n2,媒質(zhì)1折射率為n1,n1n2當(dāng)20時，實現(xiàn)全反射，0為臨界角.,幾個主要的有關(guān)名詞與術(shù)語,信號：一種物理現(xiàn)象，它的一個或多個特征可能變化而代表信息。時分復(fù)用：為了在一條公共信道上傳輸若干個信號，而在時間上使它們相互錯開的一種復(fù)用。傳導(dǎo)模：同時滿足全反射和相位一致等兩個條件的光線束稱之為傳導(dǎo)模。多模光纖：是指一種能夠承載多個模式的光纖。光纖中存在多個傳導(dǎo)模。單模光纖：是指一種只能傳輸一種模式的光纖。光纖只能傳輸基模（最低階模）。模場直徑：單模光纖中只有基模傳播，通俗地說，模場直徑就是基模光斑的大小。截止波長：是單模光纖所特有的一個參數(shù)，常用符號C表示。判斷一根光纖是不是單模光纖，只要比較一下它的工作波長與截止波長C大小就可以了。如果C則為單模光纖，該光纖只能傳輸基模；如果C就不是單模光纖，光纖中除了基模外，還能傳輸其它高階模。,色散：是指不同顏色的束光通過透光物質(zhì)后被散開的現(xiàn)象。色散系數(shù)：是指單位波長間隔所生產(chǎn)的群時延差。是單模光纖的一個重要特征參數(shù)。帶寬：在多模光纖中由于各個模式的傳播路徑和傳播速度不同而產(chǎn)生各個模之間的時延差。一窄光脈沖從光纖一端入射，經(jīng)過光纖之后，在光纖出射端形成被展寬的光脈沖，這種現(xiàn)象稱之為帶寬。數(shù)值孔徑：是指光纖的集光能力，可以表示為臨界角的正弦。是多模光纖的一個重要參數(shù)。,母棒的生產(chǎn)制造工藝,主要采用四種氣相沉積工藝：1、氣相軸向沉積法，VAD法2、管外氣相沉積法，OVD法3、改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法，MCVD法4、等離子體化學(xué)氣相沉積法，PCVD法,富通昭和FSO,單模光纖生產(chǎn)工藝流程,水平玻璃車床,接棒、拋光,拉絲塔,預(yù)制棒準(zhǔn)備,拉絲,一次涂覆,二次涂覆,收線,張力試驗復(fù)繞機(jī),張力篩選,綜合性能測試儀,綜合性能測試,光纖的生產(chǎn)制造工藝,2、夾棒、送棒裝置3、光纖的位置控制（X-Y水平裝置）4、高溫拉絲爐5、絲徑監(jiān)控儀6、一次冷卻管7、裸光纖牽引裝置8、一次涂覆9、一次涂覆同心度監(jiān)控儀10、一次固化11、內(nèi)涂層直徑監(jiān)控12、二次冷卻管13、二次涂層14、外涂層同心度監(jiān)控儀15、二次固化16、光纖直徑監(jiān)測17、PMD裝置18、張力測試議19、擺輪（舞踏輪）20、雙盤收線裝置,光纜預(yù)期使用壽命及保證措施,光纜使用壽命主要取決于光纜所采用材料之間的相容性、耐環(huán)境適應(yīng)性和光纜中光纖的余長控制。保證措施如下：1、對原材料的使用進(jìn)行嚴(yán)格選取。2、根據(jù)用戶對光纜的使用環(huán)境要求，合理設(shè)計光纖余長，嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝技術(shù)條件，確保光纖余長達(dá)到設(shè)計要求。3、依據(jù)光纖壽命的計算公式，對光纖壽命進(jìn)行定量分析并做應(yīng)變試驗，驗證設(shè)計和工藝控制的正確性，達(dá)到理論與實際相統(tǒng)一確保光纜預(yù)期使用壽命。光纜壽命計算：在靜態(tài)負(fù)載應(yīng)力s下,經(jīng)篩選試驗的光纖在運行時間ts內(nèi)的累計斷裂概率F為：,式中：ts預(yù)期壽命tp篩選試驗時間Np篩選試驗中每公里光纖的斷裂次數(shù)L光纖總長度F光纖斷裂概率n光纖疲勞系數(shù)m韋伯爾曲線斜率p篩選試驗中施加的應(yīng)力s靜態(tài)負(fù)載施加的應(yīng)力其中：C=（/tp）取決于篩選試驗中卸荷時間的系數(shù)取決于材料和環(huán)境的常數(shù)由于值和值都很難確定，而典型光纖的C值很小，在010-2范圍，當(dāng)C=0時，F(xiàn)要大一些。因此，從保守角度考慮，取C=0。那么，我們可獲得光纜壽命公式如下：,在運行狀態(tài)下的光纜，F(xiàn)1，且1-e-xx，則上式可簡化為：其中：p光纖篩選時的應(yīng)變s光纖靜態(tài)負(fù)載時應(yīng)變保守取值：tp=1秒，F(xiàn)=0.01，Np=0.01，L=1000KM，m=10，n=20，p=1%，s0.18%那么，ts=44.8年因而，可以保證我公司光纜使用壽命在30年以上。,光纜的特性和材料,一、光纜特性光纜的主要特性包括：光纜中光纖的傳輸特性、光纜的機(jī)械傳輸特性、光纜的環(huán)境特性和光纜的電氣特性。光纜的機(jī)械特性包括：光纜的拉伸、壓扁、沖擊、反復(fù)彎曲、扭轉(zhuǎn)、卷繞、曲繞、彎折等。光纜的環(huán)境特性包括：光纜的溫度特性、滴流性能、滲水性、阻燃性、防蟻性能、低溫下彎曲性能和低溫下耐沖擊性能等。當(dāng)光纜中含有作為導(dǎo)電或傳輸信號的電導(dǎo)體時，要檢測光纜中電導(dǎo)體的電阻、電介質(zhì)絕緣強(qiáng)度、絕緣電阻等。其它特殊用途的光纜還要根據(jù)其特殊性能要求進(jìn)行特殊試驗。二、光纜材料光纜是由光纖、高分子材料、金屬塑料復(fù)合材料及金屬加強(qiáng)件等共同構(gòu)成的光信息傳輸介質(zhì)。光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計要點是根據(jù)系統(tǒng)通信容量、,使用環(huán)境條件、敷設(shè)方式、制造工藝等，通過合理選用各種材料來賦予光纖抵抗外界機(jī)械作用力、溫度變化、水作用等保護(hù)。光纜用材料很多，除了光纖外，構(gòu)成光纜的材料可分為三大類：1、高分子材料：松套管材料、聚乙烯護(hù)套料、無鹵阻燃護(hù)套料、聚乙烯絕緣料、阻水油膏、阻水帶、聚脂帶。當(dāng)今，用作光纖松套管的材料有：聚對苯二甲酸丁二醇脂（PBT）、聚丙烯（PP）和聚碳酸脂（PC）等。（1）PBT以其優(yōu)良的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)腐蝕性以及與光纖用填充阻水油膏和光纜用涂覆阻水油膏的很好的兼容性，而被廣泛用來光纖松套管材料。評定PBT優(yōu)劣的性能有：熔融指數(shù)、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率和兼容性等。（2）聚乙烯護(hù)套料用作纜芯的防潮保護(hù)，稱為內(nèi)護(hù)套。聚乙烯護(hù)套料用作鎧裝保護(hù)層時稱為外護(hù)套，外護(hù)套主要起到抗側(cè)壓、防濕、耐磨、抗紫外線等作用。評定聚乙烯護(hù)套料質(zhì)量好壞的性能指針有：熔融指數(shù)、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率和耐環(huán)境應(yīng)力開裂等。（3）無鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料主要作用有低煙、無鹵阻燃要求的光纜的外護(hù)層。評定它的質(zhì)量的主要性能指針有：抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率、極限氧指數(shù)。,（4）耐電壓痕黑色聚乙烯護(hù)套料是為了防止由于放電作用而使光纜外護(hù)層產(chǎn)生電痕電蝕，因為ADSS光纜外護(hù)層必須選用耐電痕的材料。評定它的質(zhì)量好壞的主要性能指針有：抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、介電常數(shù)、介電損耗等。（5）高密度聚乙烯絕緣料蝕以其優(yōu)良的機(jī)械特性、化學(xué)穩(wěn)定性和良好的電氣性能使之在光纜中分別用作骨架和填充繩材料。它具有良好的耐熱應(yīng)力開裂和耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能，與光纜阻水油膏有好的兼容性。評定指針主要有：熔融指數(shù)、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率等。（6）由于光纖對水和潮氣產(chǎn)生的氫氧根極為敏感。為了防止水和潮氣滲入光纜，需要往松套管內(nèi)縱向注入纖用阻水油膏（Fillingcompounds），并沿纜芯縱向的其它空隙填充纜用阻水油膏（floodingcompounds），旨在防止各護(hù)層破裂后水向松套管和纜芯縱向滲流。纖用阻水油膏應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、憎水性、析氫分油極小、含氣泡少，與光纖和PBT或PP兼容性好，并且對人無毒害無害等。纜用阻水油膏一般為熱膨脹或吸水膨脹化合物，特別是吸水膨脹纜用阻水油膏具有吸水特性。評定阻水油膏質(zhì)量的共同性能指針有：針入度、鋼網(wǎng)分油、蒸發(fā)損失、酸值和析氫等。（7）聚脂帶具有良好的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗拉強(qiáng)度，并具有收縮小、,尺寸穩(wěn)定性好、低溫柔性好等優(yōu)點。聚脂帶在光纜中用包扎材料。評聚脂帶質(zhì)量的主要性能指針包括：收縮率、抗拉強(qiáng)度、伸長率等。（8）阻水帶的阻水機(jī)理是吸水膨脹型阻水，即干性水溶膨脹材料阻水。阻水帶是用粘接劑將吸水樹脂粘附在兩層聚脂纖維無紡布上構(gòu)成的帶狀材料。阻水帶除了具有良好的阻水性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度外，還免去了接續(xù)中擦掉阻水油膏的工作并兼有對纜芯的繞包帶和纜芯進(jìn)行保護(hù)的作用。評定的主要指針有：厚度、寬度、5min膨脹高度、拉斷力、伸長率、含水量等。（9）架設(shè)在高壓電力輸電線路上的全介質(zhì)自承式光纜（ADSS光纜），其重量不是靠懸掛鋼索支承，而是靠光纜自身配置的抗拉組件玻璃鋼圓棒和芳綸紗來支承和抗拉強(qiáng)度懸掛在桿塔上。芳綸紗的優(yōu)點是重量輕、抗拉強(qiáng)度大。一般，用芳綸紗作為標(biāo)準(zhǔn)組件的ADSS光纜的跨度范圍為751000m。評價質(zhì)量的主要性能指針有：線密度、破斷韌性、破斷時的伸長率及拉伸應(yīng)變等。2、金屬塑料復(fù)合帶：鋼塑復(fù)合帶、鋁塑復(fù)合帶。,對于室外光纜，通常采用鋼塑復(fù)合帶或鋁塑復(fù)合帶來對纜芯進(jìn)行縱向鎧裝，再與聚乙烯外護(hù)層構(gòu)成綜合性外護(hù)套。光纜經(jīng)金屬復(fù)合帶鎧裝后，除了能達(dá)到防水隔潮作用外，還保護(hù)了纜芯免遭機(jī)械損傷，并提高了光纜抗沖擊，耐側(cè)壓等機(jī)械性能。評定金屬塑料復(fù)合帶質(zhì)量的主要性能指針有：金屬帶厚、覆塑膜厚度、抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率、金屬帶與覆塑膜之間的剝離強(qiáng)度和耐油膏侵蝕性等。3、中心加強(qiáng)件：磷化鋼絲、不銹鋼絲、玻璃鋼圓棒等。為了抵御室外光纜在敷設(shè)和使用中可能產(chǎn)生的軸向應(yīng)力，保證光纜在所允許的應(yīng)力作用下工作，所以必須選用加強(qiáng)件來賦予光纜良好的抗拉伸、壓扁和彎曲等機(jī)械性能。玻璃鋼FRP（FiberReinforcedPlastic）中心加強(qiáng)件的主要特點是重量輕、機(jī)械性能良好和抗電磁干擾。評價磷化鋼絲質(zhì)量的主要性能指針有：鋼絲直徑、抗拉強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)次數(shù)和反復(fù)彎曲次數(shù)等。評價玻璃鋼圓棒質(zhì)量優(yōu)劣的主要性能指針有：抗拉強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲模量、彎曲強(qiáng)度和最小彎曲半徑等。,光纜的主要結(jié)構(gòu)和特性,光纜的主要結(jié)構(gòu)按纜芯結(jié)構(gòu)分主要有三種：中心束管式、層絞式、骨架式。中心束管式：光纖束管直接放在光纜的中心位置，加強(qiáng)構(gòu)件有的是平行于中心管放置在外護(hù)套中的兩根鋼絲，也有的是螺旋絞合在中心管周圍的多根鋼絲。層絞式光纜：二次被覆的緊套或松套光纖螺旋絞合在中心加強(qiáng)件上。S、SZ骨架式光纜：光纖元件置于骨架槽內(nèi)的光纜，具有較好的抗側(cè)壓能力。光纜的主要特性包括：光纜中光纖的傳輸特性、光纜的機(jī)械傳輸特性、光纜的環(huán)境特性和光纜的電氣特性。光纖的傳輸特性包括：光纖衰減常數(shù)、截止波長、色散等。光纜的機(jī)械特性包括：光纜的拉伸、壓扁、沖擊、反復(fù)彎曲、扭轉(zhuǎn)、卷繞、曲撓、彎折等。,光纜的主要特性：光傳輸特性、機(jī)械傳輸特性、環(huán)境特性、電氣特性。光纖的傳輸特性：光纖衰減常數(shù)、截止波長、色散等。光纜的機(jī)械特性：光纜的拉伸、壓扁、沖擊、反復(fù)彎曲、扭轉(zhuǎn)、卷繞、曲撓、彎折等。光纜的環(huán)境特性：光纜的溫度特性、滴流性能、滲水性、阻燃性、防蟻性能、低溫下彎曲性能和低溫下耐沖擊性能等。光纜的電導(dǎo)絕緣特性：及當(dāng)光纜中含有作為導(dǎo)電或傳輸信號的電導(dǎo)體時，要檢測光纜中電導(dǎo)體的電阻、電介質(zhì)絕緣強(qiáng)度、絕緣電阻等。特殊性能:其它特殊用途的光纜還要根據(jù)其特殊性能要求進(jìn)行特殊試驗。,1、采用全色譜識別,每根帶表面噴印數(shù)字，每帶中光纖色譜順序如下：,2、采用領(lǐng)示色譜識別,光纖從左到右序號和光纖帶從上到下的序號及色譜應(yīng)符合下表：,光纖帶色譜識別,中心管式帶狀光纜主要型式,層絞式帶狀光纜的主要型式,GYDTA,GYDTA53,GYDTA33,GYDTS,GYDTY53,金屬加強(qiáng)構(gòu)件、光纖帶松套層絞填充式、鋁-聚乙烯粘結(jié)護(hù)套通信用室外光纜,金屬加強(qiáng)構(gòu)件、光纖帶松套層絞填充式、鋁-聚乙烯粘結(jié)護(hù)套、縱包皺紋鋼帶鎧裝、聚乙烯套通信用室外光纜,金屬加強(qiáng)構(gòu)件、光纖帶松套層絞填充式、鋁-聚乙烯粘結(jié)護(hù)套、單細(xì)圓鋼絲鎧裝、聚乙烯套通信用室外光纜,金屬加強(qiáng)構(gòu)件、光纖帶松套層絞填充式、鋼-聚乙烯粘結(jié)護(hù)套通信用室外光纜,金屬加強(qiáng)構(gòu)件、光纖帶松套層絞填充式、聚乙烯護(hù)套、縱包皺紋鋼帶鎧裝、聚乙烯套通信用室外光纜,光纜結(jié)構(gòu)圖解,2144芯松套層絞式光纜(鋁帶縱包)產(chǎn)品型號：GYSTA應(yīng)用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強(qiáng)件敷設(shè)方式：管道、架空SZ層絞纜芯內(nèi)填充油膏雙面涂塑鋁帶粘結(jié)PE護(hù)套適用溫度：-40+60,UV固化光纖,2144芯松套層絞式光纜(鋼帶縱包)產(chǎn)品型號：GYTS應(yīng)用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強(qiáng)件敷設(shè)方式：管道、架空SZ層絞纜芯內(nèi)填充油膏雙面涂塑鋼帶粘結(jié)PE護(hù)套適用溫度：-40+60,2144芯直埋松套層絞式光纜產(chǎn)品型號：GYTA53應(yīng)用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強(qiáng)件敷設(shè)方式：直埋SZ層絞纜芯內(nèi)填充油膏皺紋鋁塑復(fù)合帶粘結(jié)PE內(nèi)護(hù)層適用溫度：-40+60皺紋鋼塑復(fù)合帶粘結(jié)PE外護(hù)套,2144芯防蟻直埋松套層絞式光纜產(chǎn)品型號：GYTA54應(yīng)用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強(qiáng)件敷設(shè)方式：直埋SZ層絞纜芯內(nèi)填充油膏皺紋鋁塑復(fù)合帶粘結(jié)PE內(nèi)護(hù)層適用溫度：-40+60皺紋鋼塑復(fù)合帶粘結(jié)PE外護(hù)套，防白蟻外護(hù)套,2144芯松套層絞式水線光纜產(chǎn)品型號：GYTA53+33應(yīng)用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強(qiáng)件敷設(shè)方式：水下SZ層絞纜芯內(nèi)填充油膏皺紋鋁塑復(fù)合帶粘結(jié)PE內(nèi)護(hù)層適用溫度：-40+60皺紋鋼塑復(fù)合帶粘結(jié)PE外護(hù)套，鍍鋅鋼絲鎧裝，聚乙烯外護(hù)套,2144芯松套層絞式光纜(鋼帶鎧裝)產(chǎn)品型號：GYTY53應(yīng)用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強(qiáng)件敷設(shè)方式：管道、架空、直埋SZ層絞纜芯內(nèi)填充油膏PE內(nèi)護(hù)層適用溫度：-40+60皺紋鋼塑復(fù)合帶粘結(jié)PE外護(hù)套,全介質(zhì)自承式光纜（ADSS）產(chǎn)品型號：GYFTCY