光纖通信課件第四講

許多廠家均以SiCl4為原料生產(chǎn)石英光纖，原因是Fe、Ni、Cu等氯化物易于用精餾法除去。某些多晶硅生產(chǎn)廠家在用SiHCl3氫還原生產(chǎn)多晶硅的過程中產(chǎn)生大約30％的副產(chǎn)物SiCl4，用這種副產(chǎn)物生產(chǎn)光纖顯著降低了成本。為了獲得纖芯與包層折射指數(shù)呈階躍變化(SI型)或梯度變化(GI型)的光纖，生產(chǎn)芯料時(shí)皆在高純SiCl4(99.9999％)中加入百分之幾的GeCl4，也有摻鍺烷的。1表：MCVD和VAD工藝水平比較方法最高沉積速率（g/min）沉積效率（%）拉絲長度（km）MCVDVAD2.3950%(SiO2)15%(GeO2)70%4030024.1.1光纖的制造光纖光纜制造流程圖材料提純預(yù)制棒熔煉材料分析檢驗(yàn)拉絲套塑成纜預(yù)制棒檢驗(yàn)光纖測試一、光纖材料的提純工藝制造石英光纖的主體原料是四氯化硅，摻雜材料主要是四氯化鍺輔助原料：高純氧(用于氧化成二氧化硅)；氦(增強(qiáng)熱傳導(dǎo)，提高沉積效率)；氯氣(脫水用)雜質(zhì)：鐵，鈷，銅，錳，鉻，釩，氫氧根等。(影響光纖損耗，必須使其總濃度下降到幾個(gè)ppb,即負(fù)6次方量級)34.1.2光纖的制造提純方法：多次精餾+選擇性吸附以四氯化硅的提純?yōu)槔?，說明其提純原理四氯化硅中可能存在的雜質(zhì)有金屬氧化物，非金屬氧化物，含氫化合物。金屬氧化物和非金屬氧化物的沸點(diǎn)與四氯化硅(57.6度)相差很大，可用精餾法提純；含氫化合物沸點(diǎn)與其接近，但一般有極性，容易被吸附，適當(dāng)?shù)奈絼┛梢詫?shí)現(xiàn)分離精餾：利用原料和雜質(zhì)沸點(diǎn)不同，通過反復(fù)蒸餾，達(dá)到提純目的(可達(dá)到99.9999%)高純四氯化硅提純工藝示意圖一級精餾塔二級精餾塔簡單蒸餾塔三級精餾塔四級精餾塔精料槽活性氧化鋁吸附柱活性硅膠吸附柱44.1.3光纖的制造二、熔煉工藝：將超純的化學(xué)原料經(jīng)過高溫化學(xué)反應(yīng)，合成一個(gè)具一定折射率分布的預(yù)制棒。常用方法：MCVD法(改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法)；PCVD(微波等離子體法)；VAD和OVD法等(汽相軸向沉積法和管外汽相沉積法)MCVD法熔煉過程：MCVD法熔煉工藝示意圖計(jì)算機(jī)流量控制高純氧四氯化硅四氯化鍺輔助摻雜劑配好比例的反應(yīng)物混合氣體移動(dòng)火焰旋轉(zhuǎn)石英反應(yīng)管同步卡盤排氣54.1.4光纖的制造MCVD法熔煉過程：分為3個(gè)階段1、混合階段：高純氧以一定的流量在四氯化硅和四氯化鍺中鼓泡，使其以適當(dāng)?shù)谋壤渌偷绞⒎磻?yīng)管2、沉積階段：高純氧和四氯化硅和四氯化鍺進(jìn)行反應(yīng)，沉積在石英管子內(nèi)壁，先沉積包層，改變摻雜劑，再沉積纖芯。包層沉積過程中，常使用的摻雜劑有三溴化硼，三氯化硼等，反應(yīng)方程式為：64.1.5光纖的制造纖芯材料的反應(yīng)方程式為：3、縮棒過程：經(jīng)過外包層，纖芯的沉積，形成一根中空壁厚的石英管，此時(shí)升高火焰溫度到1700-2000攝氏度，保持石英管旋轉(zhuǎn)，軟化，在表面張力作用下收縮而將管子中心填滿，形成中心區(qū)折射率較高而包層折射率較低的預(yù)制棒74.1.6光纖的制造三、拉絲工藝：示意圖預(yù)制棒高溫爐測溫儀爐溫控制非接觸式測徑儀固化爐調(diào)速設(shè)備收線輪(拉絲機(jī))84.1.7光纖的制造三、套塑工藝：套上一層尼龍。目的：進(jìn)一步保護(hù)光纖，提高光纖的機(jī)械強(qiáng)度分為松套和緊套：松套：光纖可以在套管中松動(dòng)，機(jī)械性能好(套管先承受壓力)；防水性能好(光纖與外套之間有油膏，因此可以防水)緊套：不能活動(dòng)，結(jié)構(gòu)相對簡單94.2.1光纜的結(jié)構(gòu)和種類

2.4.1光纜的結(jié)構(gòu)

1．光纜的結(jié)構(gòu)光纜由纜芯、護(hù)層和加強(qiáng)芯組成。（1）纜芯纜芯由光纖的芯數(shù)決定，可分為單芯型和多芯型兩種。（2）護(hù)層護(hù)層主要是對已成纜的光纖芯線起保護(hù)作用，避免受外界機(jī)械力和環(huán)境損壞。護(hù)層可分為內(nèi)護(hù)層（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和外護(hù)層（多用鋁帶和聚乙烯組成的LAP外護(hù)套加鋼絲鎧裝等）。（3）加強(qiáng)芯加強(qiáng)芯主要承受敷設(shè)安裝時(shí)所加的外力。104.2.2光纜的結(jié)構(gòu)和種類

2．各種典型結(jié)構(gòu)的光纜（1）層絞式結(jié)構(gòu)光纜把經(jīng)過套塑的光纖繞在加強(qiáng)芯周圍絞合而構(gòu)成。層絞式結(jié)構(gòu)光纜類似傳統(tǒng)的電纜結(jié)構(gòu)，故又稱之為古典光纜。圖2-20～圖2-24所示是目前在市話中繼和長途線路上采用的幾種層絞式結(jié)構(gòu)光纜的示意圖（截面）。114.2.3光纜的結(jié)構(gòu)和種類

圖2-2112芯松套層絞式直埋光纜圖2-206芯緊套層絞式光纜124.2.4光纜的結(jié)構(gòu)和種類

圖2-2212芯松套層絞式直埋防蟻光纜134.2.5光纜的結(jié)構(gòu)和種類

圖2-236～48芯松套層絞式水底光纜144.2.6光纜的結(jié)構(gòu)和種類圖2-2412芯松套+8芯×2線對層絞式直埋光纜154.2.7光纜的結(jié)構(gòu)和種類（2）骨架式結(jié)構(gòu)光纜骨架式結(jié)構(gòu)光纜是把緊套光纖或一次涂覆光纖放入加強(qiáng)芯周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成。骨架結(jié)構(gòu)有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增強(qiáng)基本單元型，圖2-25（b）為螺旋型結(jié)構(gòu)，圖2-26為基本單元結(jié)構(gòu)。目前，我國采用的骨架式結(jié)構(gòu)光纜，都是采用如圖2-25所示的結(jié)構(gòu)。圖2-27所示是采用骨架式結(jié)構(gòu)的自承式架空光纜。164.2.8光纜的結(jié)構(gòu)和種類圖2-2512芯骨架式光纜174.2.9光纜的結(jié)構(gòu)和種類

圖2-2670芯骨架式光纜184.2.10光纜的結(jié)構(gòu)和種類

圖2-27骨架式自承式架空光纜194.2.11光纜的結(jié)構(gòu)和種類（3）束管式結(jié)構(gòu)光纜把一次涂覆光纖或光纖束放入大套管中，加強(qiáng)芯配置在套管周圍而構(gòu)成。圖2-28所示的光纜結(jié)構(gòu)即屬護(hù)層增強(qiáng)構(gòu)件配制方式。圖2-29、2-30所示是屬于分散加強(qiáng)構(gòu)件配置方式的束管式結(jié)構(gòu)光纜。另圖2-34所示的淺海光纜實(shí)際上就是雙層加鎧裝束管式光纜。204.2.12光纜的結(jié)構(gòu)和種類圖2-2812芯束管式光纜214.2.13光纜的結(jié)構(gòu)和種類

圖2-296～48芯束管式光纜224.2.14光纜的結(jié)構(gòu)和種類

圖2-30LEX束管式光纜234.2.15光纜的結(jié)構(gòu)和種類（4）帶狀結(jié)構(gòu)光纜把帶狀光纖單元放入大套管中，形成中心束管式結(jié)構(gòu)；也可把帶狀光纖單元放入凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。如圖2-31、2-32所示。圖2-31

中心束管式帶狀光纜圖2-32層絞式帶狀光纜244.2.16光纜的結(jié)構(gòu)和種類（5）單芯結(jié)構(gòu)光纜單芯結(jié)構(gòu)光纜簡稱單芯軟光纜，如圖2-33所示。這種結(jié)構(gòu)的光纜主要用于局內(nèi)（或站內(nèi)）或用來制作儀表測試軟線和特殊通信場所用特種光纜以及制作單芯軟光纜的光纖。圖2-33單芯軟光纜254.2.17光纜的結(jié)構(gòu)和種類

（6）特殊結(jié)構(gòu)光纜特殊結(jié)構(gòu)的光纜，主要有光/電力組合纜、光/架空地線組合纜和海底光纜和無金屬光纜。這里只介紹后兩種。①海底光纜有淺海光纜和深海光纜兩種，圖2-34所示為典型的淺海光纜，圖2-35所示是較為典型的深海光纜。②無金屬光纜無金屬光纜是指光纜除光纖、絕緣介質(zhì)外（包括增強(qiáng)構(gòu)件、護(hù)層）均是全塑結(jié)構(gòu)，適用于強(qiáng)電場合，如電站、電氣化鐵道及強(qiáng)電磁干擾地帶。264.2.18光纜的結(jié)構(gòu)和種類

圖2-34

淺海光纜274.2.19光纜的結(jié)構(gòu)和種類

圖2-35深海光纜284.2.20光纜的種類

1．按傳輸性能、距離和用途分可分為市話光纜、長途光纜、海底光纜和用戶光纜。

2．按光纖的種類分可分為多模光纜、單模光纜。

3．按光纖套塑方法分可分為緊套光纜、松套光纜、束管式光纜和帶狀多芯單元光纜。

4．按光纖芯數(shù)多少分

可分為單芯光纜、雙芯光纜、四芯光纜、六芯光纜、八芯光纜、十二芯光纜和二十四芯光纜等。294.2.21光纜的種類

5．按加強(qiáng)件配置方法分光纜可分為中心加強(qiáng)構(gòu)件光纜（如層絞式光纜、骨架式光纜等）、分散加強(qiáng)構(gòu)件光纜（如束管兩側(cè)加強(qiáng)光纜和扁平光纜）、護(hù)層加強(qiáng)構(gòu)件光纜（如束管鋼絲鎧裝光纜）和PE外護(hù)層加一定數(shù)量的細(xì)鋼絲的PE細(xì)鋼絲綜合外護(hù)層光纜。

6．按敷設(shè)方式分光纜可分為管道光纜、直埋光纜、架空光纜和水底光纜。

7．按護(hù)層材料性質(zhì)分光纜可分為聚乙烯護(hù)層普通光纜、聚氯乙烯護(hù)層阻燃光纜和尼龍防蟻防鼠光纜。304.2.22光纜的種類

8．按傳輸導(dǎo)體、介質(zhì)狀況分光纜可分為無金屬光纜、普通光纜和綜合光纜。

9．按結(jié)構(gòu)方式分光纜可分為扁平結(jié)構(gòu)光纜、層絞式結(jié)構(gòu)光纜、骨架式結(jié)構(gòu)光纜、鎧裝結(jié)構(gòu)光纜（包括單、雙層鎧裝）和高密度用戶光纜等。

10．目前通信用光纜可分為（1）室(野)外光纜——用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷設(shè)的光纜。（2）軟光纜——具有優(yōu)良的曲撓性能的可移動(dòng)光纜。（3）室（局）內(nèi)光纜——適用于室內(nèi)布放的光纜。（4）設(shè)備內(nèi)光纜——用于設(shè)備內(nèi)布放的光纜。（5）海底光纜——用于跨海洋敷設(shè)的光纜。（6）特種光纜——除上述幾類之外，作特殊用途的光纜。314.2.23光纜的結(jié)構(gòu)和種類光纜型號由它的型式代號和規(guī)格代號構(gòu)成，中間用一短橫線分開。（1）光纜型式由五個(gè)部分組成，如圖2-36所示。圖2-36光纜型式的組成部分324.2.24光纜的結(jié)構(gòu)和種類圖中：

Ⅰ：分類代號及其意義為：

GY——通信用室（野）外光纜；

GR——通信用軟光纜；

GJ——通信用室（局）內(nèi)光纜；GS——通信用設(shè)備內(nèi)光纜；

GH——通信用海底光纜；

GT——通信用特殊光纜。

Ⅱ：加強(qiáng)構(gòu)件代號及其意義為：無符號——金屬加強(qiáng)構(gòu)件；

F——非金屬加強(qiáng)構(gòu)件；

G——金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件；

H——非金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件。334.2.25光纜的結(jié)構(gòu)和種類

Ⅲ：派生特征代號及其意義為：

D——光纖帶狀結(jié)構(gòu)；G——骨架槽結(jié)構(gòu)；

B——扁平式結(jié)構(gòu)；Z——自承式結(jié)構(gòu)。

T——填充式結(jié)構(gòu)。

Ⅳ：

護(hù)層代號及其意義為；

Y——聚乙烯護(hù)層；V——聚氯乙烯護(hù)層；

U——聚氨酯護(hù)層；A——鋁-聚乙烯粘結(jié)護(hù)層；

L——鋁護(hù)套； G——鋼護(hù)套；

Q——鉛護(hù)套；

S——鋼-鋁-聚乙烯綜合護(hù)套。344.2.26光纜的結(jié)構(gòu)和種類

Ⅴ：外護(hù)層的代號及其意義為：外護(hù)層是指鎧裝層及其鎧裝外邊的外護(hù)層，外護(hù)層的代號及其意義如表2-2所示。表2-2 外護(hù)層代號及其意義代

號鎧裝層（方式）代

號外護(hù)層（材料）0無0無1——1纖維層2雙鋼帶2聚氯乙烯套3細(xì)圓鋼絲3聚乙烯套4粗圓鋼絲——5單鋼帶皺紋縱包——354.2.27光纜的結(jié)構(gòu)和種類

（2）光纜規(guī)格由五部分七項(xiàng)內(nèi)容組成，如圖2-37所示。圖2-37光纜的規(guī)格組成部分364.2.28光纜的結(jié)構(gòu)和種類

圖中：

Ⅰ：

光纖數(shù)目用1、2、……，表示光纜內(nèi)光纖的實(shí)際數(shù)目。

Ⅱ：

光纖類別的代號及其意義。

J——二氧化硅系多模漸變型光纖；

T——二氧化硅系多模突變型光纖；

Z——二氧化硅系多模準(zhǔn)突變型光纖；

D——二氧化硅系單模光纖；X——二氧化硅纖芯塑料包層光纖； S——塑料光纖。

Ⅲ：光纖主要尺寸參數(shù)用阿拉伯?dāng)?shù)（含小數(shù)點(diǎn)數(shù)）及以μm為單位表示多模光纖的芯徑及包層直徑，單模光纖的模場直徑及包層直徑。374.2.29光纜的結(jié)構(gòu)和種類

Ⅳ：帶寬、損耗、波長表示光纖傳輸特性的代號由a、bb及cc三組數(shù)字代號構(gòu)成。a——表示使用波長的代號，其數(shù)字代號規(guī)定如下：1——波長在0.85μm區(qū)域；2——波長在1.31μm區(qū)域；3——波長在1.55μm區(qū)域。注意，同一光纜適用于兩種及以上波長，并具有不同傳輸特性時(shí)，應(yīng)同時(shí)列出各波長上的規(guī)格代號，并用“/”劃開。bb——表示損耗常數(shù)的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖損耗常數(shù)值（dB/km）的個(gè)位和十位數(shù)字。cc——表示模式帶寬的代號。兩位數(shù)字依次為光纜中光纖模式帶寬分類數(shù)值（MHz·km）的千位和百位數(shù)字。單模光纖無此項(xiàng)。384.2.30光纜的結(jié)構(gòu)和種類

Ⅴ：適用溫度代號及其意義。A——適用于?40℃～+40℃B——適用于?30℃～+50℃C——適用于?20℃～+60℃

D——適用于?5℃～+60℃394.2.31光纜的結(jié)構(gòu)和種類光纜中還附加金屬導(dǎo)線（對、組）編號，如圖2-38所示。其符合有關(guān)電纜標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)電線芯規(guī)格構(gòu)成的規(guī)定。圖2-38光纜中附加金屬導(dǎo)線編號示意圖例如，2個(gè)線徑為0.5mm的銅導(dǎo)線單線可寫成2×1×0.5；；4個(gè)線徑為0.9mm的鋁導(dǎo)線四線組可寫成4×4×0.9L；4個(gè)內(nèi)導(dǎo)體直徑為2.6mm，外徑為9.5mm的同軸對，可寫成4×2.6/9.5。404.2.32光纜的結(jié)構(gòu)和種類（3）光纜型號例題設(shè)有金屬重型加強(qiáng)構(gòu)件、自承式、鋁護(hù)套和聚乙烯護(hù)層的通信用室外光纜，包括12根芯徑/包層直徑為50/125μm的二氧化硅系列多模突變型光纖和5根用于遠(yuǎn)供及監(jiān)測的銅線徑為0.9mm的四線組，且在1.31μm波長上，光纖的損耗常數(shù)不大于1.0dB/km，模式帶寬不小于800MHz·km；光纜的適用溫度范圍為?20℃～+60℃。

該光纜的型號應(yīng)表示為：

GYGZL03-12T50/125（21008）C+5×4×0.9。41光纖傳輸信息具有許多優(yōu)點(diǎn)：●載頻為3×1014Hz，約為電視通信所用超高頻的100000倍，從而使信息載帶容量或帶寬激增；●傳輸損耗很小，每單位傳輸距離只需要極少的放大器或中繼站。與金屬導(dǎo)線比起來，高頻率下光纖損耗低得多，它可以傳輸幾十公里乃至上百公里不