光纖與光纜知識(shí)-技術(shù)培訓(xùn)

光纖和光纜知識(shí)技術(shù)培訓(xùn)概述所謂光通信確實(shí)是根基利用光波載送信息的通信。在載波技術(shù)方面，電磁波的通信已廣泛應(yīng)用于播送、電視等領(lǐng)域，本世紀(jì)末，隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了移動(dòng)通信等數(shù)字無(wú)線電波技術(shù)。在另一方面，光波作為一種波長(zhǎng)特別短的無(wú)線電波，同樣也得到技術(shù)突破，目前已成為新一代的有線通信載波。光通信技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的飛速開展。?光纖開展概況1960年，梅曼〔〕制造了紅寶石激光器，產(chǎn)生了單色相干光，實(shí)現(xiàn)了高速的光調(diào)制。美國(guó)林肯實(shí)驗(yàn)室首先研制出利用氦氖激光器通過大氣傳輸彩色電視，利用大氣傳輸光信號(hào)具有以下的缺點(diǎn)：氣候嚴(yán)重礙事通信，如霧天；大氣的密度不均勻，傳輸不穩(wěn)定；傳輸設(shè)備之間要求沒有阻隔利用大氣傳輸光波的思想實(shí)際上是電磁波傳輸?shù)募夹g(shù)，光波實(shí)質(zhì)上是頻率極高的電磁波〔3X1014Hz〕，其通信的容量比一般的電磁波大萬(wàn)倍以上，要是光通信能夠?qū)崿F(xiàn)，它將具有劃時(shí)代的意義。早期，為了防止大氣對(duì)光傳輸?shù)母蓴_，研制了透鏡光波導(dǎo)的技術(shù)，利用管子進(jìn)行光傳輸，在一定距離上設(shè)置聚焦透鏡，會(huì)聚散射光和誘導(dǎo)光轉(zhuǎn)折，但振動(dòng)和溫度又嚴(yán)重礙事了光傳輸。這種思想，被后來采納直至成功研制成光導(dǎo)纖維。1966年，英籍華人高錕〔〕和Hockham實(shí)驗(yàn)證實(shí)利用玻璃能夠制作光導(dǎo)纖維〔OpticFiber］。但當(dāng)時(shí)的玻璃衰減達(dá)1000dB/km,無(wú)法用于傳輸，后通過美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室主席lanRoss、英國(guó)電信研究所山T區(qū)1，BPO〕和美國(guó)康寧玻璃公司〔CORNING〕的Maurer等合作，于1970年首先研制成功衰減為20dB/km的光纖，取得重大突破。之后，各興盛國(guó)家紛紛開展光纖通信研究，出現(xiàn)了多組成份玻璃光纖、塑料光纖、液芯光纖等，其中利用介質(zhì)全反射原理導(dǎo)光的石英光纖被廣泛采納。石英光纖衰減小，性能高，強(qiáng)度大，見圖1-1。N1N2N1>N1N2N1>N2圖1-1光纖導(dǎo)光原理要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的光纖通信，必須減少光纖的衰減。高錕指出落低玻璃內(nèi)過度金屬雜質(zhì)離子是落低光纖衰減的要緊因素，1974年，光纖衰減落低到2uuum波長(zhǎng)光纖衰減到達(dá)0.2dB/km,接近理論值。80年代中，又發(fā)現(xiàn)水分和潮氣長(zhǎng)期接觸光纖會(huì)擴(kuò)散到石英光纖內(nèi)，從而使光纖衰減增大且強(qiáng)度落低。因此采納注進(jìn)油膏于光纖套管中隔盡水氣，制成品質(zhì)完善的光纜用于工程。um的光纖研制成功，光纖通信實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離超大容量傳輸。um的短光波，光源采納GaAlAs〔鎵鋁砷〕注進(jìn)式半導(dǎo)體激光器〔LD：LaserDiode〕〕，然而壽命特別短。直到研制成功可連續(xù)運(yùn)行的GaAlAs雙異質(zhì)結(jié)注進(jìn)式激光器［Hayashi等〕，同時(shí)也開展了GaAlAs發(fā)光二極管［LED：Burrus〕，LED壽命長(zhǎng)，價(jià)格低，但譜線寬，速率低，功率笑，屬于非相干光源。80年代，研究出了InGaAsP〔銦鎵砷磷〕長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器和1￡口，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用。光檢測(cè)器是光接收的要緊器件，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。要緊有用于短波長(zhǎng)的Si-PIN管和Si-APD雪崩光電二極管以及適用于長(zhǎng)波長(zhǎng)的InGaAs/InP的PIN管和APD管，還有Ge-APD管。由于工程上的需要，各式各樣的光無(wú)源器件和光儀表也相應(yīng)出現(xiàn)。如：光活動(dòng)連接器，光衰減器、光纖熔接機(jī)和光時(shí)域反射測(cè)試儀等。?光纖通信1976年，美國(guó)首先在亞特蘭大建成距離為10公里，碼率為44Mbit/s的光纖通信系統(tǒng)，80年代，許多國(guó)家都建成商用的通信系統(tǒng)。在此中，發(fā)現(xiàn)利用激光器和多模光纖，當(dāng)光纖機(jī)械振動(dòng)那么接收的光信號(hào)隨機(jī)起伏，出現(xiàn)所謂“模式噪聲〞，因此，用單模光纖的傳輸介質(zhì)和激光器光源成為光纖通信的全然方式，80年代中，還發(fā)現(xiàn)FP型激光器不能維持單譜線相干性，使輸出信號(hào)中帶有“模分配噪聲〃，從而使光纖的容量和傳輸距離受到限制，之后研究出動(dòng)態(tài)單縱模激光器解決了此咨詢題，如：分布相應(yīng)［DFB〕激光器和更優(yōu)良的量子阱激光器。這些技術(shù)的解決，使超過100km已上無(wú)中繼，容量到達(dá)Gbit/s的光通信成為現(xiàn)實(shí)。目前，全世界廣泛應(yīng)用光纖通信網(wǎng)絡(luò)，光纖用量超過2000萬(wàn)km,建成了橫跨太平洋、大西洋的海底光纜線路，見圖1-2,國(guó)際上565Mbit/s高速光纖通信系統(tǒng)〔可傳送7680路雙向〕已廣泛使用，2.4Gbit/s超高速系統(tǒng)也付諸商用。uum的LED和LD以及Si-APD雪崩光電二極管，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)碼率為8Mbit/s。80年代初，開始研制長(zhǎng)波長(zhǎng)多模光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器和PIN-FET光電檢測(cè)組件。82年在武漢建立了13多公里的短波長(zhǎng)、長(zhǎng)波長(zhǎng)有用市內(nèi)線路，碼率為8Mbit/s和34Mbit/s。80年代末，研制出單模光纖和140Mbit/s系統(tǒng)，88年在武漢建立了單模架空線路，距離為35公里。1991年在合胖和蕪湖間建成單模直埋線路，全長(zhǎng)150km，從水下跨越長(zhǎng)江?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)已廣泛使用光纖通信，至今已敷設(shè)近60000km光纜。如北京-武漢-廣州，北京-沈陽(yáng)-哈爾濱國(guó)家干線光纜等，如圖1-3所示。我國(guó)幅員寬廣，光纖通信在不同的地理、氣候環(huán)境中使用，在北方要求耐-40℃um〕，其產(chǎn)量包括合資生產(chǎn)年約100000km,如侯馬光纜廠，武漢長(zhǎng)飛，成都西門子等。我國(guó)能生產(chǎn)少數(shù)國(guó)家才能生產(chǎn)的長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器、PIN-FET和nGaAs/InP-PAD組件，壽命可達(dá)200000小時(shí)，滿足商用要求。國(guó)產(chǎn)光端機(jī)的傳輸碼率到達(dá)140Mbit/s、565Mbit/s〔PDH系統(tǒng)〕，90年代隨著SDH技術(shù)的開展，又相繼推出了155Mbit/s、622Mbit/s甚至2.4Gbit/s的超高速系統(tǒng)，如“巨大中華〃〔巨龍、大唐、中興和華為〕等民族企業(yè),其生產(chǎn)的光端機(jī)廣泛應(yīng)用于國(guó)家一級(jí)干線、二級(jí)干線〔省級(jí)〕、本地網(wǎng)和市話網(wǎng)。隨著接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)〔AN〕技術(shù)的成熟，我國(guó)光纖通信技術(shù)將會(huì)更快速地開展。?今后光纖接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)到90年代,通信技術(shù)高速開展,移動(dòng)通信,衛(wèi)星傳輸和光纖通信,將通信演變?yōu)楦咚?、大容量、?shù)字化和綜合的多媒體業(yè)務(wù)。在ITU-T的推動(dòng)下，光纖通信的各種標(biāo)準(zhǔn)紛紛制定，如PDH、SDH、DWDM、AN和B-ISDN等。因此，美國(guó)首先提出建立國(guó)家信息高速公路的設(shè)想：國(guó)家信息根底建設(shè)〔NII〕，之后各國(guó)紛紛制定方案，并推出全球的信息技術(shù)建設(shè)方案〔GII〕。70年代，光纖網(wǎng)絡(luò)要緊用于市內(nèi)等大容量業(yè)務(wù)區(qū)，80年代向市外長(zhǎng)途干線開展，到90年代逐步向用戶方向延伸，即所謂光纖道路邊〔FTTC〕、光纖到大樓〔FTTB〕直到光纖到家庭〔FTTH〕。目前也有采納電纜到家庭〔如：CABLEMODEM和ADSL技術(shù)〕的經(jīng)濟(jì)方式，但也可實(shí)現(xiàn)光纖到公寓〔FTTA〕，見圖1-4。圖1-4今后光纖接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)FTTA、B、C構(gòu)成今后的光纖接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，用戶能夠采納BRI〔2B+D〕的ISDN設(shè)備實(shí)現(xiàn)、、數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)等通信，利用PRI〔30B+D〕的B-ISDN設(shè)備那么能夠完成除Hi-Fi和TV外的所有業(yè)務(wù)包含在內(nèi)，估量到2021年，交換中心局到遠(yuǎn)端模塊帶寬到達(dá)2.4Gbit/s,遠(yuǎn)端模塊帶寬到用戶間帶寬到達(dá)622Mbit/s后，電視信號(hào)由MPEG-1的34Mbit/s壓縮到20Mbit/s〔MPEG-2］，聲音由64Kbit/s壓縮至U16Kbit/s,如此，通信、計(jì)算機(jī)、播送電視和其它光通信將構(gòu)成統(tǒng)一的4c網(wǎng)絡(luò)〔Communication,Computer,Consumer&Component〕。光纖通信原理光纖通信系統(tǒng)如圖2-1所示，電端機(jī)〔交換機(jī)〕今后自信號(hào)源的信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換、多路復(fù)用等處理［1.44Mbit/s或2Mbit/s,34Mbit/S和140Mbit/s等〕送給發(fā)光端機(jī)，變成光信號(hào)，并按SDH的格式輸進(jìn)光纖，收光端機(jī)通過光檢測(cè)器復(fù)原成電信號(hào)，放大、整形、恢復(fù)后輸進(jìn)到電端機(jī)〔交換機(jī)或遠(yuǎn)端模塊〕,完成通信。光端機(jī)間的傳輸距離在長(zhǎng)波長(zhǎng)到達(dá)100公里,超過距離那么用中繼器將光纖衰減和畸變后的弱光信號(hào)再生成,接著向前傳輸。今后,摻餌光發(fā)大器可實(shí)現(xiàn)全光中繼。光纖通信可采納模擬和數(shù)字調(diào)制,由于激光器的線性不夠理想,不能像電氣中載波模擬調(diào)制和多路復(fù)用,只能用于模擬電視信號(hào)的多路復(fù)用,如光付載波調(diào)制技術(shù)。今后,包括電視在內(nèi)的光纖通信將根基上數(shù)字式的。在光端機(jī)中,對(duì)電信號(hào)有兩種光調(diào)制方法：其一是在光源如激光器上調(diào)制,產(chǎn)生隨電信號(hào)變化的光信號(hào),此為直截了當(dāng)調(diào)制。其二為外調(diào)制,利用電光晶體調(diào)制器在光源外部調(diào)制,調(diào)制速率高。所有的調(diào)制速率可達(dá)10?20Gbit/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光纖的傳輸帶寬〔20000Gbit/s〕。要充分發(fā)揚(yáng)光纖的超大容量的通信傳輸能力,必須采納光頻復(fù)用的光纖通信系統(tǒng),光頻復(fù)用〔FDM〕又稱光波復(fù)用〔WDM〕，確實(shí)是根基在光纖中同時(shí)采納許多不同波長(zhǎng)的光進(jìn)行傳輸，光頻復(fù)用技術(shù)可在光纖中開發(fā)出100?200個(gè)光頻道，每個(gè)頻道可容納10?20Gbit/s的信息容量，目前以朗訊〔LUCENT〕為首的通信企業(yè)已成功開發(fā)了WDM產(chǎn)品，估量下一個(gè)世紀(jì)，隨著通信需求的越來越大，WDM通信技術(shù)將會(huì)廣泛應(yīng)用。?光波光波與通信用的無(wú)線電磁波一樣，也是一種電波，光波的波長(zhǎng)特別短，或者講頻率特別高，到達(dá)1013?1014Hz，一般無(wú)線電磁波可用作播送電臺(tái)、電視、移動(dòng)通信的信號(hào)傳輸，光波也能夠，而且是大容量、高速度、數(shù)字化和綜合業(yè)務(wù)的通信傳輸，所不同的是：一般無(wú)線電波通過空氣傳輸，而通信用光波是通過光纖〔OpticFiber〕來實(shí)現(xiàn)的。是一種有線傳輸。uum，包括紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫，混合而成白光。紅光的波長(zhǎng)長(zhǎng)。

uum~15Pm的光波稱為近紅外波，在15um~25Pm稱為中紅外波，在25um~300上。1、光波速度光波與電磁波在真空中的傳輸速度為c=3X105km/so光在均勻介質(zhì)中直線傳播，速度與介質(zhì)的折射率成反比，即：cV=—

n式中，n為介質(zhì)光折射率，c為真空中的光速。以真空的光折射率為1,其它介質(zhì)的折射率大于1，因此傳輸速度比真空中小。其中空氣的折射率近視為1，而石英光纖的折射率為1.458,那么光波速度為v=2X105km/s。光波的波長(zhǎng)〔入〕、頻率〔f〕和速度之間的關(guān)系為：c=f卜或於 2、光波的折射與反射V=n光在同一均勻介質(zhì)中是直線傳播的,但在兩種不同的介質(zhì)的交界處會(huì)發(fā)生反射和折射現(xiàn)圖2-3光的反射和折射象,如圖2-3所示。

設(shè)MM′為空氣與玻璃的界面，NN’為界面的法線，空氣折射率n1〈玻璃折射率n2。當(dāng)進(jìn)射光到MM'與NN’的交接處O點(diǎn)時(shí)，發(fā)生一局部光反射回空氣，另一局部光折射到玻璃中。反射定律：//廣/必；折射定律：sinr n =——2—sinr n21假設(shè)光在空氣和玻璃中的速度分不為V1和v2,那么依據(jù)動(dòng)搖理論可知：因此，可推導(dǎo)出：由此，對(duì)折射率較小的物質(zhì)稱為光疏介質(zhì)，反之為光密介質(zhì)。2、光波的全反射光從折射率大的介質(zhì)到折射率小的介質(zhì)時(shí)，依據(jù)折射理論，折射角大于進(jìn)射角，并隨進(jìn)射角增大而增大，當(dāng)進(jìn)射角增大到臨界角中0時(shí)，折射角/干2=90。，如圖2-4,這時(shí)刻以巴角全反射回往，從能量角度瞧，折射光能量越來越小，反射光能量逐漸增大，直到折射光消逝。這種情況下：圖2-4圖2-4光的全反射即：3、光在階躍型光纖中的傳播如圖2-5,纖芯的折射率如圖2-5,纖芯的折射率n>包層的折射率:n1 (n1 (2n2，r其折射率分布的數(shù)學(xué)式如下：<a)a)光線①以光纖的軸心線平行射進(jìn)，那么直線向前傳播。假設(shè)光線以光纖端面進(jìn)射角。進(jìn)進(jìn)光纖，那么在包層產(chǎn)生包層界面進(jìn)射角S因?yàn)閚1>n2,包層界面進(jìn)射角的臨界角干M，與臨界端面進(jìn)射角0a的關(guān)系為：當(dāng)。三0a時(shí)，那么干<^M〔如圖中光線②〕，光線有一局部射到包層；當(dāng)。WOa時(shí)，那么干三甲M〔如圖中光線③〕，光現(xiàn)在纖芯和包層的界面不斷全反射，在準(zhǔn)許的彎曲曲折折曲曲折折折折程度內(nèi)，只要光纖是圓柱體，光就能在光纖中轉(zhuǎn)彎，產(chǎn)生億萬(wàn)次以上的全反射〔與光纖的長(zhǎng)度、直徑有關(guān)〕。光纖端面的數(shù)值孔徑：光纖端面的臨界角0a稱為光纖的孔徑角?？芍?0a大小為光纖可接收光的角度范圍，實(shí)際上為圓錐角，因此，0a越大，可接收的光越多，光纖與光源的耦合越方便。設(shè)0M為光纖芯與包層的臨界角，那么有：nsin中二一2—Mn1設(shè)光由折射率為n0的空氣射進(jìn)的，令n0=1,那么有：0 sin— nsin(90。-a① )-n'M0

由上式得：nsin。=nsin(90P一①)=nco卸0a1 M1msinsin。。a用sinsin。。a由于n1和n2相差特別小，因此\+n2"2nl+,并定義A=為相對(duì)折射率差，那么有：其中，N.A(NumericalAperture)為數(shù)值孔徑，當(dāng)A越大，孔徑角也越大。但實(shí)際上大的數(shù)值孔徑會(huì)在傳輸中激起高次模式，使傳輸帶寬變窄，一般多模光纖A=1%,9M=0.14rad-8°,當(dāng)\心1.5時(shí)，那么N.A=0.21。2、光在聚焦型光纖中的傳播聚焦型光纖又稱折射率分布漸變型光纖，光纖折射率分布如圖聚焦型光纖又稱折射率分布漸變型光纖，光纖折射率分布如圖2-6所示，數(shù)學(xué)表示如下：上式中當(dāng)a=2時(shí):(廠)=n[1-2A]=n12圖2-7圖2-7梯度型光纖折射率分布聚焦型光纖的折射率，從軸心沿半徑方向以平方律拋物線外形連續(xù)下落，軸心線上最大，邊緣最小，因此光傳播時(shí)，速度不一樣，軸心線上最慢，如上圖，平行進(jìn)射的光，一般形成近似于正弦曲曲折折曲曲折折折折線的傳播途徑，其中1、2、3等點(diǎn)為自聚焦點(diǎn)，各平行光線同時(shí)到達(dá)。這意味著光纖具有特別寬的傳輸帶寬，能夠傳送圖像，此外，聚焦型光纖沒有全反射損耗。自聚焦型光纖的折射率實(shí)現(xiàn)平方律拋物線分布特別難，如圖2-7所示，一般采納梯度型分布曲曲折折曲曲折折折折線，稱梯度型光纖，利用這種技術(shù)可制造多模梯度型光纖，其數(shù)N.A=I2(0)-n2(a)1值孔徑如下：其中：n〔0〕為纖芯中心折射率，n〔a〕為芯層邊緣的折射率?光纖種類光纖由折射率較高的纖芯〔core〕和折射率較低的包層〔cladding〕組成，在包層不處加上塑料護(hù)套，如圖2-8所示。光纖按材料分為：1、石英光纖：石英玻璃〔SiO2〕；2、多種組份玻璃光纖；3、液芯光纖：細(xì)管內(nèi)采納傳光液體；4、塑料光纖：塑料為材料的傳光傳圖像光纖；5、高強(qiáng)度光纖：以石英為纖芯和包層，外涂炭素材料。按折射率分布分：1、突變型光纖；2、漸變型光纖；3、W型光纖等。按光纖內(nèi)部能傳輸?shù)碾姶艌?chǎng)的總模數(shù)〔可鼓舞的總模數(shù)〕分：1、單模光纖；2、多模光纖。按工作波長(zhǎng)分：1、1DUm〕；2、1DUDUm〕。當(dāng)今用于通信的光纖，一般為石英光纖，外徑為125Dm,傳輸帶寬極寬，通信容量巨大。材料純度到達(dá)99.999999%，折射率分布十分精確，如此光纖的傳輸帶寬才能到達(dá)10KHz/km~100KHz/km以上，以實(shí)現(xiàn)大容量通信。一般以康寧光纖的標(biāo)準(zhǔn)：Dm光纖傳輸率耗：0.5dB/km；Dm光纖傳輸率耗：0.38dB/km；Dm光纖傳輸率耗：0.35dB/km；Dm光纖傳輸率耗：0.25dB/km；Dm光纖傳輸率耗：0.25dB/km。?光纖衰減光纖傳輸中會(huì)產(chǎn)生衰減〔率耗或損耗〕,公式如下：pA= —10log出一^一

其中P出P進(jìn)為輸進(jìn)和輸出端的光功率。光纖的衰減來源要緊分為：材料汲取衰減汲取衰減是光纖材料中的某些粒子汲取光能而產(chǎn)生振動(dòng)，并以熱的形式而散失掉。緣故是材料中存在不需要的雜質(zhì)離子，特別是過渡金屬離子通〔CU2+〕、鐵用02+〕、鉻〔Cr3+〕、吸收衰減光纖衰減 V吸收衰減光纖衰減 V散射衰減ff紫外吸收材料固有吸收V紅外吸收V雜質(zhì)吸收 Vf氫氧根O-1加收、過渡金屬離子吸收瑞利散射光纖結(jié)構(gòu)不完善散射［光纖微彎衰減和接頭衰 減鉆〔C02+〕、錳〔Mn2+〕、鎳〔Ni2+〕、帆〔V〕等和氫氧根負(fù)離子［OH-UUUUUm。材料汲取的衰減要最低，必須對(duì)原材料嚴(yán)格化學(xué)提純，金屬離子含量落到ppb級(jí)，氫氧化合物的雜質(zhì)含量在1ppm以下。uum以上。光纖的散射衰減散射確實(shí)是根基在光纖中傳輸碰到不均勻或不連續(xù)的情況時(shí)，會(huì)有一局部光散射到各個(gè)方向上往，不能到傳輸終點(diǎn)，從而造成散射衰減。①材料散射制造中造成的缺陷如，氣泡雜志、不溶解粒子及折晶等，引起材料散射。其次，材料密度的不均勻造成折射率不均勻，引起瑞利散射，瑞利散射與波長(zhǎng)有關(guān)，與光波的長(zhǎng)的4次方〔入4uuuum〕的衰減。落低材料散射衰減的方法是在熔煉光纖預(yù)制棒和拉絲時(shí)，要選擇適宜的工藝，清潔的環(huán)境。②光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的不完善引起的散射㈠光波導(dǎo)散射：光纖粗細(xì)不均勻，截面外形改變，導(dǎo)致光傳輸時(shí)一局部能量輻射出往。要求拉絲工藝保證質(zhì)量，借助熱狀態(tài)下的玻璃外表張力，操縱光纖截面的均勻。㈡包層與纖芯間的界面凹凸不平滑引起的衰減光碰到不平滑的包層界面，一局部光透過包層出往，引起光的衰減，還引起模式變換?？傊?，光纖衰減除了材料汲取和材料散射外，其它由工藝技術(shù)造成，衰減特別大時(shí)〔＞10dB/km〕，屬于材料汲取為主，而通信中的衰減要緊來自波導(dǎo)散射和材料散射。如圖2-9所示，光衰減與波長(zhǎng)有關(guān)，從曲曲折折曲曲折折折折線可知，石英光纖由三個(gè)衰減區(qū)〔又稱作低率耗“窗口〃UUUUUUm,為長(zhǎng)波長(zhǎng)低衰耗區(qū)。光纖彎曲曲折折曲曲折折折折衰減、微彎衰減和接頭衰減㈠彎曲曲折折曲曲折折折折衰減：光纖可彎曲曲折折曲曲折折折折，要是曲曲折折曲曲折折折折率半徑過小，光就會(huì)從包層泄漏，因此在光纖制成纜、現(xiàn)場(chǎng)展設(shè)〔管道轉(zhuǎn)彎〕、光A=Ae-brb纜接頭盒等場(chǎng)合可能出現(xiàn)彎曲曲折折曲曲折折折折衰減，描述為：其中，R為彎曲曲折折曲曲折折折折半徑，A、B與光纖參數(shù)〔纖芯半徑a,光纖外徑2b,相對(duì)折射率差A(yù)〕有關(guān)的待定常數(shù)。㈡微彎衰減微彎是隨機(jī)的,其曲曲折折曲曲折折折折率半徑與光纖橫截面尺寸相對(duì)比的畸變。常發(fā)生在套塑、成藍(lán)、四面溫度變化。微彎衰減是光纖隨機(jī)畸變的高次模與輻射模之間的耦合模N〈h2〉所引起的光功率損耗。大小表示為：其中：N是隨機(jī)微彎的個(gè)數(shù)；h是微彎凸起的高度；〈〉表示統(tǒng)計(jì)平均符號(hào)；E是涂層料的楊氏模量；Ef是光纖的楊氏模量；a為纖芯半徑；b為光纖外半徑；△微光纖的相對(duì)折射率差。㈢接頭衰減光通信中兩個(gè)中繼站之間的長(zhǎng)光纖，是由許許多多的短光纖連接起來的〔一般每2km一段〕，采納熔接〔W0.05dB〕或冷接(W0.1dB)的技術(shù)，因此存在接頭損耗，一般的熔接要求兩根光纖的軸心偏移不超過10%。?光纖的涂覆與套塑①光纖的一次涂覆通用光纖的外徑按ITU-T的為125um,其中單模光纖纖芯在8um?25um,多模光纖纖芯在15um?50um。玻璃是脆性斷裂材料，在空氣中裸露會(huì)發(fā)生腐蝕，只要用100克左右的拉力就能夠?qū)е鹿饫w斷裂。為保衛(wèi)光纖的外表,提高抗拉強(qiáng)度和抗彎曲曲折折曲曲折折折折度,需要給光纖涂覆硅酮樹脂或聚氨甲酸乙脂。通常采納兩次涂覆,第一層用變性硅酮樹脂,可汲取包層透過的光；第二層采納一般的硅酮樹脂,涂層較厚有利于提上下溫和抗微彎性能。緊套光纖：如跳線〔jumper〕和尾纖〔pigtail〕，低溫性能好，兩次涂覆后光纖的外徑為900um。松套光纖：裸纖〔barefiber〕，涂料采納多種顏色的丙烯酸脂類材料，涂層為125um。②光纖的二次涂覆〔被覆、套塑〕為了便于操作和提高光纖成纜時(shí)的抗張力,在一次涂覆的根底上再套上尼龍、聚乙烯或聚酯等塑料。以保衛(wèi)光纖的一次涂覆，提高機(jī)械強(qiáng)度。松套在一次涂覆層的不處，再包上塑料套管，套管中注進(jìn)防水油膏，塑料套管的膨脹系數(shù)比石英光纖大三個(gè)數(shù)量級(jí)，光纖的纖心到套管中心距離大于0.3mm,使光纖在套管收縮依舊可在管內(nèi)滑動(dòng)。緊套在一次涂覆層外再緊緊套上尼龍或聚乙烯等塑料，光纖不能自由活動(dòng)。如圖2-10。近幾年，已開發(fā)出高彈性模量，低線脹系數(shù)的液晶聚酯套塑材料，是海底光纜高強(qiáng)度光纖和高冷地區(qū)光纜光纖的優(yōu)秀套材料。光纖的連接光通信系統(tǒng)的構(gòu)成，除了光源和光檢測(cè)器件外，還有一些不用電源的光通路元器件——無(wú)源光器件。在安裝任何光纖通信系統(tǒng)時(shí)，必須考慮以低損耗的方式把光纖連接起來，要求盡量減少在連接的地點(diǎn)出現(xiàn)的光的反射。光纖的連接有永久性和活動(dòng)性兩種，永久性連接的稱固定街頭，使用熔接〔熱接〕或冷接〔接續(xù)子〕；活動(dòng)接頭為或接頭〔機(jī)械接頭〕，用砝瑯盤、FC/PC、SC等活動(dòng)連接器。光纖作為光波導(dǎo)碰到不連續(xù)點(diǎn)就產(chǎn)生損耗或反射，不管是固定接頭或活動(dòng)街頭，根基上特定的不連續(xù)點(diǎn)。關(guān)于固定接頭，光波將產(chǎn)生較大的瑞利散射，關(guān)于活動(dòng)接頭，那么是更大的菲涅爾反射。

?光纖的連接原理兩條光纖的幾何位置、光纖的端面情況和光纖本身特性參數(shù)的不匹配，都會(huì)產(chǎn)生連續(xù)損耗。如圖3-1所示，當(dāng)兩條光纖軸線平行，軸線橫向或側(cè)向偏移d；當(dāng)兩條光纖軸線平行，軸線縱向偏移s；當(dāng)兩條光纖軸線成角度，產(chǎn)生角度偏移。時(shí)，產(chǎn)生連接損耗，其中橫向偏移損耗最大最常見。設(shè)在橫向偏移d，纖芯a之內(nèi)的光功率分布完全均勻，端面上的數(shù)值孔徑為常數(shù)，那么發(fā)射光纖耦合到接收光纖的光功率與兩個(gè)纖芯的公共面積成正比，可證實(shí)：關(guān)于階躍光纖，其耦合效率等于公共面積與兩根光纖的各自面積比：S=2a2arccos—2aS- 2-'I= =arccos關(guān)于階躍光纖，其耦合效率等于公共面積與兩根光纖的各自面積比：S=2a2arccos—2aS- 2-'I= =arccos兀a2兀

縱向偏移引起的損耗，2a2a—(^)2I2a發(fā)射光纖的光只有局部進(jìn)進(jìn)接收光纖，數(shù)值孔徑角0c越大，距離s越大，那么耦合損耗也越大。同樣偏移角越大，那么耦合損耗也越大。圖3-2為幾何偏移引進(jìn)的損耗與偏移量大小的關(guān)系，其中橫向偏移的損耗最大。因此，關(guān)于活動(dòng)連接器，為了防止端面的摩擦而人為引進(jìn)0.025mm?0.1mm的間距，要是光纖的纖芯為50Um的多模光纖，那么插進(jìn)損耗為0.8dB；要是為單模光纖，插進(jìn)損耗一般在0.5dB。單模光纖在傳導(dǎo)模場(chǎng)近似于高斯分布的條件下，其連接損耗為：「 「 (C、21L=—10log<exp― (W)(dB)um,要是軸偏移量a=1um,那么損耗為L(zhǎng)=0.18dB。除了幾何偏移外，在制造中因?yàn)閮筛饫w幾何特性和波導(dǎo)特性的差異，也產(chǎn)生耦合損耗。包括：光纖的芯徑、纖芯的橢圓度、數(shù)值孔徑、剖面折射率分布以及纖芯與包層的同心度等。連接兩根光纖之前，必須預(yù)備光纖的端面，保證平滑與軸線垂直，防止連接點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)與散射。一般的方法有研磨、拋光與切割。研磨和拋光可得到較好的端面，但不用于現(xiàn)場(chǎng)，切割需要在光纖劃一道刻痕，利用外表產(chǎn)生應(yīng)力集中而折斷，應(yīng)力操縱不行，將產(chǎn)生裂紋分叉?？傊?，光纖的連接可分為：永久性連接'熔接法＜膠接固定連接器連接活動(dòng)連接FCPCSTSC型連接器型連接器型連接器型連接器?光纖的永久連接①光纖的熔接技術(shù)70年代初，已使用鎳鉻絲通電作為熱源，對(duì)光纖進(jìn)行熔接；中期開始采納電弧放電法，用微機(jī)機(jī)構(gòu)和顯微鏡來操縱光纖對(duì)正。80年代采納“預(yù)加熱熔接法〞，通過電弧對(duì)光纖端面進(jìn)行預(yù)熱整形，然后再放電。這確實(shí)是根基光纖熔接機(jī)的全然原理。目前最好的熔接機(jī)對(duì)單模光纖的平均損耗到達(dá)0.03dB。熔接的過程包括端面的預(yù)備、纖芯的對(duì)正、熔接和接頭增強(qiáng)等。端面預(yù)備：使用切割刀，如simens的A8切割刀，谷河的1-2-3切割刀。纖芯對(duì)正：PAS技術(shù)通過CCD攝像和計(jì)算機(jī)處理，在X、Y、Z軸3個(gè)方向進(jìn)行最正確對(duì)正，如simens的L-PAS和LID系統(tǒng)，通過自身發(fā)射激光并檢測(cè)最大的光功率來調(diào)整對(duì)正。熔接：讓兩根光纖維持幾微米的間隙進(jìn)行預(yù)熔。最后通過高溫電弧使光纖熔接在一起，simens的LID系統(tǒng)通過發(fā)射激光能夠調(diào)節(jié)放電時(shí)刻，到達(dá)最正確熔接效果。之后，用大約4牛頓的力進(jìn)行拉力測(cè)試。目前的熔接機(jī)對(duì)正和熔接、拉力測(cè)試可全自動(dòng)進(jìn)行。接頭增強(qiáng)：用熱縮管對(duì)熔接點(diǎn)進(jìn)行保衛(wèi)和增強(qiáng)。膠接法原理與熔接雷同。②固定連接器技術(shù)圖3-3為常用固定連接器外形。A為依靠毛細(xì)管定位的連接器，如3M的接續(xù)子，simence的camsplice；B、C、D為V型槽連接，V型槽角度一般為60度左右，如3M的接續(xù)子，simence的camsplice。固定連接器的損耗一般在1dB左右。?光纖的活動(dòng)連接光纖的活動(dòng)連接器可重復(fù)拆裝，形似電纜連接器，但加工精度高，要緊是保證插進(jìn)損耗小，重復(fù)性好。光纖活動(dòng)連接器廣泛應(yīng)用于傳輸線路，光配線架和光測(cè)試儀表中。光纖活動(dòng)連接器種類按結(jié)構(gòu)調(diào)心型和非調(diào)心型；按連接方式分對(duì)接耦合式和透鏡耦合式；按光纖相互接觸關(guān)系分平面接觸式和球面接觸式等。使用最多的是非調(diào)心型對(duì)接耦合式如平面對(duì)接式〔FC〕，直截了當(dāng)接觸式〔PC〕，矩形〔SC〕活動(dòng)連接器。還有APC、ST等。①FC型光纖活動(dòng)連接器插針體 套筒圖3-4FC/PC光纖活動(dòng)連接器如圖3-4,FC連接器由插針體a、插針體b與套筒等組成。插針體a裝發(fā)射光纖，插針體b裝接收光纖，將a、b同時(shí)插進(jìn)套筒，再將螺旋擰緊，實(shí)現(xiàn)光纖的對(duì)接耦合。FC由于平面接觸產(chǎn)生空隙，使光在石英玻璃和空氣間產(chǎn)生菲涅爾反射。②PC型光纖活動(dòng)連接器關(guān)于FC的咨詢題，PC將插針套筒端面磨成凸球面，使光纖能夠直截了當(dāng)接觸，PC型連接器插進(jìn)損耗小，反射損耗大〔發(fā)射光少〕，性能定。PC的球面曲曲折折曲曲折折折折率直徑為20mm,與模場(chǎng)直徑為9um左右的單模光纖相配。FC與PC全然上一樣，習(xí)慣上稱FC/PC,插針套筒核對(duì)中套筒采納不銹鋼或陶瓷。不銹鋼加工困難,陶瓷材料一般為氧化鋯和氧化鋁兩種,氧化鋁硬于氧化高,可用氧化鋁作為插針套筒,用氧化鋯作為對(duì)正套筒,但陶瓷易碎。③SC型光纖活動(dòng)連接器在計(jì)算機(jī)的FDDI光纖網(wǎng)絡(luò)中，一般使用SC活動(dòng)連接器，F(xiàn)C/PC通過旋轉(zhuǎn)耦合，而SC屬于插拔式，易于高密度安裝。SC插針套筒為氧化鋯整體型。④3M的VF-45光纖活動(dòng)連接器在最近，3M公司同樣推出了用于光纖網(wǎng)絡(luò)的VF-45連接器，大小如雙絞線的RJ-45,也是插撥式，比SC本鈔票低。光纜光纖盡管具有一定的抗拉強(qiáng)度,然而經(jīng)不起有用場(chǎng)合的彎曲曲折折曲曲折折折折、扭曲曲折折曲曲折折折折和側(cè)壓力的作用。因此,必須象通信用的銅纜一樣,借用傳統(tǒng)的矯合、套塑、金屬帶鎧裝等成纜工藝,并在纜芯中放置強(qiáng)度元件材料,制成不同環(huán)境下使用的多品種光纜,使之能習(xí)慣工程要求的敷設(shè)條件,承受有用條件下的抗拉、抗沖擊、抗彎、抗扭曲曲折折曲曲折折折折等機(jī)械性能,以保證光纖原有的好的傳輸性能不變。光纜性能的好壞在特別大程度上決定于光纖性能的好壞,因此,首先光纖必須符合ITU-T的技術(shù)指標(biāo)要求。光纖在成纜絞合、鎧裝、敷設(shè)安裝和氣候環(huán)境溫度變化的情況下會(huì)引起衰耗的增加,例如光纖套塑材料〔聚乙烯、尼龍、聚丙烯等〕的膨脹系數(shù)比石英玻璃光纖大3個(gè)數(shù)量級(jí),因此在低溫收縮時(shí)會(huì)使光纖的微彎增大,為了防止上述有害的現(xiàn)象,在生產(chǎn)中采納緊套光纖、松套光纖結(jié)構(gòu)。同時(shí)刻纖必須能夠承受足夠的拉力，純潔光纖本身的拉力極大，到達(dá)2000kg/mm2,然而由于雜質(zhì)、旗袍、微粒等緣故，拉絲的平均強(qiáng)度只有10-30kg/mm2,換算成12511m的標(biāo)準(zhǔn)通信光纖的斷裂強(qiáng)度為4.89kg。但目前國(guó)內(nèi)外廠家的光纖平均抗拉強(qiáng)度在600-800g左右。?光纜的種類和結(jié)構(gòu)依據(jù)我國(guó)光纜生產(chǎn)的實(shí)際情況和各地區(qū)使用條件的不同,光纜品種可按照下表分類,使用溫度范圍可分為所示四級(jí)。北方地區(qū)多用A、B兩種，南方地區(qū)多用C、D兩種。層絞式光纜層絞式光纜一般由松套光纖以制電纜的方式構(gòu)成的光纜〔古典市〕,這種結(jié)構(gòu)在全世界應(yīng)用廣泛,是早期光通信常用的光纜。這種光纜一般為6-12芯光纖,按管道、加恐和直埋的敷設(shè)要求其保衛(wèi)層稍有不同,一般來講,在市話網(wǎng)絡(luò)中采納管道,在長(zhǎng)途線路上采納直埋,在鄉(xiāng)村等采納架空。如圖3-5所示6芯松套層絞式光纜,中間為實(shí)心鋼絲和纖維增強(qiáng)塑料〔FRP,無(wú)金屬光纜〕，松套光纖扭絞在中心增強(qiáng)件四面，用包帶固定，不處增加皺紋鋼〔凱裝甲〕，外護(hù)套采納PVC或AL-PE粘接護(hù)層。光纖在塑料套管中有一定的余長(zhǎng)，使光纜在被拉伸時(shí)有活動(dòng)的余地，因此，光纜長(zhǎng)度不等于光纖的長(zhǎng)度，一般采納光纜系數(shù)來描述兩者的比例。骨架式光纜骨架式光纜使光纖放在獨(dú)立的塑料套管或骨架槽內(nèi)，骨架材料用低密度聚乙烯，加強(qiáng)芯采納多古稀鋼絲或增強(qiáng)型塑料，如圖3-6所是骨架式光纜，確實(shí)是根基由4全然骨架構(gòu)成。束管式光纜對(duì)光纖的保衛(wèi)來講，束管式結(jié)構(gòu)光纜最合理，如圖美國(guó)朗訊〔LUCENT〕的LXE光纜，利用放置在護(hù)層中的兩根單股鋼絲作為兩根加強(qiáng)芯，光纜強(qiáng)度好，尤其耐側(cè)壓，在束管中光纖的數(shù)量靈活，如LXE光纜外徑為11.0mm〔52kg/km〕的光纖容量為4-48芯，外徑為13.3mm〔57kg/km〕的光纖容量為50~96芯。帶狀光纜帶狀光纜可容納大量光纖，如圖美國(guó)BELL制造的144芯帶狀光纜，12根帶狀單元迭成一個(gè)矩