光纖的分類及光纜的型號

附件3光纖的分類及光纜的型號一光纖的分類1光纖的基本概念光纖是一種由多層透明介質(zhì)構(gòu)成的纖維狀光波導(dǎo)，實心纖芯的折射率略高于包層，包層的折射率為常數(shù)。光纖是傳導(dǎo)光波的玻璃纖維。有兩種，一種是多模光纖，它允許幾百個模式在光纖中傳輸。多模光纖若以光纖剖面上的折射率分布形狀來分，一種叫漸變型，一種叫突變型。另外一種是單模光纖，它只允許一種模式（基模）在光纖中傳輸。圖1中給出了兩種多模光纖的折射率分布形狀。圖中的為纖芯半徑，為芯區(qū)中的最大折射率，為包層折射率。定義相對折射率差為：包層芯區(qū)0Rcrn1n2n(r)a.突變型包層芯區(qū)包層芯區(qū)0Rcrn1n2n(r)a.突變型包層芯區(qū)0Rcrn1n2n(r)b.漸變型圖1.兩種多模光纖的折射率分布相對折射率差△及折射率剖面分布是光纖設(shè)計和制造時的重要參數(shù)。普通狀況下，多模光纖的△≈1%，單模光纖的△≈0.02～0.5%。2光纖的折射率分布1）基本原理光纖折射率分布描述的是從至包層的折射率隨半徑的變化，如圖2所示。n(r)芯折射率n2包層折射率n1n(r)芯折射率n2包層折射率n1-a+ag=1g=2g→∞圖2光纖折射率分布光纖中模的傳輸依賴于折射率分布的形狀。在實際應(yīng)用中光纖折射率分布曲線也可用半徑的折射率分布指數(shù)函數(shù)來描述：對于芯：<（3）對于包層：常數(shù)≥式中：——光纖芯折射率；——芯/包相對折射率差；——離開光纖芯軸的距離；——纖芯半徑（μm）；——折射率分布指數(shù)；——包層折射率。只有在階躍分布時，芯折射率為常數(shù)[n(r)=]。對于全部其它分布時，折射率都是由包層折射率n2逐步增大至纖芯折射率。歸一化頻率V值是描述光纖特性的一種重要參數(shù)。它與芯半徑a、纖芯的數(shù)值孔徑NA和波長λ或光波數(shù)R有關(guān)。（4）對于折射率分布指數(shù)為g的任意冪指數(shù)率的折射率分布，芯中傳導(dǎo)的模數(shù)量N與V值有關(guān)，其關(guān)系可近似地表達為：（5）階躍折射率分布（g→∞）光纖的芯中傳導(dǎo)模數(shù)量近似為：（6）梯度折射率分布（g=2）光纖的芯中傳導(dǎo)模數(shù)量近似為：（7）三角折射率分布（g=1）光纖的芯中傳導(dǎo)模數(shù)量近似為：（8）由以上三式可知，當(dāng)光纖的V值相似時，梯度折射率分布光纖芯中傳導(dǎo)模數(shù)量只有階躍折射率分布光纖的二分之一，三角折射率分布光纖芯中傳導(dǎo)模數(shù)量只有階躍折射率分布的三分之一。光纖芯中傳導(dǎo)模數(shù)量越少，光纖的帶寬就越寬。普通，將能同時傳輸幾個模的光纖稱為多模光纖。如果要減少模數(shù)（即V值），則必須減小芯直徑2a或數(shù)值孔徑NA，或者增大光波長。階躍折射率分布（g→∞）的光纖，V值比常數(shù)Vc∞=2.405更小，僅有一種模，即基模LP01能在纖芯中傳輸。這種只傳輸一種模的光纖稱為單模光纖。是階躍折射率分布（g→∞）的光纖的極限值。角注c表達極限的概念，對含有任意折射率分布指數(shù)g的冪指數(shù)率分布，極限值可近似地表達為：例如對于梯度多模光纖，極限值可近似地表達為：Vc=2.405√2=3.4波長λ>λc的光纖才是單模光纖。2）設(shè)計原則光纖的折射率分布與光纖的性能親密有關(guān)，例如，多模光纖的折射率分布對其帶寬含有決定性的影響，單模光纖的折射率分布只決定其截止波長、模場直徑和色散。因此，要制造出令人滿意的光纖，必須根據(jù)光纖的類型進行合理的剖面設(shè)計。盡管不同類型光纖規(guī)定的具體技術(shù)指標(biāo)有異，但是一種優(yōu)秀的光纖折射率剖面設(shè)計都必須遵照下述設(shè)計原則：a)高帶寬和低色散多模光纖應(yīng)力求其折射率分別最佳，以達成帶寬最高之目的。單模光纖的折射率分布應(yīng)使其波長含有低色散和小的色散斜率。b)衰減系數(shù)小從剖面構(gòu)造設(shè)計、摻雜劑、材料選擇、制造工藝技術(shù)等設(shè)法確保所制得的光纖衰減系數(shù)最小。c)剖面結(jié)合合理光纖折射率分布合理，剖面構(gòu)造重復(fù)性好，便于生產(chǎn)，且成本低。為滿足光纖的折射率分布設(shè)計原則的規(guī)定，人們根據(jù)多個光纖的性能特點設(shè)計出諸多實用型光纖的折射率剖面構(gòu)造，以下節(jié)所述。3）剖面類型a)多模光纖（1）階躍型多模光纖（2）梯度型多模光纖b)單模光纖（1）非色散位移單模光纖（G.652、B1.1）SiO2SiO2+FSiO2SiO2+GeO2SiO2SiO2+GeO2匹配包層型光纖性能稍差。普通采用摻雜Ge來提高纖芯折射率，摻雜過多會因材料色散損耗增加光纖的衰減，因此相對折射率差Δ偏低（≈0.3%），光纖抗彎特性稍差。下凹內(nèi)包層型光纖性能較好。普通它的內(nèi)包層采用摻雜F產(chǎn)生下凹折射率Δ-，這樣只要在纖芯中摻雜少量的Ge就能獲得較大的總相對折射率Δ=Δ++Δ-。高的Δ就能大大改善光纖的抗彎性、損耗。同時這種構(gòu)造有四個設(shè)計自由度（匹配包層僅為兩個），那么通過適宜選擇Δ+、Δ-和2a（芯直徑）、2b（包層直徑），能使截止波長、零色散波長、模場直徑等最佳化。（2）色散位移單模光纖（G.653、B2）這種光纖折射率剖面構(gòu)造，以下圖所示。采用分段芯和雙臺階芯型，不僅成功地實現(xiàn)了在1550nm波優(yōu)點的低衰減和零色散，并且含有抗彎特性好、連接損耗低等特點。特別是多芯構(gòu)造的設(shè)計自由度多，通過調(diào)節(jié)各部分的折射率差和幾何尺寸，很容易控制波導(dǎo)色散，實現(xiàn)零色散波長的移動。（3）截止波長位移單模光纖（G.654、B1.2）這種光纖折射率剖面構(gòu)造與常規(guī)單模光纖相似，仍是采用的匹配包層型和下凹內(nèi)包層型，如圖所示。它們不同的是選用純SiO2芯來減少光纖的衰減，靠包層摻雜F使折射率下降而獲得所要的折射率差。這種光纖的最大優(yōu)點是，其在1550nm波優(yōu)點的最低衰減為0.15dB/km（4）非零色散位移單模光纖（G.655、B4）這種光纖的折射率剖面構(gòu)造，以下圖所示。三角形和雙環(huán)芯中的第一種環(huán)含有可移動零色散波長的作用。這兩種剖面構(gòu)造的外環(huán)對實現(xiàn)大有效面積和微彎曲損耗都起著核心作用，其可將光從中心尖峰來增加有效面積，并且通過避免光泄漏到包層而改善微彎性能。兩種構(gòu)造的區(qū)別在于，三角芯含有略低的衰減，雙環(huán)芯則含有稍大的有效面積。三角三角芯雙環(huán)芯（5）色散賠償單模光纖這種光纖的折射率剖面構(gòu)造，以下圖所示。由于材料色散變化范疇小，因此色散賠償光纖的色散特性重要由其波導(dǎo)色散決定。光纖的波導(dǎo)構(gòu)造由折射率分別及其對應(yīng)的構(gòu)造參數(shù)決定。色散賠償光纖的剖面構(gòu)造設(shè)計首先需要解決的是擬定適宜的折射率剖面和最佳的構(gòu)造參數(shù)，使這種光纖含有大的負色散：-50～-150ps/(nm·km)（6）色散平坦單模光纖（B3）這種光纖的折射率剖面構(gòu)造，以下圖所示。為了能夠在較寬的波段內(nèi)得到平坦的小色散特性，人們采用的辦法是變化折射率分布。最初色散平坦光纖折射率剖面構(gòu)造為雙包層型。該構(gòu)造能使光纖二個零色散點分別在1310nm和1550nm處。且光纖在1310nm～1550nm波長范疇內(nèi)色散呈平坦分布，數(shù)值較小。雙包層型光纖有內(nèi)外兩個包層，內(nèi)包層比外包層折射率要小，從而形成了一種折射率下凹的深溝限制了色散的擴展，但缺點是彎曲損耗大。三包層和四包層型是在雙包層型基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的構(gòu)造特點是在雙包層型的內(nèi)外包層中加入一凸起的折射率環(huán)，其色散特性和抗彎曲能力優(yōu)于雙包層型。但是它們構(gòu)造復(fù)雜、制造困難。3光纖的分類1）光纖的分類多模光纖是根據(jù)最佳擬合的折射率分布指數(shù)g進行分類的，單模光纖是根據(jù)零色散波長和工作波長進行分類的。根據(jù)GB/T15972.1(1998)《光纖總規(guī)范第1部分：總則》，多模光纖和單模光纖的分類列于表1和表2。慣用的梯度型多模光纖A1類又具體分為4種，見表3。表1多模光纖類型類型材料折射率分布g的限定范疇A1玻璃纖芯/玻璃包層漸變型1≤g＜3A2.1玻璃纖芯/玻璃包層準(zhǔn)突變型3≤g＜10A2.2玻璃纖芯/玻璃包層突變型10≤g＜∞A3玻璃纖芯/塑料包層突變型10≤g＜∞A4塑料光纖表2單模光纖類型類型名稱標(biāo)稱零色散波長（nm）標(biāo)稱工作波長（nm）IECITU-TB1.1G.652A和G.652B非色散位移單模光纖13101310和1550B1.2G.654截止波長位移單模光纖13101550B1.3G.652C波長段擴展非色散位移光纖1300～13241310、1360～1530、1550B2G.653色散位移單模光纖15501550B3G.6xx色散平坦單模光纖1310和15501310和1550B4G.655非零色散位移單模光纖<1530，>15651530～1565表3四種梯度型多模光纖的性能光纖類型芯/包直徑（m）工作波長（m）帶寬（MHz）數(shù)值孔徑衰減系數(shù)（dB/km）A1a50/1250.85，1.30200～15000.20～0.240.8～1.5A1b62.5/1250.85，1.30300～10000.26～0.290.8～2.0A1c85/1250.85，1.30100～10000.26～0.302.0A1d100/1250.85，1.30100～5000.26～0.293.0～4.0表1所列多模光纖的普通使用場合以下：A1類多模光纖，用于接入網(wǎng)中室內(nèi)引入線及大樓通信綜合布線的主干子系統(tǒng)和水平子系統(tǒng)；A2類多模光纖的應(yīng)用距離不不不大于2A3類多模光纖的應(yīng)用距離不不不大于1A4類多模光纖的應(yīng)用距離不不不大于100表2所列的單模光纖的普通使用場合以下：B1.1類單模光纖，用于1310nm和1550nm區(qū)域的STM-16(2.5Gbit/s)或STM-16的DWDM傳輸系統(tǒng)，最佳工作波長為1310nm區(qū)域；B1.2類單模光纖，即截止波長相對于B1.1類光纖向長波長方向移動，在1550nm區(qū)光纖衰減進一步減少，抗彎曲和抗微彎性能進一步改善的單模光纖，用于1550nm區(qū)域的STM-16傳輸系統(tǒng)，最佳工作波長區(qū)為1500nm～1600nm，因其1550nm的色散系數(shù)絕對值較大，現(xiàn)在已不再使用；B1.3類單模光纖，工作波長擴展到1360nm～1530nm區(qū)域，用于1310nm和1550nm區(qū)域的STM-16的WDM傳輸系統(tǒng)，最佳工作波長為1310nm區(qū)域；B2類單模光纖，零色散波長在1550nm附近，用于1550nm區(qū)域的STM-64(10Gbit/s)傳輸系統(tǒng)，最佳工作波長區(qū)為1550nm～1600nm，因其在DWDM中FWM(四波混頻)效應(yīng)嚴(yán)重，現(xiàn)在極少使用；B4類光纖，又稱Truewave（真波光纖）單模光纖，在1550nm區(qū)域有一非零的小色散值，用于1550nm區(qū)域的STM-64的DWDM傳輸系統(tǒng)，最佳工作波長區(qū)為1500nm～1600nm。在1550nm區(qū)有很大負色散系數(shù)的色散賠償單模光纖（DCF），現(xiàn)在國際電聯(lián)也尚未給出原則建議名稱。上述這幾個重要單模光纖的重要特點以下表所示。特性纖型G.652G.653G.654G.6xxG.655DCF1310nm處衰減系數(shù)(dB/km)≤0.36≤0.45≤0.45≤0.50≤0.501550nm處衰減系數(shù)(dB/km)≤0.22≤0.25≤0.20≤0.40≤0.24≤1.001310nm處色散系數(shù)(ps/nm.km)～0～-18～0～0～-201550nm處色散系數(shù)(ps/nm.km)～+18～0～+18～01≤│D│≤4★-80～-150截止波長λcc(nm)≤1260≤1270≤1530≤1270≤1480≤1260在波長(nm)模場直徑(μm)1310～91550～8.31550～10.51310，1550～8，1115508～111550～6★指1540～1565nm范疇，ITU-T正在研究中2）多模光纖的另外討論早在1999年，當(dāng)絕大多數(shù)人正在熱衷于討論1Gbps以太網(wǎng)的時候，考慮到將來不停增加的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對帶寬的渴求，IEEE已經(jīng)開始著手制訂10Gbps以太網(wǎng)的原則（IEEE802.3ae）。隨著千兆以太網(wǎng)原則（IEEE802.3ab和IEEE802.3z）正式頒布，萬兆以太網(wǎng)原則正式浮出水面，現(xiàn)在，某些重要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商如Cisco，Avaya等已經(jīng)開始提供基于廣域單模系統(tǒng)的設(shè)備接口，預(yù)計在以前，萬兆以太網(wǎng)（10GbpsEthernet）的正式原則將全部頒布。眾所周知，光纜系統(tǒng)在傳輸光信號時，離不開光收發(fā)器和光纖。光收發(fā)器的種類重要有兩大類：發(fā)光二極管（LED）和激光發(fā)光器（Laser）。即使在性能上，激光發(fā)光器遠遠優(yōu)于發(fā)光二極管，但是由于制造成本的問題，使絕大多數(shù)局域網(wǎng)顧客始終難以負擔(dān)激光發(fā)光器的高昂價格。直到近來，一種新型發(fā)光器件垂直腔表面發(fā)光器VCSELs（Verticalcavitysurfaceemittinglasers）的出現(xiàn)，才解決了這個問題。VCSELs吸取了激光發(fā)光器件的性能優(yōu)勢如響應(yīng)速度高，傳輸光譜窄，和發(fā)光二極管的優(yōu)勢如藕合效率高及成本低廉。因此，采用低成本高性能的VCSELs發(fā)光器件，配合多模光纜的方式能夠傳輸高達10Gb/s的信號。LEDVCSELDFB/FPLaser成本低適中高用途多模光纖多模光纖單模光纖最高支持應(yīng)用1Gb/s12.5Gb/s40Gb/s實際原則最高用途622Mb/s10Gb/s40Gb/s但是，另一種問題又出現(xiàn)在顧客面前，即傳輸距離。使用光纜的顧客除了傳輸速率外，還對傳輸距離有規(guī)定。實驗證明，傳統(tǒng)多模光纜，不管是50um還是62.5um，即使能夠支持10Gb/s的網(wǎng)絡(luò)傳輸，但其支持距離都在100米以內(nèi)，這對網(wǎng)絡(luò)主干的應(yīng)用是根本無法滿足的。由于LED發(fā)光器件本身的性能局限，在1Gbps以上的高速應(yīng)用中，發(fā)光器件重要采用激光發(fā)光器件,而傳統(tǒng)多模光纖從原則上和設(shè)計上均以LED方式為基礎(chǔ)，因此，由于兩種發(fā)光器件傳輸方式的不同，必須對光纖本身進行改造，以適應(yīng)光源的變化。因此，ISO/IEC11801著手制訂了新的多模光纖原則等級，即OM3類別，并在9月正式頒布。而Avaya公司的SYSTIMAXSCS構(gòu)造化布線系統(tǒng)中，已經(jīng)先于國際原則推出了OM3型多模光纖—LazerSPEED解決方案，針對現(xiàn)在潛在的10Gb/s網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。Minimummodalbandwidth(MHz·km)FibretypeOverfilledLaunchLaserBandwidth850nm1300nm850nm1300nmOM1200500OM2500500OM31500500上表為ISO原則中對多模光纖的重新分類，OM1指現(xiàn)在傳統(tǒng)62.5um多模光纖，OM2指現(xiàn)在傳統(tǒng)50um多模光纖，OM3是新增的萬兆光纖。注意光纖帶寬指標(biāo)的兩種模式，OverfilledLaunchBandwidth是針對LED發(fā)光器件的匹配指標(biāo)，而LaserBandwidth是針對新型激光發(fā)光器件的匹配指標(biāo)。OM3光纜同時在兩種模式下都進行了優(yōu)化。另外一種需要注意的是傳送波長的選擇，850nm還是1300nm。即使波長越長，性能會越好，但是發(fā)光器件的造價會成倍的增加，因此，顧客如果可能，盡量選擇短波長應(yīng)用系統(tǒng)以減少成本。例如，新型VCSELs發(fā)光器件就是以短波長為應(yīng)用環(huán)境，而原則Laser發(fā)光器件重要用于長波長環(huán)境。4光纖的測試辦法4.1多模光纖測試多模漸變折射率光纖測試辦法見表4。表4多模漸變折射率光纖測試辦法參數(shù)測試辦法RTMATM幾何參數(shù)芯徑，m折射近場法四圓容差區(qū)法近場法包層直徑，m同心度誤差，m芯不圓度，%包層表面不圓度，%光學(xué)特性折射率分布折射近場法近場法數(shù)值孔徑遠場光分布法折射近場法傳輸特性衰減常數(shù)，dB/km剪斷法介入損耗法后向散射法模式畸變帶寬，MHzkm頻域法時域法總色散系數(shù)，ps/(nmkm)相移法干涉實驗法脈沖延遲法4.2單模光纖測試單模光纖測試辦法見表5表5單模光纖測試辦法參數(shù)測試辦法RTMATM幾何參數(shù)模場直徑，m遠場掃描法可變孔徑法近場域法包層直徑，m傳輸近場法折射近場法側(cè)視法傳輸近場象法模場同心度誤差，m包層不圓度，%光學(xué)特性截止波長，nm傳輸功率法對剖心軸法折射率分布折射近場法傳輸特性衰減常數(shù)，dB/km剪斷法后向散射法介入損耗法色散，nm相移法干涉實驗法脈沖延遲法二光纜的型號命名1光纜的型號命名根據(jù)中華人民共和國通信行業(yè)原則YD/T908-《光纜型號命名辦法》的規(guī)定，光纜的型號有型式和規(guī)格兩大部分構(gòu)成，型號構(gòu)成的格式示于圖2，型式的構(gòu)成示于圖3，規(guī)格的構(gòu)成示于圖4。圖3中，加強構(gòu)件(Ⅱ)指護套以內(nèi)或嵌入護套中用于增強光纜抗拉力的構(gòu)件；構(gòu)造特性(Ⅲ)指纜芯構(gòu)造和光纜派生構(gòu)造的特性，應(yīng)表達出纜芯的重要類型和光纜的派生構(gòu)造，當(dāng)光纜型式有幾個構(gòu)造特性需要注明時可用組合代號表達，其組合代號按表7所列的代號自上而下的次序排列。規(guī)格型式規(guī)格型式注：型式代號與規(guī)格代號之間空一種格。圖2型號構(gòu)成的格式外護層護套構(gòu)造特性加強構(gòu)件分類ⅠⅡⅢⅣⅤ圖3光纜型式的構(gòu)成導(dǎo)電芯線的規(guī)格導(dǎo)電芯線的規(guī)格光纖的規(guī)格圖4光纜規(guī)格的構(gòu)成ⅠⅡ+光纜型式中Ⅰ～Ⅳ的各代號含義示于表6。表6光纜型式中Ⅰ～Ⅳ各代號的含義部分代號含義分類GY通信用室(野)外光纜GM通信用移動式光纜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通信用特殊光纜加強構(gòu)件(無符號)金屬加強構(gòu)件F非金屬加強構(gòu)件構(gòu)造特性D光纖帶構(gòu)造(無符號)光纖松套被覆構(gòu)造J光纖緊套被覆構(gòu)造(無符號)層絞構(gòu)造G骨架槽構(gòu)造X纜中心管(被覆)構(gòu)造T油膏填充式構(gòu)造(無符號)干式阻水構(gòu)造R充氣式構(gòu)造C自承式構(gòu)造B扁平形狀E橢圓形狀Z阻燃護套Y聚乙烯護套V聚氯乙烯護套U聚氨酯護套A鋁—聚乙烯粘結(jié)護套S鋼—聚乙烯粘結(jié)護套W夾帶平行鋼絲的鋼—聚乙烯護套L鋁護套G鋼護套Q鉛護套當(dāng)光纜有外護層時，它可涉及墊層、鎧裝層和外被層的某些部分或全部，其代號(圖3中的Ⅴ)用兩組數(shù)字表達，墊層無需表達，兩組數(shù)字的含義示于表7。表7光纜型式中外護層各數(shù)字代號的含義第一組(鎧裝層)第二組(外被層或外套)代號含義代號含義0無鎧裝層1纖維外被2繞包雙鋼絲2聚氯乙烯套3單細圓鋼絲3聚乙烯套33雙細圓鋼絲4聚乙烯套加覆尼龍?zhí)?單粗圓鋼絲5聚乙烯保護管44雙粗圓鋼絲5皺紋鋼帶光纜規(guī)格由光纖的規(guī)格和導(dǎo)電芯線規(guī)格構(gòu)成，兩者之間用“+”號隔開。光纖的規(guī)格由光纖數(shù)和光纖類別構(gòu)成，導(dǎo)電芯線規(guī)格的構(gòu)成應(yīng)符合YD/T322-1996《銅芯聚烯烴絕緣鋁塑綜合護套市內(nèi)通信電纜》中第3.1.6條銅導(dǎo)電芯線規(guī)格構(gòu)成的規(guī)定。光纖規(guī)格中的光纖數(shù)代號用光纜中同類別光纖的實際有效數(shù)目的數(shù)字表達，光纖類別用光纖產(chǎn)品的分類代號表達，如表8所示。表8光纖類別的代號多模光纖單模光纖代號名稱代號名稱A1a二氧化硅漸變折射率多模光纖B1.1二氧化硅非色散位移單模光纖A1bB1.2二氧化硅截止波長位移單模光纖A1cB1.3A2a～A2c二氧化硅突變折射率多模光纖B2二氧化硅色散位移單模光纖A3a～A3cB3二氧化硅色散平坦型單模光纖A4a～A4c突變折射率塑料光纖B4二氧化硅非零色散位移單模光纖注：1“A1a”可簡化為“A1”。2現(xiàn)在慣用的是A1b類多模光纖。3A1a類光纖即G.651光纖。注：1“B1.1”可簡化為“B1”。2現(xiàn)在慣用的是B1和B4類單模光纖。3B1.1類光纖即G.652.A、G.652.B光纖；B1.2類光纖即G.654光纖