光纖光纜技術(shù)研究新的進展

1、光纖光纜技術(shù)研究新的進展引言光纖通信 業(yè)內(nèi)人士十分清楚，光纖 通信是由光纖、 光器件和系統(tǒng)設(shè)備三大部分組成的。 在實際工程中光纖是以光纜形式應(yīng)用的。 光纜作為光纖的具體應(yīng)用形式，其中包含著二重含義： 一方面可以用不同品種的光纖制成同一結(jié)構(gòu)的光纜，供不同層次的網(wǎng)絡(luò)使用；另一方面可以用不同的材料制成不同結(jié)構(gòu)的光纜來滿足不同應(yīng)用環(huán)境的需要。自20 世紀 80 年代初至今， 光纖光纜 應(yīng)用場所經(jīng)歷了從核心網(wǎng)到城域網(wǎng)、接入網(wǎng)的發(fā)展過程，未來將繼續(xù)向著家庭桌面延伸或者說現(xiàn)在正經(jīng)歷著由室外向室內(nèi)的發(fā)展。光纖光纜的發(fā)展無論是從材料選擇、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造工藝， 還是從應(yīng)用環(huán)境、鋪設(shè)方式等方面都得到了長足的發(fā)展。然

2、而，面對著全球經(jīng)濟發(fā)展步伐緩慢，全球光纖光纜市場競爭日趨激烈。在這種大環(huán)境下， 光纖制造商競相研制性能更優(yōu)的新型光纖，而光纜制造商則在確保光纜的基本光傳輸性能和機械性能的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計新型結(jié)構(gòu)的光纜、積極采用新的光纜材料等措施來達到降低光纜成本和施工費用的目的。為此，本文作者在閱讀最新光纖光纜資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合最近國內(nèi)外一些研究成果，向讀者介紹一下光纖光纜技術(shù)最新研究進展及發(fā)展趨勢。2 光纖光纜技術(shù)研究的進展2.1 新型光纖不斷出現(xiàn)隨著光傳送網(wǎng)向更高速率、更大容量、更長距離方向發(fā)展，光纖通信不同層次網(wǎng)絡(luò)對光纖要求不盡相同，如核心網(wǎng)光纖性能要求于色散、色散斜率、非線性效應(yīng)等； 城域網(wǎng)光纖性能則

3、更重視工作波長范圍。局域網(wǎng)光纖性能強調(diào)的是工作帶寬和接續(xù)成本。現(xiàn)在核心網(wǎng)采用光纖主要是g.655光纖。由于 g.655 光纖的性能在逐漸的完善， 所以各個光纖制造廠商不斷推出新產(chǎn)品，如康寧公司推出的pure mode pm 系列新型光纖；阿爾卡特推出的 teralight ultra 光纖，實現(xiàn)了單波道40gbit/s、總?cè)萘?0.2 tbit/s 的dwdm 傳輸 100km 。而日本住友開發(fā)出的超低損耗純硅芯光纖pscf，其衰減僅0.151db/km ，而光纖有效面積已經(jīng)達到了170 m2，使傳輸?shù)姆蔷€性大大減少。特別是2003 年 1 月 20 日至 31 日在瑞士日內(nèi)瓦itu-t sg

4、15 召開的會議上將g.655 光纖類別由g.655a 、g.655b 進一步細分為 g.655a 、 g.655b 、 g.655c 三類，以適應(yīng)了核心干線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求。城域網(wǎng)光纖主要是工作波長擴展光纖（又稱為低水峰光纖） 。低水峰光纖發(fā)展歷程分別為： 1998 年朗訊就推出了allwave全波光纖； 2001 年 4 月康寧推出了 sm-28e 低水峰光纖，同年阿爾卡特也推出esmf增強型單模光纖。日本住友也開發(fā)出了水峰壓縮 wps-nz-dsf 光纖，如圖1 所示。這類低水峰光纖都是在原有g(shù).652或 g.655 光纖基礎(chǔ)上通過控制 oh 根壓縮 1385nm 窗口的吸收峰（俗稱水峰）

5、，這樣其可用波長范圍擴展到 12701650nm 整個波段，使得cwdm 可以開通16 個波長。局域網(wǎng)光纖性能強調(diào)的是工作帶寬和接續(xù)費用。特別是隨著吉比特以太網(wǎng)和10g比特以太網(wǎng)快速發(fā)展多模光纖已經(jīng)成為首選傳輸媒質(zhì)。國內(nèi)外光纖廠家如， 康寧、阿爾卡特、烽火、長飛等先后推出了吉比特以太網(wǎng)多模光纖并已經(jīng)大量商用。2002 年 ieee在 802.3ae 標準中，又提出了一種高帶寬50/125 m多模光纖。它提高了850nm 波長的帶寬，在鏈路中選用低價格的850nm 波長垂直腔表面發(fā)射 激光器 （vcsel ）和兩級編碼技術(shù)，這種多模光纖的“激光器帶寬 ”為 2000mhz.km ，足以支持10g

6、b/s 以太網(wǎng)傳輸達 300m。當前，高帶寬50/125 m 多模光纖正在成為吉比特以太網(wǎng)采用的主要光纖。2002 年，ericsson 公司研制出了一種多模和單模結(jié)合的mm-sm光纖，它與多模光纖連接時可用作多模光纖，與單模光纖連接時用作單模光纖。這種新型光纖適用于ftth ，它使得光纖線路可由多模向單模升級。這為光纖的研究又提供了一個新的思路。除了玻璃光纖新品迭出之外，塑料光纖最近又有了較大的技術(shù)突破。又據(jù)2003 年 3 月23 日至 28 日在美國召開的ofcs報道，塑料光纖以單波長2.5gb/s 速率可傳輸 144m。我們相信，塑料光纖將會在光纖到家庭和光纖到桌面中大顯身手。2.2新

7、型結(jié)構(gòu)的光纜眾所周知，現(xiàn)在大多數(shù)室外光纜都是松套光纜。究其原因是松套光纜具有三大優(yōu)點：1.松套管能夠為光纖提供初級保護；2.松套管可以容納阻水油膏；3. 松套管還可為光纖提供合適的余長， 使光纖處在松疏狀態(tài)。 松套光纜按照纜芯可以容納的纖芯數(shù)的多少和纜芯的剖面結(jié)構(gòu)形狀可以分為三種基本結(jié)構(gòu)形式：中心管式光纜、 層絞式光纜、 骨架式光纜。今天，作為室外光纜制造廠商和用戶都十分熟悉光纜是由光纖和各種材料共同組成的。光纜的傳輸性能是由光纖的品種及其性能決定的，而光纜的機械性能和環(huán)境性能是由光纜材料的內(nèi)在質(zhì)量與制造工藝技術(shù)水平?jīng)Q定的。任何結(jié)構(gòu)和材料變化都將直接影響到光纜的性能和成本。筆者認為新型結(jié)構(gòu)的光

8、纜要解決的主要問題是：1.設(shè)法積極選擇新的材料，為研究新的光纜結(jié)構(gòu)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)；2.減小光纜尺寸，降低光纜重量，節(jié)約光纜材料（降低光纜成本，提高生產(chǎn)和施工速度）；3.采用干式結(jié)構(gòu)，縮短接續(xù)時間，節(jié)省施工費用等。一般，評價光纜質(zhì)量優(yōu)劣的性能包括：光傳輸性能、機械性能、環(huán)境性能。光纜的光傳輸性能是由光纜中采用的光纖類型所決定的。光纜的機械性能和環(huán)境性能則取決于光纜結(jié)構(gòu)、選用的材料種類及其質(zhì)量、光纜制造技術(shù)水平。針對目前光纖通信工程中，光纜結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出以管道光纜為主，以直埋光纜和室外架空光纜為輔的格局。人們自然會想是否可以將對光纜結(jié)構(gòu)的重型保護移植到管道上或者選擇其他的光纜材料，這樣做既可以降

9、低光纜成本（減小光纜尺寸， 降低光纜重量） ，又可以節(jié)約施工費用 （節(jié)約管道空間和施工更簡便）。美國ofs brightwave carrollton的，設(shè)法減小松套管和中心加強件的尺寸， 其次是減小護套和皺紋金屬覆膜帶厚度。這種方法適用于全介質(zhì)單層護套光纜、輕型鎧裝光纜（單層護套、單層鎧裝）、鎧裝光纜（雙層護套、單層鎧裝）和短跨度接入 adss 光纜。例如，他們研制的144 芯單層護套小直徑管道光纜的直徑僅為 13.4mm ，而典型商用144 芯單層護套管道光纜的直徑為18.8mm 。目前國內(nèi)光纜制造廠商紛紛在采用減小松套管尺寸的方法來減少光纜材料的用量，進而達到降低光纜成本，以此提高市場競

10、爭力。但是，本文作者要提請廣大用戶注意，在驗收光纜時您應(yīng)該重點對光纜做溫度循環(huán)試驗， 測量出光纖的溫度衰減性能， 以此來證明您購買的即將投入使用的光纜余長是合理的。2.2.2 全干式松套光纜眾所周知， 光纜最忌諱水， 究其原因是水即會引起光纖的水峰衰減，又可以通過滲透腐蝕作用導(dǎo)致光纖斷裂。 在潮濕條件下， 水還會通過光纜護套擴散進入內(nèi)部形成自由水的凝聚。 如果不加控制， 水會沿著光纜纜芯縱向遷移流到接頭盒給通信系統(tǒng)帶來潛在的危險甚至造成業(yè)務(wù)中斷。 傳統(tǒng)光纜采用的填充阻水措施是將憎水油膏填滿光纜中的松套管的所有空間來切斷水的縱向流動路徑。填充的阻水油膏基本作用是除了能夠阻止光纜內(nèi)部的縱向水遷移，

11、 還能夠提供給光纜緩解外來壓力和振動阻尼作用。 盡管傳統(tǒng)光纜具有良好的性能和可靠性， 但是在光纜接續(xù)前要清除油膏和清潔光纖。 在光纜安裝施工操作中這是一項增加費用和降低生產(chǎn)效率的耗費時間的工作。填充阻水油膏的光纜也會明顯地增加光纜重量，增加長途線路安裝所需要的人和設(shè)備。另外，阻水油膏是粘連或油膩的油脂，所以光纜接續(xù)需要在一個活動的帳篷或者帶篷的卡車中進行。為了克服填充阻水油膏的光纜的上述缺點，最近美國 ofs(原朗訊 )光纖光纜部的 richard h.norris 等人共同開發(fā)出 12216 芯一系列的中心管完全沒有填充阻水油膏的室外用全干式中心管光纖帶光纜2 ，其結(jié)構(gòu)從光纜中心至光纜外護層

12、依次是光纖帶、空氣、纖用高級吸水膨脹阻水帶（代替纖用阻水油膏）、改善了沖擊性能的聚丙烯松套管、纜芯用高級吸水膨脹阻水帶（代替纜用阻水油膏）、 皺紋金屬覆膜帶鎧裝層、兩根平行金屬加強件鋼絲和高密度聚乙烯外護層（hdpe ）。如果這種光纜被用于雷電頻繁和存在干擾電流的場所時金屬加強件應(yīng)該采用全介質(zhì)的玻璃鋼 / 環(huán)氧樹脂棒，在棒的外面應(yīng)該涂上一層紫外固化“摩擦涂層 ”，以求在棒與護層之間形成良好的機械耦合力。這里要特別提請讀者注意的是，為了防止水在外護層和纜芯之間流動， 纜芯用的標準高級吸水膨脹阻水帶是纏繞在聚丙烯松套管上的。這類光纜外護層采用 hdpe 的理由為 hdpe 具有良好的硬度、強度和小

13、的摩擦系數(shù)，從而滿足了所有光纜安裝性能要求。為了驗證這種光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理， richard h.norris等人按照美國標準telcordiagr-20 對該光纜進行了阻水性能試驗、機械性能試驗、環(huán)境性能試驗、老化性能試驗、安裝模擬試驗。 阻水性能試驗就是要用一系列滲水試驗來驗證纖用高級吸水膨脹阻水帶是否能夠阻止水在中心管內(nèi)具有的大空間的滲透。具體的做法是將光纜試樣放置于1米靜壓頭下，讓水靜壓頭作用到多個纜芯試樣上，以滿足光纜阻水性能標準規(guī)范要求。機械性能試驗是按照美國標準telcordia gr-20 對金屬加強和非金屬加強全干式中心管光纖帶光纜進行了試驗，以驗證其是否滿足機械性能要求。

14、2.2.3 微型吹氣安裝光纜在當前的全球經(jīng)濟蕭條的形勢下，電信業(yè)務(wù)運營商面臨著兩大問題：1.在投入資金有限的同時，還要建設(shè)光纜路由來滿足用戶帶寬日益增長的需要；2.要想方設(shè)法減少光纜路由基礎(chǔ)設(shè)施費用，降低光纜生產(chǎn)成本。光纜制造商解決這兩個問題的具體方法是：1.光纜可以利用城市現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施（如在交通道路、 煤 / 天然氣管道、 下水道中安裝布放光纜的子管）或者通過城市新建的微型管道系統(tǒng)引入用戶。2.為了最大限度的利用子管系統(tǒng)和微型管道系統(tǒng)的資源，需要用一種新的小直徑微型吹氣安裝光纜。為此，美國 ofs 光纜部的 h.paul debban 等人開發(fā)出了一種新的小直徑（直徑與鉛筆相當）微型吹氣安

15、裝光纜，其結(jié)構(gòu)為48 或 72 芯中心管式光纖帶光纜3 。這種光纜的設(shè)計思想是尺寸、 剛性、柔軟性必須滿足小直徑管道安裝要求。光纖芯數(shù)應(yīng)該足以保證城市路由基礎(chǔ)設(shè)施需要。 光纜要有足夠的機械保護和抗拉強度來滿足施工安裝和光纖保護要求。在期望工作的溫度范圍內(nèi)，光纜的衰減性能要好。此外，光纜中的光纖要容易識別。這種光纜從纜芯至外護層的具體結(jié)構(gòu)分別是光纖帶、纖用阻水油膏、 松套管、 螺旋纏繞的玻璃鋼棒、螺旋纏繞的玻璃纖維 增強塑料帶、撕裂繩、 hdpe 外護層。選用中心管式結(jié)構(gòu)是為了提高小直徑光纜的強度。與光纖束和分立光纖相比較，采用光纖帶既增加了光纖密度，又節(jié)約了接續(xù)時間和施工費用，而且光纖帶的識別

16、方便。6 根玻璃鋼棒加強件螺旋纏繞在中心管周圍，以防止光纜產(chǎn)生小的彎曲。hdpe 外護層完完全全包圍著加強件和中心管構(gòu)成一個預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)來抵抗光纜受到的側(cè)壓和沖擊力的作用。hdpe外護層通過薄層賦予光纜堅韌性能和高溫下的小的摩擦系數(shù)。2.2.4 泡沫阻水光纜眾所周知，傳統(tǒng)的松套管光纜采用填充阻水油膏或吸水膨脹阻水紗來進行縱向阻水。然而阻水油膏會給光纜施工和環(huán)境帶來一定的負面影響，如擦拭阻水油膏的溶劑揮發(fā)會刺激人們的皮膚， 長期使用會引起濕疹； 擦拭阻水油膏的衛(wèi)生紙會污染環(huán)境。為此，光纜施工安裝和現(xiàn)場測試人員十分期待著不采用填充阻水油膏或吸水膨脹阻水紗的干式光纜的誕生。正是為了克服阻水油膏和阻水紗

17、的缺點，愛立信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司的borjelindblom 等研制出一種泡沫阻水光纜4 。泡沫阻水光纜的關(guān)鍵技術(shù)是用發(fā)泡的熱塑彈性體來代替阻水油膏作為光纜的縱向阻水材料。 泡沫阻水光纜的結(jié)構(gòu)是在外護層以下，中心加強件和松套管之間的所有空間都填充發(fā)泡的熱塑彈性體泡沫。采用泡沫阻水的優(yōu)點是既能夠減小光纜尺寸和光纜機械性能，又可以提高光纜施工速度。在護套工藝過程中發(fā)泡熱塑彈性體材料很容易與pe外護套材料結(jié)合為一體。這樣合理地控制發(fā)泡過程，就可以獲得阻水效果十分完美的密封泡沫結(jié)構(gòu)。2.2.5 新型材料光纜現(xiàn)有光纜中使用的如pvc 燃燒時會放出有毒性氣體，光纜穩(wěn)定劑中有時含鉛，都是對人體及環(huán)境有害的。從環(huán)境保護及阻燃性能的要求出發(fā)，有光纜廠家已經(jīng)采用環(huán)保材料開發(fā)出了生態(tài)環(huán)保光纜，應(yīng)用于大樓及家庭等室內(nèi)環(huán)境。如對室內(nèi)用纜， 可采用含有阻燃添加劑的聚酞胺化合物，以及無鹵性阻燃塑料。2001 年 itu-t 已通過了l45 建議即 “使電信網(wǎng)外部設(shè)備對環(huán)境的影響最小化”建議，