教学课件光纤和光缆.ppt

1、（教材（教材11页）页）本章内容本章内容 光纤的结构和类型。光纤的结构和类型。光纤的导光原理。光纤的导光原理。光纤的特性。光纤的特性。光缆的结构和种类。光缆的结构和种类。本章重点本章重点 光纤的结构和类型。光纤的结构和类型。光纤的特性。光纤的特性。光缆的种类。光缆的种类。本章的难点本章的难点 光纤的导光原理。光纤的导光原理。（教材（教材11页）页）掌握光纤的结构和类型。掌握光纤的结构和类型。了解光纤的导光原理。了解光纤的导光原理。掌握光纤的特性。掌握光纤的特性。掌握光缆的结构和种类。掌握光缆的结构和种类。2.1.1 光纤的结构光纤的结构 1.光纤结构光纤结构 n1=1.47 n2=1.2 光纤

2、由纤芯、包层和涂覆层光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成，如图部分组成，如图2-1所示。所示。图2-1 光纤的结构（教材（教材12页）页）（1）纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。）纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径直径d1=4m50m，单模光纤的纤芯为，单模光纤的纤芯为4m10m，多模光纤的纤芯为多模光纤的纤芯为50m。纤芯的成分是高纯度纤芯的成分是高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂（如，掺有极少量的掺杂剂（如GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（），作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。），以传输光信号。（2）包层：包层位于纤芯的周围。）包层：包层位于纤芯的周围。直径直径d

3、2=125m，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。而掺杂剂（如。而掺杂剂（如B2O3）的作用则是适当降低包层对光的折射）的作用则是适当降低包层对光的折射率（率（n2），使之略低于纤芯的折射率，即），使之略低于纤芯的折射率，即n1n2，它使得光信号，它使得光信号封闭在纤芯中传输。封闭在纤芯中传输。（教材（教材12页）页）（3）涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲）涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。层和二次涂覆层。一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；

4、缓冲层一般为性能良好的填充油膏；缓冲层一般为性能良好的填充油膏；二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物。涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约后的光纤其外径约1.5mm。通常所说的光纤为此种光纤。通常所说的光纤为此种光纤。（教材（教材12页）页）紧套光纤与松套光纤紧套光纤与松套光纤 紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼龙或紧套光纤就是在一次涂覆的光

5、纤上再紧紧地套上一层尼龙或聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中自由活动。纤可以在套管中自由活动。图2-3 套塑光纤结构（教材（教材14页）页）2光纤的折射率分布与光线的传播 图2-3所示为两种典型光纤的折射率分布情况。一种称为阶跃折射率光纤；另一种称为渐变折射率光纤，如图2-3（a）、（b）所示。图2-3 光纤的折射率分布 光在阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的传播轨迹分别如图2-5和图2-6所示。图2-4 光在阶跃折射率多模光

6、纤中的传播图2-4 光在渐变折射率多模光纤中的传播（教材（教材13页）页）若按传输模的数量分类可分为多模光纤和单模光纤若按传输模的数量分类可分为多模光纤和单模光纤 若按传输波长分类可分为短波长光纤和长波长光纤若按传输波长分类可分为短波长光纤和长波长光纤 若按套塑结构分类可分为紧套光纤和松套光纤若按套塑结构分类可分为紧套光纤和松套光纤（教材（教材15页）页）1按传输模数分类按传输模数分类 按传输模的数量不同，光纤分为多模光纤和单模光纤。按传输模的数量不同，光纤分为多模光纤和单模光纤。传播模式概念：当光在光纤中传播时，如果光纤纤芯的几何传播模式概念：当光在光纤中传播时，如果光纤纤芯的几何尺寸远大于

7、光波波长时，光在光纤中会以几十种乃至几百种传播尺寸远大于光波波长时，光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播。如图模式进行传播。如图2-4所示。这些不同的光束称为模式。所示。这些不同的光束称为模式。图2-4 光在阶跃折射率光纤中的传播（教材（教材14页）页）（1）多模光纤）多模光纤 当光纤的几何尺寸（主要是芯径当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时（约）远大于光波波长时（约1m），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模），光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。如图式，这样的光纤称为多模光纤。如图2-5和图和图2-6所示。所示。（2）

8、单模光纤）单模光纤 当光纤的几何尺寸（主要是芯径当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）较小，与光波长在同一）较小，与光波长在同一数量级，如芯径数量级，如芯径d1 在在4m10m范围，这时，光纤只允许一范围，这时，光纤只允许一种模式（基模）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的种模式（基模）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。如图光纤称为单模光纤。如图2-7所示。所示。（教材（教材14页）页）图图2-5 光在单模光纤中的传播轨迹光在单模光纤中的传播轨迹（教材（教材14页）页）2按传输波长分类按传输波长分类 光纤可分为短波长光纤和长波长光纤。光纤可分为短波长光纤和长波长光纤。短

9、波长光纤的波长为短波长光纤的波长为0.85m（0.8m0.9m）长波长光纤的波长为长波长光纤的波长为1.3m1.6m，主要有，主要有1.31m和和1.55m两个窗口。两个窗口。3按套塑结构分类按套塑结构分类 按套塑结构不同，光纤可分为紧套光纤和松套光纤。按套塑结构不同，光纤可分为紧套光纤和松套光纤。（教材（教材16页）页）4单模光纤的分类单模光纤的分类 ITU-T建议规范了建议规范了G.652、G.653、G.654和和G.655四种单模光纤。四种单模光纤。（1）G.652光纤光纤 G.652光纤，也称标准单模光纤（光纤，也称标准单模光纤（SMF），是指色散零点（即色），是指色散零点（即色散为

10、零的波长）在散为零的波长）在1 310nm附近的光纤。附近的光纤。它的折射率分布如图它的折射率分布如图2-8所示。图（所示。图（a）表示的阶跃折射率设计称）表示的阶跃折射率设计称为匹配包层型，图（为匹配包层型，图（b）表示的阶跃折射率设计被称为凹陷包层型。）表示的阶跃折射率设计被称为凹陷包层型。（2）G.653光纤光纤G.653光纤也称色散位移光纤（光纤也称色散位移光纤（DSF），是指色散零点在），是指色散零点在1 550nm附近的光纤，它相对于附近的光纤，它相对于G.652光纤，色散零点发生了移动，所以叫色光纤，色散零点发生了移动，所以叫色散位移光纤。散位移光纤。（教材（教材15页）页）色散

11、系数的单位色散系数的单位 ps/(nm.km)物理概念：若脉冲光源中含有两个不同波物理概念：若脉冲光源中含有两个不同波长的光，二者之间的波长相差长的光，二者之间的波长相差1nm，这两个光同时进入光纤，传输，这两个光同时进入光纤，传输1km后，后，长波长的光先到，短波长的光后到，二者的时间差为长波长的光先到，短波长的光后到，二者的时间差为 ps。导致光脉冲展宽。导致光脉冲展宽。光脉冲展宽的时间光脉冲展宽的时间=色散系数色散系数 x 光纤长度光纤长度 x 光源谱宽。光源谱宽。光纤在色散系数为光纤在色散系数为0的光波段，可传输的光脉冲速率最高。的光波段，可传输的光脉冲速率最高。C波段：波段：1530

12、1565nm L波段：波段：15651625nm（教材（教材17页）页）4单模光纤的分类单模光纤的分类 （3）G.654光纤光纤 G.654光纤是截止波长移位的单模光纤。其设计重点是降低光纤是截止波长移位的单模光纤。其设计重点是降低1 550nm的衰减，其零色散点仍然在的衰减，其零色散点仍然在1 310nm附近，因而附近，因而1 550nm窗口的色散较高。窗口的色散较高。G.654光纤主要应用于海底光纤通信。光纤主要应用于海底光纤通信。（4）G.655光纤光纤 由于由于G.653光纤的色散零点在光纤的色散零点在1 550nm附近，附近，DWDM系统在零系统在零色散波长处工作易引起四波混频效应。

13、为了避免该效应，将色散零色散波长处工作易引起四波混频效应。为了避免该效应，将色散零点的位置从点的位置从1 550nm附近移开一定波长数，使色散零点不在附近移开一定波长数，使色散零点不在1 550nm附近的附近的DWDM工作波长范围内。这种光纤就是非零色散位移工作波长范围内。这种光纤就是非零色散位移光纤（光纤（NDSF）。）。（教材（教材17页）页）这四种单模光纤的主要性能指标是衰减、色散、偏振模色这四种单模光纤的主要性能指标是衰减、色散、偏振模色散（散（PMD）和模场直径）和模场直径。另：另：G.653光纤是为了优化光纤是为了优化1 550nm窗口的色散性能而设窗口的色散性能而设计的，但它也可

14、以用于计的，但它也可以用于1 310nm窗口的传输。由于窗口的传输。由于G.654光纤光纤和和G.655光纤的截止波长都大于光纤的截止波长都大于1 310nm，所以，所以G.654光纤和光纤和G.655光纤不能用于光纤不能用于1 310nm窗口。窗口。（教材（教材17页）页）1折射和折射率折射和折射率 光线在不同的介质中以不同的速度传播，描述介质的这一特征的参数就是折射光线在不同的介质中以不同的速度传播，描述介质的这一特征的参数就是折射率，或称折射指数。折射率可由下式确定：率，或称折射指数。折射率可由下式确定：n=c/v 其中其中是光在某种介质中的速度，是光在某种介质中的速度，是光在真空中的速

15、度是光在真空中的速度 3x108米米/秒。秒。在折射率为在折射率为n的介质中，光传播速度变为的介质中，光传播速度变为c/n，光波长变为，光波长变为 0/n（0表示光在表示光在真空中的波长）。表真空中的波长）。表2-1中给出了一些介质的折射率。中给出了一些介质的折射率。表2-1不同介质的折射率材料材料空气空气水水玻璃玻璃石英石英钻石钻石折射率折射率1.0031.331.521.891.432.42（教材（教材18页）页）当一条光线照射到两种介质相接的边界时，入射光线分成两束：反当一条光线照射到两种介质相接的边界时，入射光线分成两束：反射光线和折射光线（如图射光线和折射光线（如图2-9所示）。所示

16、）。图2-7 光的折射图2-8 光的全反射斯涅耳定律给出这些光线方向的规则：斯涅耳定律给出这些光线方向的规则：1=3 入射角等于反射角入射角等于反射角 n1sin 1 =n2sin 2 折射角与入射角的关系折射角与入射角的关系使折射角等于使折射角等于900的入射角称临界角，的入射角称临界角，入射角大于临界角的光线将产生全反射，入射角大于临界角的光线将产生全反射，全反射是光信号在光纤中传播的必要条件全反射是光信号在光纤中传播的必要条件。（教材（教材19页）页）产生全反射的条件：产生全反射的条件：1、均匀折射率分布的两种光媒质，、均匀折射率分布的两种光媒质，n1n2 2、光线从、光线从n1高密度的

17、媒质入射到高密度的媒质入射到n2低密度媒质的分界面上低密度媒质的分界面上 3、入射角大于临界角。、入射角大于临界角。用一个透明的玻璃杯装上水，从水下观看水与上面空气分界面的全反射现象。用一个透明的玻璃杯装上水，从水下观看水与上面空气分界面的全反射现象。实验作业实验作业2：极化光现象的观察：极化光现象的观察 从普通光源获得极化偏振光的方法：从普通光源获得极化偏振光的方法：1、用光栅过滤出极化偏振光，用光栅过滤出极化偏振光，2、用反射面（如、用反射面（如空气与水的界面）当入射角大于起偏角后，空气与水的界面）当入射角大于起偏角后，反射光中主要含水平极化光，折射光中主要反射光中主要含水平极化光，折射光

18、中主要含垂直极化光。含垂直极化光。判断极化光的偏振方向的方法：采用偏判断极化光的偏振方向的方法：采用偏光镜过滤光栅（购买一个偏光太阳镜）光镜过滤光栅（购买一个偏光太阳镜）1.水面反射光，水面反射光，2.水中的折射光，水中的折射光，3.玻璃玻璃和陶瓷地砖上的反射光，和陶瓷地砖上的反射光，4.LCD液晶显示器的极化方向液晶显示器的极化方向5.戴上垂直极化的偏光镜，滤除水平戴上垂直极化的偏光镜，滤除水平极化的反射光，可更清晰地观看到水极化的反射光，可更清晰地观看到水下的鱼。下的鱼。2光的偏振光的偏振 光波属于横波，即光的电磁场振动方向与传播方向垂直。如果光波的振动方向始终光波属于横波，即光的电磁场振

19、动方向与传播方向垂直。如果光波的振动方向始终不变，只是光波的振幅随相位改变，这样的光称为线偏振光，如图不变，只是光波的振幅随相位改变，这样的光称为线偏振光，如图2-9（c）和图）和图2-9（d）所示。）所示。从普通光源发出的光不是偏振光，而是自然光，如图从普通光源发出的光不是偏振光，而是自然光，如图2-9（a）所示。）所示。自然光在传播的过程中，由于外界的影响在各个振动方向的光强不相同，某一个振自然光在传播的过程中，由于外界的影响在各个振动方向的光强不相同，某一个振动方向的光强比其他方向占优势，这种光称为部分偏振光，如图动方向的光强比其他方向占优势，这种光称为部分偏振光，如图2-9（b）所示。

20、）所示。图图2.9 光的偏振方向（教材光的偏振方向（教材19页）页）3光的色散光的色散 如图如图2-所示，当日光通过棱镜或水雾时会呈现按红橙黄绿青蓝紫顺序排列的彩所示，当日光通过棱镜或水雾时会呈现按红橙黄绿青蓝紫顺序排列的彩色光谱。这是由于棱镜材料（玻璃）或水对不同波长（对应于不同的颜色）的光呈色光谱。这是由于棱镜材料（玻璃）或水对不同波长（对应于不同的颜色）的光呈现的折射率现的折射率n不同，从而使光的传播速度不同和折射角度不同，最终使不同颜色的光不同，从而使光的传播速度不同和折射角度不同，最终使不同颜色的光在空间上散开。在空间上散开。1.玻璃对自然光中不同波长光的折射率不同，玻璃对自然光中不

21、同波长光的折射率不同，因此产生色散。因此产生色散。2.正常色散：长波光的折射率正常色散：长波光的折射率n小，速度快。短小，速度快。短波光的折射率波光的折射率n大，传输速度慢。大，传输速度慢。3.反常色散：折射率与波长的光纤与上述相反。反常色散：折射率与波长的光纤与上述相反。（教材（教材19页）页）2.3.1 光纤的几何特性光纤的几何特性 光纤的几何特性包括芯直径、包层直径、纤芯光纤的几何特性包括芯直径、包层直径、纤芯/包层同心度、包层同心度、不圆度和光纤翘曲度等。不圆度和光纤翘曲度等。1芯直径芯直径 芯直径主要是对多模光纤的要求。芯直径主要是对多模光纤的要求。ITU-T规定，多模光纤的芯规定，

22、多模光纤的芯直径为直径为503m。2包层直径包层直径 包层直径指光纤的外径，包层直径指光纤的外径，ITU-T规定，多模及单模光纤的包层规定，多模及单模光纤的包层直径均要求为直径均要求为1253m。目前，光纤生产制造商已将光纤外径规格从目前，光纤生产制造商已将光纤外径规格从125.03m提高提高到到125.01m。（教材（教材24页）页）3纤芯纤芯/包层同心度和不圆度包层同心度和不圆度 纤芯纤芯/包层同心度是指纤芯在光纤内所处的中心程度。包层同心度是指纤芯在光纤内所处的中心程度。目前光纤制造商已将纤芯目前光纤制造商已将纤芯/包层同心度从包层同心度从0.8m的规格提高到的规格提高到0.5m的规格。

23、的规格。不圆度包括芯径的不圆度和包层的不圆度。不圆度包括芯径的不圆度和包层的不圆度。ITU-T规定，纤芯规定，纤芯/包层同心度误差包层同心度误差6%（单模为（单模为1.0m），），芯径不圆度芯径不圆度6%，包层不圆度（包括单模），包层不圆度（包括单模）2%。4光纤翘曲度光纤翘曲度 光纤翘曲度指在特定长度光纤上测量到的弯曲度，可用曲率半径光纤翘曲度指在特定长度光纤上测量到的弯曲度，可用曲率半径来表示弯曲度。翘曲度（即曲率半径）数值越大，意味着光纤越直。来表示弯曲度。翘曲度（即曲率半径）数值越大，意味着光纤越直。注：纤芯注：纤芯/包层同心度对接续损耗的影响最大，其次是翘曲度。包层同心度对接续损耗的

24、影响最大，其次是翘曲度。（教材（教材25页）页）光纤的光学特性有折射率分布、最大理论数值孔径、模场直径光纤的光学特性有折射率分布、最大理论数值孔径、模场直径及截至波长等。及截至波长等。1折射率分布折射率分布 光纤折射率分布，可用下式表示：光纤折射率分布，可用下式表示：2/112)/(21darnn 其中，其中，n1为纤芯折射率，为纤芯折射率，n2为包层折射率，为包层折射率，a为芯半径，为芯半径，r为离为离开纤芯中心的径向距离，开纤芯中心的径向距离，为相对折射率差，为相对折射率差，=(n1 n2)/n1。多模光纤的折射率分布，决定光纤带宽和连接损耗，单模光纤多模光纤的折射率分布，决定光纤带宽和连

25、接损耗，单模光纤的折射率分布，决定工作波长的选择。的折射率分布，决定工作波长的选择。（教材（教材25页）页）2最大理论数值孔径（NAmax）最大理论数值孔径的定义为：2/12221max)(nnNA 其中，其中，n1为阶跃光纤均匀纤芯的折射率（梯度光纤为纤芯中心为阶跃光纤均匀纤芯的折射率（梯度光纤为纤芯中心的最大折射率），的最大折射率），n2为均匀包层的折射率。为均匀包层的折射率。光纤的数值孔径（光纤的数值孔径（NA）对光源耦合效率、光纤损耗、弯曲的敏）对光源耦合效率、光纤损耗、弯曲的敏感性以及带宽有着密切的关系，数值孔径大，容易耦合，微弯敏感感性以及带宽有着密切的关系，数值孔径大，容易耦合，

26、微弯敏感小，带宽较窄。小，带宽较窄。（教材（教材21页）页）3模场直径和有效面积模场直径和有效面积 模场直径是指描述单模光纤中光能集中程度模场直径是指描述单模光纤中光能集中程度的参量。的参量。有效面积与模场直径的物理意义相同，通过有效面积与模场直径的物理意义相同，通过模场直径可以利用圆面积公式计算出有效面积。模场直径可以利用圆面积公式计算出有效面积。模场直径越小，通过光纤横截面的能量密度就模场直径越小，通过光纤横截面的能量密度就越大。当通过光纤的能量密度过大时，会引起光越大。当通过光纤的能量密度过大时，会引起光纤的非线性效应，造成光纤通信系统的光信噪比纤的非线性效应，造成光纤通信系统的光信噪比

27、降低，影响系统性能。降低，影响系统性能。因此，对于传输光纤而言，模场直径（或有效因此，对于传输光纤而言，模场直径（或有效面积）越大越好。面积）越大越好。图图2-13所示为模场直径示意图。所示为模场直径示意图。（教材（教材24页）页）4截止波长截止波长 理论上的截止波长是单模光纤中光信号能以单模方式传播的最理论上的截止波长是单模光纤中光信号能以单模方式传播的最小波长。小波长。截止波长条件可以保证在最短光缆长度上单模传输，并且可以截止波长条件可以保证在最短光缆长度上单模传输，并且可以抑制高次模的产生或可以将产生的高次模噪声功率代价减小到完全抑制高次模的产生或可以将产生的高次模噪声功率代价减小到完全

28、可以忽略的地步。可以忽略的地步。注：几何特性、光学特性影响光纤的连接质量，施工对它们不产注：几何特性、光学特性影响光纤的连接质量，施工对它们不产生变化，而传输特性则相反，它不影响施工，但施工对传输特性将生变化，而传输特性则相反，它不影响施工，但施工对传输特性将产生直接的影响。产生直接的影响。（教材（教材23页）页）光纤的传输特性主要是指光纤的损耗特性和色散特性，另有机光纤的传输特性主要是指光纤的损耗特性和色散特性，另有机械特性和温度特性。械特性和温度特性。1光纤的损耗特性光纤的损耗特性 光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，而光功率强度逐渐光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，而光功率强度逐渐

29、减弱，光纤对光波产生衰减作用，称为光纤的损耗（或衰减）。减弱，光纤对光波产生衰减作用，称为光纤的损耗（或衰减）。光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤的损耗主要取决于光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗3种损耗。种损耗。（1）吸收损耗）吸收损耗 光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的损耗，包括紫外吸光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的损耗，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收。收、红外吸收和杂质吸收。（教材（教材27页）页）（2）散射损耗）散射损耗 由于材料的不均匀使光信号向四面八方散射而引起的损耗称为由于材料的不均匀使光

30、信号向四面八方散射而引起的损耗称为瑞利散射损耗。瑞利散射损耗。光纤制造中，结构上的缺陷会引起与波长无关的散射损耗。光纤制造中，结构上的缺陷会引起与波长无关的散射损耗。（3）弯曲损耗）弯曲损耗 光纤的弯曲会引起辐射损耗。实际中，有两种情况的弯曲：一种光纤的弯曲会引起辐射损耗。实际中，有两种情况的弯曲：一种是曲率半径比光纤直径大得多的弯曲；一种是微弯曲。是曲率半径比光纤直径大得多的弯曲；一种是微弯曲。决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗，弯曲损决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗，弯曲损耗对光纤衰减常数的影响不大耗对光纤衰减常数的影响不大。（教材（教材29页）页）（4）衰减系数

31、）衰减系数 光纤的衰减系数是指光在单位长度光纤中传输时的衰耗量，单光纤的衰减系数是指光在单位长度光纤中传输时的衰耗量，单位一般用位一般用dB/km。它是描述光纤损耗的主要参数。它是描述光纤损耗的主要参数。在单模光纤中有两个低损耗区域，分别在在单模光纤中有两个低损耗区域，分别在1 310nm和和1 550nm附近，即通常说的附近，即通常说的1 310nm窗口和窗口和1 550nm窗口；窗口；1 550nm窗窗口又可以分为口又可以分为C-band（1 525nm1 562nm）和）和L-band（1 565nm1 610nm）。如图）。如图2-16所示。所示。（教材（教材28页）页）（教材（教材2

32、8页）页）2光纤的色散特性 光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的群速度不同，这些频率成分和模式到达光纤终端有先有后，使得光脉冲发生展宽，这就是光纤的色散，如图2-17所示。色散一般用时延差来表示，所谓时延差，是指不同频率的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。图2-17 色散引起的脉冲展宽示意图（教材（教材30页）页）光纤的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散。光纤的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散。（1）模式色散）模式色散 多模光纤中不同模式的光束有不同的群速度，在传输过程中，多模光纤中不同模式的光束有不同的群速度，在传输过程中，不同模式的光束的时间延迟不同而产生的色散，称模式色

33、散。不同模式的光束的时间延迟不同而产生的色散，称模式色散。（2）色度色散）色度色散 由于光源的不同频率（或波长）成分具有不同的群速度，在传输由于光源的不同频率（或波长）成分具有不同的群速度，在传输过程中，不同频率的光束的时间延迟不同而产生色散称为色度色散。过程中，不同频率的光束的时间延迟不同而产生色散称为色度色散。色度色散包括材料色散和波导色散。色度色散包括材料色散和波导色散。（教材（教材30页）页）材料色散材料色散 由于材料折射率随光信号频率的变化而不同，光信号不同频率成分所对应的由于材料折射率随光信号频率的变化而不同，光信号不同频率成分所对应的群速度不同，由此引起的色散称为材料色散。普通石

34、英玻璃的色散系数为正值，群速度不同，由此引起的色散称为材料色散。普通石英玻璃的色散系数为正值，用于色散矫正的特殊光纤的色散系数为负值。用于色散矫正的特殊光纤的色散系数为负值。波导色散波导色散 由于光纤波导结构引起的色散称为波导色散。其大小可以和材料色散相比拟，由于光纤波导结构引起的色散称为波导色散。其大小可以和材料色散相比拟，普通单模光纤在普通单模光纤在1.31m处这两个值基本相互抵消。处这两个值基本相互抵消。注：模式色散主要存在于多模光纤。单模光纤无模式色散，只有材料色散和注：模式色散主要存在于多模光纤。单模光纤无模式色散，只有材料色散和波导色散。当波长在波导色散。当波长在1.31m附近，色

35、散接近为零。附近，色散接近为零。色散系数就是单位波长间隔内光波长信号通过单位长度光纤所产生的时延差，色散系数就是单位波长间隔内光波长信号通过单位长度光纤所产生的时延差，用用D表示，单位是表示，单位是ps/（nmkm）。）。（教材（教材30页）页）（3）偏振模色散（）偏振模色散（PMD）由于光信号的两个正交偏振态在光纤中有不同的传播速度而引由于光信号的两个正交偏振态在光纤中有不同的传播速度而引起的色散称偏振模色散。起的色散称偏振模色散。图2-19 偏振模色散（教材（教材31页）页）（4）码间干扰（）码间干扰（ISI）色散将导致码间干扰。由于各波长成分到达的时间先后不一致，色散将导致码间干扰。由于

36、各波长成分到达的时间先后不一致，因而使得光脉冲加长了（因而使得光脉冲加长了（T+T），这叫作脉冲展宽，如图），这叫作脉冲展宽，如图2-20。脉冲展宽将使前后光脉冲发生重叠，形成码间干扰，码间干扰将引脉冲展宽将使前后光脉冲发生重叠，形成码间干扰，码间干扰将引起误码，因而限制了传输的码速率和传输距离。起误码，因而限制了传输的码速率和传输距离。图2-20 码间干扰（教材（教材31页）页）3光纤的机械特性光纤的机械特性 光纤的机械特性主要包括耐侧压力、抗拉强度、弯曲以及扭绞性光纤的机械特性主要包括耐侧压力、抗拉强度、弯曲以及扭绞性能等，使用者最关心的是抗拉强度。能等，使用者最关心的是抗拉强度。（1）光

37、纤的抗拉强度）光纤的抗拉强度 光纤的抗拉强度很大程度上反映了光纤的制造水平。光纤的抗拉强度很大程度上反映了光纤的制造水平。影响光纤影响光纤抗拉强度的主要因素是光纤制造材料和制造工艺。抗拉强度的主要因素是光纤制造材料和制造工艺。预制棒的质量。预制棒的质量。拉丝炉的加温质量和环境污染。拉丝炉的加温质量和环境污染。涂覆技术对质量的影响。涂覆技术对质量的影响。机械损伤。机械损伤。（教材（教材32页）页）（2）光纤断裂分析 存在气泡、杂物的光纤，会在一定张力下断裂，如图2-21所示。图2-21 光纤断裂和应力关系示意图（教材（教材32页）页）（3）光纤的寿命）光纤的寿命 光纤的寿命，习惯称使用寿命，当光

38、纤损耗加大以致系统开通光纤的寿命，习惯称使用寿命，当光纤损耗加大以致系统开通困难时，称其已达到了使用寿命。从机械性能讲，寿命指断裂寿命。困难时，称其已达到了使用寿命。从机械性能讲，寿命指断裂寿命。（4）光纤的机械可靠性）光纤的机械可靠性 一般来说，二氧化硅包层光纤的机械可靠性已经得到广泛的认一般来说，二氧化硅包层光纤的机械可靠性已经得到广泛的认可。为了提高光纤的机械可靠性，在光纤的外包层中掺入二氧化钛，可。为了提高光纤的机械可靠性，在光纤的外包层中掺入二氧化钛，从而增加网络的寿命。从而增加网络的寿命。（教材（教材33页）页）4光纤的温度特性 光纤的温度特性，是指在高、低温条件下对光纤损耗的影响

39、，一般是损耗增大。如图2-22 所示。图2-22 光纤低温特性曲线（教材（教材33页）页）2.4.1 光缆的结构光缆的结构 1光缆的结构光缆的结构 光缆由缆芯、护层和加强芯组成。光缆由缆芯、护层和加强芯组成。（1）缆芯）缆芯 缆芯由光纤的芯数决定，可分为单芯型和多芯型两种。缆芯由光纤的芯数决定，可分为单芯型和多芯型两种。（2）护层）护层 护层主要是对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械护层主要是对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和力和环境损坏。护层可分为内护层（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和外护层（多用铝带和聚乙烯组成的外护层

40、（多用铝带和聚乙烯组成的LAP外护套加钢丝铠装等）。外护套加钢丝铠装等）。（3）加强芯）加强芯 加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。（教材（教材33页）页）2各种典型结构的光缆各种典型结构的光缆 （1）层绞式结构光缆）层绞式结构光缆 把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。层绞式结构光缆把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。层绞式结构光缆类似传统的电缆结构，故又称之为古典光缆。类似传统的电缆结构，故又称之为古典光缆。图图2-23图图2-26所示是目前在市话中继和长途线路上采用的几所示是目前在市话中继和长途线路上采用的几种层绞式结构光缆的示意图（截面）。

41、种层绞式结构光缆的示意图（截面）。（教材（教材34页）页）图2-24 12芯松套层绞式直埋光缆图2-23 6芯紧套层绞式光缆（教材（教材35页）页）图2-25 12芯松套层绞式直埋防蚁光缆（教材（教材35页）页）图2-26 648芯松套层绞式水底光缆（教材（教材35页）页）图图2-27 12芯松套芯松套+8芯芯2线对层绞式直埋光缆线对层绞式直埋光缆（教材（教材36页）页）（2）骨架式结构光缆）骨架式结构光缆 骨架式结构光缆是把紧套光纤或一次涂覆光纤放入加强芯周围骨架式结构光缆是把紧套光纤或一次涂覆光纤放入加强芯周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。骨架结构有中心增加螺

42、旋型、正反螺旋型、分散增强基本单元骨架结构有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增强基本单元型，图型，图2-25（b）为螺旋型结构，图）为螺旋型结构，图2-28为基本单元结构。目前，为基本单元结构。目前，我国采用的骨架式结构光缆，都是采用如图我国采用的骨架式结构光缆，都是采用如图2-29所示的结构。图所示的结构。图2-30所示是采用骨架式结构的自承式架空光缆。所示是采用骨架式结构的自承式架空光缆。（教材（教材36页）页）图2-28 12芯骨架式光缆（教材（教材36页）页）图2-29 70芯骨架式光缆（教材（教材37页）页）图2-30 骨架式自承式架空光缆（教材（教材37页）页）（3）束管式结构光缆

43、 把一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中，加强芯配置在套管周围而构成。图2-31所示的光缆结构即属护层增强构件配制方式。图2-32、2-33所示是属于分散加强构件配置方式的束管式结构光缆。另图2-37所示的浅海光缆实际上就是双层加铠装束管式光缆。（教材（教材39页）页）图2-38 12芯束管式光缆（教材（教材39页）页）图2-32 648芯束管式光缆（教材（教材37页）页）图2-33 LEX束管式光缆（教材（教材37页）页）（4）带状结构光缆 把带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结构；也可把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构。如图2-34、2-35所示。图2-34 中心

44、束管式带状光缆图2-35 层绞式带状光缆（教材（教材38页）页）（5）单芯结构光缆 单芯结构光缆简称单芯软光缆，如图2-36所示。这种结构的光缆主要用于局内（或站内）或用来制作仪表测试软线和特殊通信场所用特种光缆以及制作单芯软光缆的光纤。图2-36 单芯软光缆（教材（教材38页）页）（6）特殊结构光缆 特殊结构的光缆，主要有光/电力组合缆、光/架空地线组合缆和海底光缆和无金属光缆。这里只介绍后两种。海底光缆 有浅海光缆和深海光缆两种，图2-37所示为典型的浅海光缆，图2-38所示是较为典型的深海光缆。无金属光缆 无金属光缆是指光缆除光纤、绝缘介质外（包括增强构件、护层）均是全塑结构，适用于强电

45、场合，如电站、电气化铁道及强电磁干扰地带。（教材（教材39页）页）图图2-37 浅海光缆浅海光缆（教材（教材39页）页）图2-38 深海光缆（教材（教材39页）页）1按传输性能、距离和用途分按传输性能、距离和用途分 可分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。可分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。2按光纤的种类分按光纤的种类分 可分为多模光缆、单模光缆。可分为多模光缆、单模光缆。3按光纤套塑方法分按光纤套塑方法分 可分为紧套光缆、松套光缆、束管式光缆和带状多芯单元光缆。可分为紧套光缆、松套光缆、束管式光缆和带状多芯单元光缆。4按光纤芯数多少分按光纤芯数多少分 可分为单芯光缆、双芯光缆

46、、四芯光缆、六芯光缆、八芯光缆、可分为单芯光缆、双芯光缆、四芯光缆、六芯光缆、八芯光缆、十二芯光缆和二十四芯光缆等。十二芯光缆和二十四芯光缆等。（教材（教材40页）页）5按加强件配置方法分按加强件配置方法分 光缆可分为中心加强构件光缆（如层绞式光缆、骨架式光缆等）、光缆可分为中心加强构件光缆（如层绞式光缆、骨架式光缆等）、分散加强构件光缆（如束管两侧加强光缆和扁平光缆）、护层加强分散加强构件光缆（如束管两侧加强光缆和扁平光缆）、护层加强构件光缆（如束管钢丝铠装光缆）和构件光缆（如束管钢丝铠装光缆）和PE外护层加一定数量的细钢丝外护层加一定数量的细钢丝的的PE细钢丝综合外护层光缆。细钢丝综合外护

47、层光缆。6按敷设方式分按敷设方式分 光缆可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆。光缆可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆。7按护层材料性质分按护层材料性质分 光缆可分为聚乙烯护层普通光缆、聚氯乙烯护层阻燃光缆和尼龙光缆可分为聚乙烯护层普通光缆、聚氯乙烯护层阻燃光缆和尼龙防蚁防鼠光缆。防蚁防鼠光缆。（教材（教材4页）页）8按传输导体、介质状况分按传输导体、介质状况分 光缆可分为无金属光缆、普通光缆和综合光缆。光缆可分为无金属光缆、普通光缆和综合光缆。9按结构方式分按结构方式分 光缆可分为扁平结构光缆、层绞式结构光缆、骨架式结构光缆、光缆可分为扁平结构光缆、层绞式结构光缆、骨架式结构

48、光缆、铠装结构光缆（包括单、双层铠装）和高密度用户光缆等。铠装结构光缆（包括单、双层铠装）和高密度用户光缆等。10目前通信用光缆可分为目前通信用光缆可分为（1）室）室(野野)外光缆外光缆用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空用于室外直埋、管道、槽道、隧道、架空及水下敷设的光缆。及水下敷设的光缆。（2）软光缆）软光缆具有优良的曲挠性能的可移动光缆。具有优良的曲挠性能的可移动光缆。（3）室（局）内光缆）室（局）内光缆适用于室内布放的光缆。适用于室内布放的光缆。（4）设备内光缆）设备内光缆用于设备内布放的光缆。用于设备内布放的光缆。（5）海底光缆）海底光缆用于跨海洋敷设的光缆。用于跨海洋敷设的光缆。（

49、6）特种光缆）特种光缆除上述几类之外，作特殊用途的光缆。除上述几类之外，作特殊用途的光缆。（教材（教材40页）页）光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用一短横线分开。（1）光缆型式由五个部分组成，如图2-36所示。图2-40 光缆型式的组成部分（教材（教材41页）页）图中：分类代号及其意义为：GY通信用室（野）外光缆；GR通信用软光缆；GJ通信用室（局）内光缆；GS通信用设备内光缆；GH通信用海底光缆；GT通信用特殊光缆。：加强构件代号及其意义为：无符号金属加强构件；F非金属加强构件；G金属重型加强构件；H非金属重型加强构件。（教材（教材41页）页）：派生特征代号及其意义为：D光纤带状结

50、构；G骨架槽结构；B扁平式结构；Z自承式结构。T填充式结构。：护层代号及其意义为；Y聚乙烯护层；V聚氯乙烯护层；U聚氨酯护层；A铝-聚乙烯粘结护层；L铝护套；G钢护套；Q铅护套；S钢-铝-聚乙烯综合护套。（教材（教材41页）页）：外护层的代号及其意义为：外护层是指铠装层及其铠装外边的外护层，外护层的代号及其意义如表2-2所示。表2-2外护层代号及其意义代代 号号铠装层（方式）铠装层（方式）代代 号号外护层（材料）外护层（材料）0无无0无无11纤维层纤维层2双钢带双钢带2聚氯乙烯套聚氯乙烯套3细圆钢丝细圆钢丝3聚乙烯套聚乙烯套4粗圆钢丝粗圆钢丝5单钢带皱纹纵包单钢带皱纹纵包（教材（教材42页）页