光纤光缆技术及相关仪器仪表使用

目 录 一、概述 二、光纤通信的基本概念 三、光纤通信原理 四、光在光纤中的传输 五、光纤 六、光缆 七、光纤的熔接、测试 八、常用仪器仪表

一、概述 通信线路是通信网络中的重要组成部分，是通信网络的骨架，可见其在通信网络中的地位。按传输介质，通信可分为有线通信（电缆、铜线和光纤）和无线通信（红外、微波和卫星）；光纤通信与电缆通信、微波通信对比具有传输频带宽、传输衰减小、信号串扰弱和抗电磁干扰等优点，故目前的国内国际通信网已经构成一个以光纤通信为主，微波和卫星通信为辅的格局。

二、光纤通信的基本概念 光纤通信是以激光光波作为信号载体，以光纤作为传输媒体的通信方式。光纤通信具有高速率、大容量、远距离、抗干扰等优点，另外光纤材料价格便宜、重量轻、抗腐蚀、绝缘好等特点而得到重视和普及。光通信目前已延伸到地球的各个角落，光缆正向着敷设到家庭、光纤到桌面的发展方向。

三、光纤通信的原理 光纤通信的原理入下面方框图： 电端机：信号处理，模/数变换，多路复用处理等。 光端机：完成光电/电光转换，起放大、整形、再生功能。 中继器：完成光－电－光转换，把光纤线路上来的光信号转换为电信号，经放大、整形、再生后调制光源，再把电信号变换为光信 号送到光路上传输。 光端机 电端机 中级器 （发） （收） 光缆 光源 光检测器

四、光在光纤中的传输 光在光纤中的传输是以全反射的形式进行的，最大入射角 θa 称为孔径角： sin θa≈n1√2△ ＝N.A （ △＝ ） n1－n2 n1 n2 n1 θa

N.A称为数值孔径，它表征光纤端面接受光能量的一个重要参数，从个光源和光纤耦合方便的角度考虑，是希望大的数值孔径，但大的数值孔径会使光在纤维中传输时激起高次模式，使光纤的传输带宽变窄，所以要选择合适的N.A。

五、光纤 1.光纤结构 纤芯 包层 一层涂覆树脂(软) 二层涂覆树脂(硬) 光纤第一层涂覆树脂选用较软的树脂材料，以使光纤具有良好的弯曲性能和耐侧压性能。 2．光纤的分类

根据IEC（国际电工委员会）标准，按光纤所用材料、折射率分布形状，零射散等因素光纤被分为两大类：单模光纤和多模光纤。 ◆多模光纤 多模光纤是指可以传输多个光传导模的光纤。 主要应用在接入网和局域网等短距离场合。 芯径较大，纤芯直径为50+3um，包层125+2um 器件便宜，操作简单可靠； 预涂层 包层 芯

◆单模光纤 单模光纤是指只传输一个光传导模（基模）的光纤，具有较小的芯径，包层直径要比芯径大十几倍，以避免光损耗，主要应用在长途骨干网、城域网、接入网等场合。 因为他具有衰减小、频带宽、容量大、成本低和易于扩容等优点而得到广泛应用。 模场直径约为（8.0-11）+ 0.7um，包层直径为125+1um 预涂层 包层 芯

单模光纤按照零射散波长和截止波长位移与否可将单模光纤分为五种： 非色散位移单模光纤（G.652:A/B/C/D） 色散位移单模光纤(G.653) 截止波长位移单模光纤(G.654) 非零色散位移单模光纤(G.655:A/B) 色散补偿单模光纤

G.652单模光纤是目前最常用的光纤，它的特点是： 1）、在1310nm波长处的色散为零，衰减约为0.35dB/KM。 2)、在1550nm波长处的衰减系数最小，约为0.22dB/KM，但色散最大。 3)、工作波长可以选在1310nm和1550nm，但1310nm区域为最佳。

G.655光纤的特点： 非零色散光纤是使1550nm波长区域具有合理的低色散，足以支持10Gbit/s的长距离传输而无需色散补充，同时其色散值又必须保持非零特性来抑制四波混频和交叉相位调制等非线性效应的影响。主要是为时分复用和密集波分复用系统的需要。

3、光纤的主要限制因素 1）、衰减（Attenuation） 2）、色散（Dispersion） 3）、偏振模色散（Polarization Mode Dispersion） 衰减（Attenuation） □反映光信号损失的特性 □限制了传输的距离 □原因： — 吸收 — 散射

色散（Dispersion） □反映脉冲展宽的特性 □限制了传输容量的大小和传输距离的长短 □原因： — 不同的波长具有不同的速度 偏振模色散（ＰＭD） □反映脉冲展宽的特性，统计量 — 极化模的轴向传输速度不同

六、光缆 光缆是以光纤、高分子材料、金属-塑料复合带及金属加强件等共同构成的光信息传输介质。 光缆的分类： 按缆芯的结构可分为中心束管式、层绞式和骨架式光缆； 按敷设方式可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆、隧道光缆和水底光缆。 按使用环境可分为室内光缆和室外光缆； 特种光缆有：阻燃光缆、防蚁防鼠光缆等。

中心束管式光缆结构图

[GYXTW 中心束管式光缆]

层绞式光缆结构图

[GYSTA 管道光缆]

[GYSTA53 直埋光缆]

[GYSTY53 架空光缆]

耐燃光缆结构图

防蚁防鼠光缆结构图

七、光纤的熔接、测试 1、光纤熔接机的原理 利用激光校正调整两根光纤对齐，在高压放电的情况下，使两边光纤熔融，对接。 ALIGNING 01:AUTO 01:60mm X

2、光缆线路的测试 光缆线路的测试包括施工前的单盘测试、竣工测试和线路定期的测算。 测量项目：长度、衰减、线路总损耗（是否有故障）、偏振模色散（PMD）（针对长距离、高速率的密集波分复用DWDM系统） 测量工具：光时域反射仪（OTDR）、光源、光功率计、光纤偏振分析仪

八、常用仪器仪表 1、光衰减器 2、常用光源 3、光功率计 4、光纤识别器 5、光时域反射仪 6、光熔接机

光衰减器 光衰减器是对光信号进行衰减的器件，当被测光纤输出光功率太强而影响到测试结果时，应在光纤测试链路中加入光衰减器。 两种类型：可变光衰减器和固定衰减器。

衰减光功率的办法 反射一部分光 吸收一部分光 在空间遮挡一部分光 用偏振片选择光的偏振面等。 （常用：反射衰减法）

常用光源 稳定光源：测量光纤衰减、光纤接续损耗以及光器件的插入损耗等。 白色光源：测量光纤、光器件等损耗波长特性的最佳光源。 可见光源：用于简单的光纤断线障碍测试、光器件的损耗测量、端面检查、纤芯对准及数值孔径测量等，常用的有红光笔等。

光功率计 光功率计是测量光纤输入、输出光功率的重要仪表。 光功率计是用来测量光功率大小、线路损耗、系统富裕度及接收灵敏度等的仪表，是光纤通信系统中最基本，也是最主要的测量仪表。

光功率计分类 按显示方式不同：模拟显示和数字显示。 按接收光功率大小：高光平型、中光平型和低光平型。 按光波长的不同：长波长型、短波长型和全波长型。

光纤识别器 光纤识别器是一种采用低插入损耗的“宏弯”检测技术,在不中断业务、不过份挤压光纤的情况下，能准确地辨别出光信号。在安装、切割、熔接、维护和修复光纤系时,可用来识别光纤传输中的在线业务信号(CW)或带有调制音频信(270/33/1000/2000Hz)的光纤,也可识别无信号。

光时域反射仪（OTDR） 光时域反射仪（OTDR），后向散射仪或光脉冲测试仪，可用来测量光纤的插入损耗、反射损耗、光纤链路损耗、光纤长度、光纤故障点的位置以及光功率沿路由长度的分布情况等。 它具有功能多体积小、操作简便、可重复测量且无需其他仪器配合等等优点。

（OTDR）测量原理 测量后向散射光 功率→损耗特性 時间 →距离 ＬＤ 光探测器 放大 平均化 光脉冲 激光器 方向耦合器 電信号 重复测量 提高Ｓ/Ｎ 放大 平均化 ＬＤ 图示 包层 透过光 纤芯 后向散射光 菲涅耳反射 测量后向散射光 功率→损耗特性 時间　→距离

OTDR 测试事件类型及显示 入射光 熔接点 接头处 弯曲损耗点 开放端 ←后向散射光功率 距离→ 光纤光缆的状态与波形对照图示

光纤末端曲线

OTDR性能参数 OTDR性能参数一般包括OTDR的动态范围、盲区、距离精确度、 OTDR接收电路设计和光纤的回波损耗、反射损耗。 脉宽： OTDR发短脉冲时能提供更好的盲区性能但是具有更小的动态范围 OTDR发长脉冲时能提供更好的动态范围但具有更大的盲区

平均时间：因为更长的平均时间减小了OTDR的噪声电平所 以增大了测试的动态范围 OTDR的设计：高分辨率OTDR提供小的盲区但是动态范围 也变小，长距离OTDR提供大动态范围但是盲区也变大

动态范围 我们把初始背向散射电平与噪声电平的差值定义为动态范围。

动态范围的应用

动态范围与测量范围关系

光缆熔接机 光纤熔接机的原理 利用激光校正调整两根光纤对齐，在高压放电的情况下，使两边光纤熔融，对接。 ALIGNING 01:AUTO 01:60mm X

现在的熔接机技术已经很完善了，目前比较出名的厂家有住友、藤仓、古河等，最新熔接机已经达到住友type-39/藤仓FSM-60s/古河S177B 。 熔接的相关技术指标： 平均接续损耗：0.02dB(SM)、0.01dB(MM)、0.04dB(DS)、0.04dB(NZDS) 光缆接续注意事项： 认真学习各种光缆接头盒的使用说明，光缆开剥一般不少于2米，光缆开剥后要固定在桌子上，开剥完的光纤要用软管保护，光缆固定在接头盒后要记得把加强芯做一下回弯，避免光缆受力就从接头盒中拉出；光缆熔接前要先把光纤在熔接盘中比一下合适的长度，这样盘纤时才比较好看，不会长度不一；光纤切割前一定要用酒精擦干净，端面一定要切整齐，否则熔接的质量达不到要求。

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