基础传送网 光纤、光缆

光纤通信简史 古代光通信 3000年前的烽火台； 17世纪中叶，发明了望远镜； 1791年，法国人发明了信号灯。 现代光通信--光话 1880年贝尔发明‘光话’，他以日光为光源，大气为传输媒介，传输距离是200米； 1881年贝尔发表了论文《关于利用光线进行声音的复制与产生》； 贝尔的光话始终没有实用化： 1、没有可靠的、高强度的光源； 2、没有稳定的、低损耗的传输媒介。

光纤通信简史 1970年光纤通信元年 1960年，第一台相干振荡光源--红宝石激光器问世；1962年，半导体激光器问世； 1970年贝尔实验室制作出可以在常温下连续工作的铝镓砷（AlGaAs）半导体激光器。 1970年美国康宁（Corning）公司制成损耗为20dB/km的低损耗石英光纤。 1976年，发现光纤的衰减在长波长区有：1.31um和1.55um两个窗口 1980年，产生了低衰减光纤，在1.55um的衰减系数为0.20dB/km已接近理论值。

光纤的分类 多模光纤：纤芯直径为50-75微米，常见的50/125um，62.5/126um 在一定的工作波长下，有多个模式在光纤中传输 单模光纤：纤芯直径很小，约4-10微米 理论上只传输一种模式 一般情况下两种光纤很难对接，通过对熔接机的调整，熔接后插损很大。目前多模光纤使用较少，在一些早期建设的宽带小区中有使用，不利于后期维护。

光纤的制作流程

光纤心线的剖面结构示意图 被覆 包层 纤芯 前视图 侧视图 光纤的尺寸用 “芯径/包层”尺寸表示。因此 10/125 mm 光纤指的是光纤纤芯的直径是 10 mm，包层的直径是 125 mm。

平面波的反射和折射 n 2 n 1 1 1` 2 n1是光纤的折射率 折射率光纤的固有特性，与光纤的材料、制作工艺等有关。 反射： 1=1` 折射： n 1 sin 1 =n 2 sin 2 全反射： sin 1 >= n 2 / n 1 n 2 n 1 1 1` 2 n1是光纤的折射率 折射率光纤的固有特性，与光纤的材料、制作工艺等有关。 n2是包层的折射率。

光纤的类型 G.651是多模光纤，主要用于宽带信息小区，压缩成本。 G.652是常规单模光纤，零色散点在1300nm，现在分G. 652A、B、C、D几种，主要的区别在于PMD。G. 652光纤的特点是当工作波长在1300nm时，光纤色散很小，系统的传输距离只受损耗限制。 G. 653是色散位移光纤（DSF），主要特点是1550nm为零色散点，造成这个原因是通过波导色散进行色散平移的结果。使低损耗与零色散在同一工作波长上。但是零色散不利于多信道WDM传输，因为当复用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会产生一种称为四波混频（FWM）的非线性光学效应，这种效应使两个或三个传输波长混合，产生新的、有害的频率分量，导致信道间发生串扰。如果光纤线路的色散为零，FWM的干扰就会十分严重；哪果有微量色散，FWM干扰反而有还会减小，针对这一现像，科学家们研制了一种新型光纤，NZ-DSF。

光纤的类型 G. 654光纤是超低损耗光纤，主要用于跨洋光缆，常见的纤芯是纯的SiO2，而普通的光纤纤芯要掺锗。在1550nm附近的损耗最小，仅为0.185dB/km，但在此区域色散比较大，约17～20 ps〔nm·km〕。 G. 655光纤是非零色散位移光纤（NZ-DSF），分655A、B、C，主要特点是1550nm的色散接近零，但不是零。是一种改进的色散位移光纤，以抑制四波混频。 G. 656 宽带光传输的非零色散光纤电缆的特性。G.655带宽1530-1625nm（C+L波段），G.656带宽1460-1625nm （S+C+L波段）。 G.657光纤接入网的低弯曲损耗敏感单模光纤和光缆特性光纤。能大幅度地降低运营商推广光纤到户（FTTH）项目的成本，最小弯曲度7.5mm，使用过程中如目前电话线一样随意钉固。

主用光纤主要特性 类型 1310nm 1550nm 衰减 色散 G.652 ≤ 0.36dB/km 3.5ps/km.nm

标准单模光纤（G.652光纤） SiO2+GeO2 SiO2+GeO2 SiO2 SiO2 SiO2+F 简单阶跃匹配包层型 简单阶跃下凹内包层型 相对折射率差△偏低 高的△能大大改变光纤的抗弯性，损耗 光纤抗弯性稍差

色散位移单模光纤（G.653光纤） 实现了在1550nm波长低衰减和零色散。 可以20Gbit/s系统，不需任何色散补偿。

1550nm波长最低衰减光纤（G.654光纤） 选用纯SiO2芯来降低光纤的衰减 最大优点：在1550nm波长的最低衰减为0.18dB/km 制造困难，价格昂贵，不实用。

非零色散位移光纤（G.655光纤） 1994年专门为DWDM系统设计得新型光纤 特定得最小色散保证抑制四波混频非线性。

色散补偿光纤 色散问题严重阻碍1310nm单模光纤到1550nm得升级扩容，所以研制了这种光纤。 例如：100公里G.652光缆:100公里*18ps/nm.km=1800ps/nm 所需DCF:1800ps/nm÷44.5=40.5公里光纤 40.5*0.261=8.8DB

色散平坦光纤 制作难度大，且光纤衰减大，所以不实用。

光纤通讯的优点 具有传输频带宽、通信容量大 传输衰减小，距离远 信号串扰小，传输质量高 抗电磁干扰，保密性好 光纤尺寸小，质量轻便于运输和敷设 耐化学腐蚀，适用于特殊环境 原料资源丰富 节约有色金属

光纤通信 以光波为载频，以光导纤维为传输介质的通信方式 波长范围是近红外区，光纤通信所用的光波长范围在850－1625nm的近红外区。目前所采用的三个实用通信窗口：短波波长段－－波长为0.85微米，长波波长段－－1.31微米和1.55微米。 光的传播是通过电场、磁场的状态随时间变化的规律表现出来的。

光纤的传播模式 光纤的传播模式 在光纤的数值 孔径角内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤的纤芯到包层界面上形成全反射的传播光线就可称为一个光的传输模式。 理论上单模光纤内只传送基模信号。 高次模 基模 低次模

光纤的传输特性 衰减 色散 偏振模色散 光纤的非线性效应

光纤的衰减 衰减－－表明光纤对光能的传输损耗。 光在光纤中传播时，平均光功率沿光纤长度按照指数规律减少: P(L)=P(0)10(α L/10) 式中： P(0)－在L＝0处注入光纤的光功率 P(L)－传输到轴向距离L处的光功率 衰减系数α（L） ＝－(10/L)㏒[P(L)/P(0)] dB/km

衰减谱 衰减系数与波长的函数关系 第三传输窗口 第二传输窗口 第一传输窗口 1300 1550 850 紫外吸收 红外吸收 瑞利散射 0.2 2.5 损 耗 (dB/km) 波 长 (nm) 衰减系数与波长的函数关系

衰减起因 损耗 本征 非本征 吸收 紫外吸收 金属离子 红外吸收 OH离子、H2 散射 瑞利散射 波导缺陷 米氏散射 受激布里渊散射 受激拉曼散射

光纤的色散 脉冲展宽 光纤中的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的频率成分和不同的模式成分的传输速度不同，从而引起－－色散 T

偏振模色散PMD

PMD产生机理及解决方法 由光纤的双折射引起,诸如应力、弯曲、扭绞、温度等随机引入 产生信号间干扰; 解决办法之一是改进光纤工艺或在系统输入输出端插入偏振控制器。

偏振模色散PMD 光纤中的光传输可描述成完全是沿X轴振动和完全是沿Y轴振动或一些光在两轴上的振动。 每个轴代表一个偏振“模”

光纤色散的特性

光纤的非线性效应 散射影响 受激布里渊散射（SBS） 受激拉曼散射 （SRS） 光纤克尔(折射率引起)效应 自相位调制（SPM） 交叉相位调制（XPM） 四波混频（FWM）

四波混频FWM效应 信道间相互作用产生新的频率 相关参数有信道数、信道间隔和信道功率等 w1 w2 w 2w1-w2 2w2-w1 光纤

光缆的定义及应用区分 光缆：“光缆是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件”。 光缆的应用区分，可分为2种: 专业用途，一般光缆（可细分为室内、室外）。 专业用途：包括海底光缆、高压电塔上之空架光缆、核能电厂之抗幅射光缆、化工业之抗腐蚀光缆等、 一般光缆：光缆从屋外至屋内的过程中可分为空架，地下直接埋设，管道间铺设，室内光缆等。

光缆的制作流程

光缆结构图

光缆的成缆技术 松套层绞式光缆技术　　将已着色光纤与油膏同时加入到高模量塑料制成的松套管中，光纤在套管内可以移动。不同的松套管沿中心加强芯绞合制成缆芯。缆芯外加防护材料制成松套层绞式光缆。　　　　 －松套管材料本身具有耐水解特性和较高的强度，管内充以特种油膏，对光纤进行关键性保护。 　 －加强芯处于缆芯中央位置，松套管以适当绞合节距围绕加强芯层绞，通过控制光纤余长和调整绞合节距，可使光缆具有很好的抗拉性能和温度特性。 　 －松套管和加强芯间用缆膏填充绞合在一起，保证了松套管和加强芯间的防水性能。 　 －光缆的径向和纵向防水由多种措施保证。 　 －根据不同的要求，有多种抗侧压措施。 骨架式光纤带光缆技术　　将已制好的光纤带，叠放在螺旋骨架槽中制成缆芯。缆芯外加防护材料制成骨架式光纤带光缆。　　　 －光纤组装密度高，光缆直径相对小。 　 －骨架采用高密度聚乙烯材料，抗侧压性能好，对光纤带有很好的保护，同时可防止开剥光缆时损伤光纤。 　 －骨架槽沿光缆成螺旋式旋转，以保证放置于槽内的光纤带有足够的余长，保证了光缆的抗拉、弯曲和温度特性。 　 －光缆用遇水膨胀的阻水带而非油膏填充，既保证了光缆的阻水性能，又极大地提高了接续效率，便于施工和维护。

光缆的成缆技术 螺旋中心管式光缆技术　将光纤套入由高模量的塑料做成的螺旋空间松套管中，套管内填充防水化合物，套管外施加一层阻水材料和铠装材料，两侧放置两根平行钢丝并挤制聚乙烯护套成缆。 　 －特有的螺旋槽松套管设计有利于精确控制光纤的余长，保证了光缆具有很好的机械性能和温度特性 。 　 －松套管材料本身具有良好的耐水解性能和较高的强度，管内充以特种油膏，对光纤进行了关键性保护。 －两根平行钢丝保证光缆的抗拉强度。 －直径小、重量轻、容易敷设。 紧套光缆技术　用外径为250μm的紫外光固化一次涂覆光纤直接紧套一层材料制成900μm紧套光纤。以紧套光纤为单元，在单根或多根紧套光纤四周布放适当的抗张力材料，挤制一层阻燃护套料，制成单芯或多芯紧套光缆。 　－采用专用装置调节紧套松紧程度，获得最佳光纤剥离性和光学性能。 　－抗张力材料采用高模量的芳纶丝，精确控制芳纶丝的放线张力，使光缆具有优良的抗拉机械性能。 　－外护套采用阻燃材料，可以满足不同等级的防火要求。

常用光缆类型

常用光缆类型

常用光缆类型

光缆符号代表意义

光缆符号代表意义

常用光缆说明其它说明 常用光缆盘长2000+n（15-25）米，A里B外。 常用光缆管序按全色谱排序。 常用光缆纤序按全色谱排序。 全色谱 ：兰桔绿棕灰白红黑黄紫粉青

常用光缆说明其它说明 陕西联通光缆主要供货商： 武汉长飞 西达成一干 西商二干（蓝田-商洛）等 武汉烽火 西兰乌2号光缆 西宝成一干等 武汉长飞 西达成一干 西商二干（蓝田-商洛）等 武汉烽火 西兰乌2号光缆 西宝成一干等 北京康宁 京太西2号光缆，郑西一干，西渭二个、西咸二干等 西安西古 西安大唐 杭州富通 江苏亨通

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