1
2.3 光纤的色散特性色散分类
模间色散
材料色散
波导色散
偏振色散
高阶色散
2
引言
光纤的色散
单模光纤的色散 —— 主要表现为群速色散
材料色散：材料折射率随波长变化
波导色散：传播常数 β 随 a/λ 变化色散展宽的主要影响是引起相邻脉冲发生重叠，
限制通信容量 (BL积 )
3
阶跃型光纤的模式色散
4
一、光纤色散引起的脉冲展宽及对通信容量的影响设频率为 ω的一光谱分量经过长为 L的单模光纤时，
其时延为 T=L／ vg。,vg为群速度
vg =dβ /dω
利用 β 与模折射率 的关系可得为群折射率。
)/( dndngn
5
由于光脉冲包含许多频率分量，因而群速度的频率相关性导致了脉冲传输过程中展宽，不再同时到达光纤输出端。设光脉冲的谱宽为△ ω,则脉冲展宽的程度可由下式决定式中 β2=dβ2/dω2称为群速色散 (GVD),它直接决定了脉冲在光纤中的展宽程度
2)/( LvLT gd dddT
6
利用 ω=2πc／ λ和 Δω= (- 2πc／ λ2) Δλ,则上式可改变为式中称为群速色散，代表两个波长间隔为 1nm的光波传输 1km距离后到达时间的延迟。
DLvL gd d )/1(T
2
2 )/2()/1(
cvD gd
d
7
群速色散对比特率的影响可利用不产生相邻脉冲重叠的准则 BΔT<l估计，这样 GVD
对单模光纤比特率一距离积 (即通信容量 )的影响，可用下式表示这个估计仅仅是一种近似的数量级的估计，
详细的分析将在第 3章讨论。
1DBL
8
二,材料色散单模光纤中的色散由材料色散和波导色散组成，因此色散参数 D可写为两项之和：
D=DM+DW。
材料色散源于光纤材料的折射率随频率而变，与束缚电子的振荡吸收电磁辐射的特征共振频率有关。在远离材料共振频率处，
折射率 n(ω)可用三项塞尔梅耶尔 (Sellmeier)
多项式很好地近似
9
式中,ωj为共振频率； Bj为振动强度。上式求和包含了感兴趣的材料的所有共振点。
由此就可以求出材料色散参数 DM
计算和实验发现，在 λ=1.276μm,DM=0，这个波长称为零色散波长 (λ0)。 在 λ< λ0区，色散参数
DM为负值；在 λ>λ0区,DM为正值。
在 1.25-1.66μm波长区,DM可用下列经验公式近似
DM ≈122（ 1- λ0 /λ）
m
j
B
j
jjn
1
2
22
2
1)(
)2( 2222 d ndd ndcddnM gD
10
纯石英玻璃材料色散与波长的关系
11
三、波导色散波导色散 DW由下式给出他决定于光纤的 V参数。式中,n2g为包层的群折射率。波导色散引起的时延为
dV VbdddndV VbVdnnW ggD )()(2 222
2
2
2
2
0
0
0
)(
22 dk
bkd
c
L
dk
d
c
L
v
LW nnT
g
12
将 k0用归一化频率 V代替，则有式中，第一项为常数；第二项为波导色散引起的脉冲展宽。因子 d(Vb)/dV可用下式表示
dV VbdcLW nnT )(22
)()( )(2)(
11
21
uaJuaJ
uaJ
dV
Vbd
mm
mb
13
波导色散
14
由群时延对波长求导，可得到由谱宽为 σλ的光脉冲在波导色散影响下引起的脉冲展宽为下图展示了单模光纤中 b,d(Vb)／ dV和 Vd2(Vb)
／ dV2的计算结果，由此可计算群时延和脉冲展宽。
2
2
2 )()()(
dV
Vbd
c
Ln
dV
TdV
d
Td
W V
WW
15
可见在 V=1.2
处 Vd2(Vb)／
dV2达到最大值，但在
V=2.0~2.4的实际单模应用范围内，该值在 0.2~0.1之间。
16
展示了 DM,Dw
和 D=DM+Dw随着波长的变化，
可见波导色散使零色散波长从
1,276μm向右移动了 30-40nm
17
四,色散位移和非零色散光纤由于波导色散参数与纤芯半径口和折射率差△等参数有关，这提供了将零色散波长移至 1.55 μm 处，实现既具有低损耗、又具有低色散的可能，
这种光纤称为色散位移光纤 (DSF)。
18
改变纤芯半径 来移动零色散波长
19
色散位移和非零色散光纤参数
20
极化色散也称为偏振模色散,用 τp表示 。 从本质上讲属于模式色散,这里仅给出粗略的概念 。
单模光纤中可能同时存在 LP01x 和
LP01y两种基模,也可能只存在其中一种模式,并且可能由于激励和边界条件的随机变化而出现这两种模式的交替 。
五、极化色散
21
当光纤中存在着双折射现象时,两个极化正交的 LP01x和 LP01y模传播常数 βx和 βy
不相等 。 对于弱导光纤,βy和 βx之差可以近似地表示为：
式中,nx和 ny分别为 x方向和 y方向的折射率 。
22
六、高阶色散
GVD对单模光纤比特率一距离积 (即通信容量 )影响的估算式：
当单模光纤工作于零色散波长 λ0时,D=0，
其 BL可无限增大，然而实际上是不可能的，
实际上 λ=λ0处色散并未完全消失。
因为此时尚存高阶色散，光脉冲仍会展宽。实际上 D不能使中心波长位于零色散波长 λ0的光脉冲包含的所有波长都为零,D=0
并不意味着色散不随波长而变,D的波长相关性或高阶色散亦将引起脉冲展宽。
23
高阶色散取决于色散斜率,S=dD/d λ,S也称为微分色散或二阶色散参数。
式中 β 3=dβ 2/dω =d 3β/dω 3,在 λ=λ0处，
β 2 =0，因此 S与 β 3成比例。
利用 S的有效值，可得高阶色散斜率和光源谱宽对光波系统比特率一距离积的限制
BLlSI(△ λ0) <1
24
光纤的总色散为：
值得说明的是,单模光纤一般只给出色散系数 D,其中包含了材料色散和波导色散的共同影响 。
25
光纤的色散和带宽描述的是光纤的同一特性 。 其中色散特性是在时域中的表现形式,即光脉冲经过光纤传输后脉冲在时间坐标轴上展宽了多少；而带宽特性是在频域中的表现形式,在频域中对于调制信号而言,光纤可以看作是一个低通滤波器,
当调制信号的高频分量通过光纤时,就会受到严重衰减,如图所示 。
七、光纤的色散和带宽对通信容量的影响
26
光纤的带宽 (f为调制信号频率 )
27
通常把调制信号经过光纤传播后,光功率下降一半 (即 3dB)时的频率 (fc)的大小,
定义为光纤的带宽 (B)。 由于它是光功率下降 3dB对应的频率,故也称为 3dB光带宽 。
可用式 (3-33)表示 。
28
光功率总是要用光电子器件来检测,
而光检测器输出的电流正比于被检测的光功率,于是：
从式 (3-34)中可以看出,3dB光带宽对应于 6dB电带宽 。
29
1.
既然脉冲展宽,色散和带宽描述着光纤的同一个特性,那么它们之间必然存在着一定的联系 。
2,模式畸变带宽和波长色散带宽由于总色散包括模式色散,材料色散和波导色散,所以光纤的总带宽也可表示为：
30
式中,BM是由模式色散引起的模式畸变带宽； Bc是由材料色散和波导色散引起的波长色散带宽 。
31
波长色散带宽定义为：
式中,Δλ是光源的谱线宽度,单位是
nm； L是光纤的长度,单位是 km； D(λ)是材料色散和波导色散的色散系数 (即波长色散系数 ),单位是 ps/(nm·km),其中材料色散占主导地位 。
32
3,链路总带宽对通信容量的影响光纤链路总带宽与光纤长度之间的关系要分光纤链路中间有无接头 。 对于无接头的一个制造长度的光纤总带宽 BT与其单位公里带宽 B
BT=B·L-γ
式中,L是光纤的制造长度 (km),γ为带宽距离指数,它的取值与光纤的剖面分布及模耦合状态有关,一般在 0.5～ 1.0之间
(多模光纤取 0.5～ 0.9,单模光纤 γ＝ 1)。
33
2.4 光纤的损耗特性光波在光纤中传输,随着距离的增加光功率逐渐下降,这就是光纤的传输损耗,该损耗直接关系到光纤通信系统传输距离的长短,是光纤最重要的传输特性之一 。
光纤损耗,是通信距离的固有限制 。 在给定发送功率和接收机灵敏度条件下,它决定了从光发送机到光接收机之间的最大距离 。
34
形成光纤损耗的原因很多，其损耗机理复杂，计算也比较复杂 (有些是不能计算的 )。
降低损耗主要依赖于工艺的提高，现在光纤的已经接近了光纤损耗的理论极限。
光纤损耗的原因主要有吸收损耗和散射损耗，还有来自光纤结构的不完善。
35
单模光纤的损耗谱特性
36
2.4.1
吸收损耗是由制造光纤材料本身以及其中的过渡金属离子和氢氧根离子 (OH－ )
等杂质对光的吸收而产生的损耗,前者是由光纤材料本身的特性所决定的,称为本征吸收损耗 。
37
1,
本征吸收损耗在光学波长及其附近有两种基本的吸收方式。
(1)
紫外吸收损耗是由光纤中传输的光子流将光纤材料中的电子从低能级激发到高能级时,光子流中的能量将被电子吸收,
从而引起的损耗 。
38
(2)
红外吸收损耗是由于光纤中传播的光波与晶格相互作用时,一部分光波能量传递给晶格,使其振动加剧,从而引起的损耗 。
2.
光纤中的有害杂质主要有过渡金属离子,如铁,钴,镍,铜,锰,铬等和 OH－ 。
39
3.
通常在光纤的制造过程中,光纤材料受到某种热激励或光辐射时将会发生某个共价键断裂而产生原子缺陷,此时晶格很容易在光场的作用下产生振动,从而吸收光能,引起损耗,其峰值吸收波长约为
630nm左右 。
40
2.4.2
1.
任何光纤波导都不可能是完美无缺的,
无论是材料,尺寸,形状和折射率分布等等,均可能有缺陷或不均匀,这将引起光纤传播模式散射性的损耗,由于这类损耗所引起的损耗功率与传播模式的功率成线性关系,所以称为线性散射损耗 。
41
(1)
瑞利散射是一种最基本的散射过程，
属于固有散射。
对于短波长光纤，损耗主要取决于瑞利散射损耗。值得强调的是：瑞利散射损耗也是一种本征损耗，它和本征吸收损耗一起构成光纤损耗的理论极限值。
42
(2) 光纤结构不完善引起的散射损耗 (波导散射损耗 )
在光纤制造过程中,由于工艺,技术问题以及一些随机因素,可能造成光纤结构上的缺陷,如光纤的纤芯和包层的界面不完整,芯径变化,圆度不均匀,光纤中残留气泡和裂痕等等 。
43
2,
光纤中存在两种非线性散射，它们都与石英光纤的振动激发态有关，分别为受激喇曼散射和受激布里渊散射。
44
2.4.3
光纤的弯曲有两种形式：一种是曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲,我们习惯称为弯曲或宏弯；另一种是光纤轴线产生微米级的弯曲,这种高频弯曲习惯称为微弯 。
45
在光缆的生产、接续和施工过程中，
不可避免地出现弯曲。
微弯是由于光纤受到侧压力和套塑光纤遇到温度变化时，光纤的纤芯、包层和套塑的热膨胀系数不一致而引起的，其损耗机理和弯曲一致，也是由模式变换引起的。
46
2.4.4
为了衡量一根光纤损耗特性的好坏,
在此引入损耗系数 (或称为衰减系数 )的概念,即传输单位长度 (1km)光纤所引起的光功率减小的分贝数,一般用 α表示损耗系数,
单位是 dB/km。 用数学表达式表示为：
47
式中,L为光纤长度，以 km为单位； P1和
P2分别为光纤的输入和输出光功率，以 mW或 μW
为单位。
48
2.5光纤的非线性效应任何介质在强电磁场作用下都将呈现出非线性特性，光纤也不例外。
虽然石英光纤本质上不是高非线性材料，但由于光纤传输距离很长，并将光场限制在横截面很小的区域，所以光纤中的非线性现象仍然十分显著，对光信号的传输有重要影响，并在许多方面得到应用，所以现在光纤非线性已发展成为非线性光学的一个重要分支学科 —— 非线性光纤光学。
49
介质的非线性效应，其起因与施加到介质上的场的影响下束缚电子的非谐振运动有关，结果导致电偶极子的极化强度 p随电场 E的非线性变化，
并满足通常的关系。
ε0为真空中的介电常数，为 J阶电极化率，考虑光的偏振效应时,χ(j)是 J+1阶张量。
线性电极化率 χ(1)对 P有重要影响，它主要影响介质的折射率和衰减常数。
二阶电极化率 χ(2)会引起二次谐波与混频的产生。
]:[ )3()2()1(0 EE EEEEP
50
然而,χ(2)只在某些分子结构非反演对称的介质中才存在，而在 SiO2这种对称结构的分子中,χ(2) =0,因而在石英光纤中通常不显示有二阶非线性效应。
但当纤芯中有掺杂材料时，会显示一定的二阶非线性效应。
51
2.5.1非线性折射率与自相位调制光纤中的最低阶非线性效应起源于三阶电极化率 χ(3)，它是引起三次谐波、四波混频、非线性折射率与自相位调制等现象的原因。光纤中大部分非线性效应起源于非线性折射率。非线性折射率是 χ(3)与光场相互作用的结果，可表示为式中,|E|是光场幅度的有效值或均方根； n0(ω)
为线性折射率，与 χ(1)相关； ω叫为光场角频率；
n2称为非线性折射率或 Kerr系数。
2
0
2
2)(),( EnnEn
52
由光纤的导波理论发现，折射率非线性分量的出现将引起导模传播常数的变化，使传播常数增加了一附加项，因而有
β’=β+γP
式中 β为线性传输时的传播常数； P为光纤中传输的功率； γ =k0n2/Aeff为非线性系数,Aeff为光纤有效截面积。
传播常数非线性分量的引入将引起模场相位随距离线性增加。 由模场自己产生的非线性效应而引起的非线性相移称为自相位调制 (SPM)
e f fin
LL
NL LPdZZPdZ 00 )()'(?
53
非线性效应产生的自相位调制一般不大，对只用检测功率的方法解调信号的光波系统 (IM／ DD系统 )，无关紧要，但在级联光放大系统和 WDM系统中则不容忽视,
在相干光波系统中也不能忽视。
相干光波系统要求有高的相位稳定性，
即 ΦNL<<1。 在这种系统中 L很长，有 Leff=1
／ α，因而条件 ΦNL<<1意味着要求
Pin<< α /γ
54
自相位调制还将导致光脉冲的频谱展宽或频率啁啾，影响光波系统的性能，但是在光纤的负色散区，这种自相位调制与色散相互作用能支持超短光孤子脉冲传输，
实现新的光孤子通信，是非线性折射率的重要应用。
55
当使用不同的载频的两个或多个信号在光纤中同时传输时，折射率与光强的相关性将导致另一种非线性效应，称为交叉相位调制 (XPM),它表明一个特定信道光信号产生的非线性相移不仅取决于其自身的场强或功率，也取决于其他信道信号的功率，因而第 j信道的相移可写为式中,M是信道总数； Pj是信道功率 (j=1~M)； 因子 2表明在同样功率下,XPM的影响是 SPM的两倍，这样总相移就与所有信道的功率和相关，并根据相邻信道比特图形而变化。
)2(?
M
jm
mje f f
j PPL
NL
56
2.5.2受激非弹性散射前面讨论的瑞利散射属于一种弹性散射，不发生场与介质的能量交换，其散射频率 (或光子能量 )保持不变。
相对而言，在非弹性散射中，散射光频率下移，光场把部分能量传递给介质，
称为受激非弹性散射。
光纤中有两种非线性效应，它们都与石英的振动激发态有关，分别为受激喇曼散射 (SRS)和受激布里渊散射 (SBS) 。
57
光纤中有两种非线性效应，它们都与石英的振动激 发态有关，分别为受激喇曼散射 (SRS)和受激布里渊散射 (SBS),它们都以一个入射场的光子 (通常称为泵浦 )的湮灭，产生一个下移斯托克斯频率的光子及适当能量和动量的光 (声 )学声子为特征。
两者的主要差别是 SRS中参与的是光学声子，
而在 SBS中参与的是声学声子。当然，如果介质能吸收一个具有恰当能量和动量的声子，也能产生有更高能量的光子，称为反斯托克斯频率。
58
尽管 SRS与 SBS的起因非常相似，但由于声子与光子不同的色散关系，导致两者之间的一些本质差别，其中一个本质差别是，在单模光纤中
SBS只发生在向后方向，而 SRS主要是向前方向。
在高功率传输时，光纤中的受激喇曼散射和受激布里渊散射能导致相当大的损耗，一旦入射光功率超过阈值，散射光强度将指数增长。
一般情况下,SRS和 SBS在光纤通信系统中是一种有害的因素，但由于它们能通过将具有合适波长的泵浦场的能量传给另一波长的光场，使该光场得到放大而加以利用,SRS用于制造光纤喇曼激光器和放大器,SBS也能用于制造布里渊放大器。
59
2.5.3参量过程与四波混频上节讨论的受激散射过程中，光纤作为非线性介质，通过分子振动和声学声子的参与，起了主动作用。
除了通过束缚电子的非线性响应作为几个光波相互作用的媒质之外，光纤一般起被动作用。
起源于介质参量 (如折射率的光致调制 )的这种过程称为参量过程。
参量过程根据其起源可分为二阶和三阶参量过程。在普通石英光纤中一般不存在二阶参量过程。三阶参量过程源于三阶非线性极化率 χ(3),
涉及四个光波的相互作用，包括三次谐波的产生、
四波混频和参量放大等现象。
60
如果有载频为 ω1,ω2和 ω3的三个光场同时在光纤中传播，通过 χ(3)的作用将产生第四个光场，
一个或几个光波的光子被湮灭，同时产生了几个不同频率的新光子，且在此过程中，净能量和动量守恒，这样的过程就称为四波混频。新光子的频率为 ω4,与其他三个频率的关系为
ω4 =ω1 ± ω2 ± ω3
原则上相应于不同加减符号的组合都可能产生一个新频率，实际上由于对任何四波混频过程均要求相位匹配，很多组合不能成立。
61
在参量过程中，当 ω1 =ω2时，四波混频把强泵浦波能量转给相对于泵浦频率发生了上、下频移的两个波，其频移量为
Ω s=ω4 -ω1 =ω1 -ω3
若输入频率为 ω3的弱信号，此信号将被放大，同时产生频率为 ω4的新频率波，这种放大称为参量放大，增益称为参量增益。
参量过程与参量增益可用于制造光纤参量激光器和光纤参量放大器，这种放大器不存在半导体光放大器和光纤放大器中固有的放大自发辐射噪声 (ASE) 。
62
2.6 典型光纤参数目前,ITU-T(国际电信联盟－电信标准化机构 )分别对 G.651光纤,G.652光纤,
G.653光纤,G.654光纤,G.655光纤的主要参数特性进行了标准化 。
G.651光纤称为渐变型多模光纤,这种光纤在光纤通信发展初期广泛应用于中小容量,中短距离的通信系统中 。
63
非色散位移单模光纤 ITU-T G.652
G.652 称为非色散位移单模光纤，也称为常规单模光纤，其性能特点是：
(1)在 1310nm波长处的色散为零。
(2)在波长为 1550nm附近衰减系数最小，约为 0.22dB/km,但在 1550nm附近其具有最大色散系数，为 17ps/(nm·km)。
（ 3） 这种光纤工作波长即可选在 1310nm
波长区域，又可选在 1550nm波长区域，它的最佳工作波长在 1310nm区域。 G.652 光纤是当前使用最为广泛的光纤。
64
色散位移单模光纤（ DSF） ITU-T
G.653
G.653称为色散位移单模光纤，是通过改变光纤的结构参数、折射率分布形状，力求加大波导色散，从而将零色散点从 1310nm位移到
1550nm,实现 1550nm处最低衰减和零色散波长一致。这种光纤工作波长在 1550nm区域。它非常适合于长距离单信道光纤通信系统。
65
截止波长位移光纤 (CSF),即 ITU-T
G.654:
其设计的出发点是降低 1.550 μm 处的衰减，而零色波长仍为 1.31 μm 。
非零色散光纤 (NZDSF),命名为 G.655，
其零色散波长偏离 1.550 μm 。
其解决了光纤的色散限制问题，又解决了 1.550
μm 处由非线性效应导致的四波混频的限制，非常适宜于在密集波分复用系统中应用。
66
67
68
69
2.7 成缆对光纤特性的影响
2.7.1
1.
光缆能承受的最大拉力取决于加强构件的材料和横截面积,一般要求大于 1km光缆的重量,
多数光缆在 100～ 400kg范围 。
70
2,
光缆能承受的最大侧压力取决于护套的材料和结构，多数光缆能承受的最大侧压力在 100～ 400kg/10cm
3,
弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折射率差 Δ以及光缆的材料和结构。
4.
光纤本身具有良好的温度特性 。
71
2.7.2 成缆对光纤特性的影响
1.
不良的成缆工艺,把光纤制成光缆后,会带来附加损耗,称之为成缆损耗 。
2,成缆可以改善光纤的温度特性套塑光纤或带有表面涂层的光纤,它的损耗随温度变化如图中虚线所示 。
72
光纤和光缆的温度特征
73
把光纤制成光缆，温度特性会得到相当大的改善，如图中的实线所示。
3.
这一点是很显然的 。 一般光纤的断点强度约为 1～ 5kg,而由于光缆结构中加入了加强构件,护套,甚至铠装层等,因此其断点强度远大于上述值；不仅如此,光缆的抗侧压,抗冲击和抗扭曲性能都有明显增强 。
74
2.8 光 缆
2.8.1
1,光缆的构造光缆的构造一般分为缆芯和护层两大部分 。
75
(1)
在光缆的构造中,缆芯是主体,其结构是否合理,与光纤的安全运行关系很大 。
一般来说,缆芯结构应满足以下基本要求：
光纤在缆芯内处于最佳位置和状态,保证光纤传输性能稳定,在光缆受到一定的拉力,侧压力等外力时,光纤不应承受外力影响；其次缆芯内的金属线对也应得到妥善安排,并保证其电气性能；另外缆芯截面应尽可能小,以降低成本和敷设空间 。
76
(2)
光缆护层同电缆护层的情况一样,是由护套和外护层构成的多层组合体 。 其作用是进一步保护光纤,使光纤能适应在各种场地敷设,如架空,管道,直埋,室内,
过河,跨海等 。 对于采用外周加强元件的光缆结构,护层还需提供足够的抗拉,抗压,抗弯曲等机械特性方面的能力 。
77
2.
光缆的基本结构按缆芯组件的不同一般可以分为层绞式,骨架式,束管式和带状式四种,如图所示 。 我国及欧亚各国用的较多的是传统结构的层绞式和骨架式两种 。
78
光缆的典型结构示意图
79
(1)
层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式,故又称为古典式光缆 。
(2)
骨架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中,槽的横截面可以是 V形,U形或其他合理的形状,槽的纵向呈螺旋形或正弦形,一个空槽可放置 5~10根一次涂覆光纤 。
80
(3)
束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展 。 它相当于把松套管扩大为整个纤芯,成为一个管腔,将光纤集中松放在其中 。
(4)
带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带,然后将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯 。
81
2.8.2
1.
光缆的种类很多,其分类方法也很多,
根据光缆的传输性能,距离和用途,
光缆可以分为市话光缆,长途光缆,海底
82
根据光纤的种类，光缆可以分为多模光缆、单模光缆；
根据光纤套塑的种类，光缆可以分为紧套光缆、松套光缆、束管式新型光缆和根据光纤芯数的多少，光缆可以分为
83
根据加强构件的配置方式,光缆可以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 (如束管式光缆 )和护层加强构件光缆 (如带状式光缆 )
根据敷设方式,光缆可以分为管道光缆,直埋光缆,
根据护层材料性质,光缆可以分为普通光缆,阻燃光缆和防蚁,防鼠光缆等 。
84
2,
光缆的种类较多，同其他产品一样，
具有具体的型式和规格。
(1)
光缆的型式代号是由分类,加强构件,
派生 (形状,特性等 ),护套和外护层五部分组成,如图所示 。
85
光缆的型式代号
86
①
GY,通信用室 (野 )
GR：
GJ,通信用室 (局 )
GS：
GH,通信用海底光缆；
GT：
GW,通信用无金属光缆 。
87
②
无符号：金属加强构件；
F：
G：
H：
88
③
B,扁平式结构；
Z：
T,填充式结构；
S：
注：当光缆型式兼有不同派生特征时，
89
④
Y,聚乙烯护套；
V：
U,聚氨酯护套；
A：
L,铝护套；
Q：
G,钢护套；
S：
90
⑤
外护层是指铠装层及铠装层外面的外被层,参照国标 GB2952-82的规定,外护层采用两位数字表示,各代号的意义如表
2.4所示 。
91
92
(2)
光纤的规格代号是由光纤数目,光纤类别,光纤主要尺寸参数,传输性能和适用温度五部分组成,各部分均用代号或数字表示 。
① 光纤数目用光缆中同类别光纤的实际有效数目的阿拉伯数字表示 。
93
② 光纤类别的代号及其意义
J：
T,二氧化硅系多模阶跃型 (突变型 )
Z：
D：
X：
S,塑料光纤 。
94
③ 光纤的主要尺寸参数代号及其意义用阿拉伯数字 (含小数点 )以 μm为单位表示多模光纤的芯径 /包层直径或单模光纤的模场直径 /包层直径 。
④ 传输性能代号及其意义光纤的传输特性代号是由使用波长,
损耗系数,模式带宽的代号 (分别为 a,bb、
cc)构成 。
95
其中 a表示使用波长的代号，其数字
1：使用波长在 0.85μm
2：使用波长在 1.31μm
3：使用波长在 1.55μm
bb表示损耗系数的代号，其数字依次为光缆中光纤损耗系数值 (dB/km)的个位和
96
cc表示模式带宽的代号，其数字依次是光缆中光纤模式带宽数值 (MHz·km)的千注意：同一光缆适用于两种以上的波长，并具有不同的传输特性时，应同时列出各波长上的规格代号，并用 "/"
97
⑤ 适用温度代号及其意义
A,适用于 -40℃ ~ +40℃ ；
B,适用于 -30℃ ~ +50℃
C,适用于 -20℃ ~ +60℃
D,适用于 -5℃ ~ +60℃
2.3 光纤的色散特性色散分类
模间色散
材料色散
波导色散
偏振色散
高阶色散
2
引言
光纤的色散
单模光纤的色散 —— 主要表现为群速色散
材料色散：材料折射率随波长变化
波导色散：传播常数 β 随 a/λ 变化色散展宽的主要影响是引起相邻脉冲发生重叠，
限制通信容量 (BL积 )
3
阶跃型光纤的模式色散
4
一、光纤色散引起的脉冲展宽及对通信容量的影响设频率为 ω的一光谱分量经过长为 L的单模光纤时，
其时延为 T=L／ vg。,vg为群速度
vg =dβ /dω
利用 β 与模折射率 的关系可得为群折射率。
)/( dndngn
5
由于光脉冲包含许多频率分量，因而群速度的频率相关性导致了脉冲传输过程中展宽，不再同时到达光纤输出端。设光脉冲的谱宽为△ ω,则脉冲展宽的程度可由下式决定式中 β2=dβ2/dω2称为群速色散 (GVD),它直接决定了脉冲在光纤中的展宽程度
2)/( LvLT gd dddT
6
利用 ω=2πc／ λ和 Δω= (- 2πc／ λ2) Δλ,则上式可改变为式中称为群速色散，代表两个波长间隔为 1nm的光波传输 1km距离后到达时间的延迟。
DLvL gd d )/1(T
2
2 )/2()/1(
cvD gd
d
7
群速色散对比特率的影响可利用不产生相邻脉冲重叠的准则 BΔT<l估计，这样 GVD
对单模光纤比特率一距离积 (即通信容量 )的影响，可用下式表示这个估计仅仅是一种近似的数量级的估计，
详细的分析将在第 3章讨论。
1DBL
8
二,材料色散单模光纤中的色散由材料色散和波导色散组成，因此色散参数 D可写为两项之和：
D=DM+DW。
材料色散源于光纤材料的折射率随频率而变，与束缚电子的振荡吸收电磁辐射的特征共振频率有关。在远离材料共振频率处，
折射率 n(ω)可用三项塞尔梅耶尔 (Sellmeier)
多项式很好地近似
9
式中,ωj为共振频率； Bj为振动强度。上式求和包含了感兴趣的材料的所有共振点。
由此就可以求出材料色散参数 DM
计算和实验发现，在 λ=1.276μm,DM=0，这个波长称为零色散波长 (λ0)。 在 λ< λ0区，色散参数
DM为负值；在 λ>λ0区,DM为正值。
在 1.25-1.66μm波长区,DM可用下列经验公式近似
DM ≈122（ 1- λ0 /λ）
m
j
B
j
jjn
1
2
22
2
1)(
)2( 2222 d ndd ndcddnM gD
10
纯石英玻璃材料色散与波长的关系
11
三、波导色散波导色散 DW由下式给出他决定于光纤的 V参数。式中,n2g为包层的群折射率。波导色散引起的时延为
dV VbdddndV VbVdnnW ggD )()(2 222
2
2
2
2
0
0
0
)(
22 dk
bkd
c
L
dk
d
c
L
v
LW nnT
g
12
将 k0用归一化频率 V代替，则有式中，第一项为常数；第二项为波导色散引起的脉冲展宽。因子 d(Vb)/dV可用下式表示
dV VbdcLW nnT )(22
)()( )(2)(
11
21
uaJuaJ
uaJ
dV
Vbd
mm
mb
13
波导色散
14
由群时延对波长求导，可得到由谱宽为 σλ的光脉冲在波导色散影响下引起的脉冲展宽为下图展示了单模光纤中 b,d(Vb)／ dV和 Vd2(Vb)
／ dV2的计算结果，由此可计算群时延和脉冲展宽。
2
2
2 )()()(
dV
Vbd
c
Ln
dV
TdV
d
Td
W V
WW
15
可见在 V=1.2
处 Vd2(Vb)／
dV2达到最大值，但在
V=2.0~2.4的实际单模应用范围内，该值在 0.2~0.1之间。
16
展示了 DM,Dw
和 D=DM+Dw随着波长的变化，
可见波导色散使零色散波长从
1,276μm向右移动了 30-40nm
17
四,色散位移和非零色散光纤由于波导色散参数与纤芯半径口和折射率差△等参数有关，这提供了将零色散波长移至 1.55 μm 处，实现既具有低损耗、又具有低色散的可能，
这种光纤称为色散位移光纤 (DSF)。
18
改变纤芯半径 来移动零色散波长
19
色散位移和非零色散光纤参数
20
极化色散也称为偏振模色散,用 τp表示 。 从本质上讲属于模式色散,这里仅给出粗略的概念 。
单模光纤中可能同时存在 LP01x 和
LP01y两种基模,也可能只存在其中一种模式,并且可能由于激励和边界条件的随机变化而出现这两种模式的交替 。
五、极化色散
21
当光纤中存在着双折射现象时,两个极化正交的 LP01x和 LP01y模传播常数 βx和 βy
不相等 。 对于弱导光纤,βy和 βx之差可以近似地表示为：
式中,nx和 ny分别为 x方向和 y方向的折射率 。
22
六、高阶色散
GVD对单模光纤比特率一距离积 (即通信容量 )影响的估算式：
当单模光纤工作于零色散波长 λ0时,D=0，
其 BL可无限增大，然而实际上是不可能的，
实际上 λ=λ0处色散并未完全消失。
因为此时尚存高阶色散，光脉冲仍会展宽。实际上 D不能使中心波长位于零色散波长 λ0的光脉冲包含的所有波长都为零,D=0
并不意味着色散不随波长而变,D的波长相关性或高阶色散亦将引起脉冲展宽。
23
高阶色散取决于色散斜率,S=dD/d λ,S也称为微分色散或二阶色散参数。
式中 β 3=dβ 2/dω =d 3β/dω 3,在 λ=λ0处，
β 2 =0，因此 S与 β 3成比例。
利用 S的有效值，可得高阶色散斜率和光源谱宽对光波系统比特率一距离积的限制
BLlSI(△ λ0) <1
24
光纤的总色散为：
值得说明的是,单模光纤一般只给出色散系数 D,其中包含了材料色散和波导色散的共同影响 。
25
光纤的色散和带宽描述的是光纤的同一特性 。 其中色散特性是在时域中的表现形式,即光脉冲经过光纤传输后脉冲在时间坐标轴上展宽了多少；而带宽特性是在频域中的表现形式,在频域中对于调制信号而言,光纤可以看作是一个低通滤波器,
当调制信号的高频分量通过光纤时,就会受到严重衰减,如图所示 。
七、光纤的色散和带宽对通信容量的影响
26
光纤的带宽 (f为调制信号频率 )
27
通常把调制信号经过光纤传播后,光功率下降一半 (即 3dB)时的频率 (fc)的大小,
定义为光纤的带宽 (B)。 由于它是光功率下降 3dB对应的频率,故也称为 3dB光带宽 。
可用式 (3-33)表示 。
28
光功率总是要用光电子器件来检测,
而光检测器输出的电流正比于被检测的光功率,于是：
从式 (3-34)中可以看出,3dB光带宽对应于 6dB电带宽 。
29
1.
既然脉冲展宽,色散和带宽描述着光纤的同一个特性,那么它们之间必然存在着一定的联系 。
2,模式畸变带宽和波长色散带宽由于总色散包括模式色散,材料色散和波导色散,所以光纤的总带宽也可表示为：
30
式中,BM是由模式色散引起的模式畸变带宽； Bc是由材料色散和波导色散引起的波长色散带宽 。
31
波长色散带宽定义为：
式中,Δλ是光源的谱线宽度,单位是
nm； L是光纤的长度,单位是 km； D(λ)是材料色散和波导色散的色散系数 (即波长色散系数 ),单位是 ps/(nm·km),其中材料色散占主导地位 。
32
3,链路总带宽对通信容量的影响光纤链路总带宽与光纤长度之间的关系要分光纤链路中间有无接头 。 对于无接头的一个制造长度的光纤总带宽 BT与其单位公里带宽 B
BT=B·L-γ
式中,L是光纤的制造长度 (km),γ为带宽距离指数,它的取值与光纤的剖面分布及模耦合状态有关,一般在 0.5～ 1.0之间
(多模光纤取 0.5～ 0.9,单模光纤 γ＝ 1)。
33
2.4 光纤的损耗特性光波在光纤中传输,随着距离的增加光功率逐渐下降,这就是光纤的传输损耗,该损耗直接关系到光纤通信系统传输距离的长短,是光纤最重要的传输特性之一 。
光纤损耗,是通信距离的固有限制 。 在给定发送功率和接收机灵敏度条件下,它决定了从光发送机到光接收机之间的最大距离 。
34
形成光纤损耗的原因很多，其损耗机理复杂，计算也比较复杂 (有些是不能计算的 )。
降低损耗主要依赖于工艺的提高，现在光纤的已经接近了光纤损耗的理论极限。
光纤损耗的原因主要有吸收损耗和散射损耗，还有来自光纤结构的不完善。
35
单模光纤的损耗谱特性
36
2.4.1
吸收损耗是由制造光纤材料本身以及其中的过渡金属离子和氢氧根离子 (OH－ )
等杂质对光的吸收而产生的损耗,前者是由光纤材料本身的特性所决定的,称为本征吸收损耗 。
37
1,
本征吸收损耗在光学波长及其附近有两种基本的吸收方式。
(1)
紫外吸收损耗是由光纤中传输的光子流将光纤材料中的电子从低能级激发到高能级时,光子流中的能量将被电子吸收,
从而引起的损耗 。
38
(2)
红外吸收损耗是由于光纤中传播的光波与晶格相互作用时,一部分光波能量传递给晶格,使其振动加剧,从而引起的损耗 。
2.
光纤中的有害杂质主要有过渡金属离子,如铁,钴,镍,铜,锰,铬等和 OH－ 。
39
3.
通常在光纤的制造过程中,光纤材料受到某种热激励或光辐射时将会发生某个共价键断裂而产生原子缺陷,此时晶格很容易在光场的作用下产生振动,从而吸收光能,引起损耗,其峰值吸收波长约为
630nm左右 。
40
2.4.2
1.
任何光纤波导都不可能是完美无缺的,
无论是材料,尺寸,形状和折射率分布等等,均可能有缺陷或不均匀,这将引起光纤传播模式散射性的损耗,由于这类损耗所引起的损耗功率与传播模式的功率成线性关系,所以称为线性散射损耗 。
41
(1)
瑞利散射是一种最基本的散射过程，
属于固有散射。
对于短波长光纤，损耗主要取决于瑞利散射损耗。值得强调的是：瑞利散射损耗也是一种本征损耗，它和本征吸收损耗一起构成光纤损耗的理论极限值。
42
(2) 光纤结构不完善引起的散射损耗 (波导散射损耗 )
在光纤制造过程中,由于工艺,技术问题以及一些随机因素,可能造成光纤结构上的缺陷,如光纤的纤芯和包层的界面不完整,芯径变化,圆度不均匀,光纤中残留气泡和裂痕等等 。
43
2,
光纤中存在两种非线性散射，它们都与石英光纤的振动激发态有关，分别为受激喇曼散射和受激布里渊散射。
44
2.4.3
光纤的弯曲有两种形式：一种是曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲,我们习惯称为弯曲或宏弯；另一种是光纤轴线产生微米级的弯曲,这种高频弯曲习惯称为微弯 。
45
在光缆的生产、接续和施工过程中，
不可避免地出现弯曲。
微弯是由于光纤受到侧压力和套塑光纤遇到温度变化时，光纤的纤芯、包层和套塑的热膨胀系数不一致而引起的，其损耗机理和弯曲一致，也是由模式变换引起的。
46
2.4.4
为了衡量一根光纤损耗特性的好坏,
在此引入损耗系数 (或称为衰减系数 )的概念,即传输单位长度 (1km)光纤所引起的光功率减小的分贝数,一般用 α表示损耗系数,
单位是 dB/km。 用数学表达式表示为：
47
式中,L为光纤长度，以 km为单位； P1和
P2分别为光纤的输入和输出光功率，以 mW或 μW
为单位。
48
2.5光纤的非线性效应任何介质在强电磁场作用下都将呈现出非线性特性，光纤也不例外。
虽然石英光纤本质上不是高非线性材料，但由于光纤传输距离很长，并将光场限制在横截面很小的区域，所以光纤中的非线性现象仍然十分显著，对光信号的传输有重要影响，并在许多方面得到应用，所以现在光纤非线性已发展成为非线性光学的一个重要分支学科 —— 非线性光纤光学。
49
介质的非线性效应，其起因与施加到介质上的场的影响下束缚电子的非谐振运动有关，结果导致电偶极子的极化强度 p随电场 E的非线性变化，
并满足通常的关系。
ε0为真空中的介电常数，为 J阶电极化率，考虑光的偏振效应时,χ(j)是 J+1阶张量。
线性电极化率 χ(1)对 P有重要影响，它主要影响介质的折射率和衰减常数。
二阶电极化率 χ(2)会引起二次谐波与混频的产生。
]:[ )3()2()1(0 EE EEEEP
50
然而,χ(2)只在某些分子结构非反演对称的介质中才存在，而在 SiO2这种对称结构的分子中,χ(2) =0,因而在石英光纤中通常不显示有二阶非线性效应。
但当纤芯中有掺杂材料时，会显示一定的二阶非线性效应。
51
2.5.1非线性折射率与自相位调制光纤中的最低阶非线性效应起源于三阶电极化率 χ(3)，它是引起三次谐波、四波混频、非线性折射率与自相位调制等现象的原因。光纤中大部分非线性效应起源于非线性折射率。非线性折射率是 χ(3)与光场相互作用的结果，可表示为式中,|E|是光场幅度的有效值或均方根； n0(ω)
为线性折射率，与 χ(1)相关； ω叫为光场角频率；
n2称为非线性折射率或 Kerr系数。
2
0
2
2)(),( EnnEn
52
由光纤的导波理论发现，折射率非线性分量的出现将引起导模传播常数的变化，使传播常数增加了一附加项，因而有
β’=β+γP
式中 β为线性传输时的传播常数； P为光纤中传输的功率； γ =k0n2/Aeff为非线性系数,Aeff为光纤有效截面积。
传播常数非线性分量的引入将引起模场相位随距离线性增加。 由模场自己产生的非线性效应而引起的非线性相移称为自相位调制 (SPM)
e f fin
LL
NL LPdZZPdZ 00 )()'(?
53
非线性效应产生的自相位调制一般不大，对只用检测功率的方法解调信号的光波系统 (IM／ DD系统 )，无关紧要，但在级联光放大系统和 WDM系统中则不容忽视,
在相干光波系统中也不能忽视。
相干光波系统要求有高的相位稳定性，
即 ΦNL<<1。 在这种系统中 L很长，有 Leff=1
／ α，因而条件 ΦNL<<1意味着要求
Pin<< α /γ
54
自相位调制还将导致光脉冲的频谱展宽或频率啁啾，影响光波系统的性能，但是在光纤的负色散区，这种自相位调制与色散相互作用能支持超短光孤子脉冲传输，
实现新的光孤子通信，是非线性折射率的重要应用。
55
当使用不同的载频的两个或多个信号在光纤中同时传输时，折射率与光强的相关性将导致另一种非线性效应，称为交叉相位调制 (XPM),它表明一个特定信道光信号产生的非线性相移不仅取决于其自身的场强或功率，也取决于其他信道信号的功率，因而第 j信道的相移可写为式中,M是信道总数； Pj是信道功率 (j=1~M)； 因子 2表明在同样功率下,XPM的影响是 SPM的两倍，这样总相移就与所有信道的功率和相关，并根据相邻信道比特图形而变化。
)2(?
M
jm
mje f f
j PPL
NL
56
2.5.2受激非弹性散射前面讨论的瑞利散射属于一种弹性散射，不发生场与介质的能量交换，其散射频率 (或光子能量 )保持不变。
相对而言，在非弹性散射中，散射光频率下移，光场把部分能量传递给介质，
称为受激非弹性散射。
光纤中有两种非线性效应，它们都与石英的振动激发态有关，分别为受激喇曼散射 (SRS)和受激布里渊散射 (SBS) 。
57
光纤中有两种非线性效应，它们都与石英的振动激 发态有关，分别为受激喇曼散射 (SRS)和受激布里渊散射 (SBS),它们都以一个入射场的光子 (通常称为泵浦 )的湮灭，产生一个下移斯托克斯频率的光子及适当能量和动量的光 (声 )学声子为特征。
两者的主要差别是 SRS中参与的是光学声子，
而在 SBS中参与的是声学声子。当然，如果介质能吸收一个具有恰当能量和动量的声子，也能产生有更高能量的光子，称为反斯托克斯频率。
58
尽管 SRS与 SBS的起因非常相似，但由于声子与光子不同的色散关系，导致两者之间的一些本质差别，其中一个本质差别是，在单模光纤中
SBS只发生在向后方向，而 SRS主要是向前方向。
在高功率传输时，光纤中的受激喇曼散射和受激布里渊散射能导致相当大的损耗，一旦入射光功率超过阈值，散射光强度将指数增长。
一般情况下,SRS和 SBS在光纤通信系统中是一种有害的因素，但由于它们能通过将具有合适波长的泵浦场的能量传给另一波长的光场，使该光场得到放大而加以利用,SRS用于制造光纤喇曼激光器和放大器,SBS也能用于制造布里渊放大器。
59
2.5.3参量过程与四波混频上节讨论的受激散射过程中，光纤作为非线性介质，通过分子振动和声学声子的参与，起了主动作用。
除了通过束缚电子的非线性响应作为几个光波相互作用的媒质之外，光纤一般起被动作用。
起源于介质参量 (如折射率的光致调制 )的这种过程称为参量过程。
参量过程根据其起源可分为二阶和三阶参量过程。在普通石英光纤中一般不存在二阶参量过程。三阶参量过程源于三阶非线性极化率 χ(3),
涉及四个光波的相互作用，包括三次谐波的产生、
四波混频和参量放大等现象。
60
如果有载频为 ω1,ω2和 ω3的三个光场同时在光纤中传播，通过 χ(3)的作用将产生第四个光场，
一个或几个光波的光子被湮灭，同时产生了几个不同频率的新光子，且在此过程中，净能量和动量守恒，这样的过程就称为四波混频。新光子的频率为 ω4,与其他三个频率的关系为
ω4 =ω1 ± ω2 ± ω3
原则上相应于不同加减符号的组合都可能产生一个新频率，实际上由于对任何四波混频过程均要求相位匹配，很多组合不能成立。
61
在参量过程中，当 ω1 =ω2时，四波混频把强泵浦波能量转给相对于泵浦频率发生了上、下频移的两个波，其频移量为
Ω s=ω4 -ω1 =ω1 -ω3
若输入频率为 ω3的弱信号，此信号将被放大，同时产生频率为 ω4的新频率波，这种放大称为参量放大，增益称为参量增益。
参量过程与参量增益可用于制造光纤参量激光器和光纤参量放大器，这种放大器不存在半导体光放大器和光纤放大器中固有的放大自发辐射噪声 (ASE) 。
62
2.6 典型光纤参数目前,ITU-T(国际电信联盟－电信标准化机构 )分别对 G.651光纤,G.652光纤,
G.653光纤,G.654光纤,G.655光纤的主要参数特性进行了标准化 。
G.651光纤称为渐变型多模光纤,这种光纤在光纤通信发展初期广泛应用于中小容量,中短距离的通信系统中 。
63
非色散位移单模光纤 ITU-T G.652
G.652 称为非色散位移单模光纤，也称为常规单模光纤，其性能特点是：
(1)在 1310nm波长处的色散为零。
(2)在波长为 1550nm附近衰减系数最小，约为 0.22dB/km,但在 1550nm附近其具有最大色散系数，为 17ps/(nm·km)。
（ 3） 这种光纤工作波长即可选在 1310nm
波长区域，又可选在 1550nm波长区域，它的最佳工作波长在 1310nm区域。 G.652 光纤是当前使用最为广泛的光纤。
64
色散位移单模光纤（ DSF） ITU-T
G.653
G.653称为色散位移单模光纤，是通过改变光纤的结构参数、折射率分布形状，力求加大波导色散，从而将零色散点从 1310nm位移到
1550nm,实现 1550nm处最低衰减和零色散波长一致。这种光纤工作波长在 1550nm区域。它非常适合于长距离单信道光纤通信系统。
65
截止波长位移光纤 (CSF),即 ITU-T
G.654:
其设计的出发点是降低 1.550 μm 处的衰减，而零色波长仍为 1.31 μm 。
非零色散光纤 (NZDSF),命名为 G.655，
其零色散波长偏离 1.550 μm 。
其解决了光纤的色散限制问题，又解决了 1.550
μm 处由非线性效应导致的四波混频的限制，非常适宜于在密集波分复用系统中应用。
66
67
68
69
2.7 成缆对光纤特性的影响
2.7.1
1.
光缆能承受的最大拉力取决于加强构件的材料和横截面积,一般要求大于 1km光缆的重量,
多数光缆在 100～ 400kg范围 。
70
2,
光缆能承受的最大侧压力取决于护套的材料和结构，多数光缆能承受的最大侧压力在 100～ 400kg/10cm
3,
弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折射率差 Δ以及光缆的材料和结构。
4.
光纤本身具有良好的温度特性 。
71
2.7.2 成缆对光纤特性的影响
1.
不良的成缆工艺,把光纤制成光缆后,会带来附加损耗,称之为成缆损耗 。
2,成缆可以改善光纤的温度特性套塑光纤或带有表面涂层的光纤,它的损耗随温度变化如图中虚线所示 。
72
光纤和光缆的温度特征
73
把光纤制成光缆，温度特性会得到相当大的改善，如图中的实线所示。
3.
这一点是很显然的 。 一般光纤的断点强度约为 1～ 5kg,而由于光缆结构中加入了加强构件,护套,甚至铠装层等,因此其断点强度远大于上述值；不仅如此,光缆的抗侧压,抗冲击和抗扭曲性能都有明显增强 。
74
2.8 光 缆
2.8.1
1,光缆的构造光缆的构造一般分为缆芯和护层两大部分 。
75
(1)
在光缆的构造中,缆芯是主体,其结构是否合理,与光纤的安全运行关系很大 。
一般来说,缆芯结构应满足以下基本要求：
光纤在缆芯内处于最佳位置和状态,保证光纤传输性能稳定,在光缆受到一定的拉力,侧压力等外力时,光纤不应承受外力影响；其次缆芯内的金属线对也应得到妥善安排,并保证其电气性能；另外缆芯截面应尽可能小,以降低成本和敷设空间 。
76
(2)
光缆护层同电缆护层的情况一样,是由护套和外护层构成的多层组合体 。 其作用是进一步保护光纤,使光纤能适应在各种场地敷设,如架空,管道,直埋,室内,
过河,跨海等 。 对于采用外周加强元件的光缆结构,护层还需提供足够的抗拉,抗压,抗弯曲等机械特性方面的能力 。
77
2.
光缆的基本结构按缆芯组件的不同一般可以分为层绞式,骨架式,束管式和带状式四种,如图所示 。 我国及欧亚各国用的较多的是传统结构的层绞式和骨架式两种 。
78
光缆的典型结构示意图
79
(1)
层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式,故又称为古典式光缆 。
(2)
骨架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中,槽的横截面可以是 V形,U形或其他合理的形状,槽的纵向呈螺旋形或正弦形,一个空槽可放置 5~10根一次涂覆光纤 。
80
(3)
束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展 。 它相当于把松套管扩大为整个纤芯,成为一个管腔,将光纤集中松放在其中 。
(4)
带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带,然后将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯 。
81
2.8.2
1.
光缆的种类很多,其分类方法也很多,
根据光缆的传输性能,距离和用途,
光缆可以分为市话光缆,长途光缆,海底
82
根据光纤的种类，光缆可以分为多模光缆、单模光缆；
根据光纤套塑的种类，光缆可以分为紧套光缆、松套光缆、束管式新型光缆和根据光纤芯数的多少，光缆可以分为
83
根据加强构件的配置方式,光缆可以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 (如束管式光缆 )和护层加强构件光缆 (如带状式光缆 )
根据敷设方式,光缆可以分为管道光缆,直埋光缆,
根据护层材料性质,光缆可以分为普通光缆,阻燃光缆和防蚁,防鼠光缆等 。
84
2,
光缆的种类较多，同其他产品一样，
具有具体的型式和规格。
(1)
光缆的型式代号是由分类,加强构件,
派生 (形状,特性等 ),护套和外护层五部分组成,如图所示 。
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光缆的型式代号
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①
GY,通信用室 (野 )
GR：
GJ,通信用室 (局 )
GS：
GH,通信用海底光缆；
GT：
GW,通信用无金属光缆 。
87
②
无符号：金属加强构件；
F：
G：
H：
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③
B,扁平式结构；
Z：
T,填充式结构；
S：
注：当光缆型式兼有不同派生特征时，
89
④
Y,聚乙烯护套；
V：
U,聚氨酯护套；
A：
L,铝护套；
Q：
G,钢护套；
S：
90
⑤
外护层是指铠装层及铠装层外面的外被层,参照国标 GB2952-82的规定,外护层采用两位数字表示,各代号的意义如表
2.4所示 。
91
92
(2)
光纤的规格代号是由光纤数目,光纤类别,光纤主要尺寸参数,传输性能和适用温度五部分组成,各部分均用代号或数字表示 。
① 光纤数目用光缆中同类别光纤的实际有效数目的阿拉伯数字表示 。
93
② 光纤类别的代号及其意义
J：
T,二氧化硅系多模阶跃型 (突变型 )
Z：
D：
X：
S,塑料光纤 。
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③ 光纤的主要尺寸参数代号及其意义用阿拉伯数字 (含小数点 )以 μm为单位表示多模光纤的芯径 /包层直径或单模光纤的模场直径 /包层直径 。
④ 传输性能代号及其意义光纤的传输特性代号是由使用波长,
损耗系数,模式带宽的代号 (分别为 a,bb、
cc)构成 。
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其中 a表示使用波长的代号，其数字
1：使用波长在 0.85μm
2：使用波长在 1.31μm
3：使用波长在 1.55μm
bb表示损耗系数的代号，其数字依次为光缆中光纤损耗系数值 (dB/km)的个位和
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cc表示模式带宽的代号，其数字依次是光缆中光纤模式带宽数值 (MHz·km)的千注意：同一光缆适用于两种以上的波长，并具有不同的传输特性时，应同时列出各波长上的规格代号，并用 "/"
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⑤ 适用温度代号及其意义
A,适用于 -40℃ ~ +40℃ ；
B,适用于 -30℃ ~ +50℃
C,适用于 -20℃ ~ +60℃
D,适用于 -5℃ ~ +60℃
