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1光纤和光缆2主要内容:光纤的结构和类型。光纤的导光原理。光纤的特性。。光纤和光缆31.1光纤的结构和类型1.1.1光纤的结构1.光纤结构光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成，如图2-1所示。图2-1光纤的结构41.1光纤的结构和类型（1）纤芯单模光纤的纤芯为4μm～10μm，多模光纤的纤芯为50μm。纤芯的成分是高纯度SiO2。（2）包层直径d2=125μm51.1光纤的结构和类型（3）涂覆层一次涂覆层:丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料；缓冲层:填充油膏；二次涂覆层: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1.5mm。61.1光纤的结构和类型2．光纤的折射率分布与光线的传播图2-3光纤的折射率分布71.1光纤的结构和类型图2-5光在阶跃折射率多模光纤中的传播图2-6光在渐变折射率多模光纤中的传播81.1.2光纤的分类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套塑结构分类可分为紧套光纤和松套光纤91.1.2光纤的分类1．按传输模数分类传播模式概念：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。图2-4光在阶跃折射率光纤中的传播101.1.2光纤的分类（1）多模光纤当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时（约1μm），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。。（2）单模光纤当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）较小，与光波长在同一数量级，如芯径d1在4μm～10μm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，这样的光纤称为单模光纤。111.1.2光纤的分类图2-7光在单模光纤中的传播轨迹图2-6光在渐变折射率多模光纤中的传播121.1.2光纤的分类2．按传输波长分类光纤可分为短波长光纤和长波长光纤。短波长光纤的波长为0.85μm（0.8μm～0.9μm）长波长光纤的波长为1.3μm～1.6μm，主要有1.31μm和1.55μm两个窗口。3．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。131.1.2光纤的分类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，光纤可以在套管中自由活动。图2-8套塑光纤结构141.1.2光纤的分类4．单模光纤的分类（1）G.651光纤：多模渐变型光纤，中小容量、中短距离。（2）G.652光纤G.652光纤，也称标准单模光纤（SMF），是指色散零点（即色散为零的波长）在1310nm附近的光纤。（3）G.653光纤G.653光纤也称色散位移光纤（DSF），是指色散零点在1550nm附近的光纤，它相对于G.652光纤，色散零点发生了移动，所以叫色散位移光纤。151.1.2光纤的分类4．单模光纤的分类（4）G.654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1550nm的衰减，其零色散点仍然在1310nm附近，因而1550nm窗口的色散较高。G.654光纤主要应用于海底光纤通信。（5）G.655光纤由于G.653光纤的色散零点在1550nm附近，DWDM系统在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1550nm附近移开一定波长数，使色散零点不在1550nm附近的DWDM工作波长范围内。这种光纤就是非零色散位移光纤（NDSF）。161.2光纤的导光原理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2-9所示）。图2-9光的折射图2-10光的反射全反射是光信号在光纤中传播的必要条件。171.3光纤特性1.3.1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/包层同心度、不圆度。1．芯直径芯直径主要是对多模光纤的要求。ITU-T规定，多模光纤的芯直径为50±3μm。2．包层直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直径均要求为125±3μm。目前，光纤生产制造商已将光纤外径规格从125.0±3μm提高到125.0±1μm。181.3光纤特性3．纤芯/包层同心度和不圆度纤芯/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/包层同心度从≤0.8μm的规格提高到≤0.5μm的规格。不圆度包括芯径的不圆度和包层的不圆度。ITU-T规定，纤芯/包层同心度误差≤6%（单模为＜1.0μm），芯径不圆度≤6%，包层不圆度（包括单模）＜2%。192.3.2光纤的光学特性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。1．折射率分布2/112)/(21darnn其中，n1为纤芯折射率，n2为包层折射率，a为芯半径，r为离开纤芯中心的径向距离，Δ为相对折射率差，Δ=(n1−n2)/n1，g折射率分布指数。202.3.2光纤的光学特性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，n1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），n2为均匀包层的折射率。212.3.2光纤的光学特性3．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的参量。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，会引起光纤的非线性效应，造成光纤通信系统的光信噪比降低，影响系统性能。模场直径（或有效面积）越大越好。。222.3.2光纤的光学特性图2-13模场直径232.3.2光纤的光学特性4．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。242.3.3光纤的传输特性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。1．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）。光纤损耗的定义：A()=10lg（P1/P2）dBP1----输入端输入光功率P2----输出端输出光功率假设光纤损耗在长度上是均匀的，将计算单位长度上的损耗，称之为衰减常数：a()=A()/LdB/Km252.3.3光纤的传输特性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3种损耗。（1）固有损耗（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，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收。（2）外部损耗（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。262.3.3光纤的传输特性（3）应用损耗（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，弯曲损耗对光纤衰减常数的影响不大。272.3.3光纤的传输特性（4）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，单位一般用dB/km。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1310nm和1550nm附近，即通常说的1310nm窗口和1550nm窗口；。如图2-14所示。282.3.3光纤的传输特性图2-14光纤的特性292.3.3光纤的传输特性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，色散一般用时延差来表示。图2-15色散引起的脉冲展宽示意图302.3.3光纤的传输特性光纤的色散可分为模式色散、色度色散。光纤宽带的色散主要受材料色散、模式色散和结构色散影响，其中，单模光纤主要受材料色散的影响。（1）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，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。312.3.3光纤的传输特性（2）色度色散①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群速度不同，由此引起的色散称为材料色散。②波导色散波导色散是由于波导结构参数与波长有关而引起的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。322.3.3光纤的传输特性（4）码间干扰（ISI）图2-17码间干扰332.3.3光纤的传输特性3．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、弯曲以及扭绞性能等，使用者最关心的是抗拉强度。（1）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。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。①预制棒的质量。②拉丝炉的加温质量和环境污染。③涂覆技术对质量的影响。④机械损伤。342.3.3光纤的传输特性（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2-18所示。（合格产品抗张强度432g)图2-18光纤断裂和应力关系示意图352.3.3光纤的传输特性（3）光纤的寿命光纤的寿命，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。（4）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。362.3.3光纤的传输特性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，一般是损耗增大。如图2-19所示。图2-19光纤低温特性曲线光纤的温度特性中低温的阀值是-55°C372.4光缆的结构、种类、型号及端别38主要内容：常用光缆的结构光缆的型号常用光缆的分类光缆的端别及纤序光缆选型2.4.1光缆的结构392.4.1光缆的结构1．光缆的结构光缆由缆芯、护层和加强芯组成。（1）缆芯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）和外护层（多用铝带和聚乙烯组成的LAP外护套加钢丝铠装等）。（3）加强芯加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。2.4.1光缆的结构402．各种典型结构的光缆（1）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。图2-20～图2-24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）。2.4.1光缆的结构41图2-2112芯松套层绞式直埋光缆图2-206芯紧套层绞式光缆2.4.1光缆的结构42图2-2212芯松套层绞式直埋防蚁光缆2.4.1光缆的结构43图2-236～48芯松套层绞式水底光缆2.4.1光缆的结构44图2-2412芯松套+8芯×2线对层绞式直埋光缆2.4.1光缆的结构45（2）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的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。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2-25（b）为螺旋型结构，图2-26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2-25所示的结构。图2-27所示是采用骨架式结构的自承式架空光缆。2.4.1光缆的结构46图2-2512芯骨架式光缆2.4.1光缆的结构47图2-2670芯骨架式光缆2.4.1光缆的结构48图2-27骨架式自承式架空光缆2.4.1光缆的结构49（3）束管式结构光缆把一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中，加