第2章 光纤与光缆工程

第2章 光纤与光缆工程

本章目的：

掌握光纤、光缆的结构及类型 了解光纤的导光原理 掌握光纤的传输特性 了解光缆的敷设和熔接

本章内容：

2.1 光纤结构 2.2 光纤的导光原理 2.3 光纤的传输特性 2.4 光缆的敷设和接续 2.5 光纤光缆的发展现状 补充：光纤参数测试和光缆线路工程测试

2.1 光纤结构

图2-1 光纤基本结构

光纤呈多层圆柱形。中心部分是纤芯，纤芯以外的部分称为包层。为了达到传导光波的目的，需要使纤芯材料的折射率n1大于包层的折射率n2。目前主要是石英光纤，其中的主要成分是石英。如果在石英中掺入一定的掺杂剂，就可作为包层材料。

实用的光纤的外面附加几层塑料涂层，以保护光纤，增加光纤的强度。经过涂塑以后的光纤称为光纤芯线。涂塑有一次涂塑和二次涂塑。 光纤可分为紧套光纤和松套光纤，见图2-2。 紧套光纤和松套光纤的比较。 2.光纤分类

石英系列光纤（以SiO2为主要材料）多组分光纤（材料由多组成分组成）液芯光纤（纤芯呈液态）塑料光纤（以塑料为材料）阶跃型光纤（SIF）渐变型光纤（GIF）W型光纤单模光纤（SMF）按光纤传输模式数划分多模光纤（MMF ）按光纤组成材料划分光纤种类按光纤纤芯折射率分布划分

图2-3 典型光纤折射率分布

阶跃光纤的分布图有跳变。渐变光纤的分布图从顶点开始平滑过渡到包层折射率。 图2-4 光纤中的光传播

光在阶跃型光纤中的射线形状是折线。在渐变型光纤中的形状是完全的波浪线。 模式：一种电磁场的场型分布。

光纤的尺寸和折射率分布决定能传输多少模式。 表2-1 单模光纤和多模光纤的比较

3.光纤制造过程简介 (1) 光纤制造过程:

①制作光纤预制棒。满足n1>n2的条件。

②拉丝。将预制棒拉制成又长又细的玻璃丝。最后得到的玻璃丝就是光纤。 (2)制造方法

简要介绍管内化学汽相沉积法。称为MCVD 法。 MCVD 法制备光纤预制棒的示意图如图2-7所示。 过程简述：

车床带动石英管转动，由喷灯对石英管加热。氧气流带动物质进入石英管，逐渐沉积在管壁。先沉积包层，再沉积纤芯。 2.2光纤的导光原理

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：n = c/v

回顾斯涅尔定律

1 = 3 n1sin 1 = n2sin 2

全反射是光线传送的必要条件。 图2-8

n0sin0n1sinn1sin90cn1cosc

sin0n1cosc

n12 cosc1sin2c12n12n2n1n1

2sin0n12n2 2222定义NA=n1n2 (n1n2)/2n12(n1n2)/n1 则NA=n12

2NA表示收集光线能力的大小。

传导模：满足全内反射条件，并且相位一致 辐射模：不满足全内反射条件。

单模传输条件：归一化频率V≤2.4048 2.3光纤的传输特性

光纤特性包括传输特性、光学特性、几何特性、机械特性和温度特性等。仅介绍传输特性。

1. 光纤的损耗

光纤传播的光能有一部分在光纤内部被吸收，有一部分可能辐射到光纤外部，使光能减少，产生损耗。光纤每公里的损耗，称为衰减系数，单位为dB/km。

图2-9 光纤的衰减特性 图中有三个低损耗窗口：00.85m、01.31m、01.55m。

光纤衰减分为吸收衰减和散射衰减两种。吸收衰减包括固有吸收衰减和杂质吸收衰减，散射衰减包括固有散射衰减和结构不完善衰减。

衰减产生的原因如下：

（1）光纤的电子跃迁和分子振动都要吸收一部分光能，造成光的损耗，产生衰减。 （2）光纤原料总有一些杂质，存在过镀金属离子(如Cu2+、Fe2+、Cr3+等)，这些离子在光照下产生振动，也会产生电子跃迁，产生衰减。 （3）在光纤中存在氢氧根，产生衰减。

（4）由于瑞利散射、布里渊散射、受激拉曼散射等原因，使一部分光能射出光纤之外，产生衰减。

瑞利散射是指光波遇到与波长大小可以比拟的带有随机起伏的不均匀质点时所产生的散射。光时域反射仪(OTDR)，就是通过被测光纤中产生的瑞利散射来工作的。布里渊散射、受激拉曼散射是强光在光纤中引起的非线性散射，这种散射也产生损耗。 （5）光纤接头和弯曲也会产生损耗。 2. 光纤的色散和带宽

色散定义：是指集中的光能（光脉冲），经过光纤传输后在输出端发生能量分散，导致传输信号畸变的一种现象。

色散会造成误码，进而影响传输速率 光纤色散主要包括以下4种： （1）模式色散

模式色散是指多模光纤中，由于各导模之间群速度不同造成的模间色散。其含义可以用图2-10来说明。

（2）材料色散

材料色散是由于光纤材料的折射率随光频率呈非线性变化以及模式内部不同波长成分

的光有不同的群速度导致的脉冲波形畸变。

（3）波导色散

波导色散是某个导模在不同波长下的群速度不同引起的色散，它与光纤结构的波导效应有关，因此又称结构色散。

（4）偏振模色散

普通单模光纤实际上传输的是两个相互正交的模式，若光纤中存在不对称现象，两个偏振模的传输速度也会不同，从而导致各自的群时延不同，形成偏振模色散（PMD）。

多模光纤的色散生要包括模式色散、村料色散、波导色散等。其中模式色散占主要成分，它最终了多模光纤的带宽。单模光纤只传输一个模式，没有模式色散，因而带宽很宽，

由于单模光纤的带宽比多模光纤宽得多，对信号的畸变或展宽很小，所以多模光纤一般用带宽表示，而单模光纤一般用色散来表示。 2.4 光缆的结构与分类

1. 光缆的结构 光缆的一般组成。 （1）缆芯

将套塑后并满足机械强度要求的单根或多根光纤芯线，与不同形式的加强件和填充物组合在一起称为缆芯。

（2）加强件

加强件用于提高光缆施工的抗拉能力。加强件在光缆中的位置有中心式、分布式和铠装式3种。

（3）护层结构

护层是用于保护缆芯，使缆芯有效抵御一切外来的机械、物理、化学的作用，并能适应各种敷设方式和应用环境，保证光缆有足够的使用寿命。光缆护层分为外护层和护套。

（4）填充物

在光缆缆芯的空隙中注满填充物（如石油膏），其作用是保护光纤免受潮气和减少光缆的相互摩擦。

2. 光缆分类

光缆的分类方法很多，下面作简要介绍。

（1）按传输性能、距离和用途划分:市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆等。 （2）按光纤的种类划分:多模光缆、单模光缆。

（3）按光纤套塑方法划分：紧套光缆、松套光缆、束管式光缆和带状多芯单元光缆等。 （4）按缆芯结构划分：层绞式光缆、中心管式光缆和骨架式光缆等。

（5）按光纤芯数划分：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。

（6）按加强件配置方法划分：中心加强构件光缆（如层绞式光缆、骨架式光缆）、分散加强构件光缆（如束管两侧加强光缆、扁平光缆）、护层加强构件光缆（如束管钢丝铠装光缆）等。

（7）按线路敷设方式划分：架空光缆、管道管缆、直埋光缆、隧道光缆和水底光缆等。 （8）按使用环境与场合划分：室外光缆、室内光缆及特种光缆三大类。

（9）按护层材料性质划分：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等。

（10）按网络层次划分

按网络层次的不同，光缆可分为长途光缆、长途端局之间的线路（包括省际一级干线、省内二级干线）、市内光缆（长途端局与市话端局以及市话端局之间的中继线路）、接入网光

缆（市话端局到用户之间的线路）等。

（11）按传输导体、介质状况划分

按传输导体、介质状况分类，光缆可分为无金属光缆、普通光缆（包括铀铜导线作远供或联络用的金属加强构件、金属护层光缆）和综合光缆（指用于长距离通信的光缆和用于区间通信的对称四芯组综合光缆，它主要用于铁路专用网通信线路）。

3. 典型光缆介绍 （1）层绞式光缆

层绞式光缆属于室外光缆，其结构如图2-12所示。层绞式光缆的特点：可容纳较多数量的光纤；光纤余长比较容易控制；光缆的机械和环境性能好；可用于直埋、管道敷设，也可用于架空敷设。

图2-12 层绞式光缆

层绞式光缆的不足之处是光缆结构较复杂、生产工艺较繁琐、材料消耗多等。 （2）束管式结构光缆

把一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中，加强芯配置在套管周围而构成，如图2-13所示。

束管式结构光缆的特点：由于束管式结构的光纤与加强芯分开，因而提高了网络传输的稳定可靠性；束管式结构由于直接将一次光固化层光纤放置于束管中，所以光缆的光纤数量灵活；束管式结构光缆对光纤的保护效果最好；束管式结构光缆强度好、耐侧压，能防止恶劣环境和可能出现的野蛮作业的影响。

图2-13 束管式结构光缆

（3）骨架式结构光缆

骨架式结构光缆是将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，如图2-14所示。

图2-14 骨架式结构光缆

骨架式结构光缆的特点：骨架式结构光缆可以用一次涂层光纤直接放置于骨架槽内，省去松套管二次被覆过程；骨架型式有中心增强螺旋形、正反螺旋形、分散增强基本单元型等；骨架式结构对光纤具有良好的保护性能、侧压强度好，对施工尤其是管道布放有利。

（4）带状结构光缆

带状结构光缆是将带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结构或放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构，如图2-15所示。

图2-15 带状结构光缆

带状结构光缆的特点：可容纳大量的光纤（与束管式、层绞式等结构配合，其容纳光纤数量可达100芯以上）；带状光缆还可以以单元光纤为单位进行一次熔接，以适应大量光纤接续、安装的需要。

（5）单芯结构光缆

单芯结构光缆简称单芯软光缆。单芯光缆一般采用紧套光纤来制作，其外护层多采用具有阻燃性能的聚氯乙烯塑料，如图2-16所示。

单芯结构光缆的特点：几何、光学参数一致性好；使用中，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。

（6）特殊结构光缆

特殊结构光缆是指电力光缆、阻燃光缆和水底光缆等，由于其应用的特殊性，导致其结构也与其他光缆有明显不同，如图2-17所示。

图2-16 单芯结构光缆 图2-17 全介质自承式结构电力光缆

特殊结构光缆的特点：水底光缆的结构和光纤（机械）性能非常高（缆芯外边均为抗张零件和钢管或铝管等耐压层）；电力电缆属于无金属光缆，其加强构件、护层均为全塑结构，适用于电站、电气化铁路及有强电磁干扰的场合，具有防强电磁干扰等特点。

4. 光缆制造过程简介

光缆的制造过程分为以下几个步骤：

（1）光纤的筛选：筛选的目的是选择出传输特性优良和张力合格的光纤。 （2）光纤的染色：方便对光纤的识别

（3）二次挤塑：目的是为光纤制作套管（紧套管和松套管）。

（4）光缆绞合：光缆绞合的目的是将挤塑好的光纤与加强件绞合，构成缆芯。 （5）挤光缆外护套：为光缆加上外层护套，以满足工程应用的需要。

（6）光缆测试：目的是测试光缆是否符合各项设计指标，如测试损耗、是否有断纤、弯曲度如何。通过测试后，就可向用户提供成品光缆了。

5. 光缆型号

光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用“-”分开，即光缆的型号=型式代号-规格代号。

（1）光缆型式代号的命名

光缆的型式代号构成如图2-20所示，依次是分类号、加强件代号、派生代号、护层代号、外护层代号。

图2-20 光缆型式代号构成

①分类代号说明 ②加强件代号说明 ③派生代号（结构特征代号）说明 ④护层代号说明 ⑤外护层代号说明 （2）光缆规格代号的命名

光缆的规格由光纤数和光纤类别组成，如果同一根光缆中含有两种或两种以上规格（光纤数和类别）的光纤时，中间应用“＋”号连接。规格代号构成形式如图2-21所示。

图2-21 规格代号构成

①光纤数代号说明 ②光纤类别代号说明 ③光纤主要尺寸参数说明 ④波长、损耗、带宽说明 ⑤适用温度说明 （3）光缆附加金属导线的说明

如果光缆中附加金属导线，则在光缆型号后，以“＋”连接其说明符号。

金属导线的说明符号是：导线（对、组）数目导线对（组）内导线个数导线的线径。如果在该说明符号后出现字母“L”，则表示导线是铝线，否则，为铜线。

综合以上介绍，光缆的型号规格的描述形式是： 光缆型式代号－光缆规格代号＋附加金属导线说明符 2.5光缆的敷设与接续 2.5.1 光缆的敷设

光缆线路按建筑形式分为直埋、架空、管道和水下等几种敷设方法。光缆线路是光纤通信系统的重要组成部分。因此，光缆敷设要努力做到精心施工，确保工程质量。

1. 直埋光缆敷设 （1）布放光缆的准备工作 （2）光缆敷设的要求和方法

光缆的直埋敷设方法有人工和机动车牵引两种。人工敷设时，首先将光缆盘架在千斤顶上，然后每隔一定距离用人力将光缆放开并放入沟内。机动车牵引敷设法则是用机动车拖引光缆盘，将光缆布放在光缆沟中。

1）光缆布放要求

光缆布放时，严禁直接在地上拖拉光缆，布放速度要均匀，避免光缆过紧成急剧弯曲。光缆的弯曲半径不得小于光缆外径的15倍。光缆端别的确定，一般光缆A

端朝向东、北方向，光缆B端朝向西、南方向。分支光缆线路的端别应服从主干光缆线路端别。相邻两盘光缆重叠1．5～2m。在30°以上斜坡地段光缆应作S形敷设，使光缆留有足够长度，在地形变动时可进行移位。

2）布放光缆的方法

①机械牵引敷设法，采用端头牵引机、中问辅助牵引机牵引光缆。2km盘长的光缆主要采用人工、中间辅助牵引机或端头牵引机等方法，由中间向两侧牵引。

②人工抬放法。将一盘光缆分成二至三段布放，由几十至上百人，间隔10～15m一个人，光缆放于肩上抬放，由专人统一指挥。抬放过程中注意速度均匀．避免“浪涌”和光缆拖地，严禁光缆打“背扣”，防止损伤光缆。

③倒“∞”抬放法。将光缆分若干个组堆盘成“∞”状，并用竹竿或木棒等作抬架。布放时以四至五人为一组将“∞”状光缆抬放于肩上慢慢向前行走，光缆由后边将一个个“∞”字不断退下放入沟中，直到放完。

（3）回填与标志 1）覆上填沟

光缆布放后，经测量检查，光、电特性良好，即可进行覆盖回填。回填时，应先填细土。石质地段或有易腐蚀物质的地段应先铺盖30cm左右的沙子或细土，再回填原土。当回填原土厚50～60cm时，进行第一次夯实。然后每回填30cm夯实一次。通过梯田时，还要把掘开的棱坎垒砌好，恢复原状。石质地带不准回填大石头，一般土路、人行道回填应高出路面5～10cm。郊区农田的回填应高出地面15～20cm。光缆敷设于市区或有可能开挖的地段时，覆土填沟后，出在光缆上面30 cm处铺以红砖作为标志，也可保护光缆线路。

2）光缆标石埋设

为方便维护和抢修时寻找光缆路由，直埋光缆均应设置标石。标石是表明光缆走向和特殊位置的钢筋水泥或石质标志。光缆标石主要分为接头标石、转角标石、路由标石和监测标石四类。

光缆路由直线段．每隔100 m左右设一个标石，光缆通过公路、铁路、河流时，要设计

标石。在接头处、地线坑、转弯处及山坡顶部．也要设立路由标石。标石必须在回填时埋设于光缆左侧1m处(由A端向B端方向)，也可埋于光缆沟正。地线坑的标石应埋设在接地体与引线焊接处。标石埋深不小于60 cm，外露30 cm。

2. 架空光缆敷设 将光缆架设在杆上的敷设方法称为架空敷设。主要应用于容量较小、地质条件不稳定，市区无法直埋且无电信管道、山区和水网等特殊地形及有杆路可利用的地段。

（1）光缆吊线程式选择

架空光缆的支承方式有吊线托挂式和吊线缠绕式两种。因光缆具有一定重量，且机械强度较差，所以在杆路上必须另设吊线，用挂钩或挂带把光缆托挂在吊线上。光缆吊线程式的选择，要根据所挂光缆的程式、重量、标准杆距和线路所在地区的气象负荷来确定

（2）光缆吊线的装设

1）光缆吊线装没的基本要求

①为了保证光缆线路的安全，一条光缆线路上吊线一般不得越过4条

②电杆上的吊线位置，应保证架挂光缆后，在最高温度或最大负载时，光缆到地面的距离符合要求。

③同一杆路上架设两条以上吊线时．吊线间的距离应符合要求。 ④新设的光缆吊线，一档内只允许—个接头。 2）光缆吊线的装设方法

①中间杆的装设。光缆吊线在中间杆的装设．不同电杆合个向的方法。木杆—般在电杆上打穿钉洞，用穿钉和夹板固定吊线；混凝土电杆采用穿钉法(电杆上钉预留孔)、钢箍法和光缆吊线钢扣法。光缆吊线距杆顶的距离水得小于50 cm，光缆吊线的坡度变更一般不得超过杆距的5％。若大于5％，电杆上应设置辅助线。

②角杆的装设。角杆上装设夹板时，夹板的线槽应在上方，夹板的槽口由光缆吊线的合力方向而定。电杆为内角杆时，槽口应背向电杆；电杆为外角杆时，槽口应面向电杆。

③终端杆、转角杆的装设。终端杆和角深大于15m的转角杆上的光缆吊线应做终结，如终端杆和转角杆因地形无法终结时，应将光缆吊线向前延伸一档或数档，再做吊线终结。

光缆吊线终结的方法一般由U型钢绞线卡子法、双槽夹板法和铁线另缠法。 （3）光缆架挂

1）架挂光缆的基本要求 2）光缆架挂的基本方法 架空光缆的敷设方法较多，我国目前较多地采用托挂式。托挂式施工方法一般有机动车牵引动滑轮托挂法、动滑轮边放边挂法、定滑轮托挂法、预挂挂钩托挂法等。托挂过程如图2-22所示。

图2-22 托挂中光缆引上

2.5.2 光缆的接续

光缆接续分为光纤接续和光缆护套接续两部分。光纤接续一般可分为固定连接和连接器连接两种形式。光缆护套接续一般可分为热接法和冷接法两大类。 光缆接续一般按以下步骤进行。 1) 剥开光缆，除去光缆护套。

2) 清洗、去除光缆内的石油填充膏。

3) 捆扎好光纤，若采用套管保护时，应预先套上热缩套管。 4) 检查光纤芯数，进行光纤对号，核对光纤色标是否有误。 5) 加强芯接续。

6) 各种辅助线对(包括公务线对、控制线对、屏蔽地线等)接续。 7) 光纤的接续。

8) 光纤接头的保护处理。 9) 光纤余纤的盘留处理。 10) 完成光缆护套的接续。 11) 光缆接头的保护。

现将光缆接续中常用的方法作一介绍。

1. 光纤固定接续的操作方法

光纤固定接续是光缆线路施工中最常用的一种接续方法，大都采用熔接法。这种方法的优点是光纤的连接损耗低，安全可靠，受外界因素的影响小。

光纤熔接操作一般分为光纤端面的处理、光纤的接续安装、光纤的熔接(或冷接)、光纤接头的保护、余纤的收容等几个步骤。

介绍光纤接续的操作方法。 （1）光纤端面处理

1)去除光纤的一、二次涂(被)覆层、松套管 2)清洗裸光纤 3)切断光纤断面 （2）光纤装夹

1)打开熔接机防尘罩，抬起光纤压板。

2)将光纤装入V型固定槽中，位置以在屏幕上可看到光纤端面为宜，放下光纤压板。 3)左右光纤装好后，盖好防尘罩。

（3）熔接

1)手动熔接方式

4)光纤接续注意事项和要求

①光纤接续必须在帐篷内或工程车内进行，严禁露天作业。 ②严禁用刀片去除一次涂覆，严禁用火焰法制作光纤断面。

③光纤接续前，必须对接续机具的V型导槽等用酒精清洗；光纤切割后应用超声波清洗器去除光纤端面灰尘以保证接续质量。

④清洗光缆内的石油膏应采用专用清洗剂，禁止使用汽油。 （4）光纤接头的保护

应对熔接的光纤接头施加一定的张力进行抗拉强度筛选。对不断裂的接头进行保护，断裂的光纤重新熔接。

（5）光纤接头余纤的处理

为了保证光纤的接续质量和有利于今后接头的维修，光纤都要在接头的两边留有一定长度的余纤。对于余纤的处理．不同的光缆接头程式有不问的处理方法。下面介绍两种常用的余纤处理方法。

2.接续子连接操作 （1）光纤端面的制作

光纤端面的制作与熔接法类似。所不同的是，不同型号的光纤接续子，光纤的切割长度是不同的。

（2）接续操作 1）设定初始位置

将光纤接续子两端防尘帽取下，并使标有SIECOR字样的旋转固定柱的箭头与标有OPEN字样的旋转固定柱箭头对准（此位置称为初始位置）。

2）对待接先进光纤作好预处理

将光纤依次剥除涂覆层，清洁并切割光纤，要求自光纤末端至一次涂敷层的切割距离为13mm。

3）将先进光纤穿入接续子

将处理好的光纤轻轻地由先进光纤引入孔中穿入，直至光纤不能向前推入为止（此时光纤上涂敷层的末端应进入引入孔约9mm）。但应注意：

①穿入光纤时应尽量减少光纤端面与穿入孔孔壁和导引管壁的碰撞，以免导致连接损耗的增加。

②为便于将光纤穿入接续子，穿入过程中可轻微地捻动光纤。 4）将光纤暂时固定

用右手的拇指和食指捏住中心固定座，左手捏住标有“SIECOR”字样的旋转固定柱顺时针方向旋转90°（由光纤引入方向面对接续子看），暂时将光纤固定。

5）对后进光纤进行处理

处理程序和要求同(2)的说明。 6）将后进光纤穿入接续子

将处理好的光纤轻轻地出后进光纤引入孔中穿入，直至碰到已经固定的先进光纤为止(此时可凭光纤接触的手感判断，且后进光纤涂覆层的末端也应进入引入孔约9mm)。 7）将后进光纤固定

用左手的拇指和食指捏住中心固定座．右手捏住标有“OPEN”字样的旋转固定柱顺时针方向旋转90°(由后进光纤引入方向面对接续子看)，使后进光纤在光纤接续子内位置固定。

此时标有“SIECOR”字样的旋转固定柱箭头应与标有“CLOSED”字样的旋转固定柱箭头对准，光纤接续工作完成。 2.6光纤光缆的发展现状

1. 光纤光缆的国内外标准

（1）国际标准

1）国际电信联盟（ITU-T）标准

ITU-TG.650（1997） 单模光纤相关参数的定义和试验方法

ITU-TG.651（1993） 50/125μm多模渐变型折射率光纤光缆特性 ITU-TG.652（1997） 单模光纤光缆特性

ITU-TG.653（1997） 色散位移单模光纤光缆特性

ITU-TG.6（1997） 截止波长位移型单模光纤光缆特性 ITU-TG.655（1996） 非零色散位移单模光纤光缆特性 （2）国内标准 1）国家标准 ①光纤标准：

GB/T15972.1-1998（第1版）光纤总规范 第1部分 总则

GB/T15972.2-1998（第1版）光纤总规范 第2部分 尺寸参数试验方法 GB/T15972.3-1998（第1版）光纤总规范 第3部分 机械性能试验方法

GB/T15972.4-1998（第1版）光纤总规范 第4部分 传输特性和光学特性试验方法 GB/T15972.5-1998（第1版）光纤总规范 第5部分 环境性能试验方法 ②光缆标准：

GB/T7424.1-1998（第1版）光缆 第1部分 总规范 2）通信行业标准

①光纤标准：

YD/T1001-1999（第1版）非零色散位移单模光纤特性

②光缆标准：

YD/T979-1998（第1版）光纤带技术要求和试验方法 YD/T980-1998（第1版）全介质自承式光缆 YD/T981-1998（第1版）接入网用光纤带光缆 YD/T982-1998（第1版）应急光缆

2. 实用光缆的特性

光缆的主要特性有传输特性、机械特性和环境特性。 （1）传输特性

光缆的传输特性主要由光纤决定，但光缆传输特性中的损耗特性往往要受外界影响。影响光缆损耗特性的主要原因有：温度特性，即温度变化对传输损耗的影响；侧压力特性，即成缆过程中以及光缆敷设时，侧压力对传输损耗的影响；弯曲特性，即成缆过程中光缆敷设后以及光缆接续中处理光纤余长时的弯曲对传输损耗的影响；应变特性，即成缆过程中以及光缆敷设后，光纤应变对传输损耗和寿命的影响。

图2-23 引起光缆的损耗增加的主要原因

（2）机械特性

光缆在制造、运输、施工和使用过程中都会受到各种外机械力作用。光缆在外机械力作用下，光缆中光纤很可能传输性能发生变化，使用寿命也可能缩短，甚至出现断纤现象。因此，光缆机械性能指标是光缆产品质量的重要技术指标。光缆机械性能指标有拉伸、压扁、冲击、反复弯曲、扭转、曲绕等受力状态。如表3-1所示。

表2-3 光缆机械性能试验 （3）环境特性

光缆敷设到实际线路的路由上，将会遇到各种不利的自然环境的作用或人为因素的影响，因此，要研究光缆在温度变化下的衰减、渗水、油膏滴流等问题。

表2-4 环境性能指标要求

3. 光纤光缆的最新发展

（1）新型光纤不断出现

1）用于长途通信的新型大容量长距离光纤。 2）用于城域网通信的新型低水峰光纤。 3）用于局域网的新型多模光纤。 4）前途未卜的空芯光纤。 （2）光缆新结构大量涌现

1）光缆结构根据使用的网络环境有了明确的光纤类型的选择，如干线网光纤、城域网光纤、接入网光纤、局域网光纤等，这决定了大范围内光缆光纤传输特性的要求，具体运用的条件还有可依据的细分的标准及指标；

2）光缆结构除考虑光缆使用环境条件以外，越来越多的与其施工方法、维护方法有关，必须统一考虑，配套设计；

3）光缆新材料的出现，促进了光缆结构的改进，如干式阻水料、纳米材料、阻燃材料等的采用，使光缆性能有明显改进。

不同的场合和不同的要求造成了光缆的多结构的发展趋势，新的光缆结构以及在现有结构上不断改进的各种结构也在不断涌现，出现了如下一些类型。

●“干缆芯”式光缆 ●生态光缆： ●海底光缆：●浅水光缆 ●微型光缆

●采用了纳米材料的光缆 ●全介质自承式光缆（ADSS） ●架空地线光缆（OPGW） 补充：光纤参数测试

一、光纤衰减常数的测量 1.1定义和测试内容

1.定义：光纤的的衰减常数定义为光纤的输入光功率与光纤的输出光功率比取队数，再除以光纤的长度。公式

10Plgi LPo1.2测试内容

单波长的损耗 损耗-波长特性 接头损耗 1.3 光纤衰减测试方法 1.剪断法

测试原理：用剪断法测试衰减常数是基于对衰减常数的定义而进行的。对光源要进行调制，光源输出稳定。对注入系统的要求是基本上能激起LP01和LP11模，要加滤模器和包层模滤除器，以确保输入到被测系统的是单模。对光功率计的要求是其线性特性要好。 测试步骤：

×制备好光纤端面

×将光源的输出耦合至测试系统．测出光纤在远端输出的光功率Pout

×在离注入端约2m处把光纤剪断，制备好光纤端面后，将光功率计接于剪断处，输出光功率Pin。

×按下式计算衰减常数。

2.插入法

测试方法：将被测光纤插在发送设备与接收设备之间进行测试。 测试步骤：

 先校对仪表，即用自环线将发送设备与接收设备连接起来，测得 功率电平Pin。  撤去自环线，将被测光纤插在发送设备与接收设备之间．测得 功率电平Pout  按下式计算衰减常数。

3.OTDR测接头损耗

测试原理：如图，被接续光纤的一端连接至光时域反射仪，则在OTDR屏上观察到该被接续光纤的背向散射曲线，在曲线中间的台阶处即为光纤的接头处，台阶的落差就是对 应接头的损耗值。

测试步骤：在a、b端各测一次，取两次的算术平均值作为接头损耗。 二、单模光纤色散常数测量

测试原理：利用高稳定度的正弦波去调制光波，这些不同波长的光波通过被测光纤后，由于时延不问，会产少不同的相位移动。测试的任务就是测出不同波长的光波通过光纤后产生的不同的相位移动。 测试步骤：

①设波长为λ1的光，求出的λ1相移；

②设波长为λ2的光，求出的λ1相移

③选择频率,使光波λ1和光波λ2 的最大差距小于1圈， ④求时延差 ⑤求色散系数D 三、多模光纤带宽测试 1.时域法

测试方法：

 测出长光纤的输出脉冲P2(t)。

 保持光源的注入系统不变，在离注入端2m处剪断光纤，测出输入 脉冲P1(t)

 当P1(t)和P2(t)近似高斯分布，分别测出半幅值宽度ζ1和ζ2 。  按下式计算带宽。

2. 频域法

测试方法：

×按照图链接好被测光纤和相应的测试仪器。将正弦波作为注入信号，记录幅频函数 P2(fn)。

×在距离注入端2米处剪断光纤，保持注入条件不变时，测量并记录输出幅频函数P1(fn)

×利用式（2-12）得到基带频率特性曲线，曲线上-6dB电功率处对应的频率就是光纤的 带宽。

补充：光缆线路工程测试

一、光缆线路测试类型及测试项目 1. 测试类型

1．1 光缆线路工程测试 光缆线路工程测试是指在工程建设阶段，对单盘光缆和中继段光缆进行的性能指标检测。

（1）单盘测试 单盘测试是单盘检验的组成部分。单盘测试是对运输到现场的光缆传输、技术特性进行检验，以确定运输到分屯点上的光缆是否达到设计文件的要求。 （2）竣工测试（中继段测试） 光缆线路工程竣工测试又称光缆的中继段测试，这是光缆线路施工过程中较为关键的一项工序。竣工测试是从光电特性方面全面地测量、检查线路的传输指标。 竣工测试还应包括光缆线路工程的竣工验收。 1.2．光缆线路维护测试 通过对光缆线路的光电特性测试，可以了解光缆的工作状态，掌握光缆线路实际运行状况，正确判断可能发生障碍的位置和时间，为光缆线路提供可靠的技术资料。 2 测试项目

2.1．工程测试项目

见表竣工测试项目

2.2 维护测试项目

见表维护测试项目

二、光纤衰减的测量

与光纤参数测试方法相同。 三、光纤长度的测量 1.传输脉冲时延法

设光脉冲经长度为L(m)，平均折射率为n的光纤传输后，其传输时延Dt为 Dt＝n·L/c (s) 式中，c为真空中光速（3×108m/s），此式可改写为 L＝c·Dt/n (m)

可见，只要测得Dt，便能求得已知n值的光纤的长度，这就是传输脉冲时延法的原理。

图 传输脉冲时延测量光纤长度

2.反射脉冲时延法

光纤长度便可由式求得 L＝c·2Δt/2n

图 反射脉冲时延测量光纤长度

四 光缆工程测试

1 中继段测试（竣工测试） 1.1 光缆线路衰减测试 （1）光缆线路衰减定义

可将一个单元光缆段中的总衰减定义为

A＝

n1mnLnSXcY (dB)

式中：an为中继段中第n根光纤的衰减系数（dB/km）； Ln为中继段中第n根光纤的长度（km）；as为固定接头的平均损耗（dB）； X为中继段中固定接头的数量； ac为连接器的平均插入损耗（dB）；

Y为中继段中连接器的数量（光发送机至光接收机数字配线架（ODF）间的活接头）。

图 中继段光纤线路损耗构成示意图

（2）测量方法

有插入法和后向散射法。 ① 插入法

核心网光缆线路，应采用插入法测量。从中继段光缆线路衰减要求在带已成端的连接插件状态下进行测量来说，插入法是唯一能够反映带连接插件线路衰减的方法。

插入法可以采用光纤衰减测试仪（分多模和单模），也可以用光源和功率计进行测量。

插入法的测量偏差，主要来自仪表本身以及被测线路连接器插件的质量，如某个长途光缆工程，据3个中继段光缆线路的衰减测量统计，平均偏差为0.3dB。 ② 后向散射法 后向散射法虽然也可以测量带连接插件的光缆线路衰减，但由于一般的OTDR仪都有盲区，使近端光纤连接器插入损耗、成端连接点接头损耗无法反映在测量值中；同样对成端的连接器尾纤的连接损耗由于离尾部太近也无法定量显示。因此，用OTDR仪所得到的测量值实际上是未包括连接器在内的光缆线路损耗。为了按光缆线路衰减的定义测量，可以通过假纤测量或采用对比性方法来检查局内成端质量。 （3）测量方法的选择 若偏差较大，则可用后向散射法作辅助测量。 1.2．光缆线路衰减曲线测量 （1）目的 光缆线路衰减曲线测量指的是对光缆中光纤后向散射曲线的测量。 （2）测量仪器 光缆线路衰减曲线测量仪器采用的是光时域反向射仪，即OTDR仪。 （3）衰减曲线要求 ① 双向测量 ② 测量记录

③ 线路衰减测量结果的比较 ④ 光缆线路衰减的计算方法 见表 中继段衰减测量统计 1.3 系统光性能参数测试 系统光性能参数主要是指光缆线路的衰减与色散、系统发送光功率、系统接收灵敏度、动态范围及系统富裕度等。

（1）脉冲时延法测色散：同光纤参数测试内容 （2）偏振模色散（PMD）的定义 偏振模色散（Polarization Mode Dispersion，PMD）是指单模光纤中的两个正交偏振模之间的差分群时延，它在数字系统中使脉冲展宽产生误码（尤其在WDM和DWDM系统中）。 （3）PMD的测试方法——干涉法 ① 测量原理 干涉法的测量原理是，当光纤一端用宽带光源照明时，在输出端测量电磁场的自相关函数或互相关函数，从而确定PMD。 干涉法的主要优点是测量速度非常快，测量设备体积小，特别适合于现场使用。 ② 测量装置

见图 光纤参考通道的Michelson干涉法的测量装置 图 空气参考通道的Michelson干涉仪法的测量装置 图 空气参考通道的Mach-Zehnder型干涉仪测量装置

下图是对弱偏振模耦合（上方）和强偏振模耦合（下方）光纤，分别用自相关型仪器（a，b）和互相关型仪器（c，d）测得的干涉条纹图。

1.4 系统发送功率测试

见图 系统发送光功率的测试连接图 图 发送光功率测试方法

1.5系统接收灵敏度与动态范围的测试

见图 系统接收灵敏度与动态范围的测试 图 光接收灵敏度（动态范围）测试

见表 观察到一个误码所需的最小单元观察时间 1.6 系统富裕度及其测试

见图 中继段光链路的富余度分配