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1、光纤光缆的基本知识与制造基础知识课程纲要光纤通信简史光纤通信的优点光纤的基本结构和传输原理母棒的生产制造工艺光纤的导光基本原理几个主要的有关名词与术语光纤的生产制造工艺光缆预期使用寿命及保证措施光缆的特性和材料光缆的主要结构和特性光缆的命名方法光纤带色谱识别光纤带光缆主要型式光缆结构图解光缆主要生产与测试设备光缆主要原材料清单质量保证体系光纤通信简史光纤通信是以光波为载体，光纤为传输媒质的通信方式。 1965年之前光纤已在学技术中得到应用，但仅限于短距离传输图 象，衰减为1000dB/km 1966年英籍华人高锟博士提出石英光纤理论和光纤通信的概念， 通过理论推导指出石英玻璃的衰减可降到20d
2、B/km以下可用于通 信。 1970年美国康宁公司生产出衰减为20dB/km的光纤，之后光纤通 信飞速发展。 现在普通单模光纤在1550nm处衰减已降到0.2dB/km以下。光纤通信的优点 传输衰减低，中继距离长（同轴、市话电缆一般在20db/km左右 ） 传输带宽宽通信容量大。 尺寸小，重量轻。（光纤直径小，636芯光缆12mm左右，玻璃 比重2.2g/cm3，铜的比重8.9 g/cm3，同径下的重量比是1/15，运输 敷设方便，带状光缆密集度更高） 不受电磁感应、强电、雷电干扰，不会产生放电、火花等。（传 送光信号，非金属不导电媒质。在电力线路、矿井、军火库、电 气化铁路、多雷电地区、易燃
3、易爆场所可以使用） 光纤间无电磁干扰无串光，不会串音，保密性好 节省自然资源有色金属。（1km光纤只有27g SiO2价廉） 不会腐蚀。纤芯：SiO2+GeO2纯度 99.9999%(n1)包层：SiO2纯度 99.9999%(n2)一次涂层:丙烯酸树脂二次涂层:丙烯酸树脂传输基本条件: 折射 率n1n2光纤的基本结构和传输原理从光学意义上讲光在光纤中的传输利用了光的全反射原理。光在均匀媒质 中是直线传播的，在不同的媒质中传输速率不同v=c/n 光经过两种介质 交界面时会发生偏折现象。光纤的导光基本原理 光线经过两种不同介质的交界面时，就会发生偏折现象，一般称之为 光的折射。当光线由光密媒质射
4、向光疏媒质，且入射角大于临界角时 ，就会发生全反射现象。光纤就是利用光的这种全反射特性来导光的 。如下图所示：021媒质2 折射率为 n2媒质1 折射率为 n1n1 n2 当20 时，实现全反射， 0为 临界角.几个主要的有关名词与术语信 号：一种物理现象，它的一个或多个特征可能变化而代表信息。 时分复用：为了在一条公共信道上传输若干个信号，而在时间上使它们相 互错开的一种复用。 传 导 模：同时满足全反射和相位一致等两个条件的光线束称之为传导模 。 多模光纤：是指一种能够承载多个模式的光纤。光纤中存在多个传导模。 单模光纤：是指一种只能传输一种模式的光纤。光纤只能传输基模（最低 阶模）。 模
5、场直径：单模光纤中只有基模传播，通俗地说，模场直径就是基模光斑 的大小。 截止波长：是单模光纤所特有的一个参数，常用符号C表示。判断一根光 纤是不是单模光纤，只要比较一下它的工作波长与截止波长C大小就可 以了。如果C则为单模光纤，该光纤只能传输基模；如果C就不是 单模光纤，光纤中除了基模外，还能传输其它高阶模。色 散：是指不同颜色的束光通过透光物质后被散开的现象。 色散系数：是指单位波长间隔所生产的群时延差。是单模光纤的一个重要 特征参数。 带 宽：在多模光纤中由于各个模式的传播路径和传播速度不同而产生各 个模之间的时延差。一窄光脉冲从光纤一端入射，经过光纤之后，在光纤 出射端形成被展宽的光脉
6、冲，这种现象称之为带宽。 数值孔径：是指光纤的集光能力，可以表示为临界角的正弦。是多模光纤 的一个重要参数。母棒的生产制造工艺主要采用四种气相沉积工艺： 1、气相轴向沉积法，VAD法 2、管外气相沉积法，OVD法 3、改进的化学气相沉积法，MCVD法 4、等离子体化学气相沉积法，PCVD法60mm1500mmOVD VAD MCVD水平玻 璃车床接棒、抛光拉丝塔预制棒准备21.5 m拉 丝125m一 次 涂 覆二 次 涂 覆 200m收线245m二次涂覆层张力试验 复 绕 机张力筛选综合性能 测试仪综合性能测试包层一次涂覆层光纤的生产制造工艺243567 89 10111213141516 1
7、71819202、夹棒、送棒装置 3、光纤的位置控制（X-Y水平装置） 4、高温拉丝炉 5、丝径监控仪 6、一次冷却管 7、裸光纤牵引装置 8、一次涂覆 9、一次涂覆同心度监控仪 10、一次固化 11、内涂层直径监控 12、二次冷却管 13、二次涂层 14、外涂层同心度监控仪 15、二次固化 16、光纤直径监测 17、PMD装置 18、张力测试议 19、摆轮（舞踏轮） 20、双盘收线装置光缆预期使用寿命及保证措施光缆使用寿命主要取决于光缆所采用材料之间的相容性、耐环境适应性 和光缆中光纤的余长控制。 保证措施如下： 1、对原材料的使用进行严格选取。 2、根据用户对光缆的使用环境要求，合理设计光
8、纤余长，严格控制生产 工艺技术条件，确保光纤余长达到设计要求。 3、 依据光纤寿命的计算公式，对光纤寿命进行定量分析并做应变试验 ，验证设计和工艺控制的正确性，达到理论与实际相统一确保光缆预期 使用寿命。 光缆寿命计算： 在静态负载应力s下,经筛选试验的光纤在运行时间t s内的累计断裂概率F 为：式中： ts 预期寿命 tp 筛选试验时间 Np 筛选试验中每公里光纤的断裂次数 L 光纤总长度 F 光纤断裂概率n 光纤疲劳系数 m 韦伯尔曲线斜率 p 筛选试验中施加的应力 s 静态负载施加的应力 其中：C=（/ tp ） 取决于筛选试验中卸荷时间的系数 取决于材料和环境的常数 由于值和值都很难确
9、定，而典型光纤的C值很小，在010-2 范围，当 C=0时，F要大一些。因此，从保守角度考虑，取C=0。那么，我们可获 得光缆寿命公式如下： 在运行状态下的光缆，F1，且1-e-xx，则上式可简化为： 其中： p 光纤筛选时的应变 s 光纤静态负载时应变 保守取值：t p =1秒，F=0.01，Np=0.01，L=1000KM，m=10，n=20，p =1%，s0.18% 那么， t s =44.8年 因而，可以保证我公司光缆使用寿命在30年以上。光缆的特性和材料一、光缆特性 光缆的主要特性包括：光缆中光纤的传输特性、光缆的机械传输特性、 光缆的环境特性和光缆的电气特性。 光缆的机械特性包括：
10、光缆的拉伸、压扁、冲击、反复弯曲、扭转 、卷绕、曲绕、弯折等。 光缆的环境特性包括：光缆的温度特性、滴流性能、渗水性、阻燃 性、防蚁性能、低温下弯曲性能和低温下耐冲击性能等。 当光缆中含有作为导电或传输信号的电导体时，要检测光缆中电导 体的电阻、电介质绝缘强度、绝缘电阻等。 其它特殊用途的光缆还要根据其特殊性能要求进行特殊试验。 二、光缆材料 光缆是由光纤、高分子材料、金属塑料复合材料及金属加强件等共同 构成的光信息传输介质。光缆结构设计要点是根据系统通信容量、使用环境条件、敷设方式、制造工艺等，通过合理选用各种材料来赋予光 纤抵抗外界机械作用力、温度变化、水作用等保护。光缆用材料很多，除 了
11、光纤外，构成光缆的材料可分为三大类： 1、高分子材料：松套管材料、聚乙烯护套料、无卤阻燃护套料、聚乙烯 绝缘料、阻水油膏、阻水带、聚脂带。 当今，用作光纤松套管的材料有：聚对苯二甲酸丁二醇脂（PBT）、聚丙 烯（PP）和聚碳酸脂（PC）等。 （1）PBT以其优良的机械性能、热稳定性、尺寸稳定性、耐化学腐蚀性 以及与光纤用填充阻水油膏和光缆用涂覆阻水油膏的很好的兼容性，而被 广泛用来光纤松套管材料。评定PBT优劣的性能有：熔融指数、抗拉强度 、断裂伸长率和兼容性等。 （2）聚乙烯护套料用作缆芯的防潮保护，称为内护套。聚乙烯护套料用 作铠装保护层时称为外护套，外护套主要起到抗侧压、防湿、耐磨、抗紫
12、 外线等作用。评定聚乙烯护套料质量好坏的性能指针有：熔融指数、抗拉 强度、断裂伸长率和耐环境应力开裂等。 （3）无卤阻燃聚烯烃护套料主要作用有低烟、无卤阻燃要求的光缆的外 护层。评定它的质量的主要性能指针有：抗拉强度、断裂伸长率、极限氧 指数。（4）耐电压痕黑色聚乙烯护套料是为了防止由于放电作用而使光缆外护 层产生电痕电蚀，因为ADSS光缆外护层必须选用耐电痕的材料。评定它 的质量好坏的主要性能指针有：抗拉强度、断裂伸长率、耐环境应力开 裂、介电常数、介电损耗等。 （5）高密度聚乙烯绝缘料蚀以其优良的机械特性、化学稳定性和良好的 电气性能使之在光缆中分别用作骨架和填充绳材料。它具有良好的耐热
13、应力开裂和耐环境应力开裂性能，与光缆阻水油膏有好的兼容性。评定 指针主要有：熔融指数、抗拉强度、断裂伸长率等。 （6）由于光纤对水和潮气产生的氢氧根极为敏感。为了防止水和潮气渗 入光缆，需要往松套管内纵向注入纤用阻水油膏（Filling compounds）， 并沿缆芯纵向的其它空隙填充缆用阻水油膏（flooding compounds），旨 在防止各护层破裂后水向松套管和缆芯纵向渗流。 纤用阻水油膏应具有良好的化学稳定性、温度稳定性、憎水性、析氢分 油极小、含气泡少，与光纤和PBT或PP兼容性好，并且对人无毒害无害 等。缆用阻水油膏一般为热膨胀或吸水膨胀化合物，特别是吸水膨胀缆 用阻水油膏具
14、有吸水特性。 评定阻水油膏质量的共同性能指针有：针入度、钢网分油、蒸发损失、 酸值和析氢等。 （7）聚脂带具有良好的耐热性、化学稳定性和抗拉强度，并具有收缩小 、尺寸稳定性好、低温柔性好等优点。聚脂带在光缆中用包扎材料。评 聚脂带质量的主要性能指针包括：收缩率、抗拉强度、伸长率等。 （8）阻水带的阻水机理是吸水膨胀型阻水，即干性水溶膨胀材料阻水 。阻水带是用粘接剂将吸水树脂粘附在两层聚脂纤维无纺布上构成的 带状材料。阻水带除了具有良好的阻水性、化学稳定性、热稳定性、 机械强度外，还免去了接续中擦掉阻水油膏的工作并兼有对缆芯的绕 包带和缆芯进行保护的作用。 评定的主要指针有：厚度、宽度、5min膨胀高度、拉断力、伸长率、 含水量等。 （9）架设在高压电力输电线路上的全介质自承式光缆（ADSS光缆） ，其重量不是靠悬挂钢索支承，而是靠光缆自身配置的抗拉组件玻璃 钢圆棒和芳纶纱来支承和抗拉强度悬挂在杆塔上。芳纶纱的优点是重 量轻、抗拉强度大。一般，用芳纶纱作为标准组件的ADSS光缆的跨度 范围为751000m。评价质量的主要性能指针有：线密度、破断韧性、破断时的伸长率及 拉伸应变等。 2、金属塑料复合带：钢塑复合带、铝塑复合带。对于室外光缆，通常采用钢塑复合带或铝塑复合带来对缆芯进行纵向铠装 ，再与聚乙烯外护层构成综合性外护套。光缆经金属
