光纤光缆基础知识讲议.ppt
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1、光纤光缆基础知识讲义,2009年7月,目 录,第一章 光纤通信发展史 第二章 光缆基础知识 第三章 光缆生产工艺 第四章 中心束管式光缆 第五章 松套层绞式光缆 第六章 带状光缆 第七章 ADSS光缆,第一章 光纤通信发展史,光纤通信是以激光作为信息载体,以光纤作为传输介质的通信方式。由于光纤的传光性能优异,传输带宽极大,因此,在当今的通信方式中已形成了一个以光纤通信为主,微波、卫星通信为辅的格局。 光纤通信技术是近30年迅猛发展起来的高新技术。它的诞生和发展,给世界通信技术带来了划时代的革命。光纤发展的主要历程。 1966年,美籍华人高锟和Georgo.A.Hockham根据介质波导理论共同
2、提出光纤通信的概念。 1970年,美国康宁公司的Maurer等人首次研究出阶跃折射率多模光纤,其波长在630nm处的衰减系数小于20db/km;同年美国贝尔实验室的Hayashi等人研究出室温下连续工作的GaAALAs双异质结注入式激光器。正是光纤和激光器这两项科研成果的同时问世,拉开了光纤通信的序幕。,1972年,随着光纤制备工艺中的原材料提纯、制棒和拉丝技术水平的不断提高,进而将梯度折射率多模光纤的衰减系数降至4db/km。 1976年,在进一步设法降低玻璃中的OH含量时,发现光纤的衰减在长波长区有:1310nm和1550nm两个低衰减窗口。 1976年,美国西屋电气公司在亚特兰大成功地进
3、行了世界上第一个44.736Mbit/s传输110km的光纤通信系统的现场试验,使光纤通信向实用化迈出了第一步。,1980年,原材料提纯和光纤制备工艺得到不断完善,从而加快了光纤的传输窗口由850nm移至1310nm、1550nm的进程。特别是制出了低衰减光纤,其在1550nm的衰减系数为0.20db/km已接近理论值。与此同时,为促进光纤通信系统的实用化,人们又及时地开发出适用于长波长的光源。应运而生的光纤成缆、光无源器件和性能测试及工程应用仪表等技术的日趋成熟,都为光纤光缆作为新的通信传输介质奠定了良好基础。,1981年以后,世界各发达国家才将光纤通信技术大规模的推入商用。历经近20年的突
4、飞猛进的发展,光纤通信数率已由1978年的45Mbit/s提高到目前的40Gbit/s。 我国自70年代初就已经开始了光纤通信技术的研究,1977年研制出中国第一根阶跃折射率分布多模光纤,其在850nm的衰减系数为300db/km。 1979年,建立了第一个用多模短波长光纤进行的8Mbit/s、5.7km室内通信试验系统。 我们国家历来重视通信工程的建设,在20世纪末完成了“八横八纵”干线网的建设。“八横八纵”光缆干线网的建设历时15年,分为3个阶段:第一阶段是“七五”期间,建设了南京到武汉的光缆干线网(简称宁汉光缆工程),其目的是为了引进和吸收国外的光通信技术;第二阶段是“八五”期间,此次工
5、程布放了23条光缆,共3.7万km,解决了重点城市间的长途通信问题;第三阶段是“九五”期间,此次工程布放了25条光缆,共3.4万km,组成了“八横八纵”的光缆干线网。,中国较大的光纤光缆公司 具备预制棒生产能力及光缆生产能力 长飞 YOFC 烽火 Fiberhome 亨通 富通 中天,第二章 光纤光缆基础知识,光纤与传输的关系-光纤媒质的必然,带宽极宽,容量极大; 衰减小,传输距离远; 串扰小,传输质量高; 抗电磁干扰,保密性好; 尺寸小重量轻,便于运输和敷设; 原料丰富,节约金属;,光纤的优点,光纤的缺点,极易断裂 严格忌水 弯曲能力差; 切断与接续要求高;,数字电视,视频,视频点播,光纤与
6、传输的关系-系统演进对光纤的促进,光纤种类-光纤标准的发展,光纤种类-常用光纤的折射率分布图,光纤种类-常用光纤的折射率分布图,世界主要厂商水峰衰减,光纤分类小结,光纤种类- 光纤选择,光纤的性能-光纤的四大性能,几何尺寸: 模场直径、包层直径、包层不圆度、芯同心度误差等左右着接续和系统传输性能。 环境性能: 温度循环、高温高湿、温度时延漂移、浸水、核辐射等影响着光纤的寿命 机械性能: 抗拉、耐侧压、弯曲、扭转影响着光纤的寿命。 传输性能: 衰减、色散、 PMD 、非线性等决定系统传输质量。,光纤的性能-光纤的几个关键指标,光纤对光纤通信系统影响最大的几个关键指标:,衰减,非线性,色散,性能优
7、化,什么是光纤?,光纤制造-光纤材料,1.光纤的定义:光纤是由高纯透明材料组成的光传输媒质。 2.光纤材料:石英玻璃、塑料、晶体.。 3.石英玻璃: 1.优点:优秀的光学、力学和化学性能,良好的加工性能,极好的温度稳定性能、重量轻、抗电磁干扰。 注意:光纤重量:33g/km,温度变化(40C-20C)光纤长度变化1.1cm。 2.缺点:容易发生脆性断裂。,光纤制造-结构设计,G.651,G.652,G.655,光纤截面图,光谱曲线,光纤制造方法,1.关键技术 1).高纯度:光纤材料要达到高纯度 99.9999%。 2).高精度:精确控制光纤折射率分布和几何尺寸。 2.光纤结构 纤芯:SiO2+
8、GeO2 包层:SiO2 3.制造方法 1)工艺步骤:制棒,拉丝。 2)制棒方法:精确控制光纤折射率分布。 外部气相沉积法:OVD 内部气相沉积法 : MCVD、PCVD 轴向气相沉积法:VAD 等 3)拉丝工艺要点:棒变为丝,保护光纤强度(预涂覆),提高拉丝速度,光纤应用发展新趋势, 核心网应用: G.655 、G.656是发展方向。 城域网应用: G.652C光纤/ G.652D ,G.655 , G.656。 接入网应用: G.652B/D光纤、G.657光纤。 局域网应用: G.651多模光纤( 50 m芯径)。 室内布线应用:G.652B光纤将向G.657和塑料光纤发展。 光纤研究动
9、态:光子晶体光纤。,光纤应用发展新趋势产业并购,康宁(Corning) 古河(日本古河并购美国OFS) 阿尔卡特(Alcatel) 藤仓(Fujikura) 烽火(Fiberhome) 长飞(YOFC) 其他:如日本住友、韩国三星,什么是光缆?,光缆的种类,室内软光缆 ADSS OPGW 水下光缆,管道光缆 架空光缆 直埋光缆 光纤带光缆,典型GYTA光缆,典型GYTA光缆,光缆型号命名方法,光缆型号由光缆的型式代号和规格代号组成。 型式部分 分五个部分,分别用代号表示。,I 分类的代号,GY-通信用室(野)外光缆 GM-通信用移动式光缆 GJ-通信用室(局)内光缆 GS-通信用设备内光缆 G
10、H-通信用海底光缆 GT-通信用特殊光缆,II 加强构件,(无符号) 金属加强构件 F 非金属加强构件,III 结构特征(缆芯和光缆派生结构特征代号),光缆结构特征应表示出缆芯的主要类型和光缆派生结构。 当光缆型式有几个结构特征需要注明时,可用组合代号表,其组合代号按下列相应的代号自上而下的顺序排列。 D 光纤带状结构 (无符号)- 光纤松套被覆结构 J光纤紧套被覆结构 (无符号)层绞结构 G骨架槽结构 X 中心管结构 T油膏填充式结构 无符号)干式阻水结构 R充气式结构 C 自承式结构 B扁平形状 E 椭圆型 Z阻燃,IV 护套,Y聚乙烯护套 V聚氯乙烯护套 U聚氨酯护套 A铝聚乙烯粘结护套
11、(简称A护套) S钢聚乙烯粘结护套(简称S护套) W夹带平行钢丝的钢聚乙烯粘结护套 (简称W护套),V 外护层,当有外护层时,它可包括垫层、铠装层和外被层的某些部分和全部。 其代号用两组数字表示(垫层不需表示),第一组表示铠装层,它可以是一位或两位数字; 第二组表示外被层或外套,它应是一位数字。,光缆外护层代码,光缆规格部分,光纤规格的构成: 由光纤数和光纤类别组成。 光纤数的代号用光缆中同类别光纤的 实际有效数目的数字表示。 光纤类别如下: A1a 50/125 mm SiO2系多模光纤 A1b 62.5/125 mm SiO2系多模光纤 B1 非色散位移型单模光纤(G.652) B4 非零
12、色散位移型(G.655),主要光缆型号规格表示,GYTA金属加强构件、松套层绞填充式、铝聚乙烯粘 结护套通信用室外光缆 GYTS金属加强构件、松套层绞填充式、钢聚乙烯粘 结护套通信用室外光缆 GYTA53金属加强构件、松套层绞填充式、铝聚乙烯 粘结护套、纵包皱纹钢带铠装、聚乙烯套通信 用室外光缆 GYFTY非金属加强构件、松套层绞填充式、聚乙烯套通 信用室外光缆,通信用主要几种光纤,a.按传输模式分:单模光纤、多模光纤。 b.按传输波长分:短波长光纤、长波长光纤、超长 波长光纤。 c.材料组分: 石英光纤、塑料光纤、液芯光纤、晶 体光纤、多组分光纤。 d.按套塑类型: 紧套光纤、松套光纤。 e
13、.按折射率分布:阶跃型(SI)光纤、渐变型(GI)光纤。,光缆用光纤带,光纤带类型 根据粘结材料用量的多少,光纤带的典型结构可分为边粘型和包覆型,典型的边粘型光纤带结构,典型的包覆型光纤带结构,光纤带结构示意图,光纤、光缆识别色谱,套管色谱标志,采用领示色谱时,领示色应为红色和绿色,其余元构件应为其他的相同颜色,宜为本色。 采用全色谱标志,面向光缆A端看,在顺时针方向上松套管序号增大,,目的: 为了便于识别,光纤和松套管必须有色谱标志,用于识别的色标鲜明,在安装或运行中可能遇到的温度下,不褪色,不迁染到相邻的其它光缆元件上。,全色谱标志,其颜色选自识别用全色谱规定的12种颜色,在不影响识别的情
14、况下允许使用本色;松套管内光纤的序号宜按识别用全色谱颜色序号排列。,光缆原材料(按工序),第三章 光缆的生产工艺,1 光缆工艺流程,1)着色工艺流程,着色光纤 品质管理项目及管理方法,净化度 表示光纤上着色的 UV curable ink(紫外线净化)的净净化程度 净化度越高 光纤和着色层的接触力增加 着色表面粗糙度减小,着色色谱 兰、桔、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、青绿、粉红,也可用本色替代12种颜色。 光纤油墨是有机化学混合剂,有着明显的使用期限, 一般瓶装油墨均标有使用年月日,务请不要过期使用。,光纤着色,一般选用以丙烯酸为基的油墨材料。着色过程中要控制好油墨的粘度,控制光纤涂覆的厚
15、度以及涂层干燥程度。着色颜色过薄,光纤不易区分,过厚则对光纤传输有影响,产生较大的附加损耗。,着色油墨厚度 为使油墨能发挥更好效果,包括固化速度,附着力、色泽,一般厚度在35微米之间。 着色厚度大时的问题点是: 1)INK的需要量增加 2)摩擦特性减小(光纤和着色层的结合力减小) 3)着色后损失增加及Bending特性底下等。 模具 要达到上述厚度,采用比光纤外径245m大1015m的模具。故模具孔为 260m。着色杯的温度:应加热到35(不宜超过38)。 保护气体 在紫外线光基因固化反应中,氧气将阻碍并减缓固化速度,故在固化过程中,要用氮气来隔离,一般氮气用量为1020升/分。,固化速度 在
16、使用UV固化灯管有效期内和石英管清洁情况下,光纤固化速度,国产设备通常控制在8001400m/min;进口设备可达到20003000 m/min。 固化度自检 用一块软棉布(或棉花)浸泡在丁酮或丙酮、无水酒精内,定时的用棉花在光纤上擦拭,不能有颜色粘在棉花上。,着色设备构成,2.2 套管工序,紧套 松套,套管工程品质管理项目及管理方法,1 余长率% FEL( Fiber excess length rate ),管理余长(%FEL)的目的: 1)后工程(集合工程等)进行中在套管上加张力套管伸长时,光纤不会直接受力伸长。 造成光特性发生裂变。 2)按光缆的温度特性,用途而必要的预设在光缆套管中。
17、 3)对光缆的拉伸特性具有较大影响,2 套管结构,顾客要求是 Loose tube的外径, 内径, 颜色 , tube光纤 芯数。 为满足完产品的结构及机械/环境特性 设定 tube结构的公差,1)圆整率 = ( (最大外径 最小外径) * 100 )/ 平均外径 一般最大以4%运用 2)外径及内径公差 : NOM. 0.1 ,套管工程的鼓包,套管工程配馍原理,挤出机示意图,套管工程设备构成,影响松套中光纤余长的因素,光纤放纤张力 主牵引轮的直径和缠绕圈数 前后两段冷却水温差 生产线生产速度 填充油膏的温度和压力 对双牵引生产线来讲,另一个重要因素是履带牵引和盘式牵引间的速度差。 其他一些次要
18、因素。,套管工序操作要求,操作准备 挤出机温度到达设定值后应使其稳定20分钟以上开机; 加料斗中加满料,设定烘干温度 油膏填充机油缸充油膏 冷、热水槽保持适水位,设定温度,打开热水泵 打开计米开关,测量仪进入运行状态; 收排线上装好空盘,并调好排线开档,使其与线盘一致,并调节到线盘一边对准牵引上的导轮槽的位置,设定好节距。,成缆工序,光缆的成缆与光缆结构有直接关系,通过绞合节距的控制获得光缆温度特性,拉伸特性和传输特性.根据实际使用要求和环境敷设条件不同,光缆结构式多样化。,集合的定义 集合又称绞合、成缆,是光缆制造过程中的一道重要工序,集合是将若干根套管或填充绳以中心加强件为中心旋转扭绞在一
19、起,再用扎纱捆绑固定起来,形成稳定的圆整的缆芯,再添加一些保护性辅助材料,例如油膏(缆膏、阻水纱、阻水带等);,集合的作用 -增加光缆的柔韧性和可弯曲性 当松套管和中心加强芯构成缆芯时,松套管需要按一定的绞合节距绞合在加强芯的周围,当光缆弯曲时,其中心线圆外部分必须伸长,而其内圆部分必须缩短,如果缆芯是由松套管平行放置与加强芯周围的,弯曲时和弯曲后就会出现如下的现象:,-提高光缆的抗拉能力和改善光缆的温度特性 光缆受拉或是温度升高,没有绞合的缆芯其松套管中的光纤就会随加强芯一起受力或是伸长,而直接受到力的作用。当温度降低时,光纤也会受到加强芯收缩力的影响。而在绞合的缆芯结构中当缆芯弯曲时,缆芯
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