光纖通信技術(shù)基礎(chǔ)0102 2014 0302

光纖通信技術(shù)基礎(chǔ)主講人:魏淮,曹繼紅北京交通大學(xué)光波技術(shù)研究所2023/2/51北京交通大學(xué)光波技術(shù)研究所2023/2/52超凈實(shí)驗(yàn)室2023/2/532004年在G652光纖上實(shí)現(xiàn)了1610Gb/s3000公里超長(zhǎng)距離無電中繼傳輸2023/2/54注意事項(xiàng)

課時(shí)安排：周學(xué)時(shí):4,共12周考核30%平時(shí)+70%期末考試答疑地點(diǎn)：北京交通大學(xué)光波樓310，306

電話：51684017，516840162023/2/55參考文獻(xiàn)

光波導(dǎo)理論，吳重慶，清華大學(xué)出版社，2004

非線性光纖光學(xué)原理及應(yīng)用，G.P.Agrawal,電子工業(yè)出版社，2002介質(zhì)光波導(dǎo)理論，D.Marcus，人民郵電出版社，1982導(dǎo)波光學(xué)，范崇澄等編著，北京理工大學(xué)出版社，1988年光纖通信系統(tǒng)

G.P.Agrawal，清華大學(xué)出版社，2004OpticalFiberTelecommunicationsI,IV，TingyeLi，AcademicPress2002光纖通信，

[美]甘民樂，厲鼎毅，北京郵電大學(xué)出版社2006光纖通信，G.Keiser,電子工業(yè)出版社，2002光纖光學(xué)，廖延彪，清華大學(xué)出版社，20002023/2/56教材以及課程內(nèi)容A光纖技術(shù)基礎(chǔ)B光通信器件技術(shù)基礎(chǔ)

C光纖通信系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)

D光纖與光纖通信系統(tǒng)測(cè)量

本門課程主要內(nèi)容2023/2/57課程內(nèi)容引論

一維平面光波導(dǎo)光纖模式理論單模光纖

光纖色散

光纖中的光學(xué)非線性

基本概念理論基礎(chǔ)電磁理論基礎(chǔ)2023/2/58關(guān)于這門課程學(xué)習(xí)光纖通信的重要性所有的骨干網(wǎng)已是光纖通信的天下無線通信的基站之間的通信離不開光纖通信隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的發(fā)展帶寬需求不斷增長(zhǎng)光纖到戶成為發(fā)展趨勢(shì)在通信領(lǐng)域如果不了解光纖通信那就像現(xiàn)代人不了解互聯(lián)網(wǎng)一樣落后于時(shí)代發(fā)展。2023/2/59光纖通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的同步發(fā)展1966年ARPANET1974年，管理計(jì)算機(jī)和因特網(wǎng)之間連接的封包協(xié)議由VintonGCerf和RobertEKahn以論文的形式發(fā)表出來。這個(gè)論文中有關(guān)數(shù)據(jù)包封裝和交換的技術(shù)，也就是最后被稱作TCP/IP的協(xié)議，使得網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為了可能。萬維網(wǎng)（WorldWideWeb）在早期的超文本試驗(yàn)中逐步形成了。最終項(xiàng)目在1990年提交給CERN，命名為萬維網(wǎng):超文本項(xiàng)目計(jì)劃90年代互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展1966年，高錕(C.K.Kao)及其同事霍克哈姆(C.A.Hockham)在其發(fā)表的研究論文1970年，美國Corning，OVD，20dB/km，4dB/km

，1974年，美國AT&T，MCVD，性能更優(yōu)越80年代末期EDFA發(fā)明，光放大代替電中繼，使得長(zhǎng)距離寬帶全光傳輸實(shí)現(xiàn)。90年代WDM迅速發(fā)展2023/2/510光纖通信的巨大優(yōu)勢(shì)損耗低（0.2dB/km，中繼距離50～100km，銅纜為1～5km）傳輸容量大（單根光纖400nm，50THz，每根光纜可容納數(shù)十～數(shù)百芯光纖）重量輕，體積?。?7g/kmfiber）石英資源豐富，光纖成本低系統(tǒng)造價(jià)與維護(hù)成本大幅降低抗電磁干擾，不易串音，抗雷擊，保密性強(qiáng)通信質(zhì)量高（光纖系統(tǒng)誤碼率優(yōu)于10－10）2023/2/511課程特點(diǎn)，學(xué)習(xí)方法本行業(yè)特點(diǎn)：新技術(shù)，涉及范圍廣，發(fā)展快本課程的特點(diǎn)：知識(shí)廣，理論有一定深度2023/2/512第一章引論1.1、電通信技術(shù)的發(fā)展1.2光通信的必要性及其技術(shù)基礎(chǔ)1.3光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來1.4、光纖制造技術(shù)和光纜1.5、光纖基本特性1.6、半導(dǎo)體光電子器件1.7、光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展2023/2/513通信信息的記錄和交流與人類文明發(fā)展史密切相關(guān)語言文字印刷造紙無線電和電話

互聯(lián)網(wǎng)。。。（知識(shí)的可積累性和快速擴(kuò)散促成人類文明的迅速發(fā)展，這是人類在如此短的時(shí)間內(nèi)發(fā)展到如此高度文明的重要因素）2023/2/514通信自古以來通信就是人們的基本需求之一，這種需求促使人們?cè)O(shè)法發(fā)明能將信息從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)遙遠(yuǎn)地方的系統(tǒng)。古代，人們通過驛站、飛鴿傳書、烽火報(bào)警等方式進(jìn)行信息傳遞。到了今天，隨著科學(xué)水平的飛速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了無線電，固定電話，移動(dòng)電話，互聯(lián)網(wǎng)甚至可視電話等各種通信方式。2023/2/515信號(hào)調(diào)制，載頻和系統(tǒng)傳輸容量

為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速、遠(yuǎn)距離地傳輸，必須把信號(hào)迭加在某一個(gè)頻率振蕩的電磁波(載波)上，這個(gè)過程叫調(diào)制。載波頻率高系統(tǒng)傳輸容量高信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿噪聲、衰減通信系統(tǒng)構(gòu)成2023/2/5161.1電通信技術(shù)的發(fā)展2023/2/5171838年，Morse發(fā)明具有數(shù)字格式的電報(bào)系統(tǒng)，宣告電信時(shí)代的開始。1866年大西洋海底電報(bào)電纜系統(tǒng)投入運(yùn)行。1876年，電話的發(fā)明成為電信技術(shù)發(fā)展的又一里程碑，其后的100余年間，以電話為基礎(chǔ)的模擬通信技術(shù)、全球范圍內(nèi)電話網(wǎng)的建設(shè)及電話交換技術(shù)的研究成為通信領(lǐng)域的主流。由于電話用戶的迅速增長(zhǎng)，1940年，同軸電纜的應(yīng)用使干線載波頻率達(dá)到10~100MHz，可容納數(shù)百至上千話路(~4kHz/ch)。但對(duì)更高頻率的電磁波，同軸電纜的損耗迅速增加。2023/2/5181948年，載波頻率為1~10GHz的微波通信系統(tǒng)投入應(yīng)用。系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)數(shù)百M(fèi)bit/s，受載波頻率的限制。隨著微電子與集成電路技術(shù)的發(fā)展，由于在抗干擾、保密性、信號(hào)處理設(shè)備的小型化和集成化以及系統(tǒng)可靠性等方面的巨大優(yōu)勢(shì)，從1950年起，數(shù)字通信技術(shù)迅速興起。但數(shù)字系統(tǒng)需要比模擬系統(tǒng)大的多的帶寬，加劇了對(duì)通信帶寬的需求。2023/2/519反應(yīng)系統(tǒng)通信能力的技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)的速率——傳輸距離乘積BL取決于載波頻率和傳輸介質(zhì)特性2023/2/5201103106109101210151985199019952000電報(bào)電話同軸電纜微波光波光放大器DWDMBL/(Gb.s-1.km)年份1985-2000年間比特率－距離積的變化2023/2/521通信帶寬不斷增加，有線傳輸從架空明線到電纜1901年的海底電纜圖什么載體具有更寬的帶寬呢？2023/2/522通常情況下，系統(tǒng)所能達(dá)到的調(diào)制帶寬約為其載波頻率的1/10；系統(tǒng)傳輸容量的大小直接受系統(tǒng)載波頻率的限制；因此設(shè)法提高系統(tǒng)載波頻率是增加系統(tǒng)傳輸容量的一條根本途徑。選擇更高頻率的載波進(jìn)行通信2023/2/523第一章引論1.1、電通信技術(shù)的發(fā)展1.2光通信的必要性及其技術(shù)基礎(chǔ)1.3光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來1.4、光纖制造技術(shù)和光纜1.5、光纖基本特性1.6、半導(dǎo)體光電子器件1.7、光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展2023/2/5241.2.1光通信的必要性與空間光通信2023/2/525電磁波（又稱電磁輻射）是由同相振蕩且互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式移動(dòng)，其傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面，有效的傳遞能量和動(dòng)量。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線等等。人眼可接收到的電磁輻射，波長(zhǎng)大約在380至780納米之間，稱為可見光。只要是本身溫度大于絕對(duì)零度的物體，都可以發(fā)射電磁輻射，而世界上并不存在溫度等于或低于絕對(duì)零度的物體。因此，人們周邊所有的物體時(shí)刻都在進(jìn)行電磁輻射。盡管如此，只有處于可見光頻域以內(nèi)的電磁波，才是可以被人們看到的。電磁波不需要依靠介質(zhì)傳播，各種電磁波在真空中速率固定，速度為光速。

2023/2/5262023/2/527能量的相對(duì)大小波長(zhǎng)λ/nm400800120016002000紫外線可見光紅外線黃綠光0太陽輻射光譜2023/2/528電磁波產(chǎn)生機(jī)理無線電波:振蕩電路中自由電荷的運(yùn)動(dòng)紅外線/可見光/紫外線:倫琴射線:γ射線:原子外層電子受激發(fā)后產(chǎn)生原子內(nèi)層電子受激發(fā)后產(chǎn)生原子核受激發(fā)后產(chǎn)生2023/2/529通信波段劃分及相應(yīng)傳輸媒介

10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空間波長(zhǎng)，m頻率，Hz電力、電話無線電、電視微波紅外可見光雙鉸線同軸電纜光纖衛(wèi)星/微波AM無線電FM無線電傳輸介質(zhì)光纖2023/2/530現(xiàn)代光纖通信中常用的波長(zhǎng)為1.55微米光波的載頻是多少？全波光纖的1260～1675nm約400nm帶寬現(xiàn)在光纖通信系統(tǒng)中常用的普通摻鉺光纖放大器工作帶寬1530nm～1560nm

2023/2/531光纖可用波段O波段（原始波段）1260-1360nm.

E波段（擴(kuò)展波段）1360-1460nm.

S波段（短波段）1460-1530nm.

C波段（常規(guī)波段）1530-1560nm.

L波段（長(zhǎng)波段）1560-1625nm.

U波段（超長(zhǎng)波段）1625-1675nm.

從理論上說，上述波段都可以用來進(jìn)行通信，但由于受技術(shù)條件的限制，目前主要使用的通信波段為O波段（原始波段）和C波段（常規(guī)波段）2023/2/532寬帶傳輸記錄OFC2001,NEC報(bào)道的超寬帶傳輸實(shí)驗(yàn)；117km2023/2/5332007年國際光通信會(huì)議（OFC2007）上阿爾卡特朗訊報(bào)道了25.6Tbit/s傳輸實(shí)驗(yàn)，three80-kmspans.ThedatausedwavelengthdivisionmultiplexinginboththeC(conventional)andL(long)wavelength2007年歐洲光通信會(huì)議(ECOC2007)上阿爾卡特朗訊報(bào)道了在光纖通信研究領(lǐng)域的進(jìn)展：通過單根光纖以12.8Tbit/s的速率創(chuàng)紀(jì)錄地實(shí)現(xiàn)了2,550公里的長(zhǎng)途信息傳輸在實(shí)驗(yàn)中將160個(gè)80Gbit/s信道通過波分復(fù)用(WDM)復(fù)用到一根光纖上，實(shí)現(xiàn)了12.8Tbit/s的傳送。電話速率64Kbit/s；12.8T=2億路電話2023/2/5341901年海底電纜和2008年海底光纜光纜通信容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電纜2023/2/5352004年在G652光纖上實(shí)現(xiàn)了1610Gb/s3000公里超長(zhǎng)距離無電中繼傳輸2023/2/536如何利用光波來通信？光通信的發(fā)展歷程2023/2/5372023/2/538以發(fā)明電話而著名的貝爾，在1876年發(fā)明了電話之后，就想到利用光來通電話的問題。1880年，他利用太陽光作光源，大氣為傳輸媒質(zhì)，用硒晶體作為光接收器件，成功地進(jìn)行了光電話的實(shí)驗(yàn)，通話距離最遠(yuǎn)達(dá)到了213米。1881年，貝爾宣讀了一篇題為《關(guān)于利用光線進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制》的論文，報(bào)導(dǎo)了他的光電話裝置。在貝爾本人看來：在他的所有發(fā)明中，光電話是最偉大的發(fā)明。早期，光波通信沒有顯示其優(yōu)點(diǎn)，人們對(duì)其興趣不大！2023/2/539貝爾的光電話ABN光接收器(硒片)話筒太陽光(弧光燈)2023/2/540面臨的問題利用光在大氣中傳送信息方便簡(jiǎn)單，所以人們開始研究的光通信都是這種方式。但是光在大氣中的傳送要受到氣象條件的很大限制，比如在遇到下雨、下雪、陰天、下霧等情況，就會(huì)使信號(hào)傳輸受到很大阻礙。此外，太陽光、燈光等普通的可見光源，都不適合作為通信的光源。2023/2/541要用光來通信，必須要解決幾個(gè)最根本的問題：一是必須有穩(wěn)定的、低損耗的傳輸媒質(zhì)；由于光頻極高，透過障礙的能力很差。（必須通過低損耗介質(zhì)波導(dǎo)傳輸）另一個(gè)問題是必須要找到高強(qiáng)度的、可靠的光源。一般光源方向性和相干性太差。沒有合適的檢測(cè)設(shè)備。在貝爾光電話發(fā)明后的幾十年中，由于這些關(guān)鍵技術(shù)沒有得到解決，光通信就一直裹足不前。2023/2/542使用短波激光通信的缺點(diǎn)？長(zhǎng)波無線電波可以很容易穿透濃霧和大雨，在空氣中自由傳播，但是短波激光會(huì)被空氣中的水蒸氣和其它顆粒反射回來，以至于不是被分散就是被阻擋住。一個(gè)多霧的天氣會(huì)使激光通訊聯(lián)絡(luò)終斷，因此光需要一個(gè)類似于電話線的導(dǎo)管。2023/2/543

實(shí)現(xiàn)光通信所需要解決的問題發(fā)送設(shè)備光源接收設(shè)備檢測(cè)設(shè)備信道傳輸介質(zhì)2023/2/5441960年梅曼發(fā)明了紅寶石激光器，光源問題得到解決。相關(guān)的半導(dǎo)體技術(shù)：激光器，檢測(cè)器，也逐步發(fā)展起來。此后人們掀起了對(duì)潛在的光載波傳輸媒質(zhì)－－光纖的研究熱潮。2023/2/5451.2.2光纖技術(shù)的發(fā)展2023/2/546光纖的研制和發(fā)展過程早期的一些發(fā)現(xiàn)和發(fā)明19世紀(jì)中，全內(nèi)反射原理的發(fā)現(xiàn)（光束隨水流彎曲）1841年DavidColladon，1854年英國的廷達(dá)爾(Tyndall)觀察到光在水與空氣分界面上作全反射以致光隨水流而彎曲的現(xiàn)象；2023/2/5471841年，DavidColladon教授第一次在一束跨過桌子的水流中通過一束光束，讓光進(jìn)行全反射來實(shí)現(xiàn)光在水流中的傳播2023/2/54820世紀(jì)20年代制成無包層玻璃光纖 1929-1930年：美國的哈納爾(Hanael)和德國的拉姆(Lamm)先后拉制出石英光纖并用于光線和圖象的短距離傳輸20世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)使用包層能夠改善光纖的特性，1953年6月vanHeel向《自然》雜志提交摘要后，用荷蘭語發(fā)表了第篇一光纖包層的論文。

1954年1月

vanHeel在《自然》上發(fā)表論文。光纖在1950年代進(jìn)入實(shí)用（主要用于醫(yī)療，短距離成像）2023/2/549但是到20世紀(jì)60年代中期，光纖損耗仍在400dB/km以上,很多人對(duì)光纖通信喪失了信心。轉(zhuǎn)折發(fā)生在1966年，英格蘭標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的華裔學(xué)者高錕（CharlesKao）博士等從理論上斷定可以獲得透明度高得多的纖維。Kao,K.C.andHockham,G.A.,"Dielectric-fibreSurfaceWaveguidesforOpticalFrequencies",Proc.I.E.E.Vol.113,No.7,July1966,pp.1151-11582023/2/550在具有里程碑意義的理論性論文中，他們表明現(xiàn)存光纖的高損耗理論上是由玻璃中的微小雜質(zhì)--主要是水和金屬--而不是玻璃本身固有的局限造成的。他們預(yù)言纖維中的光損失可以從每千米1000分貝急劇降到不到20分貝。表征光纖損耗的物理量單位：dB/km假如有這樣的進(jìn)步，那么擴(kuò)大信號(hào)的放大器就可以設(shè)置在每隔幾英里還不是幾碼處--比得上用來放大傳統(tǒng)電話線中的微弱信號(hào)的擴(kuò)音器間隔了2023/2/551高錕1933年出生于中國上海。他先后于1957年和1965年在倫敦大學(xué)分別獲得電機(jī)工程學(xué)士和博士學(xué)位。高錕教授（Prof.CharlesK.Kao）被世界譽(yù)為“光纖之父”，曾任香港科技大學(xué)校長(zhǎng)。1990年，他獲選美國國家工程院院士。2009年諾貝爾獎(jiǎng)2023/2/5521966年，高錕在英國標(biāo)準(zhǔn)電信研究所1998年，高錕（左）在英國接受IEE授予的獎(jiǎng)?wù)赂咤K教授（Prof.CharlesK.Kao）被世界譽(yù)為“光纖之父”2023/2/553光纖損耗問題的根源損耗原因：1)玻璃纖維中含有過量的鉻、銅、鐵、錳、OH-

2)光纖拉制工藝造成芯、包層分界面不均勻及其所引起的折射率不均勻新的發(fā)現(xiàn)：玻璃纖維在紅外光區(qū)的損耗較小

在具有里程碑意義的理論性論文中，高錕預(yù)言纖維中的光損失可以從每公里1000分貝急劇降到不到20分貝！

指明通過“原材料的提純制造出適合于長(zhǎng)距離通信使用的低損耗光纖”這一發(fā)展方向2023/2/554要將雜質(zhì)降低到什么程度？1ppmOH-,將導(dǎo)致40dB/km損耗5ppbCu或8ppbFe，導(dǎo)致1dB/km損耗關(guān)鍵問題:如何在制造工藝上降低光纖中的雜質(zhì)含量？ppm:百萬分之一ppb:十億分之一ppt:萬億分之一2023/2/555有了理論指導(dǎo)，人們對(duì)光纖通信的希望再次點(diǎn)燃，并加緊了對(duì)光纖的研制。終于，美國康寧玻璃公司1970年研制出損耗20dB/km的光纖。光纖通信步入實(shí)用。2023/2/556Corning康寧在《財(cái)富》2008年高盈利科技企業(yè)排行榜上高居12，與其他上榜企業(yè)相比，他又是一家誕生于1851年的古老家族企業(yè)。2023/2/557康寧公司涉足領(lǐng)域：光學(xué)通信，信息顯示，環(huán)保產(chǎn)品等1879年，最先發(fā)明并制造出玻璃燈泡，使愛迪生的發(fā)明成為現(xiàn)實(shí)。1947年，最先發(fā)明并大規(guī)模制造出電視顯象管，使電視進(jìn)入千家萬戶。1970年，最先發(fā)明并制造出世界第一根（低損耗）光纖，使光纖通信得以廣泛應(yīng)用。2023/2/5581970年代工藝逐步成熟1970年，美國Corning，OVD，20dB/km，4dB/km1974年，美國AT&T，MCVD，性能更優(yōu)越1976年，荷蘭Philips，PCVD，性能相當(dāng)1979年，整體水平：損耗@1310nm=0.33dB/km,損耗@1550nm=0.2dB/km——今天的普通光纖，損耗@1550nm=0.18dB/km“如果世界上的海水有這么清澈，一個(gè)人可以穿過太平洋的最深處，象看游泳池底一樣容易地看到海洋底?！?023/2/5591980年代光纖步入實(shí)用1978年AT&T,英國郵政局和STL聯(lián)合開發(fā)越大西洋單模光纖光纜，最新采用1300nm處的窗口，計(jì)劃將在1988年建成。同年底，貝爾實(shí)驗(yàn)室放棄開發(fā)海底同軸電纜系統(tǒng)的計(jì)劃。1980年貝爾實(shí)驗(yàn)室開始Bell公開宣布越大西洋光纜TAT-8采用單模光纖，工作波長(zhǎng)在1300nm。1984年英國電信鋪設(shè)的海底光纖開始傳輸普通電話信號(hào)。1985年橫貫美國大陸的單模光纖以400Mbit/s的速度傳輸長(zhǎng)途電話。2023/2/5601988年大西洋海底光纜鋪設(shè)并開通2023/2/5611987年，英國南安普敦大學(xué)的Payne等人發(fā)明EDFA，被視為光纖通信發(fā)展的另一個(gè)里程碑

從技術(shù)史的角度來看，相當(dāng)于電子技術(shù)中晶體管的發(fā)明。最近十年來，光通信領(lǐng)域再?zèng)]有一項(xiàng)發(fā)明象EDFA那樣耀眼，但其實(shí)EDFA歷史至少可追溯到上世紀(jì)六十年代初美國光學(xué)公司斯尼澤（EliasSnitzer）所作的開創(chuàng)性工作，只是在1988年英國南安普頓大學(xué)佩恩（DavidPayne）教授在不知曉前輩工作的情況下“重新發(fā)明”的EDFA才引起了世人的注意2023/2/562DWDM之父——厲鼎毅美國AT&T

Bell實(shí)驗(yàn)室光纖通信部主任。美國工程院院士。1996年6月當(dāng)選為中國工程院外籍院士。

2023/2/563可以說天賜良緣讓EDFA和WDM結(jié)合，寬帶才可能成為現(xiàn)實(shí)。2023/2/5641995年,AT&T安裝全球第一套采用EDFA,WDM的陸地商用系統(tǒng)。1996年，AT&T和Alcatel首次鋪設(shè)采用EDFA的跨大西洋光纜，其中單通信速率為5Gbit/s。從此以后，WDM的應(yīng)用便在全世界范圍內(nèi)大規(guī)模鋪開。同時(shí)，因特網(wǎng)瀏覽器的出現(xiàn)刺激其業(yè)務(wù)流量呈指數(shù)增長(zhǎng)，而這恰好是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的保證。2023/2/565對(duì)通信產(chǎn)業(yè)而言，全球范圍內(nèi)解除通信管制加劇了在業(yè)務(wù)上和在硬件上的競(jìng)爭(zhēng)。長(zhǎng)途傳輸市場(chǎng)的成功加上相對(duì)廉價(jià)器件的出現(xiàn)，為光技術(shù)的其它應(yīng)用開辟了更廣闊的市場(chǎng)，辟如有線電視（CATV）和本地接入網(wǎng)市場(chǎng)。到1997年，專營電話公司在業(yè)界已不在處于主宰地位，新公司已經(jīng)可以供應(yīng)器件和系統(tǒng)，而一些剛成立的小公司則開始提供區(qū)域交換和因特網(wǎng)業(yè)務(wù)。2023/2/566DWDM及相關(guān)技術(shù)在90年代中期開始走向成熟并進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。AT&T于1996年3月建立了世界上第一條8通道的DWDM系統(tǒng)。AT&T、MCI、Worldcom、Sprint等公司在他們美國境內(nèi)的90%網(wǎng)絡(luò)上裝上了DWDM系統(tǒng)。1997年-1998年，全球DWDM市場(chǎng)從17億美元增加到22億美元，年增長(zhǎng)率為32％。系統(tǒng)增加到4000多條，增長(zhǎng)率為98%。至2004年市場(chǎng)總額預(yù)計(jì)為74億美元。增長(zhǎng)率為23%。2023/2/567因特網(wǎng)瀏覽器促使數(shù)據(jù)流迅猛增長(zhǎng)，讓人不難想到其營業(yè)收入空間巨大無比。與此同時(shí)，WDM技術(shù)進(jìn)步及其廣泛應(yīng)用有力地支持了因特網(wǎng)業(yè)務(wù)并激發(fā)了人們對(duì)因特網(wǎng)的狂熱。因而企業(yè)家們?cè)诙嗉夜局型顿Y幾十億美金來爭(zhēng)奪同一塊餡兒餅，隨后他們終于明白迅速增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)容量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)際需求。2023/2/5682000年來，由于網(wǎng)絡(luò)泡沫的破碎，光通信進(jìn)入低潮。盡管如此，電信的內(nèi)在需求沒有改變；電信業(yè)務(wù)放慢腳步但仍繼續(xù)增長(zhǎng)；特別是過去若干年的巨大技術(shù)進(jìn)步仍然會(huì)對(duì)未來的通信產(chǎn)生重要影響。2023/2/569發(fā)展到今天：?jiǎn)胃饫w上的長(zhǎng)距離傳輸速率可達(dá)12.8Tbit/s(Alcatel2007)單根光纖上可同時(shí)傳輸1046個(gè)波長(zhǎng)(NTT2005)長(zhǎng)途骨干網(wǎng)基本上都采用光纜,截至2006年，我國長(zhǎng)途光纖網(wǎng)總長(zhǎng)約425.9萬公里2023/2/570除了光纖損耗的降低使得光纖通信步入實(shí)用，在其他方面：1.2.3模間色散與單模光纖技術(shù)1.2.4群速色散與動(dòng)態(tài)單縱模激光器從模式色散和色度色散方面進(jìn)一步提高了光纖通信的傳輸速率和傳輸距離2023/2/571光脈沖信號(hào)中的不同頻譜成份在光纖中的傳輸速度不同，導(dǎo)致脈沖信號(hào)傳輸后展寬甚至離散。脈沖展寬T2023/2/572第一章引論1.1、電通信技術(shù)的發(fā)展1.2光通信的必要性及其技術(shù)基礎(chǔ)1.3光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來1.4、光纖制造技術(shù)和光纜1.5、光纖基本特性1.6、半導(dǎo)體光電子器件1.7、光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展2023/2/573第一代：1966~1979(從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時(shí)期)激光器(GaAlAs/GaAs)，波長(zhǎng)0.85μm，多模光纖，Si光電探測(cè)器。最大中繼距離10km(當(dāng)時(shí)的同軸電纜系統(tǒng)中繼距離為1km)，比特率為10~100Mb/s。多模色散和損耗是限制中繼距離的關(guān)鍵。早期850nm光纖通信系統(tǒng)2023/2/574第二代：上世紀(jì)80年代早期(減小了光纖色散)激光器(InGaAsP/InP)，波長(zhǎng)1.3μm，單模光纖，Ge，InGaAs探測(cè)器，最大中繼距離50km，比特率為2.0Gb/s。光纖的損耗(~0.5dB/km)限制了中繼距離。1.31μm光纖通信系統(tǒng)2023/2/575第三代：上世紀(jì)80年代后期初90年代初(降低了光纖損耗)激光器(InGaAsP)波長(zhǎng)1.55μm，單模(色散位移)光纖，比特率為2.5~10Gb/s，最大中繼距離100km。這個(gè)階段的缺點(diǎn)是采用電的方式中繼。1.55μm光纖通信系統(tǒng)2023/2/576第四代：上世紀(jì)90年代之后(引入了WDM和全光放大技術(shù))激光器(InGaAsP)波長(zhǎng)1.55μm，單模光纖，采用波分復(fù)用技術(shù)和光放大技術(shù)，單波長(zhǎng)信道比特率為2.5~10Gb/s，傳輸距離14000km，并提出光通信智能化的概念WDM和全光放大技術(shù)WDM技術(shù)出現(xiàn)2023/2/577傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介EMUX電端機(jī)再生中繼再生中繼EDMUX電復(fù)用電解復(fù)用電端機(jī)同軸電纜、微波……EDMUXO/E/O光纜EMUX光發(fā)送再生中繼再生中繼電復(fù)用電解復(fù)用光接收(1)傳統(tǒng)的電傳輸系統(tǒng)(2)光電混合型光纖傳輸系統(tǒng)2023/2/5781310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXWDM+EDFA革新了光纖傳輸OMUXODMUXOAOAOA光發(fā)送光發(fā)送光發(fā)送λ１λ２λΝλ１，λ２……λΝ光接收光接收光接收λ１λ２λΝ2023/2/579外調(diào)制技術(shù)與光時(shí)分復(fù)用2023/2/580直接調(diào)制2023/2/581外調(diào)制2023/2/582超短脈沖光源時(shí)鐘源MODMODMODMOD延時(shí)EDFA耦合器時(shí)分解復(fù)用器時(shí)鐘提取接收機(jī)

MODOTDM光纖傳輸系統(tǒng)2023/2/583光纖通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)全光化需要解決“電子瓶頸”問題；當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期光纖通信技術(shù)的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域；何時(shí)才能成熟并投入實(shí)際運(yùn)營目前無法預(yù)測(cè)。光纖接入網(wǎng)價(jià)格，費(fèi)用，降低成本。2023/2/5841986年建立了國內(nèi)第一條光纜干線寧漢光纜1999年建成8縱8橫光纖骨干網(wǎng)，覆蓋了除臺(tái)灣外所有省會(huì)城市和75％地市目前，我國長(zhǎng)途骨干網(wǎng)經(jīng)中美、中日、中韓等海纜和歐亞大陸橋光纜與國際光纜網(wǎng)連接。2005年，我國光纜線路總長(zhǎng)度超過250萬×1012公里，居世界前列。全網(wǎng)SDH系統(tǒng)超過35萬臺(tái)，成為世界上SDH第一大國。我國光纖通信的發(fā)展2023/2/585我國光纜骨干網(wǎng)分布圖FLAG－FiberOpticLink aroundtheGlobe架空光纜直埋光纜北京上海至歐洲至日本FLAG至韓國至朝鮮至俄羅斯至東南亞截止到2006年,我國光纜總長(zhǎng)度425.9萬公里!2023/2/586世界光纖產(chǎn)值從96年92億美元到2002年198億美元，每6年翻一番現(xiàn)在世界上光纖生產(chǎn)速度為3200km/小時(shí)，即每天生產(chǎn)的光纖可繞地球兩周1999年底累計(jì)的全世界光纖用量已經(jīng)達(dá)到3億公里。光纖通信的迅速發(fā)展2023/2/587光通信發(fā)展趨勢(shì)圖2023/2/588快速發(fā)展背后的問題

1997年2000年增長(zhǎng)倍數(shù)每根光纖傳送容量20（Gb/s）800（Gb/s）40倍每根光纜傳送容量400（Gb/s）80000（Gb/s）200倍每臺(tái)交換機(jī)容量55（Gb/s）640（Gb/s）12倍每臺(tái)交換機(jī)交換光纖數(shù)2.75根0.8根每根光纜所用交換機(jī)7臺(tái)125臺(tái)2023/2/589光發(fā)射機(jī)連接器光纜電視發(fā)送設(shè)備同軸網(wǎng)絡(luò)熔接點(diǎn)光接收機(jī)光纜模擬光纖通信系統(tǒng)2023/2/590光發(fā)射機(jī)連接器光纜熔接點(diǎn)光接收機(jī)脈沖編碼調(diào)制(PCM)光纜判決解碼數(shù)字光纖通信系統(tǒng)2023/2/591光纖結(jié)構(gòu)光纖是具有圓對(duì)稱結(jié)構(gòu)的截止波導(dǎo)纖維，通常由芯子和包層兩部分構(gòu)成，芯子通過摻Ge而具有較高的折射率，在芯子和包層的界面上滿足全反射條件的光線被約束在光纖內(nèi)不斷向前傳輸。2023/2/592為什么低損耗光纖制作如此困難？高琨指出“現(xiàn)存纖維的高損耗理論上是由玻璃中的微小雜質(zhì)--主要是水和金屬--而不是玻璃本身固有的局限造成的?！币獙㈦s質(zhì)降低到什么程度？1ppmOH-,將導(dǎo)致40dB/km損耗600ppbCu或1ppmFe，導(dǎo)致120dB/km損耗2023/2/593第一章引論1.1、電通信技術(shù)的發(fā)展1.2光通信的必要性及其技術(shù)基礎(chǔ)1.3光纖通信技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與未來1.4、光纖制造技術(shù)和光纜1.5、光纖基本特性1.6、半導(dǎo)體光電子器件1.7、光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展2023/2/594(2)光纜(1)光纖制造技術(shù)1.4光纖制造技術(shù)和光纜2023/2/5951.4.1光纖制造技術(shù)2023/2/596光纖的制作包括兩個(gè)基本過程（1）首先制作光纖預(yù)制棒

（具有芯子和包層的大尺寸的實(shí)心石英棒）;預(yù)制棒具有和光纖截面相同的折射率分布，物理結(jié)構(gòu)，材料結(jié)構(gòu)，和截面幾何形狀。（2）由預(yù)制棒拉制成光纖光纖預(yù)制棒高溫下，拉制成所需尺寸的光纖2023/2/597光纖預(yù)制棒2023/2/598光纖的制作包括兩個(gè)基本過程沉積拉絲原料預(yù)制棒光纖2023/2/599光纖制作的關(guān)鍵原料：SiCl4,GeCl4,SF6,POCl3,BBr3,O2,He,……提純：過渡金屬離子，OH-，…...要求達(dá)到ppb量級(jí)原料提純拉制光纖絲徑控制，溫度控制拉制光纖制作中對(duì)各種參數(shù)的精確控制預(yù)制棒制作2023/2/5100預(yù)制棒制備工藝：非氣相工藝，氣相工藝非氣相工藝：雙坩堝法，溶膠—凝膠法，管棒法，粉末機(jī)械成形法，…...2023/2/5101氣相沉積工藝管內(nèi)沉積ModifiedChemicalVaporDeposition(MCVD)Plasma-activatedChemicalVaporDeposition(PCVD)管外沉積OutsideVaporDeposition(OVD)VaporAxialDeposition(VAD)2023/2/5102MCVD是ModifiedChemicalVaporDeposition的簡(jiǎn)稱，譯稱改良的化學(xué)氣相沉積法。該預(yù)制棒生產(chǎn)方法是由美國AT&TBell實(shí)驗(yàn)室和英國南安普敦大學(xué)于二十世紀(jì)七十年代初期首先提出的。由于它在制備不同種類的光纖上具有很強(qiáng)的靈活性，所以如今它已經(jīng)成為生產(chǎn)高品質(zhì)通訊光纖用預(yù)制棒的四大主要方法之一。

2023/2/5103MCVD法是一種在高質(zhì)量（高純度、低水分、低雜質(zhì)）的石英管（我們稱之為基管）的內(nèi)壁沉積更高純度的二氧化硅(SiO2)，并摻以可改變折射率或玻璃體粘度的其它一些高純物質(zhì)，如二氧化鍺(GeO2)、五氧化二磷(P2O5)、氟氧化硅(SiO1.5F)等，形成不同折射率的芯層和包層，以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)在光纖芯中傳播時(shí)的全反射、低損耗、高容量等效果。芯棒經(jīng)檢驗(yàn)合格后，用于下一步效率較高的外沉積。達(dá)到合適的芯包比和必要的光學(xué)要求（如截止波長(zhǎng)和模場(chǎng)直徑）后，再燒結(jié)成透明的預(yù)制棒。這樣的預(yù)制棒經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗?，就可以進(jìn)行拉絲了2023/2/5104MCVD方法制作預(yù)制棒MCVD工藝（1974年，美國AT&T）利用氧氣鼓泡攜帶料瓶中揮發(fā)出的氯化物（SiCl4）蒸汽進(jìn)入石英管，在高溫加熱（氫氧焰）下氯化物和氧氣反應(yīng)生成氧化物SiO22023/2/5105O2O2+SiCl4蒸汽載運(yùn)氣體鼓泡帶料示意圖2023/2/51062023/2/5107MCVD車床2023/2/5108處于溫度場(chǎng)中的反應(yīng)產(chǎn)生的氧化物懸浮顆粒，受力的作用而向低溫區(qū)運(yùn)動(dòng)，附著在石英管壁上。高溫下直接玻璃化為透明的石英玻璃。2023/2/5109石英基管原料：O2,SiCl4等部分未能附著的生成物成為尾煙流失附著于管內(nèi)壁的生成物（SiO2等）氫氧焰噴燈石英管旋轉(zhuǎn)高溫反應(yīng)區(qū)，生成SiO2等2023/2/5110MCVD沉積工藝動(dòng)畫演示？2023/2/5111摻雜和折射率關(guān)系2023/2/5112MCVD系統(tǒng)構(gòu)成氣路和流量控制，車床移動(dòng)以及溫度控制，尾氣處理2023/2/5113MCVD法光纖預(yù)制棒制作流程：清潔沉積用石英套管安裝石英套管高溫拋光1600－2000oC沉積阻擋層1500－1800oC沉積芯層1500－1800oC高溫縮棒1900－2000oC預(yù)制棒測(cè)量2023/2/5114MCVD法沉積結(jié)束后高溫下縮棒成為實(shí)心預(yù)制棒動(dòng)畫演示2023/2/5115縮棒動(dòng)畫2023/2/5116PCVD（1976年，荷蘭Philips

）使用微波在石英管內(nèi)產(chǎn)生高溫等離子，使得原料發(fā)生反應(yīng)。2023/2/5117動(dòng)畫演示？2023/2/51182023/2/5119由于氣體電離不受石英管熱容量限制，微波加熱腔可以沿石英管做高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，PCVD法效率高，速度快，每層厚度?。梢跃_控制折射率剖面，在制作漸變折射率光纖方面優(yōu)勢(shì)明顯）2023/2/5120管內(nèi)沉積制作預(yù)制棒過程石英基管沉積阻擋層縮棒沉積芯子2023/2/5121MCVD法和PCVD法屬于管內(nèi)沉積方法，反應(yīng)原理為高溫氧化反應(yīng)，它們之間的主要差別在于為高溫氧化反應(yīng)提供的熱源不同，前者以氫氧焰為熱源，而后者則以微波諧振腔產(chǎn)生微波能進(jìn)行等離子反應(yīng)。PCVD縮棒時(shí)需要更換熱源管內(nèi)加熱縮棒折射率中心下陷2023/2/5122優(yōu)點(diǎn)：該工藝方法的能夠較為精細(xì)地控制光纖的折射率拋面，工作環(huán)境及工藝要求相對(duì)較為簡(jiǎn)單的。缺點(diǎn):由于使用石英反應(yīng)管進(jìn)行沉積，因而在制造大尺寸的光纖預(yù)制棒方面受到了一定限制。2023/2/5123OVD工藝OVD工藝（1970年，美國Corning）用火焰水解法沉積芯層和內(nèi)包層，制成疏松體附著于靶棒上。2023/2/5124OVD工藝?yán)玫氖腔鹧嫠夥⊿iCl4+H2+O2→SiCl4+H2O→4HCl+SiO2，此時(shí)的SiO2是水解產(chǎn)物呈煙霧狀，沉積在靶面上2023/2/5125OVD沉積動(dòng)畫演示2023/2/5126OVD工藝2023/2/51272023/2/5128脫水和熔凝處理沉積脫水熔凝2023/2/5129OVD沉積完成之后的脫水和燒結(jié)處理2023/2/5130脫水與熔凝2023/2/51312023/2/51322023/2/5133OVD工藝，比MCVD以及其他的管內(nèi)沉積工藝更加復(fù)雜1，要求非常嚴(yán)格地控制工作環(huán)境，環(huán)境中的灰塵和水都會(huì)對(duì)預(yù)制棒制造產(chǎn)生影響。2，此外需要在預(yù)制棒燒結(jié)之前進(jìn)行脫水處理。3，對(duì)中心孔的處理也有嚴(yán)格要求。2023/2/5134預(yù)制棒制備工藝OVD法近二十年來已從單噴燈沉積發(fā)展到多噴燈同時(shí)沉積，沉積速率成倍增加，并實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備同時(shí)沉積多根棒，并且從依次沉積芯包層制成預(yù)制棒的一步法發(fā)展到二步法，即先制備出大直徑的芯棒，再拉制成小直徑芯棒或不拉細(xì)，然后采用外包層技術(shù)制備出光纖預(yù)制棒，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

2023/2/5135大批量生產(chǎn)情況下OVD工藝預(yù)制棒制作過程

(1)制作芯棒

在旋轉(zhuǎn)的靶棒(Al2O3)外沉積一層碳，而后沉積芯層和內(nèi)包層。靶棒的一端有一特制的抽芯管，沉積結(jié)束后，需要將靶棒從疏松體中抽出。

(2)芯棒脫水和燒結(jié)

使用火焰水解法制作的疏松體含有大量的羥基，將會(huì)對(duì)光纖的損耗特性造成影響（在1383nm處有很大的吸收峰）。因此必須進(jìn)行脫水處理。脫水后的疏松體高溫下熔融燒結(jié)成為石英棒。OVD工藝制作的疏松體中心有抽去靶棒而留下的中心孔。研究表明，水峰主要由于中心孔閉合前殘留其內(nèi)的水份造成的。嚴(yán)格控制中心孔部分的暴露于含氫環(huán)境是降低水峰的關(guān)鍵。

(3)延伸芯棒

燒結(jié)好的芯棒需要經(jīng)過延伸過程，以獲得直徑較小的適合套管或外沉積的芯棒。有的芯棒不在燒結(jié)過程中閉合中心孔，而是在延伸過程中閉合，芯棒頂部一直施以負(fù)壓。

(4)在芯棒外沉積外包層

2023/2/5136VAD（1977日本NTT）和OVD工藝相似，使用火焰水解沉積疏松體，然后熔融，不同點(diǎn)在于：沒有靶棒；沉積方向?yàn)檠剌S向沉積；沉積玻璃化同步處理。2023/2/5137目前日本企業(yè)大量使用該方法。(NTT,FurukawaElectric(古河),FujikuraLimited（藤倉）,SumitomoElectric（住友）)優(yōu)點(diǎn)：無中心孔，可以制作大型預(yù)制棒，理論上可以一直不停地連續(xù)生產(chǎn)2023/2/5138大批量生產(chǎn)情況下VAD制作光纖的過程

(1)VAD法制作芯棒(內(nèi)包層/芯層直徑<7.5)(2)芯棒在氯氣氣氛中脫水(1200℃)(3)芯棒在氦氣氣氛中燒結(jié)(1500℃)(4)延伸芯棒(氫氧焰為熱源)(5)在芯棒外面套低OH-含量的套管(6)光纖拉絲

2023/2/5139OVD法和VAD法同屬管外沉積方法，反應(yīng)原理為低溫水解反應(yīng)，它們之間的主要差別在于前者是在水平方向進(jìn)行煙灰粉塵的沉積，而后者則是在豎直方向進(jìn)行煙灰粉塵的沉積，該類工藝的特點(diǎn)是沉積效率高，由于不使用反應(yīng)管，因而反應(yīng)空間不受限制，可以制成大長(zhǎng)度的光纖預(yù)制棒，但其在沉積預(yù)制棒芯層方面工藝較為復(fù)雜，且被美國和日本所掌握，技術(shù)的引進(jìn)受到限制。2023/2/5140國際主要光纖預(yù)制棒制造技術(shù)現(xiàn)在世界光纖預(yù)制棒的制造方法主要有以美國康寧公司為代表的OVD法；以日本住友、古河、騰倉等公司為代表的VAD法；以美國朗訊公司為代表的MCVD法。以及以荷蘭飛利浦公司為代表的PCVD法等四種制造方法。2023/2/5141OVD以及VAD管外沉積，不需要高質(zhì)量的石英套管，環(huán)境要求高需要脫水和熔凝，工藝過程復(fù)雜效率高，速度快，適合于批量生產(chǎn)MCVD以及PCVD管內(nèi)沉積，易于保證純度，需要高質(zhì)量石英套管常規(guī)情況不需要脫水和熔凝需要縮棒，容易造成光纖折射率中心下陷效率低，單獨(dú)使用不適合于大批量生產(chǎn)2023/2/5142管內(nèi)沉積的MCVD和PCVD工藝制作的預(yù)制棒尺寸受到石英管的限制而不能太大，因此光纖的生產(chǎn)效率低且成本高。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，迫使采用MCVD和PCVD方法生產(chǎn)的工廠設(shè)法提高生產(chǎn)效率和降低成本。于是，在預(yù)制棒的外層采用OVD法（混合法）來制造或者在外層套上合成管（套管法）來制造。到目前為止，用汽相沉積法制造的大預(yù)制棒的方法有8種，如表所列2023/2/5143用汽相沉積法制造的大預(yù)制棒的方法單一法混合法套管法OVDMCVD+OVDMCVD+套管VADPCVD+OVDPCVD+套管VAD+OVDVAD+套管2023/2/5144兩步法制造光纖預(yù)制棒MCVD芯棒PCVDOVDVAD外套管技術(shù)外沉積技術(shù)預(yù)制棒2023/2/5145TheRod-in-Cylinder(RIC)andOverclad-during-Draw(ODD)ProcessOFC2005報(bào)道的提高光纖生產(chǎn)效率的新技術(shù)2023/2/51462023/2/5147預(yù)制棒制作技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)2023/2/5148消除光纖水峰2023/2/51492023/2/5150導(dǎo)致水峰產(chǎn)生的環(huán)節(jié)需要在如下幾個(gè)問題上進(jìn)行控制:(1)原料，包括氯氣、氧氣和基管。(2)機(jī)械部件，如氣體密封裝置、旋轉(zhuǎn)接頭。(3)工序中表面沾污，如管子安裝、塌縮、芯棒儲(chǔ)存、套管等。2023/2/5151嚴(yán)格的原料控制生產(chǎn)過程中的環(huán)境控制，管路氣密性脫水處理，氯氣除水。采用無OH離子的熱源用于沉積包層、芯層和塌縮芯棒等OD置換法（使用-OD置換-OH）使得水峰發(fā)生位移（1385nm1870nm）且損耗峰值減小套棒，拉絲前表面處理去除表面沾污2023/2/5152特種光纖通過改變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)改變光纖色散特性的DSF，DCF具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的保偏光纖摻雜稀土離子制作摻雜光纖排列有空氣孔結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖2023/2/5153調(diào)整波導(dǎo)色散從而改變光纖色散特性200127013101550波長(zhǎng)nm色散ps/nm.km波導(dǎo)色散材料色散G652光纖色散EDFA頻帶2023/2/5154DCF光纖折射率分布G.655光纖典型折射率分布2023/2/5155摻Er光纖制作工藝MCVD工藝氣相方法制作摻雜稀土光纖2023/2/5156摻Er光纖制作工藝MCVD工藝浸泡溶液方法制作摻雜稀土光纖2023/2/51572023/2/5158VAD工藝制作摻雜光纖的方法2023/2/5159保偏光纖截面圖2023/2/5160保偏光纖制作工藝2023/2/5161光子晶體光纖光子晶體光纖又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖，近年來引起廣泛關(guān)注，它的橫截面上有較復(fù)雜的折射率分布，通常含有不同排列形式的氣孔，這些氣孔的尺度與光波波長(zhǎng)大致在同一量級(jí)且貫穿器件的整個(gè)長(zhǎng)度，光波可以被限制在光纖芯區(qū)傳播。光子晶體光纖有很多奇特的性質(zhì)。例如，可以在很寬的帶寬范圍內(nèi)只支持一個(gè)模式傳輸；包層區(qū)氣孔的排列方式能夠極大地影響模式性質(zhì)；排列不對(duì)稱的氣孔也可以產(chǎn)生很大的雙折射效應(yīng)，為設(shè)計(jì)高性能的偏振器件提供了可能。

2023/2/5162拉絲原理拉絲長(zhǎng)度l

預(yù)制棒體積

Vpreform=D2L/4,D:mm,L:mm

光纖體積

Vfiber=d2l/4,d=125umVpreform=Vfiberl=6.410-5D2L(km)保持芯/包層結(jié)構(gòu)不變！2023/2/5163拉絲工藝簡(jiǎn)介光纖拉絲工藝包括以下幾個(gè)方面：一．拉絲

將處理好的預(yù)制棒送入拉絲爐中，在高溫下，將預(yù)制棒的一端熔化以形成石英玻璃絲，再以一定的張力及速度對(duì)其進(jìn)行牽引，以保持光纖直徑穩(wěn)定的在125±１μm 范圍內(nèi)二．涂覆

在光纖冷卻后，對(duì)光纖表面涂UV材料和UV固化，以保護(hù)光纖表面精確控制外徑在245±5μm，形成標(biāo)準(zhǔn)的商用光纖。2023/2/5164送料控制加熱爐冷卻裝置涂覆以及固化裝置收纖設(shè)備2023/2/5165拉絲工藝?yán)z工藝流程預(yù)制棒爐子外徑監(jiān)控涂覆鼓輪Fiber拉絲塔（DrawingTower）2023/2/51662023/2/51672023/2/5168拉絲時(shí)，使預(yù)制棒在高溫下熔融，在重力的作用下往下垂，并形成細(xì)絲，經(jīng)測(cè)徑儀檢測(cè)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，就可以穿過涂覆杯的模子，這樣光纖表面就涂上了保護(hù)層。再經(jīng)過紫外固化爐的固化，涂層就緊密結(jié)合在光纖表面上了。涂覆后的光纖由牽引輪牽引收到線盤上。正確地控制拉絲溫度、送棒速度、收絲速度是至關(guān)重要的。2023/2/5169為了防止石墨在高溫下氧化，充入氬氣等惰性氣體加以保護(hù)。送棒機(jī)構(gòu)與牽引輥的速度要一致，以保持光纖外徑的均勻性。激光測(cè)徑，紫外固化外徑的波動(dòng)控制在0.5微米之內(nèi)。拉絲的速度可以調(diào)整，600m/min~1000m/min2023/2/5170使用MCVD方法制作預(yù)制棒，沉積用石英基管的外徑為18mm,內(nèi)徑為15mm，假設(shè)每層沉積厚度相同為15μm，沉積10層阻擋層，1層芯層，然后縮棒。得到的預(yù)制棒，芯子直徑？阻擋層直徑？整個(gè)包層外徑？如果想要拉制成芯徑8μm的普通單模光纖，應(yīng)采用什么措施？如果套外徑25mm的外套管，應(yīng)當(dāng)選用多大的內(nèi)徑？如果該預(yù)制棒長(zhǎng)50cm套棒之后能夠拉多少公里的光纖？2023/2/5171在沉積過程中，可以認(rèn)為石英基管外徑不變，沉積使得厚度增加內(nèi)徑減小。沉積以及縮棒時(shí)預(yù)制棒長(zhǎng)度不變。套棒以及拉絲時(shí)候總體積不變。2023/2/5172管內(nèi)沉積制作預(yù)制棒過程石英基管沉積阻擋層縮棒沉積芯子2023/2/5173涂覆作用拉制光纖時(shí)光纖表面的微裂紋尚未與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)或擴(kuò)大就迅速進(jìn)行涂覆保護(hù)光纖表面從而隔離空氣防止光纖表面缺陷擴(kuò)大；同時(shí)涂覆可以提高光纖耐彎和抗拉強(qiáng)度。2023/2/51742023/2/5175光纖的主要類型與技術(shù)規(guī)范：G.651光纖：多模光纖G.652光纖：普通單模光纖(SMF)G.653光纖：色散位移光纖(DSF)G.654光纖：低損耗光纖（截止波長(zhǎng)位移光纖）G.655光纖：非零色散位移光纖(NZ-DSF)G.656光纖：寬帶傳輸用非零色散位移光纖G.657光纖：耐彎曲單模光纖2023/2/5176ITU-T關(guān)于單模光纖的技術(shù)規(guī)范單模光纖的主要類型2023/2/5177G.652光纖又稱為普通單模光纖。在1310nm和1550nm處均具有低損耗。1550nm處的損耗最低，色散典型值為17ps/nm/km。傳輸窗口主要可以選擇1310nm或1550nm窗口。色散值最大，對(duì)抑制非線性的作用也最大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、成本低廉?？捎脦掃h(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他光纖。如果能將色散問題用其他辦法解決，則G.652光纖是較佳的選擇，全波光纖是更為理想的光纖2023/2/5178G.652光纖為了符合通信系統(tǒng)對(duì)傳輸性能的要求，ITU-T將G.652光纖細(xì)分為G.652A、G.652B、G.652C和G.652D四個(gè)子類。G.652A和G.652B光纖也稱常規(guī)單模光纖，是目前應(yīng)用最廣泛的光纖。其最佳工作波長(zhǎng)是1310nm區(qū)域，也可使用1550nm區(qū)域，但由于該區(qū)域色散很大，傳輸距離被限制在70-80km左右，如果需要在1550nm區(qū)域進(jìn)行10Gbit/s以上速率的長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，需要進(jìn)行色散補(bǔ)償。G.652A和G.652B光纖的區(qū)別是：G.652A光纖支持2.5Gbit/s的單通道SDH傳輸系統(tǒng)及10Gbit/s以太網(wǎng)系統(tǒng)；G.652B光纖則可應(yīng)用于10的單通道SDH傳輸系統(tǒng)及40Gbit/s以太網(wǎng)系統(tǒng)，另外，G.652B光纖的偏振模色散系數(shù)規(guī)定要比G.652A光纖的嚴(yán)格許多，更加適合長(zhǎng)距離的傳輸。

2023/2/5179G.652C和G.652D光纖G.652C和G.652D光纖是分別在G.652A、B的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)工藝，消除了1383nm處的水吸收峰，使得1350-1450nm區(qū)域的衰減大大降低，將工作波長(zhǎng)擴(kuò)展為1280-1625nm，全部可用波段比常規(guī)單模光纖增加了一半以上。所以G.652C、D光纖稱為波長(zhǎng)段擴(kuò)展單模光纖，也稱全波光纖或低水峰光纖。該光纖完全能夠滿足城域網(wǎng)大容量、高密集波分復(fù)用技術(shù)發(fā)展的需求。

除了擴(kuò)展了工作波長(zhǎng)區(qū)域以外，G.652C的其他屬性與G.652A光纖基本相同，而G.652D光纖的其他屬性也與G.652B光纖基本相同，G.652D光纖的偏振模色散系數(shù)也比G.652C光纖嚴(yán)格很多，更加適合長(zhǎng)距離的傳輸。

目前在我國通信系統(tǒng)中最常使用的是G.652B和G.652D光纖，有些專業(yè)光纖生產(chǎn)廠家也已經(jīng)將G.652A、B、C光纖淘汰，只生產(chǎn)G.652D光纖。

2023/2/5180G.653光纖又稱為色散位移光纖。在1550nm處同時(shí)具有最小的色散和最低的損耗。傳輸窗口主要在1550nm附近。G.653光纖(DSF)在1550nm為零色散，由于非線性效應(yīng)，阻礙了WDM的應(yīng)用.2023/2/5181G.654光纖截止波長(zhǎng)位移到～1530nm在1550nm窗口的損耗進(jìn)一步降低。

---0.15dB/km零色散點(diǎn)位于1310nm窗口。芯子：純SiO2

包層：SiO2摻F

光纖的包層折射率略低于芯區(qū)。主要適用于需要很長(zhǎng)中繼距離的環(huán)境。2023/2/5182G.655光纖又稱非零色散位移光纖。在1550nm窗口期望應(yīng)用的全部波長(zhǎng)范圍內(nèi)，光纖色散的絕對(duì)值不為零并處于某一范圍內(nèi)。主要適用于1550nm窗口的波分復(fù)用系統(tǒng)。其非零色散值可以有效抑制非線性效應(yīng)對(duì)DWDM系統(tǒng)的影響。2023/2/5183色散一方面使得傳輸脈沖展寬，產(chǎn)生碼間干擾，限制光纖向高速系統(tǒng)的發(fā)展；另一方面可有效抑制包括四波混頻在內(nèi)的非線性效應(yīng)。于是人們想出了一個(gè)兼顧色散和非線性兩種要素的折中解決方案，即將零色散點(diǎn)從1.55μm移至1.51μm附近，使之在C波段30nm范圍內(nèi)色散值保持在2~6Ps/km.nm。這樣既可有效地抑制四波混頻效應(yīng)，又降低了1.55μm低損耗窗口的色散，且提高了光纖的傳輸速率。這種光纖就是非零色散位移光纖，系指在1.55μm處不是零色散的光纖，即G.655光纖。G.655光纖2023/2/5184G.655A、G.655B和G.655CITU-T根據(jù)對(duì)光纖1625nm波段的要求和PMD值的要求，將G.655光纖劃分為G.655A、G.655B和G.655C三個(gè)子類。G.655A光纖只規(guī)定了C波段的特性，而G.655B和G.655C規(guī)定了1625nm處的衰減，同時(shí)增加了L波段的色散要求，增加了最大值同最小值間的差值，因此G.655A主要用于C波段而其它兩種可用于L波段。G.655B和G.655C光纖的基本要求均相同，但G.655C光纖對(duì)光纜的PMD鏈路設(shè)計(jì)值要求更嚴(yán)格，所以G.655C光纖具有更長(zhǎng)的傳輸距離。

2023/2/5185G.655光纖康寧公司曾推出了零色散點(diǎn)位于1580nm附近的光纖，但由于這種光纖在1580nm以下波長(zhǎng)的色散量均為負(fù)值，因而大大降低了可用波長(zhǎng)資源。朗訊公司推出了零色散點(diǎn)在1531nm左右的Truewave光纖，其在C波段的色散值為2.6~6ps。康寧公司改進(jìn)了制作技術(shù)，很快推出了零色散點(diǎn)在1510nm左右的LEAF光纖，其在C波段的色散值小于10ps，略高于Truewave光纖。

Truewave光纖和LEAF光纖被統(tǒng)稱為G.655A光纖。2023/2/5186G.655光纖

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在1420nm處光纖的傳輸損耗也不過只有0.25dB/km，完全可以利用。因此繼C波段和L波段光通信系統(tǒng)開通之后，波長(zhǎng)位于1430nm～1530nm之間的S波段將近100nm帶寬的通信窗口開始受到關(guān)注。而G.655A光纖卻使這一波段的波長(zhǎng)資源被浪費(fèi)。為進(jìn)一步利用S波段，2000年法國阿爾卡特公司和日本住友公司分別研究出了零色散點(diǎn)在1430nm左右的Teralight光纖和PureGuide光纖，即G.655B光纖。其零色散點(diǎn)越來越靠近G.652光纖的1310nm零色散波長(zhǎng)。這樣，光纖通信的可利用波長(zhǎng)資源與G.655A光纖相比大大增加。2023/2/5187色散譜G.655B光纖G.655A光纖單模光纖的主要類型2023/2/5188+Disp

輸入脈沖

輸出脈沖0.10.20.30.40.50.6衰減(dB/km)1600170014001300120015001100波長(zhǎng)(nm)EDFA頻帶

20100-10-20色散(ps/nm.km)G.652&G.654G.655G.653損耗與色散譜2023/2/5189C波段（1530~1565nm）和L波段（1565~1625nm）NZ-DSF光纖的衰減和色散特性在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)，具有非零但較小色散，具有很低損耗,利用色散補(bǔ)償技術(shù)，補(bǔ)償信號(hào)經(jīng)歷光纖傳輸后的總色散利用光纖放大技術(shù)，補(bǔ)償光傳輸后的幅度衰減單模光纖的主要類型2023/2/5190價(jià)格比G.652光纖高出3倍G.655光纖并未消除色散，在長(zhǎng)距離的高速通信系統(tǒng)中仍需進(jìn)行色散補(bǔ)償，而且很難實(shí)現(xiàn)通道間距為50GHz

的WDM

系統(tǒng)?？恳苿?dòng)零色散的位置是不能徹底解決光纖色散問題的。波長(zhǎng)資源被浪費(fèi)G.655光纖：2023/2/5191G.656光纖寬帶傳輸用非零色散位移單模光纖為在1460-1625nm波長(zhǎng)區(qū)進(jìn)行多信道傳輸而優(yōu)化的光纖。其非零色散波長(zhǎng)區(qū)域在1460-1625nm，光纜截止波長(zhǎng)不大于1450nm，可在更寬的傳輸波段上(S、L和L共3個(gè)波段)應(yīng)用DWDM和CWDM傳輸技術(shù)。寬帶傳輸用非零色散位移單模光纖(G.656光纖)

G.656光纖是近幾年新研制的用于DWDM和CWDM系統(tǒng)的更大帶寬的非零色散位移單模光纖。與G.655光纖相比，具有更寬的工作波長(zhǎng)(1460-1625nm)和更優(yōu)化的色散值，是一種更適合于未來光通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要的光纖，但目前還未進(jìn)入商用階段。

2023/2/5192G.657光纖G.657建議書推薦兩種光纖類型：A和B。A類型與熟知的G.652.D建議全面兼容，但是卻具備了很低的宏彎曲損耗。這種光纖用于彎曲半徑為10mm和15mm的場(chǎng)合，1550nm波長(zhǎng)下它們的最大彎曲損耗分別為0.75和0.025dB/彎角。相比之下，G.652.D光纖彎曲損耗僅在較大的彎曲半徑30mm時(shí)才給出了說明。

G.657B類光纖在模場(chǎng)直徑和色散方面與G.652.D明顯不同，打算用于距離受限的樓內(nèi)應(yīng)用。由于較低的模場(chǎng)直徑，B類光纖的熔接與連接特性也與G.652光纖不同，但是具有更小的彎曲半徑。在1550nm處，彎曲半徑7.5mm時(shí)的最大彎曲損耗為0.5dB/彎角，彎曲半徑10mm時(shí)則為0.1dB/彎角。這比G.657A類光纖要低得多。

2023/2/51932.2光纜1技術(shù)要求3分類2結(jié)構(gòu)2023/2/5194光纜技術(shù)要求保護(hù)光纖免受外力作用（切斷、微彎、側(cè)應(yīng)力等）便于施工、維護(hù)、接續(xù)要有一定的余長(zhǎng)，光纖盡量靠近光纜中心保護(hù)材料的熱膨脹系數(shù)與光纖盡量接近，避免應(yīng)力和微彎尺寸小，重量輕防水，防潮，抗腐蝕，防蟲叮鼠咬2023/2/5195光纖成纜之后要求光纜：1.抗拉力特性光纜能承受的最大拉力取決于加強(qiáng)構(gòu)件的材料和橫截面積，一般要求大于1km光纜的重量(100~400kg)2.抗壓特性光纜能承受的最大側(cè)壓力取決于護(hù)套的材料和結(jié)構(gòu)，多數(shù)在100~400kg/10cm3.改善溫度特性、隔離潮氣4.要求光纜材料不容易析氫2023/2/5196光纜對(duì)光纖特性的影響1.改善光纖的溫度特性虛線：光纖自身的特性曲線；實(shí)線：成纜后的特性曲線2.增加機(jī)械強(qiáng)度由于光纜結(jié)構(gòu)中加入了加強(qiáng)構(gòu)件、護(hù)套、甚至鎧裝層等，因此其斷點(diǎn)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于光纖；不僅如此，光纜的抗側(cè)壓、抗沖擊和抗扭曲性能都有明顯增強(qiáng)3.成纜的附加損耗不良的成纜工藝，把光纖制成光纜后，會(huì)帶來附加損耗，

(比如說不良應(yīng)力造成微彎)稱之為成纜損耗2023/2/5197光纜結(jié)構(gòu)光纜結(jié)構(gòu)護(hù)層纜芯加強(qiáng)元件2023/2/5198光纜的基本結(jié)構(gòu)光纜一般由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成。纜芯：由單根或多根光纖芯線組成，有緊套和松套兩種結(jié)構(gòu)。緊套光纖有二層和三層結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)元件：用于增強(qiáng)光纜敷設(shè)時(shí)可承受的負(fù)荷。一般是金屬絲或非金屬纖維。護(hù)層：具有阻燃、防潮、耐壓、耐腐蝕等特性，主要是對(duì)已成纜的光纖芯線進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)敷設(shè)條件可由鋁帶/聚乙烯綜合縱包帶粘界外護(hù)層（

LAP），鋼帶（或鋼絲）鎧裝和聚乙烯護(hù)層等組成。2023/2/51992023/2/5200纜芯作用：妥善安置光纖的位置，使光纖在各種外力影響下 仍能保持優(yōu)良的傳輸性能纜芯的套塑方法：緊套：無活動(dòng)空間，易受外力影響；外徑小，性能穩(wěn)定松套：外徑較大，須填充油膏來提高縱向密封性；溫度性能好，易于緩沖外力，是發(fā)展方向，地下光纜80%采用松套方法。*光纜中必須有防潮層，并填充油膏！2023/2/5201加強(qiáng)元件分類：1，中心加強(qiáng) 2，外層加強(qiáng)要求：高楊氏模量，高彈性范圍，高比強(qiáng)度（強(qiáng)度/重量），低線膨脹系數(shù)，抗腐蝕性，柔軟性材料：鋼絲，鋼絞線，鋼管強(qiáng)電磁干擾區(qū)域、雷區(qū)——高強(qiáng)度非金屬材料，芳綸纖維2023/2/5202護(hù)層由護(hù)套構(gòu)成的多層組合體作用保持光纜在各種敷設(shè)條件下都能為纜芯提供足夠機(jī)械強(qiáng)度不同敷設(shè)方式不同要求：管道：較強(qiáng)的抗拉、抗側(cè)壓、抗彎曲能力直埋：鎧裝抗側(cè)壓，同時(shí)考慮地面的振動(dòng)與蟲咬架空：環(huán)境的影響，防彈層水底：更高的抗拉、抗水壓、防水能力2023/2/5203護(hù)層結(jié)構(gòu)填充層：PVC填充物，固定各單元位置內(nèi)護(hù)層：纜芯外一層聚脂薄膜，扎緊纜芯，隔熱，緩沖防水層：密封的鋁管，防水進(jìn)入，特別是水下光纜緩沖層：尼龍帶軸向螺旋式繞包纜芯，保護(hù)纜芯免受徑向壓力鎧裝層：光纜外的金屬護(hù)套，免受強(qiáng)大的側(cè)向壓力外護(hù)套：PVC，聚乙烯等擠鑄在光纜外，保護(hù)光纜，2023/2/5204光纜分類纜芯結(jié)構(gòu)層絞式按一定節(jié)距進(jìn)行絞合，光纖沒有活動(dòng)余地，經(jīng)受側(cè)向壓力能力弱，通常用松套光纖骨架式優(yōu)良的機(jī)械性能和抗沖擊性能，微彎損耗小，工藝復(fù)雜帶狀空間利用率高，可快速接續(xù)，工藝要求高束管式抗彎，抗壓，縱向密封性好，工藝比較簡(jiǎn)單(根據(jù)纜芯結(jié)構(gòu)不同)2023/2/5205四種光纜結(jié)構(gòu)圖層絞式骨架式帶狀束管式2023/2/5206層絞式層絞式光纜的結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)的電纜結(jié)構(gòu)方式，故又稱為古典式光纜。2023/2/5207骨架式骨架式光纜中的光纖置放于塑料骨架的槽中，槽的橫截面可以是V形、U形或其他合理的形狀，槽的縱向呈螺旋形或正弦形，一個(gè)空槽可放置5~10根一次涂覆光纖。2023/2/5208束管式束管式結(jié)構(gòu)的光纜近年來得到了較快的發(fā)展。它相當(dāng)于把松套管擴(kuò)大為整個(gè)纜芯，成為一個(gè)管腔，將光纖集中松放在其中。2023/2/5209帶狀式帶狀式結(jié)構(gòu)的光纜首先將一次涂覆的光纖放入塑料帶內(nèi)做成光纖帶，然后將幾層光纖帶疊放在一起構(gòu)成光纜芯。2023/2/5210光纜的制造過程

1.光纖的篩選：選擇傳輸特性優(yōu)良和張力合格的光纖。

2.光纖的染色：應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的全色譜來標(biāo)識(shí)，要求高溫不退色不遷移。

3.二次擠塑：選用高彈性模量，低線脹系數(shù)的塑料擠塑成一定尺寸的管子，將光纖納入并填入防潮防水的凝膠，最后存放幾天（不少于兩天）。

4.光纜絞合：將數(shù)根擠塑好的光纖與加強(qiáng)單元絞合在一起。

5.擠光纜外護(hù)套：在絞合的光纜外加一層護(hù)套。

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