光纖光纜的結(jié)構(gòu)與分類

光纖光纜的結(jié)構(gòu)與分類2021/10/10星期日1

一、光纖的結(jié)構(gòu)二、光纖的分類三、光纜的結(jié)構(gòu)四、光纜的分類2021/10/10星期日2光纖的結(jié)構(gòu)纖芯位于光纖中心，直徑2a為5～75μm,作用是傳輸光波。包層位于纖芯外層，直徑2b為100～150μm,作用是將光波限制在纖芯中。纖芯和包層即組成裸光纖，兩者采用高純度二氧化硅（SiO2）制成，但為了使光波在纖芯中傳送，應(yīng)對材料進(jìn)行不同摻雜，使包層材料折射率n2比纖芯材料折射率n1小，即光纖導(dǎo)光的條件是n1＞n2。一次涂敷層是為了保護(hù)裸纖而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮樹脂層，厚度一般為30～150μm。套層又稱二次涂覆或被覆層，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龍等材料。經(jīng)過二次涂敷的裸光纖稱為光纖芯線。

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一次涂覆層

纖芯

包層

套層一次涂覆層包層纖芯套層光纖的結(jié)構(gòu)示意圖2021/10/10星期日4

二、光纖分類根據(jù)光纖的折射率、光纖材料、傳輸模式、光纖用途和制造工藝，有如下幾種分類方法：

1．階躍型和梯度型光纖(根據(jù)光纖的折射率分布函數(shù))階躍光纖的纖芯與包層間的折射率階躍變化的，即纖芯內(nèi)的折射率分布大體上是均勻的，包層內(nèi)的折射率分布也大體均勻，均可視為常數(shù)，但是纖芯和包層的折射率不同，在界面上發(fā)生突變。梯度光纖纖芯內(nèi)的折射率不是常量，而是從中心軸線開始沿徑向大致按拋物線形狀遞減，中心軸折射率最大。2021/10/10星期日5

2．按材料分類

(1)高純度石英(SiO2)玻璃纖維。這種材料的光損耗比較小，在波長λ＝1.2μm時、最低損耗約為0.47dB/km。

(2)多組分玻璃光纖用常規(guī)玻璃制成，損耗也很低。如硼硅酸鈉玻璃光纖，在波長λ＝0.84μm時，最低損耗為3.4dB/km。

(3)塑料光纖。用人工合成導(dǎo)光塑料制成，其損耗較大。當(dāng)λ＝0.63μm時，損耗高達(dá)100～200dB/km；但重量輕，成本低，柔軟性好，適用于短距離導(dǎo)光。

2021/10/10星期日63．按傳輸模數(shù)分類

(1)單模光纖

單模光纖纖芯直徑僅有幾微米，接近光的波長。單模光纖通常是指躍變光纖中，內(nèi)芯尺寸很小，光纖傳輸模數(shù)很少，原則上只能傳送一種模數(shù)的光纖，常用于光纖傳感器。這類光纖傳輸性能好、頻帶很寬，具有較好的線性度；但因內(nèi)芯尺寸小，難以制造和耦合。

(2)多模光纖。

多模光纖纖芯直徑約為50μm，纖芯直徑遠(yuǎn)大于光的波長。通常是指躍變光纖中，內(nèi)芯尺寸較大，傳輸模數(shù)很多的光纖。這類光纖性能較差，帶寬較窄；但由于芯子的截面積大，容易制造、連接耦合比較方便，也得到了廣泛應(yīng)用。

2021/10/10星期日7光纖的分類

石英系列光纖（以SiO2為主要材料）按光纖組成材料劃分多組分光纖（材料由多組成分組成）液芯光纖（纖芯呈液態(tài)）塑料光纖（以塑料為材料）

階躍型光纖（SIF）光纖種類按光纖纖芯折射率分布劃分漸變型光纖（GIF）W型光纖單模光纖（SMF）

按光纖傳輸模式數(shù)劃分芯徑

多模光纖（MMF）2021/10/10星期日8光纖的纖芯折射率剖面分布2b2b2b2c2a2a2a

nnnn1n1n1n2n2n2n3

0abr0abr0acbr（a）階躍光纖（b）漸變光纖（c）W型光纖

2021/10/10星期日9階躍型光纖（SIF）：纖芯折射率呈均勻分布，纖芯和包層相對折射率差Δ為1%～2%。漸變型光纖（GIF）：纖芯折射率呈非均勻分布，在軸心處最大，而在光纖橫截面內(nèi)沿半徑方向逐漸減小，在纖芯與包層的界面上降至包層折射率n2。

W型光纖（雙包層光纖）：在纖芯與包層之間設(shè)有一折射率低于包層的緩沖層，使包層折射率介于纖芯和緩沖層之間?？梢詫?shí)現(xiàn)在1.3～1.6μm之間色散變化很小的色散平坦光纖或把零色散波長移到1.55μm的色散位移光纖。

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單模光纖

指在工作波長中，只能傳輸一個傳播模式的光纖，通常簡稱為單模光纖

（SMF：SingleModeFiber）。目前，在有線電視和光通信中，是應(yīng)用最廣泛的光纖。

由于光纖的纖芯很細(xì)（約10μm）而且折射率呈階躍狀分布，當(dāng)歸一化頻率V參數(shù)＜2.4時，理論上，只能形成單模傳輸。2021/10/10星期日11

單模光纖

SMF沒有多模色散，不僅傳輸頻帶較多模光纖更寬，再加上SMF的材料色散和結(jié)構(gòu)色散的相加抵消，其合成特性恰好形成零色散的特性，使傳輸頻帶更加拓寬。

SMF中，因摻雜物不同與制造方式的差別有許多類型。凹陷型包層光纖（DePr-essedCladFiber），其包層形成兩重結(jié)構(gòu)，鄰近纖芯的包層，較外側(cè)包層的折射率還低。

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多模光纖

將傳播可能的模式為多個模式的光纖稱作多模光纖。纖芯直徑為50μm，由于傳輸模式可達(dá)幾百個，與SMF相比傳輸帶寬主要受模式色散支配。曾用于有線電視和通信系統(tǒng)的短距離傳輸。自從出現(xiàn)SMF光纖后，似乎形成歷史產(chǎn)品。但實(shí)際上，由于MMF較SMF的芯徑大且與局域網(wǎng)等光源結(jié)合容易，更有優(yōu)勢。所以，在短距離通信領(lǐng)域中MMF仍在重新受到重視。

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多模光纖

MMF按折射率分布進(jìn)行分類時，有：漸變（GI）型和階躍（SI）型兩種。從幾何光學(xué)角度來看，漸變型在纖芯中前進(jìn)的光束呈現(xiàn)以蛇行狀傳播。由于，光的各個路徑所需時間大致相同。所以，傳輸容量較SI型大。SI型MMF光纖的折射率分布，纖芯折射率的分布是相同的，但與包層的界面呈階梯狀。由于SI型光波在光纖中的反射前進(jìn)過程中，產(chǎn)生各個光路徑的時差，致使射出光波失真，其結(jié)果是傳輸帶寬變窄，目前SI型MMF應(yīng)用較少。

2021/10/10星期日14單模光纖相比，多模光纖芯徑大，便于接續(xù)；但其衰減系數(shù)大，帶寬小，故目前多模光纖在通信方面只適用于短距離、小容量的數(shù)據(jù)和模擬光信息傳輸。多模光纖用于檢測系統(tǒng)。2021/10/10星期日15特殊光纖：

紅外光纖

作為光通信領(lǐng)域所開發(fā)的石英系列光纖的工作波長，盡管用在較短的傳輸距離，也只能用于2μm以下。為能在更長的紅外波長領(lǐng)域工作，所開發(fā)的光纖稱為紅外光纖。

紅外光纖（InfraredOpticalFiber）主要用于光能傳送。例如有：溫度計(jì)量、熱圖像傳輸、激光手術(shù)刀醫(yī)療、熱能加工等等，普及率尚低。2021/10/10星期日16

復(fù)合光纖

復(fù)合光纖（CompoundFiber）是指在二氧化硅原料中，再適當(dāng)混合諸如氧化鈉、氧化硼、氧化鉀等氧化物的多成分玻璃作成的光纖。特點(diǎn)是多成分玻璃比石英的軟化點(diǎn)低且纖芯與包層的折射率差很大。主要用在醫(yī)療業(yè)務(wù)的光纖內(nèi)窺鏡。

2021/10/10星期日17氟化物光纖氟化物光纖（FluorideFiber）是由氟化物玻璃作成的光纖。這種光纖原料包括氟化鋁、氟化鋇、氟化鑭、氟化鈉等氟化物玻璃原料。簡稱為ZBLAN。主要工作在2～10μm波長的光傳輸業(yè)務(wù)。

2021/10/10星期日18氟化物光纖由于ZBLAN具有超低損耗光纖的可能性，正在進(jìn)行著用于長距離通信光纖的可行性開發(fā)，例如：其理論上的最低損耗，在3μm波長時可達(dá)dB／km，而石英光纖在1.55μm時卻在0.15～0.16dB/Km之間。

目前，ZBLAN光纖由于難于降低散射損耗，只能用在2.4～2.7μm的溫敏器和熱圖像傳輸，尚未廣泛實(shí)用。

為了利用ZBLAN進(jìn)行長距離傳輸，正在研制1.3μm的摻鍺光纖放大器（PDFA）。2021/10/10星期日19

塑包光纖

塑包光纖（PlasticCladFiber）是將高純度的石英玻璃作成纖芯，而將折射率比石英稍低的如硅膠等塑料作為包層的階躍型光纖。它與石英光纖相比較，具有纖芯粗、數(shù)值孔徑（N.A.）高的特點(diǎn)。因此，易與發(fā)光二極管LED光源結(jié)合，損耗也較小。所以，非常適用于局域網(wǎng)（LAN）和近距離通信。

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塑料光纖

將纖芯和包層都用塑料（聚合物）作成的光纖。早期產(chǎn)品主要用于裝飾和導(dǎo)光照明及近距離光路的光通信中。

原料主要是有機(jī)玻璃（PMMA）、聚苯乙?。≒S）和聚碳酸酯（PC）。損耗一般每km可達(dá)幾十dB。為了降低損耗正在開發(fā)應(yīng)用氟索系列塑料。2021/10/10星期日21塑料光纖由于塑料光纖（PlasticOpticalfiber）的纖芯直徑為1000μm，比單模石英光纖大100倍，接續(xù)簡單，而且易于彎曲施工容易。近年來，加上寬帶化的進(jìn)度，作為漸變型（GI）折射率的多模塑料光纖的發(fā)展受到了社會的重視。在汽車內(nèi)部局域網(wǎng)中應(yīng)用較快，未來在家庭局域網(wǎng)中也可能得到應(yīng)用。

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色散位移光纖單模光纖的工作波長在1.3μm時，模場直徑約9μm，其傳輸損耗約0.3dB／km。此時，零色散波長恰好在1.3μm處。

石英光纖中，從原材料上看1.55μm段的傳輸損耗最?。s0.2dB／km）。由于

現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用的摻鉺光纖放大器（EDFA）是工作在1.55μm波段的，如果在此波段也能實(shí)現(xiàn)零色散，就更有利于1.55μm波段的長距離傳輸。2021/10/10星期日23

色散位移光纖巧妙地利用光纖材料中的石英材料色散與纖芯結(jié)構(gòu)色散的合成抵消特性，就可使原在1.3μm段的零色散，移位到1.55μm段也構(gòu)成零色散。因此，被命名為色散位移光纖（DSF：DispersionShifted

Fiber）。

2021/10/10星期日24色散位移光纖在光通信的長距離傳輸中，光纖色散為零是重要的，但不是唯一的。其它性能還有損耗小、接續(xù)容易、成纜化容易和工作中的特性變化?。ò◤澢⒗旌铜h(huán)境變化影響）。DSF就是在設(shè)計(jì)中，綜合考慮這些因素。

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色散平坦光纖

色散移位光纖（DSF）是將單模光纖設(shè)計(jì)零色散位于1.55μm波段的光纖。而色散平坦光纖卻是將從1.3μm到1.55μm的較寬波段的色散，都能作到很低，幾乎達(dá)到零色散的光纖稱作DFF。2021/10/10星期日26

色散平坦光纖

由于DFF要作到1.3μm～1.55μm范圍的色散都減少。就需要對光纖的折射率分布進(jìn)行復(fù)雜的設(shè)計(jì)。

不過這種光纖對于波分復(fù)用（WDM）的線路卻是很適宜的。由于DFF光纖的工藝比較復(fù)雜，費(fèi)用較貴。今后隨著產(chǎn)量的增加，價格也會降低。2021/10/10星期日27

色散補(bǔ)償光纖

對于采用單模光纖的干線系統(tǒng)，多數(shù)是利用1.3μm波段色散為零的光纖構(gòu)成的?？墒牵绻茉?.3μm零色散的光纖上也能令1.55μm波長工作，將是非常有益的。在1.3μm零色散的光纖中1.55μm波段的色散約有16ps／km／nm之多。

2021/10/10星期日28色散補(bǔ)償光纖如果在此光纖線路中，插入一段與此色散符號相反的光纖，就可使整個光線路的色散為零。為此目的所用的是光纖則稱作色散補(bǔ)償光纖（DCF：DisPersionCompe-nsationFiber）。

DCF與標(biāo)準(zhǔn)的1.3μm零色散光纖相比，纖芯直徑更細(xì)，而且折射率差也較大。

DCF也是WDM光線路的重要組成部分。2021/10/10星期日29

抗惡環(huán)境光纖

通信用光纖通常的工作環(huán)境溫度可在-40～＋60℃之間，設(shè)計(jì)時也是以不受大量輻射線照射為前提的。相比之下，對于更低溫或更高溫以及能遭受高壓或外力影響、曝曬輻射線的惡劣環(huán)境下，也能工作的光纖則稱作抗惡環(huán)境光纖。

一般為了對光纖表面進(jìn)行機(jī)械保護(hù)，多涂覆一層塑料。可是隨著溫度升高，塑料保護(hù)功能有所下降，致使使用溫度也有所限制。如果改用抗熱性塑料，如聚四氟乙?。═eflon）等樹脂，即可工作在300℃環(huán)境。也有在石英玻璃表面涂覆鎳和鋁等金屬的，這種光纖則稱為耐熱光纖。2021/10/10星期日30

抗惡環(huán)境光纖

當(dāng)光纖受到輻射線的照射時，光損耗會增加。這是因?yàn)槭⒉Ａв龅捷椛渚€照射時，玻璃中會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷（也稱作色心：ColourCenter），尤在0.4～0.7μm波長時損耗增大。防止辦法是改用摻雜OH或F素的石英玻璃，就能抑制因輻射線造成的損耗缺陷。這種光纖則稱作抗輻射光纖（RadiationResista-ntFiber），多用于核發(fā)電站的監(jiān)測用光纖維鏡等。2021/10/10星期日31

密封涂層光纖

為了保持光纖的機(jī)械強(qiáng)度和損耗的長時間穩(wěn)定，而在玻璃表面涂裝碳化硅

（SiC）、碳化鈦（TiC）、碳（C）等無機(jī)材料，用來防止從外部來的水的擴(kuò)散所制造的光纖（HCF：HermeticallyCoated

Fiber）。2021/10/10星期日32

碳涂層光纖

在石英光纖的表面涂敷碳膜的光纖，稱之碳涂層光纖（CCF：CarbonCoated

Fiber）。其機(jī)理是利用碳素的致密膜層，使光纖表面與外界隔離，以改善光纖的機(jī)械疲勞損耗和氫分子的損耗增加。CCF是密封涂層光纖（HCF）的一種。2021/10/10星期日33碳涂層光纖碳涂覆光纖（CCF）能有效地截?cái)喙饫w與外界氫分子的侵入。據(jù)報(bào)道它在室溫的氫氣環(huán)境中可維持20年不增加損耗。防止水分侵入能延緩機(jī)械強(qiáng)度的疲勞進(jìn)程，其疲勞系數(shù)（FatigueParameter）可達(dá)200以上。所以，HCF被應(yīng)用于嚴(yán)酷環(huán)境中要求可靠性高的系統(tǒng)，例如海底光纜。2021/10/10星期日34

金屬涂層光纖

金屬涂層光纖（MetalCoatedFiber）是在光纖的表面涂布Ni、Cu、AL等金屬層的光纖。也有再在金屬層外被覆塑料的，目的在于提高抗熱性和可供通電及焊接。它是抗惡環(huán)境性光纖之一，也可作為電子電路的部件用。

早期產(chǎn)品是在拉絲過程中，涂布熔解的金屬作成。由于此法因被玻璃與金屬的膨脹系數(shù)差異太大，會增加微小彎曲損耗，實(shí)用化率不高。現(xiàn)在多采用在玻璃光纖的表面用低損耗的非電解鍍膜法，使性能大有改善。2021/10/10星期日35

摻稀土光纖

在光纖的纖芯中，摻雜稀土族元素的光纖。1985年英國的索斯安普頓（Sourthampton）大學(xué)的佩思（Payne）等首先發(fā)現(xiàn)摻雜稀土元素的光纖（RareEarthDoPedFiber）有激光振蕩和光放大的現(xiàn)象。于是，從此揭開了摻餌等光放大的面紗，現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用的1.55μmEDFA就是利用摻餌的單模光纖，利用1.47μm或980nm的激光進(jìn)行激勵，得到1.55μm光信號放大的。2021/10/10星期日36

喇曼光纖

喇曼效應(yīng)是指往某物質(zhì)中射入頻率f的單色光時，在散射光中會出現(xiàn)頻率f之外的f±fR，f±2fR等頻率的散射光，對此現(xiàn)象稱喇曼效應(yīng)。利用這種非線性媒體做成的光纖，稱作喇曼光纖（RF：RamanFiber）。光封閉在細(xì)小的纖芯中，進(jìn)行長距離傳播，當(dāng)輸入光增強(qiáng)時，就會獲得相干的感應(yīng)散射光。感應(yīng)喇曼散射光-----喇曼光纖激光器。感應(yīng)喇曼散射----在光纖的長距離通信中，作為光放大器的應(yīng)用。2021/10/10星期日37

偏心光纖

標(biāo)準(zhǔn)光纖的纖芯是設(shè)置在包層中心的，纖芯與包層的截面形狀為同心圓型。但因用途不同，也有將纖芯位置和纖芯形狀、包層形狀，作成不同狀態(tài)或?qū)鼘哟┛仔纬僧愋徒Y(jié)構(gòu)的。相對于標(biāo)準(zhǔn)光纖，稱這些光纖叫異型光纖。

偏心光纖（ExcentricCore

Fiber），它是異型光纖的一種。其纖芯設(shè)置在偏離中心且接近包層外線的偏心位置。由于纖芯靠近外表，部分光場會溢出包層傳播（稱此為漸消波，EvanescentWave）。

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偏心光纖當(dāng)光纖表面附著物質(zhì)時，因物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)在光纖中傳播的光波受到影響。如果附著物質(zhì)的折射率較光纖高時，光波則往光纖外輻射。若附著物質(zhì)的折射率低于光纖折射率時，光波不能往外輻射，卻會受到物質(zhì)吸收光波的損耗。利用這一現(xiàn)象，就可檢測有無附著物質(zhì)以及折射率的變化。

偏心光纖（ECF）主要用作檢測物質(zhì)的光纖敏感器。與光時域反射計(jì)（OTDR）的測試法組合一起，還可作分布敏感器用。2021/10/10星期日39

發(fā)光光纖

采用含有熒光物質(zhì)制造的光纖。它是在受到輻射線、紫外線等光波照射時，產(chǎn)生的熒光一部分，可經(jīng)光纖閉合進(jìn)行傳輸?shù)墓饫w。

發(fā)光光纖（LuminescentFiber）可以用于檢測輻射線和紫外線，以及進(jìn)行波長變換，或用作溫度敏感器、化學(xué)敏感器。在輻射線的檢測中也稱作閃光光纖（ScintillationFiber）。

發(fā)光光纖從熒光材料和摻雜的角度上，正在開發(fā)塑料光纖。2021/10/10星期日40

多芯光纖

通常的光纖是由一個纖芯區(qū)和圍繞它的包層區(qū)構(gòu)成的。但多芯光纖卻是一個共同的包層區(qū)中存在多個纖芯的。由于纖芯的相互接近程度，可有兩種功能。

其一是纖芯間隔大，即不產(chǎn)生光耦會的結(jié)構(gòu)。這種光纖，由于能提高傳輸線路的單位面積的集成密度。在光通信中，可以作成具有多個纖芯的帶狀光纜，而在非通信領(lǐng)域，作為光纖傳像束，有將纖芯作成成千上萬個的。

其二是使纖芯之間的距離靠近，能產(chǎn)生光波耦合作用。利用此原理正在開發(fā)雙纖芯的敏感器或光回路器件。2021/10/10星期日41

空心光纖

將光纖作成空心，形成圓筒狀空間，用于光傳輸?shù)墓饫w，稱作空心光纖?？招墓饫w主要用于能量傳送，可供X射線、紫外線和遠(yuǎn)紅外線光能傳輸?？招墓饫w結(jié)構(gòu)有兩種：一是將玻璃作成圓筒狀，其纖芯與包層原理與階躍型相同。利用光在空氣與玻璃之間的全反射傳播。由于，光的大部分可在無損耗的空氣中傳播，具有一定距離的傳播功能。二是使圓筒內(nèi)面的反射率接近1，以減少反射損耗。為了提高反射率，有在簡內(nèi)設(shè)置電介質(zhì)，使工作波長段損耗減少的。例如可以作到波長10.6μm損耗達(dá)幾dB／m的。2021/10/10星期日42

ITU-T建議的光纖分類

G.651光纖:漸變多模光纖，工作波長為1.31μm和1.55μm，在1.31μm處光纖有最小色散，而在1.55μm處光纖有最小損耗，主要用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)或接入網(wǎng)。G.652光纖：常規(guī)單模光纖，也稱為非色散位移光纖，其零色散波長為1.31μm，在1.55μm處有最小損耗，是目前應(yīng)用最廣的光纖。G.653光纖：色散位移光纖，在1.55μm處實(shí)現(xiàn)最低損耗與零色散波長一致，但由于在1.55μm處存在四波混頻等非線性效應(yīng)，阻礙了其應(yīng)用。G.654光纖：性能最佳單模光纖，在1.55μm處具有極低損耗（大約0.18dB/km）且彎曲性能好。截止波長大于1310nm,專門用于1550nm波段。G.655光纖：非零色散位移單模光纖，在1.55μm～1.65μm處色散值為0.1～6.0ps/（nm.km），用以平衡四波混頻等非線性效應(yīng)，適用于高速（10Gb/s以上）、大容量、DWDM系統(tǒng)。2021/10/10星期日43光纖的制造

光纖大多數(shù)是由石英玻璃材料組成的.光纖的制造要經(jīng)歷原料提純、光纖預(yù)制棒制備、光纖拉絲等具體的工藝步驟。2021/10/10星期日44

光纖制造兩種基本方法1.直接熔化法：按傳統(tǒng)制造玻璃的工藝將處在熔融狀態(tài)的石英玻璃的純凈組分直接制造成光纖。2.汽相氧化過程：

高純度金屬鹵化物(如SiCl4和GeCl4)與氧反應(yīng)生成SiO2微粒(通過四種不同的方法)，將微粒收集在玻璃容器的表面，燒結(jié)(在尚未熔化的狀態(tài)將SiO2轉(zhuǎn)化成玻璃體)制成預(yù)制棒，拉絲成纖。2021/10/10星期日45原料提純(石英玻璃材料):

精餾法:利用被提純物質(zhì)與雜質(zhì)的沸點(diǎn)不同來清除雜質(zhì);吸附法:利用被提純物質(zhì)與雜質(zhì)的化學(xué)鍵極性差異,選擇適當(dāng)?shù)奈絼┻M(jìn)行選擇性吸附分離,達(dá)到清除雜質(zhì)的目的;2021/10/10星期日46直接熔化法：雙坩堝法纖芯坯料棒內(nèi)坩堝包層坯料棒纖芯玻璃外坩堝熔爐拉制光纖(到拉絲機(jī))包層玻璃直接熔化法：可用于制造石英光纖、鹵化物光纖和硫?qū)俟饫w具有產(chǎn)量大、可連續(xù)制造的優(yōu)點(diǎn)但坯料棒熔化過程中容易帶來雜質(zhì)，它的最低損耗值為5dB/km2021/10/10星期日47光纖預(yù)制棒生產(chǎn)最常使用的工藝是兩步法：第一步采用四種氣相沉積工藝，即：外氣相沉積(OutsideVapourDeposition-OVD)、軸向氣相沉積(VapourAxial

Deposition-VAD)、改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積(ModifiedChemicalVapourDeposition-MCVD)、等離子化學(xué)氣相沉積(PlasmaChemicalVapourDeposition-PCVD)中的任一工藝來生產(chǎn)光纖預(yù)制棒的芯棒；第二步是在氣相沉積獲得的芯棒上施加外包層制成大光纖預(yù)制棒。

2021/10/10星期日48汽相氧化法：外部汽相氧化法(OVPO)餌棒粉層狀預(yù)制棒噴嘴玻璃微粒粉層沉積粉狀預(yù)制棒剖面芯包層粉狀預(yù)制棒加熱爐1400度玻璃預(yù)制棒預(yù)制棒燒結(jié)拉制光纖加熱爐玻璃預(yù)制棒1970年康寧第一根損耗小于20dB/km的光纖1.預(yù)制棒有空洞2.預(yù)制棒長度一定3.使用氫氧焰，光纖所含的OH-

較高2021/10/10星期日49汽相軸向沉積法(VAD)推進(jìn)機(jī)馬達(dá)馬達(dá)輸送桿透明預(yù)制棒容器環(huán)狀加熱器疏松的預(yù)制棒真空泵紅外熱成像儀玻璃微粒反應(yīng)室噴燈口優(yōu)點(diǎn)：1.預(yù)制棒不再具有空洞2.預(yù)制棒可以任意長3.沉積室和熔融室緊密相連，可以保證制作環(huán)境清潔4.沒有使用氫氧焰，單模光纖所含的OH-

較低，因此損耗較低在0.2~0.4dB/km1977年日本開發(fā)2021/10/10星期日50改進(jìn)的化學(xué)汽相沉積法(MCVD)貝爾實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，可用于制造低損耗梯度折射率光纖玻璃粉層沉積

初步燒結(jié)

加強(qiáng)熱成實(shí)心棒燒結(jié)后，纖芯由汽相沉積材料構(gòu)成，包層由原始的石英管構(gòu)成反應(yīng)物質(zhì)金屬鹵化物蒸汽+氧氣粉塵狀生成物排氣口SiO2餌管燒結(jié)后的玻璃粉層沉積物來回移動的噴燈H-O2021/10/10星期日51等離子體活性化學(xué)汽相沉積法(PCVD)飛利浦提出1978年應(yīng)用于量產(chǎn)熔融石英管SiCl4+O2+參雜物質(zhì)反應(yīng)物質(zhì)排氣口低壓工作的等離子體玻璃層快速來回移動的微波諧振腔(2.45GHz，8米/分鐘)1000~1200度直接玻璃沉積不需高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)管不易變形可快速移動，沉積厚度減少，有利于控制折射率分布沉積效率高、沉積速度快有利于消除包層沉積過程中的微觀不均勻2021/10/10星期日52光纖拉絲:將預(yù)制棒直徑縮小，且保持芯包比和折射率分布恒定的操作稱為光纖拉絲。拉絲過程中要對裸光纖施加預(yù)涂覆層保護(hù)。涂覆層既可以保護(hù)光纖的機(jī)械強(qiáng)度、隔離外界潮濕，又可以避免外應(yīng)力引起光纖的微彎損耗。此外，高速拉絲還應(yīng)注意光纖的充分冷卻，消除光纖中的殘余內(nèi)應(yīng)力。

2021/10/10星期日53光纖預(yù)制棒置備好之后進(jìn)行光纖拉絲光纖拉絲機(jī)d=10~25mm;L=60~120cm精密輸送機(jī)構(gòu)夾具預(yù)制棒拉絲爐光纖粗細(xì)監(jiān)測儀裸光纖涂覆機(jī)已涂覆光纖光纖卷繞2021/10/10星期日54機(jī)械手MechanicalhandleCapstan對中卡頭Three-jawchuckModifiedChemicalVaporDeposition高溫爐Graphitefurnace測溫儀Pyrometer分離及沉積處理Separatedeposition測徑儀FiberdiameterGauge空氣凈化系統(tǒng)ClearAirSystem機(jī)械手Mechanicalhandle涂杯Coatcup對中itioncentercontrol光固化vioietCuringSystem涂杯Coatcup對中itioncentercontrol光固化UltravioietCuringSystem對中itioncentercontrol熱固化UltravioietCuringSystem涂杯Coatcup對中itioncentercontrol熱固化UltravioietCuringSystem氣相色譜VaporPhasechromatogrameter基座高溫爐配重排除尾氣2021/10/10星期日55

光纖的機(jī)械和溫度特性1)光纖的抗拉強(qiáng)度很高，接近金屬的抗拉強(qiáng)度2)光纖的延展性(1%)比金屬差(20%)3)當(dāng)光纖內(nèi)存在裂紋、氣泡或雜物，在一定張力下容易斷裂4)光纖遇水容易斷裂且損耗增大5)在低溫下?lián)p耗隨溫度降低而增加需要增強(qiáng)機(jī)械性能、需要防水2021/10/10星期日56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、鋼帶（或鋼絲）鎧裝和聚乙烯護(hù)層等組成。2021/10/10星期日57

光纜的種類

1.按敷設(shè)方式分有：自承重架空光纜，管道光纜，鎧裝地埋光纜和海底光纜。2.按光纜結(jié)構(gòu)分有：束管式光纜，層絞式光纜，緊抱式光纜，帶式光纜，非金屬光纜和可分支光纜。3.按用途分有：長途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建筑物內(nèi)用光纜。2021/10/10星期日58光纜的制造：

光纜的制造過程一般分以下幾個過程：光纖的篩選：選擇傳輸特性優(yōu)良和張力合格的光纖。

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

二次擠塑：選用高彈性、低膨脹系數(shù)的塑料擠塑成一定尺寸的松套管，將光纖納入并填入防潮防水的凝膠。

光纜絞合：將數(shù)根擠塑好松套管的光纖與加強(qiáng)單元絞合在一起。

光纜外護(hù)套：在絞合的光纜外加一層護(hù)套。2021/10/10星期日59光纜對光纖特性的影響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2021/10/10星期日60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。2021/10/10星期日612021/10/10星期日62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，一個空槽可放置5~10根一次涂覆光纖。2021/10/10星期日63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)大為整個纜芯，成為一個管腔，將光纖集中松放在其中。2021/10/10星期日64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。2021/10/10星期日65

中心管式—帶狀光纜帶狀光纜特點(diǎn)

帶狀光纜具有外徑小、芯數(shù)大、便于集中熔接等優(yōu)點(diǎn)，可用于寬帶、高速、大容量多媒體的多網(wǎng)絡(luò)信息傳輸。

中心管式帶狀光纜適用于管道直埋與架空敷設(shè)2021/10/10星期日66帶狀光纜特點(diǎn)帶纖矩陣疊合，光纖排列緊密有序、光纜結(jié)構(gòu)緊湊、體積小容量大。管內(nèi)填充專用油膏，防水防潮，彎曲時光纖受力小。光纖整帶熔接，接續(xù)簡便效率高。2021/10/10星期日67帶狀光纜的結(jié)構(gòu)聚乙烯外護(hù)套鋼絲增強(qiáng)件聚烯烴細(xì)繩聚乙烯內(nèi)護(hù)套紙1212陣列（每12根光纖熔在一條塑料帶內(nèi)）2021/10/10星期日68帶狀光纜的制造過程光纖篩選：選擇傳輸特性優(yōu)良和張力合格的光纖。光纖配置：中心管式帶狀光纜結(jié)構(gòu)為大芯數(shù)光纜提供了最經(jīng)濟(jì)有效的配置，以4、6、8、12光纖帶為基帶，可生產(chǎn)48—216芯各種芯數(shù)不同規(guī)格的帶狀光纜。光纖染色：應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的全色譜來標(biāo)識，要求高溫不退色不遷移。光纖色譜為藍(lán)、橙、綠、棕、灰、白、紅、黑、黃、紫、粉紅、海藍(lán)，光纖帶號由1—18數(shù)字字母噴印在光纖帶上予以識別。2021/10/10星期日69疊合為矩陣：光纖帶按序疊合為矩陣，以一定的扭絞節(jié)距均勻置于松套管內(nèi)，用以減少光纜彎曲時纖芯所受的張力。管內(nèi)填充特種油膏：起阻水及保護(hù)光纖帶作用。松套管外依次是阻水帶、縱包軋紋鋼塑復(fù)合帶，黑色高密度聚乙烯外套中兩邊平行放置單根高強(qiáng)度加強(qiáng)鋼絲。2021/10/10星期日70中心管式帶狀光纜2021/10/10星期日71指標(biāo)名稱指

標(biāo)短

暫長

期抗張力3000N1000N彎曲半徑有負(fù)載20—25倍外徑無負(fù)載10—15倍外徑抗側(cè)壓1000N/10cm800N/10cm溫度范圍-30℃—+60℃2021/10/10星期日72層絞式帶狀光纜結(jié)構(gòu)：此光纜系中心金屬加強(qiáng)件,PBT松套管（或PE填充繩）SZ層絞、纜芯充油、尼龍紗捆扎、阻水帶包扎、鋁塑復(fù)合帶縱包、PE內(nèi)護(hù)層、鋼帶皺紋鎧裝、聚乙烯外護(hù)套。2021/10/10星期日73GYSTA53-iD(j)SS0～S4束管數(shù)/直徑（mm）1/12根/2.0～3.2光纖數(shù)（i）4～144加

強(qiáng)

件材料鍍鋅(磷化)鋼絲直徑/根數(shù)￠2.0～3.0阻水層油膏+阻水帶內(nèi)護(hù)層聚乙烯阻水層油膏或熱熔膠鎧裝層鋁塑和鋼塑復(fù)合帶外護(hù)套聚乙烯厚度（mm）2.0±0.2光纜外徑（mm）￠15～25光纜重量（kg/km）190～2502021/10/10星期日74

層絞式帶狀光纜結(jié)構(gòu)圖

2021/10/10星期日75指標(biāo)名稱指

標(biāo)短

暫長

期抗張力3000N1000N彎曲半徑有負(fù)載20—25倍外徑無負(fù)載10—15倍外徑抗側(cè)壓1000N/10cm800N/10cm溫度范圍-30℃—+60℃

層絞式帶狀光纜性能指標(biāo)2021/10/10星期日76光纜型號GYSTAGYSTY53GYSTA53GYSTA33光纖芯數(shù)4-1728光纜外徑8-6010-6810-6810-70光纜重量300-2000365-2500340-2500787-3000允許最大拉力50006000600020000允許最大壓力1000200020003000

幾種光纜的相關(guān)指標(biāo)2021/10/10星期日77

其它光纜

日本古河公司對幾種防鼠非金屬光纜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，只有用FRP鎧裝的光纜和用較多玻璃纖維（至少1.5mm厚）鎧裝的光纜才能達(dá)到防鼠要求。而用雙層玻璃絲帶和采用半芳香族聚酰胺護(hù)層的光纜不能達(dá)到防鼠要求。日本住友公司將一種合成辣椒素微囊混于護(hù)套中，然后在表面擠上一層普通聚乙烯，既能防鼠，又大大提高了操作安全性及敷設(shè)方便性。1、無金屬防鼠光纜2021/10/10星期日78

2、半松套光纜

—阿爾卡特公司推出一種半松套結(jié)構(gòu)光纜。將松套管尺寸盡可能縮小，但仍保持光纖處于可以自由運(yùn)動的狀態(tài)，就構(gòu)成半松套單元。因?yàn)槠胀ㄋ商坠懿牧咸?，半松套單元采用非常軟的熱塑料做套管。再將半松套單元與干式阻水材料一起放入中心管中，即可構(gòu)成144芯半松套光纜，其外徑僅為13mm。經(jīng)測試，該光纜各方面性能良好，而接入時間比松套層絞光纜節(jié)約33％。該光纜可用于需要高芯數(shù)而空間有限的管道中。若將護(hù)套料改為阻燃材料，可做成豎井級室內(nèi)纜。而加上鋼帶鎧裝可作直埋纜使用。2021/10/10星期日793、防彈光纜光纜采用雙層鋼塑護(hù)層加上雙層芳綸防彈帶可以實(shí)現(xiàn)防彈。在架空光纜中使用鋼帶還可以防止護(hù)套回縮和防潮。2021/10/10星期日