光纤光缆的结构与分类课件.ppt

1、 一次涂覆层 纤芯 包层 套层一次涂覆层 包层 纤芯 套层 二、光纤分类二、光纤分类 根据光纤的折射率、光纤材料、传输模式、光纤用途和制造根据光纤的折射率、光纤材料、传输模式、光纤用途和制造工艺，有如下几种分类方法：工艺，有如下几种分类方法：1阶跃型和梯度型光纤阶跃型和梯度型光纤(根据光纤的折射率分布函数根据光纤的折射率分布函数)阶跃光纤的纤芯与包层间的折射率阶跃变化的，即纤芯内阶跃光纤的纤芯与包层间的折射率阶跃变化的，即纤芯内的折射率分布大体上是均匀的，包层内的折射率分布也大体均的折射率分布大体上是均匀的，包层内的折射率分布也大体均匀，均可视为常数，但是纤芯和包层的折射率不同，在界面上匀，均

2、可视为常数，但是纤芯和包层的折射率不同，在界面上发生突变。发生突变。梯度光纤纤芯内的折射率不是常量，而是从中心轴线开始梯度光纤纤芯内的折射率不是常量，而是从中心轴线开始沿径向大沿径向大致按抛物线形状递减，中心轴折射率最大。致按抛物线形状递减，中心轴折射率最大。2按材料分类按材料分类 (1)高纯度石英高纯度石英(SiO2)玻璃纤维。玻璃纤维。这种材料的光损耗比较小，在波长这种材料的光损耗比较小，在波长1.2m时、最低损时、最低损耗约为耗约为0.47dB/km。(2)多组分玻璃光纤多组分玻璃光纤 用常规玻璃制成，损耗也很低。如硼硅酸钠玻璃光纤，在用常规玻璃制成，损耗也很低。如硼硅酸钠玻璃光纤，在波

3、长波长0.84m时，最低损耗为时，最低损耗为3.4dB/km。(3)塑料光纤。塑料光纤。用人工合成导光塑料制成，其损耗较大。当用人工合成导光塑料制成，其损耗较大。当0.63m时，时，损耗高达损耗高达100200 dB/km；但重量轻，成本低，柔软性好，；但重量轻，成本低，柔软性好，适用于短距离导光。适用于短距离导光。3按传输模数分类按传输模数分类 (1)单模光纤单模光纤 单模光纤纤芯直径仅有几微米，接近光的波长。单模光单模光纤纤芯直径仅有几微米，接近光的波长。单模光纤通常是指跃变光纤中，内芯尺寸很小，光纤传输模数很少，纤通常是指跃变光纤中，内芯尺寸很小，光纤传输模数很少，原则上只能传送一种模数

4、的光纤，常用于光纤传感器。这类原则上只能传送一种模数的光纤，常用于光纤传感器。这类光纤传输性能好、频带很宽，具有较好的线性度；但因内芯光纤传输性能好、频带很宽，具有较好的线性度；但因内芯尺寸小，难以制造和耦合。尺寸小，难以制造和耦合。(2)多模光纤。多模光纤。多模光纤纤芯直径约为多模光纤纤芯直径约为50m，纤芯直径远大于光的波，纤芯直径远大于光的波长。通常是指跃变光纤中，内芯尺寸较大，传输模数很多的长。通常是指跃变光纤中，内芯尺寸较大，传输模数很多的光纤。这类光纤性能较差，带宽较窄；但由于芯子的截面积光纤。这类光纤性能较差，带宽较窄；但由于芯子的截面积大，容易制造、连接耦合比较方便，也得到了广

5、泛应用。大，容易制造、连接耦合比较方便，也得到了广泛应用。阶跃型光纤（阶跃型光纤（SIFSIF）：纤芯折射率呈均匀分布，纤芯和包层相对折射率差为1%2%。渐变型光纤（渐变型光纤（GIFGIF）：纤芯折射率呈非均匀分布，在轴心处最大，而在光纤横截面内沿半径方向逐渐减小，在纤芯与包层的界面上降至包层折射率n2。W W型光纤（双包层光纤）型光纤（双包层光纤）：在纤芯与包层之间设有一折射率低于包层的缓冲层，使包层折射率介于纤芯和缓冲层之间。可以实现在1.31.6m之间色散变化很小的色散平坦光纤或把零色散波长移到1.55m的色散位移光纤。321010两种基本方法1.直接熔化法：按传统制造玻璃的工艺将处在

6、熔融状态的石英玻璃的纯净组分直接制造成光纤。2.汽相氧化过程：高纯度金属卤化物(如SiCl4和GeCl4)与氧反应生成SiO2微粒(通过四种不同的方法)，将微粒收集在玻璃容器的表面，烧结(在尚未熔化的状态将SiO2转化成玻璃体)制成预制棒，拉丝成纤。纤芯坯料棒 内坩埚包层坯料棒纤芯玻璃外坩埚熔炉 拉制光纤 (到拉丝机)包层玻璃直接熔化法：可用于制造石英光纤、卤化物光纤和硫属光纤具有产量大、可连续制造的优点但坯料棒熔化过程中容易带来杂质，它的最低损耗值为5 dB/km饵棒粉层状预制棒喷嘴玻璃微粒粉层沉积粉状预制棒剖面芯包层粉状预制棒加热炉 1400度玻璃预制棒预制棒烧结拉制光纤加热炉玻璃预制棒1

7、970年 康宁 第一根损耗小于20 dB/km的光纤1.预制棒有空洞2.预制棒长度一定3.使用氢氧焰，光纤所含的OH-较高推进机 马达马达输送杆透明预制棒容器环状加热器疏松的预制棒真空泵红外热成像仪玻璃微粒反应室 喷灯口优点：1.预制棒不再具有空洞2.预制棒可以任意长3.沉积室和熔融室紧密 相连，可以保证制作 环境清洁4.没有使用氢氧焰，单 模光纤所含的OH-较 低，因此损耗较低在 0.20.4 dB/km1977年日本开发贝尔实验室设计，可用于制造低损耗梯度折射率光纤 玻璃粉层沉积初步烧结加强热成实心棒烧结后，纤芯由汽相沉积材料构成，包层由原始的石英管构成反应物质金属卤化物蒸汽+氧气粉尘状生

8、成物排气口SiO2饵管 烧结后的玻璃粉层沉积物来回移动的喷灯H-O飞利浦提出1978年应用于量产熔融石英管SiCl4+O2+参杂物质反应物质排气口低压工作的等离子体玻璃层快速来回移动的微波谐振腔(2.45 GHz，8米/分钟)10001200度直接玻璃沉积不需高温烧结反应管不易变形可快速移动，沉积厚度减少，有利于控制折射率分布沉积效率高、沉积速度快有利于消除包层沉积过程中的微观不均匀光纤预制棒置备好之后进行光纤拉丝d=1025 mm;L=60120 cm精密输送机构夹具预制棒拉丝炉光纤粗细监测仪裸光纤涂覆机 已涂覆光纤光纤卷绕机械手机械手 Mechanical handleCapstan 对中

9、卡头对中卡头Three-jaw chuckModified Chemical Vapor Deposition高温炉高温炉Graphite furnace测温仪测温仪 Pyro meter分离及沉积处理分离及沉积处理Separate deposition测径仪测径仪 Fiber diameter Gauge空气净化系统空气净化系统 Clear Air System机械手机械手 Mechanical handle涂杯涂杯 Coat cup对中对中 ition center control光固化光固化 vioiet Curing System涂杯涂杯 Coat cup对中对中 ition cent

10、er control光固化光固化Ultravioiet Curing System对中对中 ition center control热固化热固化Ultravioiet Curing System涂杯涂杯 Coat cup对中对中 ition center control热固化热固化Ultravioiet Curing System气相色谱气相色谱 VaporPhase chromatogrameter基基 座座高温炉配重配重排除尾气排除尾气1)光纤的抗拉强度很高，接近金属的抗拉强度2)光纤的延展性(1%)比金属差(20%)3)当光纤内存在裂纹、气泡或杂物，在一定张力下容易断裂4)光纤遇水容易断

11、裂且损耗增大5)在低温下损耗随温度降低而增加需要增强机械性能、需要防水 光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组成。缆芯：由单根或多根光纤芯线组成，有紧套和松套两 种结构。紧套光纤有二层和三层结构。加强元件：用于增强光缆敷设时可承受的负荷。一般 是金属丝或非金属纤维。护层：具有阻燃、防潮、耐压、耐腐蚀等特性，主要 是对已成缆的光纤芯线进行保护。根据敷设条 件可由铝带/聚乙烯综合纵包带粘界外护层、钢带（或钢丝）铠装和聚乙烯护层等组成。1.改善光纤的温度特性 虚线：光纤自身的特性曲线 实线：成缆后的特性曲线2.增加机械强度 由于光缆结构中加入了加 强构件、护套、甚至铠装 层等，因此其断点强度远 大于

12、光纤；不仅如此，光 缆的抗侧压、抗冲击和抗 扭曲性能都有明显增强3.成缆的附加损耗 不良的成缆工艺，把光纤制成光缆后，会带来附加损耗，(比如说不良应力造成微弯)称之为成缆损耗层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式，故又称为古典式光缆。骨架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是 V形、U 形或其他合理的形状，槽的纵向呈螺旋形或正弦形，一个空槽可放置510根一次涂覆光纤。束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展。它相当于把松套管扩大为整个缆芯，成为一个管腔，将光纤集中松放在其中。带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带，然后将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯。聚乙烯外

13、护套钢丝增强件聚烯烃细绳聚乙烯内护套纸1212阵列（每12根光纤熔在一条塑料带内）指标名称指 标短 暂长 期抗 张 力3000N1000N弯曲半径有负载 2025 倍外径无负载1015倍外径抗 侧 压1000N/10cm800N/10cm温度范围-30 +60GYSTA53-iD(j)SS0S4束管数/直径（mm）1/12根/2.03.2光纤数（i）4144加强件材料镀锌(磷化)钢丝直径/根数2.03.0阻水层油膏+阻水带内护层聚乙烯阻水层油膏或热熔胶铠装层铝塑和钢塑复合带外护套聚乙烯厚度（mm）2.00.2光缆外径（mm）1525光缆重量（kg/km）190250指标名称指 标短 暂长 期抗

14、 张 力3000N1000N弯曲半径有负载2025倍外径无负载1015倍外径抗 侧 压1000N/10cm800N/10cm温度范围-30+60层绞式带状光缆性能指标层绞式带状光缆性能指标光缆型号GYSTAGYSTY53GYSTA53GYSTA33光纤芯数4-1728光缆外径8-6010-6810-6810-70光缆重量300-2000365-2500340-2500787-3000允许最大拉力50006000600020000允许最大压力1000200020003000 几 种 光 缆 的 相 关 指 标 分类方法分类方法 光缆种类光缆种类按所使用的光纤分类单模光缆、多模光缆、（阶跃型、渐变型）按缆芯结构划分层绞式、骨架式、大束管式、带式、单元式按外护套结构分类无铠装、钢带铠装、钢丝铠装按光缆中有无金属分类有金属光缆、无金属光缆按维护方式分类充油光缆、充气光缆按敷设方式分类直埋光缆、管道光缆、架空光缆、水底光缆按适用范围分类中继光缆、海底光缆、用户光缆、局内光缆、长途光缆