1、光纖光纜基本知識及制造第一頁，共41頁。課程綱要光纖通信簡史光纖通信的優點光纖的基本結構和傳輸原理母棒的生產制造工藝光纖的導光基本原理幾個主要的有關名詞與術語光纖的生產制造工藝光纜預期使用壽命及保證措施光纜的特性和材料第二頁，共41頁。光纜的主要結構和特性光纜的命名方法光纖帶色譜識別光纖帶光纜主要型式光纜結構圖解光纜主要生產與測試設備光纜主要原材料清單質量保證體系第三頁，共41頁。光纖通信簡史光纖通信是以光波為載體，光纖為傳輸媒質的通信方式。1965年之前光纖已在學技術中得到應用，但僅限于短距離傳輸圖象，衰減為1000dB/km1966年英籍華人高錕博士提出石英光纖理論和光纖通信的概念，通過理

2、論推導指出石英玻璃的衰減可降到20dB/km以下可用于通信。1970年美國康寧公司生產出衰減為20dB/km的光纖，之后光纖通信飛速發展。 現在普通單模光纖在1550nm處衰減已降到0.2dB/km以下。第四頁，共41頁。光纖通信的優點傳輸衰減低，中繼距離長（同軸、市話電纜一般在20db/km左右）傳輸帶寬寬通信容量大。尺寸小，重量輕。（光纖直徑小，636芯光纜12mm左右，玻璃比重2.2g/cm3，銅的比重8.9 g/cm3，同徑下的重量比是1/15，運輸敷設方便，帶狀光纜密集度更高）不受電磁感應、強電、雷電干擾，不會產生放電、火花等。（傳送光信號，非金屬不導電媒質。在電力線路、礦井、軍火庫

3、、電氣化鐵路、多雷電地區、易燃易爆場所可以使用）光纖間無電磁干擾無串光，不會串音，保密性好節省自然資源有色金屬。（1km光纖只有27g SiO2價廉） 不會腐蝕。第五頁，共41頁。纖芯：SiO2+GeO2純度99.9999%(n1)包層：SiO2純度99.9999%(n2)一次涂層:丙烯酸樹脂二次涂層:丙烯酸樹脂傳輸基本條件: 折射率n1n2光纖的基本結構和傳輸原理從光學意義上講光在光纖中的傳輸利用了光的全反射原理。光在均勻媒質中是直線傳播的，在不同的媒質中傳輸速率不同v=c/n 光經過兩種介質交界面時會發生偏折現象。第六頁，共41頁。光纖的導光基本原理光線經過兩種不同介質的交界面時，就會發生

4、偏折現象，一般稱之為光的折射。當光線由光密媒質射向光疏媒質，且入射角大于臨界角時，就會發生全反射現象。光纖就是利用光的這種全反射特性來導光的。如下圖所示：021媒質2 折射率為 n2媒質1 折射率為 n1 n1 n2當20 時，實現全反射， 0為臨界角.第七頁，共41頁。幾個主要的有關名詞與術語信 號：一種物理現象，它的一個或多個特征可能變化而代表信息。時分復用：為了在一條公共信道上傳輸若干個信號，而在時間上使它們相互錯開的一種復用。傳 導 模：同時滿足全反射和相位一致等兩個條件的光線束稱之為傳導模。多模光纖：是指一種能夠承載多個模式的光纖。光纖中存在多個傳導模。單模光纖：是指一種只能傳輸一種

5、模式的光纖。光纖只能傳輸基模（最低 階模）。模場直徑：單模光纖中只有基模傳播，通俗地說，模場直徑就是基模光斑的大小。截止波長：是單模光纖所特有的一個參數，常用符號C表示。判斷一根光纖是不是單模光纖，只要比較一下它的工作波長與截止波長C大小就可以了。如果C則為單模光纖，該光纖只能傳輸基模；如果C就不是單模光纖，光纖中除了基模外，還能傳輸其它高階模。第八頁，共41頁。色 散：是指不同顏色的束光通過透光物質后被散開的現象。色散系數：是指單位波長間隔所生產的群時延差。是單模光纖的一個重要特征參數。帶 寬：在多模光纖中由于各個模式的傳播路徑和傳播速度不同而產生各個模之間的時延差。一窄光脈沖從光纖一端入射

6、，經過光纖之后，在光纖出射端形成被展寬的光脈沖，這種現象稱之為帶寬。數值孔徑：是指光纖的集光能力，可以表示為臨界角的正弦。是多模光纖的一個重要參數。母棒的生產制造工藝主要采用四種氣相沉積工藝： 1、氣相軸向沉積法，VAD法 2、管外氣相沉積法，OVD法 3、改進的化學氣相沉積法，MCVD法 4、等離子體化學氣相沉積法，PCVD法第九頁，共41頁。富通昭和 FSO單模光纖生產工藝流程60mm1500mmOVDVADMCVD水平玻璃車床接棒、拋光拉絲塔預制棒準備21.5 m拉 絲125m 一 次 涂 覆二 次 涂 覆 200m收線245m二次涂覆層張力試驗復 繞 機張力篩選綜合性能測試儀綜合性能測

7、試包層一次涂覆層第十頁，共41頁。光纖的生產制造工藝2435678910111213141516171819202、夾棒、送棒裝置 3、光纖的位置控制（X-Y水平裝置）4、高溫拉絲爐5、絲徑監控儀6、一次冷卻管7、裸光纖牽引裝置8、一次涂覆9、一次涂覆同心度監控儀10、一次固化11、內涂層直徑監控12、二次冷卻管13、二次涂層14、外涂層同心度監控儀15、二次固化16、光纖直徑監測17、PMD裝置18、張力測試議19、擺輪（舞踏輪）20、雙盤收線裝置第十一頁，共41頁。光纜預期使用壽命及保證措施光纜使用壽命主要取決于光纜所采用材料之間的相容性、耐環境適應性和光纜中光纖的余長控制。保證措施如下：

8、1、對原材料的使用進行嚴格選取。2、根據用戶對光纜的使用環境要求，合理設計光纖余長，嚴格控制生產工藝技術條件，確保光纖余長達到設計要求。3、 依據光纖壽命的計算公式，對光纖壽命進行定量分析并做應變試驗，驗證設計和工藝控制的正確性，達到理論與實際相統一確保光纜預期使用壽命。光纜壽命計算：在靜態負載應力s下,經篩選試驗的光纖在運行時間t s內的累計斷裂概率F為：第十二頁，共41頁。式中：ts 預期壽命tp 篩選試驗時間Np 篩選試驗中每公里光纖的斷裂次數L 光纖總長度F 光纖斷裂概率n 光纖疲勞系數 m 韋伯爾曲線斜率p 篩選試驗中施加的應力s 靜態負載施加的應力其中：C=（/ tp ） 取決于篩

9、選試驗中卸荷時間的系數 取決于材料和環境的常數由于值和值都很難確定，而典型光纖的C值很小，在010-2 范圍，當C=0時，F要大一些。因此，從保守角度考慮，取C=0。那么，我們可獲得光纜壽命公式如下： 第十三頁，共41頁。在運行狀態下的光纜，F1，且1-e-xx，則上式可簡化為：其中： p 光纖篩選時的應變 s 光纖靜態負載時應變保守取值：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，可以保證我公司光纜使用壽命在30年以上。第十四頁，共41頁。光纜的特性和材料一、光纜特性光纜的主要特性包括：光纜中

10、光纖的傳輸特性、光纜的機械傳輸特性、光纜的環境特性和光纜的電氣特性。光纜的機械特性包括：光纜的拉伸、壓扁、沖擊、反復彎曲、扭轉、卷繞、曲繞、彎折等。光纜的環境特性包括：光纜的溫度特性、滴流性能、滲水性、阻燃性、防蟻性能、低溫下彎曲性能和低溫下耐沖擊性能等。當光纜中含有作為導電或傳輸信號的電導體時，要檢測光纜中電導體的電阻、電介質絕緣強度、絕緣電阻等。其它特殊用途的光纜還要根據其特殊性能要求進行特殊試驗。二、光纜材料光纜是由光纖、高分子材料、金屬塑料復合材料及金屬加強件等共同構成的光信息傳輸介質。光纜結構設計要點是根據系統通信容量、第十五頁，共41頁。使用環境條件、敷設方式、制造工藝等，通過合理

11、選用各種材料來賦予光纖抵抗外界機械作用力、溫度變化、水作用等保護。光纜用材料很多，除了光纖外，構成光纜的材料可分為三大類：1、高分子材料：松套管材料、聚乙烯護套料、無鹵阻燃護套料、聚乙烯絕緣料、阻水油膏、阻水帶、聚脂帶。當今，用作光纖松套管的材料有：聚對苯二甲酸丁二醇脂（PBT）、聚丙烯（PP）和聚碳酸脂（PC）等。（1）PBT以其優良的機械性能、熱穩定性、尺寸穩定性、耐化學腐蝕性以及與光纖用填充阻水油膏和光纜用涂覆阻水油膏的很好的兼容性，而被廣泛用來光纖松套管材料。評定PBT優劣的性能有：熔融指數、抗拉強度、斷裂伸長率和兼容性等。（2）聚乙烯護套料用作纜芯的防潮保護，稱為內護套。聚乙烯護套料

12、用作鎧裝保護層時稱為外護套，外護套主要起到抗側壓、防濕、耐磨、抗紫外線等作用。評定聚乙烯護套料質量好壞的性能指針有：熔融指數、抗拉強度、斷裂伸長率和耐環境應力開裂等。（3）無鹵阻燃聚烯烴護套料主要作用有低煙、無鹵阻燃要求的光纜的外護層。評定它的質量的主要性能指針有：抗拉強度、斷裂伸長率、極限氧指數。第十六頁，共41頁。（4）耐電壓痕黑色聚乙烯護套料是為了防止由于放電作用而使光纜外護層產生電痕電蝕，因為ADSS光纜外護層必須選用耐電痕的材料。評定它的質量好壞的主要性能指針有：抗拉強度、斷裂伸長率、耐環境應力開裂、介電常數、介電損耗等。（5）高密度聚乙烯絕緣料蝕以其優良的機械特性、化學穩定性和良好

13、的電氣性能使之在光纜中分別用作骨架和填充繩材料。它具有良好的耐熱應力開裂和耐環境應力開裂性能，與光纜阻水油膏有好的兼容性。評定指針主要有：熔融指數、抗拉強度、斷裂伸長率等。（6）由于光纖對水和潮氣產生的氫氧根極為敏感。為了防止水和潮氣滲入光纜，需要往松套管內縱向注入纖用阻水油膏（Filling compounds），并沿纜芯縱向的其它空隙填充纜用阻水油膏（flooding compounds），旨在防止各護層破裂后水向松套管和纜芯縱向滲流。纖用阻水油膏應具有良好的化學穩定性、溫度穩定性、憎水性、析氫分油極小、含氣泡少，與光纖和PBT或PP兼容性好，并且對人無毒害無害等。纜用阻水油膏一般為熱膨脹

14、或吸水膨脹化合物，特別是吸水膨脹纜用阻水油膏具有吸水特性。評定阻水油膏質量的共同性能指針有：針入度、鋼網分油、蒸發損失、酸值和析氫等。（7）聚脂帶具有良好的耐熱性、化學穩定性和抗拉強度，并具有收縮小、第十七頁，共41頁。尺寸穩定性好、低溫柔性好等優點。聚脂帶在光纜中用包扎材料。評聚脂帶質量的主要性能指針包括：收縮率、抗拉強度、伸長率等。（8）阻水帶的阻水機理是吸水膨脹型阻水，即干性水溶膨脹材料阻水。阻水帶是用粘接劑將吸水樹脂粘附在兩層聚脂纖維無紡布上構成的帶狀材料。阻水帶除了具有良好的阻水性、化學穩定性、熱穩定性、機械強度外，還免去了接續中擦掉阻水油膏的工作并兼有對纜芯的繞包帶和纜芯進行保護的

15、作用。評定的主要指針有：厚度、寬度、5min膨脹高度、拉斷力、伸長率、含水量等。（9）架設在高壓電力輸電線路上的全介質自承式光纜（ADSS光纜），其重量不是靠懸掛鋼索支承，而是靠光纜自身配置的抗拉組件玻璃鋼圓棒和芳綸紗來支承和抗拉強度懸掛在桿塔上。芳綸紗的優點是重量輕、抗拉強度大。一般，用芳綸紗作為標準組件的ADSS光纜的跨度范圍為751000m。評價質量的主要性能指針有：線密度、破斷韌性、破斷時的伸長率及拉伸應變等。2、金屬塑料復合帶：鋼塑復合帶、鋁塑復合帶。第十八頁，共41頁。對于室外光纜，通常采用鋼塑復合帶或鋁塑復合帶來對纜芯進行縱向鎧裝，再與聚乙烯外護層構成綜合性外護套。光纜經金屬復合

16、帶鎧裝后，除了能達到防水隔潮作用外，還保護了纜芯免遭機械損傷，并提高了光纜抗沖擊，耐側壓等機械性能。評定金屬塑料復合帶質量的主要性能指針有：金屬帶厚、覆塑膜厚度、抗拉強度、斷裂伸長率、金屬帶與覆塑膜之間的剝離強度和耐油膏侵蝕性等。3、中心加強件：磷化鋼絲、不銹鋼絲、玻璃鋼圓棒等。為了抵御室外光纜在敷設和使用中可能產生的軸向應力，保證光纜在所允許的應力作用下工作，所以必須選用加強件來賦予光纜良好的抗拉伸、壓扁和彎曲等機械性能。玻璃鋼FRP（Fiber Reinforced Plastic）中心加強件的主要特點是重量輕、機械性能良好和抗電磁干擾。評價磷化鋼絲質量的主要性能指針有：鋼絲直徑、抗拉強度

17、、扭轉次數和反復彎曲次數等。評價玻璃鋼圓棒質量優劣的主要性能指針有：抗拉強度、拉伸模量、彎曲模量、彎曲強度和最小彎曲半徑等。第十九頁，共41頁。光纜的主要結構和特性光纜的主要結構按纜芯結構分主要有三種：中心束管式、層絞式、骨架式。中心束管式：光纖束管直接放在光纜的中心位置，加強構件有的是平行于中心管放置在外護套中的兩根鋼絲，也有的是螺旋絞合在中心管周圍的多根鋼絲。層絞式光纜：二次被覆的緊套或松套光纖螺旋絞合在中心加強件上。S、SZ骨架式光纜：光纖元件置于骨架槽內的光纜，具有較好的抗側壓能力。光纜的主要特性包括：光纜中光纖的傳輸特性、光纜的機械傳輸特性、光纜的環境特性和光纜的電氣特性。光纖的傳輸

18、特性包括：光纖衰減常數、截止波長、色散等。光纜的機械特性包括：光纜的拉伸、壓扁、沖擊、反復彎曲、扭轉、卷繞、曲撓、彎折等。第二十頁，共41頁。光纜的主要特性： 光傳輸特性、機械傳輸特性、環境特性、電氣特性。光纖的傳輸特性：光纖衰減常數、截止波長、色散等。光纜的機械特性：光纜的拉伸、壓扁、沖擊、反復彎曲、扭轉、卷繞、曲撓、彎折等。光纜的環境特性：光纜的溫度特性、滴流性能、滲水性、阻燃性、防蟻性能、低溫下彎曲性能和低溫下耐沖擊性能等。光纜的電導絕緣特性：及當光纜中含有作為導電或傳輸信號的電導體時，要檢測光纜中電導體的電阻、電介質絕緣強度、絕緣電阻等。特殊性能:其它特殊用途的光纜還要根據其特殊性能要

19、求進行特殊試驗。第二十一頁，共41頁。第二十二頁，共41頁。第二十三頁，共41頁。UV固化光纖被 覆1、采用全色譜識別每根帶表面噴印數字，每帶中光纖色譜順序如下：2、采用領示色譜識別光纖從左到右序號和光纖帶從上到下的序號及色譜應符合下表：光纖帶色譜識別第二十四頁，共41頁。光纖帶幾何尺寸（最大值）第二十五頁，共41頁。GYDXTW金屬加強構件、光纖帶中心管填充式、夾帶鋼絲的鋼-聚乙烯粘結護套通信用室外光纜GYDXTW53金屬加強構件、光纖帶中心管填充式、夾帶鋼絲的鋼-聚乙烯粘結護套、縱包皺紋鋼帶鎧裝、聚乙烯套通信用室外光纜GYDXTW33金屬加強構件、光纖帶中心管填充式、夾帶鋼絲的鋼-聚乙烯粘

20、結護套、單細圓鋼絲鎧裝、聚乙烯套通信用室外光纜GYDXTW333金屬加強構件、光纖帶中心管填充式、夾帶鋼絲的鋼-聚乙烯粘結護套、雙細圓鋼絲鎧裝、聚乙烯套通信用室外光纜中心管式帶狀光纜主要型式第二十六頁，共41頁。層絞式帶狀光纜的主要型式GYDTAGYDTA53GYDTA33GYDTSGYDTY53金屬加強構件、光纖帶松套層絞填充式、鋁-聚乙烯粘結護套通信用室外光纜金屬加強構件、光纖帶松套層絞填充式、鋁-聚乙烯粘結護套、縱包皺紋鋼帶鎧裝、聚乙烯套通信用室外光纜金屬加強構件、光纖帶松套層絞填充式、鋁-聚乙烯粘結護套、單細圓鋼絲鎧裝、聚乙烯套通信用室外光纜金屬加強構件、光纖帶松套層絞填充式、鋼-聚乙

21、烯粘結護套通信用室外光纜金屬加強構件、光纖帶松套層絞填充式、聚乙烯護套、縱包皺紋鋼帶鎧裝、聚乙烯套通信用室外光纜第二十七頁，共41頁。光纜結構圖解2144芯松套層絞式光纜(鋁帶縱包)產品型號：GYSTA 應用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強件 敷設方式：管道、架空SZ層絞纜芯內填充油膏雙面涂塑鋁帶粘結PE護套適用溫度：-40+60UV固化光纖扎紗纖膏PBT松套管皺紋鋁塑復合帶PE外護套金屬中心加強件PE墊層阻水纜膏第二十八頁，共41頁。2144芯松套層絞式光纜(鋼帶縱包)產品型號：GYTS 應用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強件 敷設方式：管道、架空SZ

22、層絞纜芯內填充油膏雙面涂塑鋼帶粘結PE護套適用溫度：-40+60扎紗UV固化光纖纖膏PBT松套管皺紋鋼塑復合帶PE外護套金屬中心加強件PE墊層阻水纜膏第二十九頁，共41頁。2144芯直埋松套層絞式光纜產品型號：GYTA53應用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強件敷設方式：直埋SZ層絞纜芯內填充油膏皺紋鋁塑復合帶粘結PE內護層適用溫度：-40+60皺紋鋼塑復合帶粘結PE外護套扎紗UV固化光纖纖膏PBT松套管皺紋鋁塑復合帶PE外護套PE墊層阻水纜膏金屬中心加強件皺紋鋼塑復合帶阻水層（阻水帶或阻水環）PE內護層第三十頁，共41頁。2144芯防蟻直埋松套層絞式光纜產品型號：GYTA5

23、4 應用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強件 敷設方式：直埋SZ層絞纜芯內填充油膏皺紋鋁塑復合帶粘結PE內護層適用溫度：-40+60皺紋鋼塑復合帶粘結PE外護套，防白蟻外護套阻水層（阻水帶或阻水環）扎紗UV固化光纖纖膏PBT松套管皺紋鋁塑復合帶PE護套PE墊層阻水纜膏金屬中心加強件皺紋鋼塑復合帶PE內護層防蟻外護套第三十一頁，共41頁。2144芯松套層絞式水線光纜產品型號：GYTA53+33 應用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強件 敷設方式：水下SZ層絞纜芯內填充油膏皺紋鋁塑復合帶粘結PE內護層適用溫度：-40+60皺紋鋼塑復合帶粘結PE外護套，鍍鋅鋼 絲

24、鎧裝，聚乙烯外護套阻水纜膏扎紗+聚脂帶光纖松套管皺紋鋼塑復合帶MDPE外護套(厚度2.5mm)磷化鋼絲PE墊層阻水帶一次PE護層(厚度1.0mm)二次PE外護套(厚度2.0mm)鍍鋅鋼絲第三十二頁，共41頁。2144芯松套層絞式光纜(鋼帶鎧裝)產品型號：GYTY53 應用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管金屬中心加強件 敷設方式：管道、架空、直埋SZ層絞纜芯內填充油膏PE內護層 適用溫度：-40+60皺紋鋼塑復合帶粘結PE外護套扎紗+聚脂帶UV固化光纖纖膏PBT松套管PE內護層PE外護套PE墊層阻水纜膏金屬中心加強件皺紋鋼塑復合帶阻水層（阻水帶或阻水環）第三十三頁，共41頁。全介質自承式光纜（ADSS）產品型號：GYFTCY應用范圍：適用于長途通信和局間通信光纖松套管非金屬中心加強件敷設方式：架空SZ層絞纜芯內填充油膏PE外護套(110KV以上采用抗電痕護套)適用溫度：-40+60包帶層UV固化光纖PBT松套管PE外護套（或抗電痕護套）非金屬加強件 （FRP）阻水纜膏芳綸紗（kevlar）PE內護套纖膏第三十四頁，共41頁。212芯中心束管式光纜(鋼帶鎧裝)產品型號：GYXTW應用范圍：適用于長途通信和局間通信中心松套管光纖皺紋