光纖通信技術(shù)第3章光纜課件

第3章光纜學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解光纖存在的缺陷。2.掌握光纜的設(shè)計(jì)原則。3.理解光纜的分類意義和方法。4.掌握各種光纜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5.掌握性能是評(píng)判光纜質(zhì)量準(zhǔn)則知識(shí)要點(diǎn) 3.1光纜設(shè)計(jì)原則3.1.1保護(hù)光纖 1.保護(hù)作用 光纜是光纖的實(shí)際應(yīng)用形式。光纜的結(jié)構(gòu)如此繁多源于光纖應(yīng)用的場(chǎng)所的環(huán)境條件多變。從材料科學(xué)角度得知，石英玻璃是脆性材料，其表面會(huì)存在一定的微裂紋，這些微裂紋本身對(duì)外界的機(jī)械應(yīng)力和水的作用非常敏感。因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)力會(huì)使光纖發(fā)生疲勞斷裂，水滲入光纖會(huì)在1383nm波長(zhǎng)引起很大的衰減，使光纖通信系統(tǒng)的光傳輸質(zhì)量劣化，同時(shí)水侵蝕光纖表面的微裂紋，也會(huì)使光纖發(fā)生疲勞斷裂，所以光纜的設(shè)計(jì)的使命就是要確實(shí)做到使光纜中的光纖免遭機(jī)械應(yīng)力和水的作用。 （3）防止過(guò)小彎曲

在光纜敷設(shè)期間，急劇的小彎曲會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題：其一是在彎曲處產(chǎn)生光的輻射損耗，其二是光纖可能發(fā)生斷裂。為了防止光纜出現(xiàn)過(guò)小彎曲，國(guó)家通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T901-2009《層絞式通信用室外光纜》規(guī)定了光纜的最小彎曲半徑。

（4）防止摩損

如果玻璃光纖受到摩損，它們會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的損傷。摩損引起的小缺陷可以通過(guò)玻璃進(jìn)行傳輸，從而顯著地增加了光損耗。 （5）隔離震動(dòng)

震動(dòng)將會(huì)引起光纖的損耗變大。設(shè)計(jì)的光纜要保證光纖對(duì)震動(dòng)能夠進(jìn)行緩沖，衰減過(guò)多的運(yùn)動(dòng)。

（6）防潮氣和防化學(xué)侵蝕

長(zhǎng)期暴露在潮氣和化學(xué)侵蝕中，玻璃光纖性能會(huì)發(fā)生劣化。光纜設(shè)計(jì)要保證光纖避免與這些污染物接觸。3.1.2設(shè)計(jì)原則 1.基本原則 在充分考慮光纜設(shè)計(jì)因素的基礎(chǔ)上，為了確保光纜在各種各樣的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境使用要求，在光纜設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循的一些基本原則如下：

（1）極好的機(jī)械保護(hù) 光纜結(jié)構(gòu)必須能夠?qū)|中的光纖提供極好的機(jī)械保護(hù)，使其具有抵抗外界的拉、彎、壓等機(jī)械應(yīng)力和良好的適應(yīng)環(huán)境溫度變化的性能。為此，光纜中要設(shè)置能夠承受規(guī)定負(fù)荷的機(jī)械外力作用的加強(qiáng)件。同時(shí)，在纜芯外視光纜的應(yīng)用環(huán)境不同增加各種形式的耐壓和抗沖擊的外護(hù)層或金屬鎧裝層。

2.合理的結(jié)構(gòu)

要保證光纖傳輸性能不發(fā)生劣化，必須使所設(shè)計(jì)的光纜結(jié)構(gòu)合理，使輕松套管盡可能靠近起支撐作用的部件；選擇組成光纜的材料得當(dāng)，所有的材料彼此應(yīng)該相容且析氫量非常小。得當(dāng)?shù)牟牧线x用一定會(huì)為光纜贏得最佳的傳輸、機(jī)械和環(huán)境性能。 除此之外，所設(shè)計(jì)光纜結(jié)構(gòu)還應(yīng)該滿足制造工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便、價(jià)格便宜等要求。作者認(rèn)為，光纜研究人員的責(zé)任和義務(wù)就是在保證光纜使用要求特性的前提下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減小直徑、降低重量，以最大限度的發(fā)揮光纖具有的尺寸小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。最近，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的“干纜芯”干式光纜、光纖到戶建設(shè)使光纜結(jié)構(gòu)、制造技術(shù)和施工方法發(fā)生了巨大的變化。例如，光纖到戶所用的集微管、微纜、氣吹為一體的微型光纜使光纜的結(jié)構(gòu)和施工方法都發(fā)生了革命性的變化。3.2光纜分類3.2.1光纜分類為了便于讀者理解方便，我們按照光纜服役于網(wǎng)絡(luò)層次、光纖狀態(tài)、光纖形態(tài)、纜芯結(jié)構(gòu)、敷設(shè)方式、使用環(huán)境等可以將光纖通信中所使用的光纜細(xì)分分成圖3-1所示各種結(jié)構(gòu)類型。 3.3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.3.1結(jié)構(gòu)類型根據(jù)光纜適用場(chǎng)所、敷設(shè)方法和特殊要求等，光纜結(jié)構(gòu)類型可分為：室外光纜、室外/內(nèi)光纜、室內(nèi)光纜和特殊光纜。合理的光纜結(jié)構(gòu)是能夠確保在光纜生產(chǎn)過(guò)程和使用期間光纖的傳輸性能不會(huì)發(fā)生永久性變化。除了要根據(jù)用戶要求纖芯數(shù)選擇合適的光纜基本結(jié)構(gòu)類型和松套管或骨架尺寸外，還要使選擇的各種材料具有最佳的性價(jià)比。一般光纜結(jié)構(gòu)主要取決于光纜路由情況、敷設(shè)方式和性能要求等條件。反之，不同的結(jié)構(gòu)賦予光纜不同的機(jī)械、環(huán)境和特殊保護(hù)性能。 圖3-2（a）所示的分離光纖中心管式光纜是利用分離光纖制成的纖芯數(shù)<12芯的小光纜。為了解決分離光纖中心管式光纜纖芯數(shù)太少的缺點(diǎn)，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出了纖芯數(shù)在2-120芯的光纖束中心管式光纜，其結(jié)構(gòu)如圖3-2(b)所示。 圖3-2（b）所示的是光纖束中心管式光纜。與分離光纖中心管式光纜相比，光纖束中心管式光纜的優(yōu)點(diǎn)是：1.纜中容納的纖芯多，既采用紗線將若干根分離光纖（最多12根光纖）扎成光纖束，每個(gè)光纖束中的每根光纖通過(guò)全色譜光纖和扎紗的顏色進(jìn)行識(shí)別；2.光纜外徑小，例如120芯光纜外徑僅為18mm。

光纖帶中心管式光纜，如圖3-2（c）所示。光纖帶中心管式光纜的最大優(yōu)點(diǎn)是，其最多可以容納的纖芯多為216芯（12芯/帶×18帶），故在3種中心管式光纜中光纖帶中心管式光纜單位截面的光纖密度最大且直徑最小。 2.層絞式光纜層絞式光纜是光纖松套管圍繞中心加強(qiáng)件呈一層或多層分布的光纜。層絞式光纜結(jié)構(gòu)是由4根或更多根二次被覆光纖松套管（或部分填充繩）繞中心金屬加強(qiáng)件絞合成圓整的纜芯，纜芯外先縱包復(fù)合鋁帶并擠上聚乙烯內(nèi)護(hù)套，再縱包阻水帶和雙面覆膜皺紋鋼（鋁）帶再上一層聚乙烯外護(hù)層組成。 層絞式光纜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是光纜中容納的光纖數(shù)多(分離光纖144芯,光纖帶720芯以下)：光纜中光纖余長(zhǎng)易控制、光纜的機(jī)械、環(huán)境性能好，它適宜于直埋、管道敷設(shè)，也可用于架空敷設(shè)。層絞式光纜結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是光纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)多、工藝設(shè)備較復(fù)雜、材料消耗多等。

3骨架式光纜骨架式光纜是光纖嵌入多個(gè)骨架式槽的光纜。骨架式光纜的結(jié)構(gòu)，如圖3-4所示。骨架式光纜是一種全干式光纖帶光纜。所謂全干式光纜顧名思義光纜沒(méi)有填充阻水油膏的光纜。這種光纜主要采用4、6、8芯光纖帶。骨架式光纜光纖帶結(jié)構(gòu)是將4芯或6芯或8芯光纖帶，以矩陣形式疊放在U型螺旋骨架槽或SZ螺旋骨架槽中，骨架沿光纜成聯(lián)銷旋轉(zhuǎn)，使放置于槽內(nèi)的光纖帶具有足夠的余長(zhǎng)，以保證光纜的抗拉、彎曲和溫度特性。以繞包方式將阻水帶纏繞在骨架上，使骨架與阻水帶形成一個(gè)封閉的腔體。骨架既具有高的抗側(cè)壓能力，又可以防止開(kāi)剝光纜時(shí)損傷光纖。阻水帶的作用是，當(dāng)阻水帶遇水后，阻水粉吸水膨脹產(chǎn)生一種阻水凝膠屏障。阻水帶外再縱包上雙面覆塑鋼帶，金屬帶處擠上聚乙烯外護(hù)層。在金屬帶與阻水帶之間放置撕裂繩，以便于護(hù)套開(kāi)剝。

骨架式光纖帶光纜的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、纜徑小、光纖芯密度大（由幾十上百芯乃至芯至數(shù)千芯）、施工接續(xù)中無(wú)需清除阻水油膏，接續(xù)效率高，全干式骨架式光纖帶光纜特別適用于在城域光網(wǎng)絡(luò)干線環(huán)路和接入網(wǎng)匯聚層的分路、局間中繼、有線電視網(wǎng)絡(luò)的饋線需要大芯數(shù)光纜時(shí)用作光傳輸?shù)酿伨€光纜。骨架式光纖帶光纜的缺點(diǎn)是制造設(shè)備復(fù)雜（需要專用的骨架生產(chǎn)線）工藝環(huán)節(jié)多、生產(chǎn)技術(shù)難度大等。

4.低煙阻燃光纜 低煙阻燃光纜是指其護(hù)套采用了低煙阻燃護(hù)套料的光纜。為確保要求低煙無(wú)鹵阻燃場(chǎng)所的通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行可靠，必須切實(shí)解決聚乙烯護(hù)層遇火易燃、滴落會(huì)造成的火災(zāi)隱患，以及阻燃聚氯乙烯護(hù)層在火災(zāi)中易釋放大量黑色濃煙和有毒氣體，造成“二次”環(huán)境污染和逃離困難等問(wèn)題。因此，20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)眾多光纜廠家開(kāi)發(fā)出無(wú)鹵阻燃光纜（生態(tài)光纜），并陸續(xù)敷入要求低煙、無(wú)鹵阻燃的各種場(chǎng)所。 無(wú)鹵阻燃光纜屬于廣義的生態(tài)光纜之一。生態(tài)光纜是從環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排的角度出發(fā)，應(yīng)該積極研究開(kāi)發(fā)對(duì)于人體和環(huán)境沒(méi)有如何污染的環(huán)保新材料，利用這些具有環(huán)保性能的新材來(lái)制造光纜，以達(dá)到保護(hù)人類及其環(huán)境的目的。

5.微管氣吹微纜 微管氣吹微纜是一種采用氣吹方法，放入微型管道的微型光纜。微管氣吹微纜具有施工快捷、保護(hù)可靠、節(jié)約管道資源等特點(diǎn)。在光纖接入網(wǎng)中的建設(shè)中，如何減少光纜占用通信管道空間和提高施工速度，一直是光纜設(shè)計(jì)與制造商的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。為此，國(guó)內(nèi)外一些光纜制造廠商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種微型光纜，再輔之以微管安放和氣吹施工的技術(shù)。微型光纜直徑與鉛筆相當(dāng)。其結(jié)構(gòu)形式有：松套層絞式、全介質(zhì)中心管式、不銹鋼中心管式。光纜的纖芯數(shù)值為2-72芯。微型光纜具有的尺寸小巧、質(zhì)量輕便、氣吹安置性能好、抗機(jī)械應(yīng)力和環(huán)境溫度作用等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足各種室外環(huán)境使用。特別是利用氣吹裝置可以進(jìn)行快速地施工，通過(guò)節(jié)省的通信管道空間和提高了施工效率，從而大大地降低了光纖接入網(wǎng)的建設(shè)成本。

微型光纜與HDPE微型子管之間有一定的摩擦系數(shù)，光纜的重量要準(zhǔn)確，同時(shí)光纜應(yīng)該具有一定的硬度。由圖3-6可以清晰到看到，若干根60芯或120芯的微型光纜被安放在若干根小直徑為7mm或10mm的高密度聚乙烯（HighDensityPolyethylene,HDPE）子管中，而這些小HDPE子管則被安裝在一根直徑為25mm、32mm或者2540mmHPDE母管中。這種微纜+微管+氣吹自動(dòng)安置的方式受到了國(guó)內(nèi)外電信運(yùn)營(yíng)商的青睞。中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通公司正在利用這種光纜和施工技術(shù)構(gòu)筑自己的成為城域光網(wǎng)絡(luò)、接入網(wǎng)和智能建筑物。 6.干式光纜 干式光纜是指采用干式阻水措施的光纜。普通光纜的縱向阻水方法采用的是在松套管中填充纖用油膏，而在絞合的纜芯空間隙涂覆纜用油膏。因此，普通光纜名稱為濕式光纜。盡管濕式光纜具有良好的縱向阻水性能，但是它們給光纜的現(xiàn)場(chǎng)施工接續(xù)帶來(lái)了一定的困難。在光纖的接續(xù)中，清理光纜中的纖用油膏和纜用油膏既需要耗費(fèi)時(shí)間和清洗材料，又會(huì)影響施工速度。外存，國(guó)內(nèi)外光纜研究人員一直在積極開(kāi)發(fā)干式光纜。干式光纜是指縱向阻水、防止?jié)B水性能由阻水帶、阻水紗和阻水涂層完成的光纜。干式光纜生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)速度快捷、沒(méi)有環(huán)境污染、運(yùn)輸過(guò)程容易等一系列優(yōu)點(diǎn)。特別是干式光纜中沒(méi)有任何潮濕粘性材料、其整體重量輕、接續(xù)不需要進(jìn)行反復(fù)清洗，大大地提高了施工接續(xù)速度，從而降低了施工費(fèi)用。因干式光纜中沒(méi)有濕的阻水油場(chǎng)所布線使用。

隨著FTTH的推進(jìn)，在用戶終端（家庭、樓道）會(huì)需要一種像電線一樣方便使用的纜線。室內(nèi)/外一體化單芯光纜的具體結(jié)構(gòu)，如圖3-8所示。在該光纜中設(shè)置了金屬軟管，使光纜抗壓、抗拉、抗折性能顯著提高，同時(shí)防鼠咬破壞；彎曲柔韌性好，最小曲率半徑可達(dá)10倍的纜徑；具有阻燃性；尺寸小，施工方便。3.3.4室內(nèi)光纜

1.室內(nèi)光纜的特點(diǎn) 室內(nèi)光纜僅限于室內(nèi)使用的光纜。隨著國(guó)內(nèi)外光纖接入網(wǎng)的建設(shè)需要，從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，在國(guó)內(nèi)外室內(nèi)光纜的研究中取得了一些技術(shù)成果。例如，無(wú)鹵阻燃光纜、多芯數(shù)室內(nèi)光纜、懸吊式室內(nèi)布線光纜、緊套光纖單元層絞式光纜等均為先后專利產(chǎn)品。 國(guó)內(nèi)外著名的光纜制造廠現(xiàn)在能夠生產(chǎn)的室內(nèi)光纜產(chǎn)品主要有：大芯數(shù)束狀光纜、大芯數(shù)分支光纜、用戶尾纜等。FTTH中，進(jìn)行雙向傳輸時(shí)選用雙芯“8”字用戶尾纜，進(jìn)行單向芯傳輸時(shí)采用單芯用戶尾纜。

（2）雙芯室內(nèi)光纜 雙芯室內(nèi)光纜是通信設(shè)備互連線和綜合布線所用的室內(nèi)光纜。雙芯室內(nèi)光纜中只包含兩根單模光纖或多模光纖。雙芯室內(nèi)光纜也可以采用緊套或松套結(jié)構(gòu)。雙芯室內(nèi)光纜有：緊套8字形扁結(jié)構(gòu)、緊套圓形結(jié)構(gòu)、松套8字形扁結(jié)構(gòu)和松套中心管式的圓形結(jié)構(gòu)。如圖3-10所示的雙芯室內(nèi)光纜中應(yīng)包含有加強(qiáng)構(gòu)件，以增強(qiáng)光纜的機(jī)械性能。 為了滿足不同的使用要求，光纜可以選擇不同材料，如聚氯乙烯、阻燃聚烯烴、聚氨酯的外護(hù)套。單芯光纜用作尾纜或跳線時(shí)，單模光纖光纜外護(hù)層宜選用黃色或桔色；多模光纖光纜外護(hù)層宜選用藍(lán)色、綠色或灰色。

（3）多芯室內(nèi)光纜 圖3-11所示的是多芯室內(nèi)光纜。多芯室內(nèi)光纜是室內(nèi)傳輸設(shè)備、語(yǔ)音數(shù)據(jù)處理光接口設(shè)備之間傳輸用的光纜，以及室內(nèi)通信設(shè)備互連線和綜合布線所用的室內(nèi)光纜。多芯室內(nèi)光纜可由多根單芯光纜絞合后再加外護(hù)套而成，也可以由由多根緊套單芯光纖絞合本配置加強(qiáng)件后再擠上外護(hù)套而成。多芯室內(nèi)光纜常常采用緊套結(jié)構(gòu)，即采用單根緊套光纖或多個(gè)緊套光纖單元組成6芯、24芯、36芯分支或配線光纜。

4）雙芯懸掛式光纜

緊湊結(jié)構(gòu)，柔軟、易施工，光纜易于固定；兩單元在入戶處分離，光纖單元直接入戶，消除室內(nèi)外光纜轉(zhuǎn)接；敷設(shè)時(shí)無(wú)需架設(shè)吊線和掛鉤，施工效率高，施工費(fèi)用低；適合獨(dú)立住戶光纜架空引入使用。2芯懸掛式引入線光纜的具體結(jié)構(gòu)，如圖3-12所示。 （5）室內(nèi)布線光纜 適合室內(nèi)布線使用，性能穩(wěn)定可靠；采用小彎曲半徑光纖生產(chǎn)，具有優(yōu)良的抗彎性能；施工安全可靠，可像銅纜一樣對(duì)待，不易出現(xiàn)施工故障；無(wú)需工具即可開(kāi)剝光纜，光纜易于固定，安裝成本低；光纜現(xiàn)場(chǎng)成端。室內(nèi)布線光纜的具體結(jié)構(gòu)，如圖3-13所示。6.雙芯“8”字用戶尾纜 光纜結(jié)構(gòu)為“8”字結(jié)構(gòu)，2根900μm緊套光纜，阻燃PVC緊套層，阻燃PVC外護(hù)層；預(yù)接優(yōu)質(zhì)的APC端頭，保證端面反射損耗＞60dB；柔軟、易穿管道。雙芯“8”字用戶尾纜的結(jié)構(gòu)，如圖3-14所示。3.4光纜性能 3.4.1機(jī)械性能 光纜機(jī)械性能試驗(yàn)是指檢驗(yàn)光纜產(chǎn)品所具有的抗外部機(jī)械力作用能力的試驗(yàn)。光纜在制造、運(yùn)輸、施工和使用過(guò)程中都會(huì)受到各種外機(jī)械力作用。光纜在外機(jī)械力作用下，光纜中光纖很可能會(huì)受到外機(jī)械力作用，其傳輸性能可能發(fā)生變化，使用壽命有可能縮短，甚至出現(xiàn)斷纖現(xiàn)象。光纜的機(jī)械性能技術(shù)指標(biāo)的光纜產(chǎn)品質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)。光纜機(jī)械性能試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)光纜產(chǎn)品機(jī)械性能的專用檢測(cè)設(shè)備。

光纜在制造、運(yùn)輸、施工和使用過(guò)程中通常受到綜合型的外機(jī)械力作用，不同情況下光纜承受的外作用力不但大小下同，而且類型也不同。綜合各種受力狀態(tài)，可分解為：拉伸、壓扁、沖擊、反復(fù)彎曲、扭轉(zhuǎn)、曲繞、卷繞和振動(dòng)等八種典型的受力狀態(tài)