專題1通信線路基礎1.1實訓任務1.2任務資訊

1.1實訓任務

1.1.1識別光纜的結(jié)構(gòu)與型號

1.GYSTA5336B1光纜的識別使用光纜護層開剝刀、松套管剝除鉗等光纜開剝工具對GYSTA5336B1光纜進行分層開剝，光纜的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

(1)型號識別。

(2)端別判定。

(3)纖序排定。其光纖纖序與色譜的對應關系如表1-1所示。

圖1-1GYSTA5336B1光纜的結(jié)構(gòu)

2.GYXTW12B1光纜的識別

使用光纜護層開剝刀、松套管剝除鉗等光纜開剝工具對GYXTW12B1光纜進行分層開剝，光纜的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。

(1)型號識別。

(2)端別判定。

(3)纖序排定。其光纖纖序與色譜的對應關系如表1-2所示。

圖1-2GYXTW12B1光纜的結(jié)構(gòu)

任務完成后要按下面的要求進行檢查：

(1)光纜型號表述要求：根據(jù)光纜型號的相關規(guī)定，描述相應光纜的組成、型號及用途。

(2)光纜端別判別要求：根據(jù)光纜端別的識別方法，正確判別光纜的A、B端。

(3)光纖纖序排定要求：根據(jù)光纖纖序的識別方法，正確判別光纜的纖序。

1.1.2識別通信電纜的結(jié)構(gòu)與型號

本任務介紹了常用通信電纜的型號識別、端別判定及線序排定，通過完成本任務，學生應能夠描述電纜結(jié)構(gòu)及色譜，并能準確判斷電纜端別及應用場合。完成本任務所需工具器材有100對電纜、開纜工具(電纜護層開剝刀、電工刀、剪刀)等。

使用電纜護層開剝刀、電工刀等電纜開剝工具對HYA53100×2×0.5電纜進行分層開剝，電纜的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。

(1)型號識別。

(2)端別判定。

(3)線序排定。其線序與色譜的對應關系如表1-3所示。

任務完成后要按以下要求進行檢查：

(1)電纜型號表述要求：根據(jù)電纜型號的相關規(guī)定，描述相應電纜的組成、型號及用途。

(2)電纜端別判別要求：根據(jù)電纜端別的識別方法，正確判別電纜的A、B端。

(3)電纜線序排定要求：根據(jù)電纜線序的識別方法，正確判別導線的線序。

1.2任務資訊

1.2.1-通信線路介紹

1.光纜線路光纜線路是指以光纜為傳輸媒介的通信線路，由光纜、光纖連接器和局(站)端配線設備、光交節(jié)點設備、光配線接入設備、用戶端接設備等組成。其中光纜包括室外光纜、室內(nèi)光纜等；局(站)端配線設備主要有光纖配線架(ODF)、光纖配線單元(ODU)等；光交節(jié)點設備主要有光纖交接箱、光纖分路器等；光配線接入設備主要有光纖分路器、光纖分線盒、光纖終端盒等；用戶端接設備主要有光纖信息面板、用戶智能終端盒等。

具體組成示意圖如圖1-4所示。圖1-4光纜線路組成示意圖

2.通信電纜線路

通信電纜是一種統(tǒng)稱，廣義上講凡承載電信號以達到通信目的的纜線均可稱為通信電纜。而按照其作用的地域范圍通常又將通信電纜劃分為長途通信電纜和市內(nèi)通信電纜兩類。

通信電纜線路組成如圖1-5所示，除了傳輸媒介通信電纜外，還包括總配線架、電纜交接箱、電纜分線盒(分線箱)等附屬設備。

圖1-5通信電纜線路組成示意圖

通信電纜包括主干電纜、配線電纜、用戶引入電纜等。主干電纜是指總配線架到電纜交接箱之間的連接線路，一般有數(shù)公里長，用于承擔多個用戶信息的復用傳輸；配線電纜是指電纜交接箱到電纜分線盒之間的連接線路，一般有數(shù)百米長，用于將各個用戶信息分別接入分線盒；用戶引入電纜是指電纜分線盒到用戶終端之間的連接線路，一般有數(shù)十米長。

總配線架一般設置在配線間，用于程控交換機和用戶引入電纜之間的連接、調(diào)度、保護和告警等，主要由保安接線排、保安單元、告警系統(tǒng)、測試接線排等組成。電纜交接箱可以安裝在室內(nèi)或室外，用于主干電纜和配線電纜的連接、調(diào)度和保護等，主要有模塊卡接式和旋轉(zhuǎn)卡接式兩種形式。

1.2.2光纖

1.光纖的基礎知識

1)光纖的結(jié)構(gòu)

光纖(OpticalFiber)就是用來傳導光的透明介質(zhì)纖維。一根實用的光纖是由多層透明介質(zhì)構(gòu)成的圓柱體，一般分為折射率較高的纖芯、折射率較低的包層及最外面的涂覆層三個部分，如圖1-6所示。

纖芯是由高度透明的材料制成的，作用是傳輸光信號。包層的折射率略小于纖芯，作用是使光信號封閉在纖芯中傳播。

圖1-6光纖的基本結(jié)構(gòu)

2)光纖的分類

光纖按照構(gòu)成材料、折射率分布、傳輸模式、二次涂覆層結(jié)構(gòu)等可被劃分成多種類型。

(1)按照光纖的構(gòu)成材料分類，有石英光纖和塑料光纖。

石英光纖一般是由摻雜石英纖芯和摻雜石英包層組成的光纖，這種光纖具有很低的損耗。

塑料光纖是由高透明聚合物比如聚苯乙烯等作為芯層材料，氟塑料等作為皮層材料組成的光纖。

(2)按照光纖剖面折射率分布分類，有階躍型光纖、漸變型光纖。

光纖的折射率分布與光纖的性能密切相關，例如，多模光纖的折射率分布對其帶寬具有決定性的影響，單模光纖的折射率分布決定其截止波長、橫場直徑和色散。光纖的折射率分布描述了光纖從纖芯到包層的折射率隨纖芯半徑的變化，如圖1-7所示。

圖1-7不同g

值的折射率分布

光纖中模的傳播依賴于折射率分布的形狀，在實際應用中光纖折射率分布曲線可以用光纖半徑的折射率分布指數(shù)函數(shù)來描述，如式(1-1)所示。

式中，n1為纖芯折射率，n2為包層折射率，g為光纖折射率分布指數(shù)，a

為纖芯半徑，r

為離開纖芯軸的距離，Δ為相對折射率差，可用式(1-2)表示。

g

值不同，折射率分布也不同。g=1時為三角型折射率分布；g=2時為拋物線型(梯度)折射率分布；g→∞時為階躍型折射率分布。

階躍型光纖是指纖芯與包層區(qū)域內(nèi)折射率的分布n(r)是均勻的，分別為n1-和n2，在纖芯與包層的邊界處，光纖纖芯的折射率高于包層折射率，光纖纖芯到包層的折射率是突變的，只有一個臺階，所以稱為階躍光纖。漸變型光纖是指纖芯折射率的分布n1(r)隨橫截面半徑的增加而逐漸減小，在光纖軸心處的折射率最大為n1(0)，在纖芯與包層的邊界處，光纖纖芯折射率正好等于包層區(qū)域的折射率n2。階躍型光纖和漸變型光纖折射率的變化如圖1-8所示。

圖1-8階躍型光纖和漸變型光纖折射率變化圖

(3)按照光纖傳輸模式分類，有多模光纖、單模光纖。

多模光纖是指在一定的工作波長上有很多個模式同時在光纖中傳輸。按照多模光纖截面折射率的分布分類，又可分為多模階躍型光纖和多模漸變型光纖。

當多模光纖采用階躍型結(jié)構(gòu)時，由于不同模式的光傳播路徑不一樣，經(jīng)傳輸后到達終點的時間也不相同，因而產(chǎn)生了時延差，使得光脈沖受到展寬，如圖1-9(a)所示。

當多模光纖采用漸變型光纖時，由于漸變型光纖的纖芯折射率中心最大，沿纖芯半徑方向逐漸減小，不同模式光分別在不同的折射率界面上按照折射定律產(chǎn)生折射，然后進入低折射率層中，因此，光的行進方向與光纖軸方向所形成的角度將逐漸變小，如圖1-9(b)所示。光在漸變光纖中會不自覺地進行調(diào)整，從而最終到達目的地，這叫做自聚焦作用。不同模式的光可形成自聚焦，減小多模光纖的色散效應，因此現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖，適用于中等容量中等距離的系統(tǒng)。

單模光纖只有一種傳輸模式，不存在模式間的色散效應，所以目前的單模光纖多采用階躍型，廣泛應用于大容量、長距離的通信系統(tǒng)，如圖1-9(c)所示。

圖1-9多模光纖和單模光纖

(4)按照二次涂覆層結(jié)構(gòu)分類，有緊套結(jié)構(gòu)光纖、松套結(jié)構(gòu)光纖。

素纖由于比較脆弱，需要進一步的保護措施，根據(jù)措施的不同就出現(xiàn)了緊套結(jié)構(gòu)光纖和松套結(jié)構(gòu)光纖。緊套結(jié)構(gòu)光纖是指光纖的二次涂覆層(塑料套管)與一次涂覆層緊密接觸，光纖在套管中不能松動，如圖1-10(a)所示。松套結(jié)構(gòu)光纖是指光纖的一次涂覆層和二次涂覆層(松套管)留有一定的空間，一般填充油膏防水，同時光纖松散分布，如圖1-10(b)所示。

圖1-10緊套結(jié)構(gòu)光纖和松套結(jié)構(gòu)光纖

3)光纖的導光原理

一束光線從光纖的入射端面耦合進光纖，光線的傳播分兩種情形：一種情形是光線始終在一個包含光纖中心軸線的固定平面內(nèi)傳播，并且在一個傳播周期內(nèi)與光纖軸線相交兩次，這種光線稱為子午射線，那個包含光纖軸線的固定平面稱為子午面；另一種情形是光線在傳播過程中不在一個固定的平面內(nèi)，并且不與光纖的軸線相交，這種光線稱為斜射線。下面主要對子午射線在階躍型光纖中的傳播情況進行分析。

階躍型光纖是由半徑為a、折射率為常數(shù)n1的纖芯和折射率為常數(shù)n2

的包層組成的，并且n1>n2，如圖1-11所示。

圖1-11光線在階躍型光纖中的傳播情況

假設?=?0時，θ=θc，α=α0，則有式(1-3)：

其中，sin?0稱為光纖的數(shù)值孔徑，一般用英文縮寫NA(NumericalAperture)表示，?0稱為光纖的數(shù)值孔徑角，可用式(1-4)表示。

數(shù)值孔徑是多模光纖的一個重要參數(shù)，它表示多模光纖集光能力大小及與光源耦合的難易程度，同時對連接損耗、微彎損耗、宏彎損耗、衰減溫度特性和傳輸帶寬等都有影響，它的大小取決于纖芯與包層的折射率差Δ，而不是依賴于光纖纖芯和包層的直徑。光纖的數(shù)值孔徑越大，集光能力就越強。

2.光纖的特性

1)光纖的幾何特性

光纖的幾何尺寸參數(shù)是光纖最基本的標準化參數(shù)，它除了對光纖的傳輸、機械等性能有影響外，對光纖連接損耗的大小也起著至關重要的作用。光纖的幾何尺寸參數(shù)標準既是光纖制造時的幾何尺寸依據(jù)，又是光纖制造中嚴格控制的指標，還是判別光纖產(chǎn)品合格與否的質(zhì)量標準。因此，生產(chǎn)廠家應對光纖的幾何尺寸參數(shù)進行嚴格的控制和篩選。

(1)模場直徑。ITU-T對模場直徑的定義為：纖芯折射率與均勻包層的折射率之差達到后者的一定比例的區(qū)域叫做纖芯的模場直徑。A1a類多模光纖的模場直徑為50±3μm，單模光纖的模場直徑約為(8~12)μm。

(2)包層直徑。包層直徑是指裸纖的直徑。ITU-T規(guī)定G.652光纖直徑為125±1μm，在光纖對外徑接續(xù)的模式下，理論上能把熔接損耗控制在0.5dB以內(nèi)。

(3)芯/包層同心度和不圓度。同心度是指纖芯中心與包層中心之間的距離除以芯徑的值。

不圓度(包括纖芯的不圓度和包層的不圓度)可用式(1-5)表示，即

其中，Dmax和Dmin分別為纖芯(或包層)的最大和最小直徑；Dco為纖芯(或包層)的標準直徑。光纖的不圓度指標會影響到光纖連接時的對準效果，最終影響接頭損耗。因此，ITU-T規(guī)定G.655光纖包層不圓度最大不得超過1%。

2)光纖的光學特性

光纖的光學特性共有四個參數(shù)，前面提到的光纖折射率分布，光纖數(shù)值孔徑均為光纖的光學特性參數(shù)，還包括模場直徑和截止波長。

(1)模場直徑。模場直徑(MFD)是單模光纖特有的一個重要參數(shù)。它的標稱值和容差大小與光纖的連接損耗和抗彎特性有著密切的關系，而且可以從模場直徑隨波長的變化譜估算出單模光纖的色散值、連接損耗、彎曲損耗和有效面積等。

模場是指光纖中基模LP01的單模電場在空間的強度分布。

(2)截止波長。截止波長為單模光纖特有的結(jié)構(gòu)參數(shù)，光纖是否工作于單模狀態(tài)完全決定于光纖中傳播光的波長。

3)光纖的機械特性

光纖的機械特性由表面存在的裂痕和材料中的雜質(zhì)決定，涂覆層也起著至關重要的作用。涂覆層的黏附力越強，對微裂紋的保護作用就越明顯，光纖的強度就越高。另一方面，在光纖的連接中，需要剝除涂覆層進行熔接，因此，光纖的涂覆層應具有可剝離性。

(1)微裂紋與拉力強度。

光纖的拉力強度本來很大，拉絲時光纖的斷裂強度約為(10~20)kg/mm2，拉絲后立即將塑料涂覆在裸光纖表面上，強度可以達到400kg/mm2，相當于鋼琴線的兩倍。但是，一般光纖的表面都有微裂紋，而且微裂紋沿著光纖軸向分布。當在光纖上施加張力時，應力將集中到微裂紋處，示意圖如圖1-12所示。

圖1-12光纖的微裂紋與應力示意圖

(2)靜態(tài)疲勞與拉力強度。

即使施加于光纖上的應力小于斷裂應力時，也會產(chǎn)生時效性破壞，即離子化的水分子與光纖表面產(chǎn)生反應生成弱耦合的氫氧根。這種耦合的氫氧根隨著施加的應力而分離，于是就開始進行破壞。破壞首先使光纖微裂紋擴大，成為更深的微裂紋，最后施加于光纖微裂紋的應力超過斷裂應力時就發(fā)生斷裂，這種現(xiàn)象稱為靜態(tài)疲勞現(xiàn)象。

如圖1-13所示的微裂紋尖端會隨著光纖材料的應力腐蝕而在光纖中擴大下去。

圖1-13光纖中微裂紋的靜態(tài)疲勞假想模型

4)光纖的溫度特性

石英光纖的線膨脹系數(shù)為3.4×10-7m/℃，其物理性能比金屬材料穩(wěn)定得多。

由圖1-14所示的光纖損耗與溫度變化的關系曲線可以看出：溫度不太低時，光纖損耗增大很?。辉?60℃時，損耗劇增；在溫度繼續(xù)下降時，損耗并不相應增大，而是穩(wěn)定下來。從光纖受軸向壓縮力的角度看，起初受力很小，還不至于使光纖產(chǎn)生微彎。當溫度下降時，軸向壓縮力達到某一限度時，光纖微彎使損耗猛增；溫度再降低時，光纖形成一條螺旋線，盡管螺距還在發(fā)生變化，但半徑保持不變，使損耗穩(wěn)定下來。

圖1-14光纖損耗與溫度變化的關系曲線

改善光纖的溫度特性的措施主要包括設計合理的光纖結(jié)構(gòu)、選擇適當?shù)乃芰咸坠懿牧霞案倪M塑料套管條件。對用戶來說，光纖的溫度特性是相當重要的，但是，用戶對成品光纜的溫度特性是無法改變的。為了使光纜具有一定的溫度特性，用戶可在訂購時提出具體要求，由生產(chǎn)廠家在設計光纜時考慮解決。表1-4給出了光纜溫度特性的范圍及允許光纖的附加衰減。

5)光纖的傳輸特性

(1)光纖通信的衰減譜、傳輸窗口和波段。

光波在光纖中傳輸時會帶來一定的傳輸損耗，光纖每千米長度的損耗直接影響到光纖通信系統(tǒng)傳輸距離的長短。光纖對于不同波長的光波信號則呈現(xiàn)不同的衰減特征，如圖1-15所示。通常將衰減系數(shù)隨波長變化的曲線稱為衰減譜，它能直觀且形象地反映出在一定波長范圍內(nèi)整個光纖在長度上衰減的信息。

圖1-15石英光纖衰減譜

通過光纖衰減譜，人們就會很自然地將呈現(xiàn)低損耗的波長用于光纖通信，并將低損耗波長點稱為傳輸窗口。在光纖通信發(fā)展初期，光纖通信波長使用0.85μm、1.31μm和1.55μm三個窗口。光波波長在(0.8~0.9)μm波段內(nèi)，損耗約為2dB/km；在1.31μm波長處損耗為0.5dB/km；而在1.55μm處，損耗可降至0.2dB/km，已接近石英光纖的理論損耗極限值。隨著科技的發(fā)展和脫水工藝的不斷提高，OH-

的含量在不斷降低。當降到一定程度時，在整個(0.7~1.6)μm波譜范圍內(nèi)，其吸收峰基本消失。1.31μm波長窗口和1.55μm波長窗口不再被OH-

吸收峰隔開，因此得到了一個很寬的低損耗波長窗口。ITU-T根據(jù)光纖的傳輸特性以及在不同波長處使用光纖放大器的性能，將(1260~1675)nm的波長區(qū)域劃分為6個頻譜波段，如圖1-16所示。

圖1-16光纖通信波段劃分

(2)光纖的衰減。

①

衰減的定義。

衰減是光纖的一個重要傳輸參數(shù)，表示光纖對光能的傳輸損耗，對光纖的質(zhì)量評定和確定光通信系統(tǒng)的中繼距離起著決定性的作用。

光纖衰減是光纖中光功率減少量的一種量度，它取決于光纖的工作(波長)類型和長度，并受測量條件(剪斷法、后向散射法、插入損耗法)的影響。

長度為L

的光纖在波長λ

處的衰減可定義為

式中：P1(λ)和P2(λ)是波長為λ時，光纖入端口和出端口的光功率。對于均勻損耗的光纖，可以用單位長度的衰減(即

衰

減

系

數(shù))來反映光纖的衰減性能的好壞。衰減系數(shù)定義為

衰減系數(shù)α(λ)為波長λ

處的衰減系數(shù)，單位為dB/km，它與選擇的光纖長度無關。

②

衰減原因。

引起光纖傳輸損耗的原因很多，主要可從光纖材料本身和成纖后的使用兩大方面考慮。光纖本身的損耗包括吸收損耗和散射損耗，成纖后使用相關的損耗包括輻射損耗和接續(xù)損耗。

?吸收損耗。

吸收損耗是指光波在光纖中傳輸時，有部分光能轉(zhuǎn)化為熱能而造成的損耗，其原因主要為光能量被光纖材料(紅外和紫外)、雜質(zhì)及原子缺陷吸收所致。

紅外吸收是指光通過光纖材料的構(gòu)成分子二氧化硅形成分子共振而引起的光能吸收現(xiàn)象。紫外吸收是指通過光波照射激勵原子中所約束的電子躍遷至高能級時吸收的能量。雜質(zhì)吸收指的是光纖材料中含有的Fe2+

、Cu2+

、Cr2+

等一系列過渡金屬離子和OH-

離子在光波激勵下形成離子振動，產(chǎn)生電子躍遷吸收光能而產(chǎn)生的損耗。原子缺陷吸收指在光纖制造過程中，光纖材料受到某種熱激勵，或在某種情況下受到強輻射，光纖材料中的電子離開正常位置所損耗的能量，其中紅外吸收及紫外吸收就屬于材料吸收，可稱為本征吸收。

?散射損耗。

散射損耗指的是光能以散射的形式輻射到光纖外而造成的損耗。散射損耗是由于光纖的材料、形狀、折射率指數(shù)等媒質(zhì)不均勻使光散射而引起的，主要包括瑞利散射和結(jié)構(gòu)缺陷散射。瑞利散射是光纖的本征散射損耗，光纖內(nèi)部的密度不均勻以及光纖材料成分的變化都會產(chǎn)生瑞利散射；結(jié)構(gòu)缺陷散射是由光纖材料不均勻引起的，在光纖的制造過程中，光纖中出現(xiàn)氣泡、未溶解的粒子和雜質(zhì)等，或纖芯和包層的界面粗糙，這些統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)缺陷，結(jié)構(gòu)缺陷會引起光的散射，也被稱為波導散射或波導不完善損耗。

?輻射損耗。

光纖是柔軟可彎曲的，但是，如果彎曲的半徑太小，將使光的傳播途徑改變，使光從纖芯穿透到包層，甚至有可能穿過包層向外泄漏，這種現(xiàn)象如圖1-17所示。圖1-17光纖彎曲傳導模變成輻射模

微彎是指光纖一些隨機的曲率半徑與光纖橫截面尺寸相比擬的畸變，常發(fā)生在套塑、成纜過程，光纖(或光纜)的周圍溫度發(fā)生變化的場合下。所以，微彎損耗是光纖隨機畸變而產(chǎn)生的高次模與輻射模的耦合所引起的光功率損失。與之相比，光纖曲率半徑比光纖直徑大得多的彎曲，習慣上叫彎曲或宏彎。在施工中可通過嚴格規(guī)定光纖光纜允許的彎曲半徑大小而使宏彎曲損耗忽略不計，因此微彎損耗是輻射損耗的主要來源。

(3)光纖的色散。

在物理光學中，色散是指由于某種物理原因使具有不同波長的光經(jīng)過透明介質(zhì)后被散開的現(xiàn)象。例如一束白光經(jīng)三棱鏡后被分為彩色光帶，這是因為三棱鏡對不同波長(或稱不同頻率)的光有不同的折射率，即三棱鏡的折射率是光波長的函數(shù)，因此不同波長的光在三棱鏡中的傳播速度也不相同。

前三種色散與光波長(即不同的顏色)有關，又稱波長色散或色度色散。表征色度色散的主要參數(shù)有色散系數(shù)、零色散波長、零色散斜率等。

色散系數(shù)是指單位光源譜寬和單位長度光纖的色度色散，單位為ps/nm·km。

①

模式色散。

在多模光纖中同時存在多個模式，不同模式的光在光纖中傳輸?shù)能壽E不同，因此，每一種模式到達光纖終端的時間不同，會出現(xiàn)時延差，導致色散現(xiàn)象。在多模光纖中模式色散占主導地位，它限制了多模光纖的帶寬。理想單模光纖中由于只傳輸一種模式，因而不存在模式色散。

②

材料色散。

材料色散是由光纖本身的折射率隨所傳輸光的波長而變化引起的，含有不同波長的光通過光纖傳輸時，使模內(nèi)各信號的傳輸速度不同而產(chǎn)生色散，它是單模光纖中色散的主要部分。

③

波導色散。

波導色散又稱結(jié)構(gòu)色散，它與光纖的幾何結(jié)構(gòu)、纖芯尺寸、剖面形狀、相對折射率等因素相關。由于這些因素的不完善，使光波一部分在纖芯中傳輸，另一部分在包層中傳輸。由于纖芯和包層的折射率不同，導致傳播速率不同，最終造成了光脈沖的展寬。這種色散是由光纖的幾何結(jié)構(gòu)決定的，其中光纖的橫截面積尺寸沿光纖軸的波動情況起主要作用。

④

偏振模色散。

偏振模色散(PMD，PolarizationModeDispersion)是指與光的振動方向有關的光特性。光纖中光波的基模(LP01)含有兩個相互垂直的偏振態(tài)，如圖1-18所示。在理想的圓柱形對稱結(jié)構(gòu)的光纖中，橫截面的尺寸及折射率分布沿軸線處處均勻，兩個偏振態(tài)具有相等的傳播速率，因此它們在光纖中傳輸不存在時延差，并且極化狀態(tài)保持不變。

圖1-18兩個正交偏振態(tài)的分離

(4)光纖的非線性。

在單信道的光纖通信系統(tǒng)中，對于光纖特性主要考慮的是衰耗和色散，它們限制著光纖通信系統(tǒng)的傳輸距離和傳輸容量。但在EDFA+DWDM系統(tǒng)中，每一波長都攜帶著一定的光功率，注入光纖的光功率較大((14~17)dBm)，高的光功率會引起光纖的非線性效應。通常將非線性效應出現(xiàn)時的光功率大小稱為閾值(或門限)。

①

四波混頻(FWM，F(xiàn)ourWaveMixing)。

FWM是指兩個以上不同波長的光信號混合后產(chǎn)生的

新光波，其產(chǎn)生原理如圖1-19所示。圖1-19四波混頻產(chǎn)生原理

假設所有信道具有相同的輸入功率和相等的信道間隔，光纖的FWM效率η可以表示為FWM功率與每信道輸入功率之比，而且與下述的參數(shù)方程成正比例。

式(1-8)中n2

為光纖非線性折射率；P

為信道輸入功率；Δλ

為信道間隔。

②

受激布里淵散射(SBS)。

SBS是光纖中光信號與聲波之間的一種相互作用，當一定強度的光入射到光纖中時，引起聲光電子振動產(chǎn)生非線性現(xiàn)象。SBS閾值隨光纖類型而異，在采用外調(diào)制的窄譜線寬光源時，典型的閾值功率為(7~10)dBm；而采用直接調(diào)制光源時，閾值功率為(13~15)dBm。典型的SBS閾值只有幾個毫瓦，且與信道數(shù)無關。

③

受激拉曼散射(SRS)。

SRS是指當一定強度的光信號入射到光纖中引起石英光纖中的分子振動相互作用而產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象。SRS主要表現(xiàn)為當光纖輸入功率大于閾值時，會使光纖發(fā)生向前和向后的散射光，此時光纖就起到拉曼放大器的作用。

④

自相位調(diào)制(SPM)。

SPM是光信號強度隨著時間的變化對自身相位的作用而引起的，其主要作用是展寬光纖內(nèi)傳輸?shù)墓饷}沖頻譜。如果這種作用十分強大，那么在DWDM(密集型波分復用)系統(tǒng)中，光譜展寬會使光重疊進入鄰近的信道，影響系統(tǒng)的性能。SPM對系統(tǒng)性能的影響，可通過選用低色散或零色散的光纖來減小。

⑤

交叉相位調(diào)制(XMP)。

XMP是任一個波長信號的相位受其他波長信號強度起伏調(diào)制時產(chǎn)生的。一個脈沖對其他信道脈沖相位的作用與產(chǎn)生方式與SPM相同。所不同的是SPM可發(fā)生在單信道和多信道系統(tǒng)中，而XPM僅出現(xiàn)在多信道系統(tǒng)中。XPM會使信號的脈沖展寬，再加上光纖色散的緣故，會使信號脈沖在經(jīng)過光纖傳輸后產(chǎn)生較大的時域展寬，并在相鄰波長通路上產(chǎn)生干擾。

3.光纖的型號

目前ITU-T規(guī)定的通信光纖的標準主要是G.65X系列。

常用的通信單模光纖包括

(1)G.651光纖。

G651光纖建議是在公共交換網(wǎng)絡光纖解決方案的初期制定的，在1984年以前，這種光纖被認為是10km傳輸距離和高達40Mb/s比特率的唯一實用解決方案。

(2)G.652光纖。

G.652光纖是目前應用最為廣泛的單模光纖。

(3)G.653光纖。

G.653光纖是針對1550nm工作波長進行傳輸性能優(yōu)化的光纖。

(4)G.654光纖。

G.654光纖是截止波長位移光纖，也是1550nm處損耗最低的光纖，它針對1550nm處的損耗進行了優(yōu)化，最小的損耗系數(shù)可以小于0.2dB/km。

(5)G.655光纖。

G.655光纖稱為非零色散位移光纖，也是針對1550nm波長進行性能優(yōu)化的單模光纖。

(6)G.656光纖。

為了充分開發(fā)和有效利用光纖的帶寬，提供更高的傳輸容量，需要在整個光纖通信的波長段內(nèi)都有一個較低的色散。G.656光纖就是一個能在(1460~1625)nm波長范圍內(nèi)總體色散都很低的一種光纖。這種光纖非常適合于S、C、L三個波段的粗波分復用和密集波分復用。

(7)G.657光纖。

G.657光纖是為了實現(xiàn)光纖到戶的目標，在G.652光纖的基礎上開發(fā)的一種光纖。這類光纖最主要的特性是具有優(yōu)異的耐彎曲特性，其彎曲半徑可實現(xiàn)常規(guī)G.652光纖的彎曲半徑的1/4~1/2。

(8)色散補償光纖(DCF)。

光脈沖經(jīng)過長距離的光纖傳輸后，由于色散效應會產(chǎn)生光脈沖的展寬或者畸變，除了用一些電均衡器進行補償以外，還可以使用與單模光纖傳輸波長區(qū)域內(nèi)與色散特性相反，也就是具有負色散系數(shù)的特殊光纖來進行補償。色散補償光纖就是一種在單模光纖工作波長范圍內(nèi)有很大負色散系數(shù)的光纖。

1.2.3光纜

雖然經(jīng)過一、二次涂覆的光纖具有一定的抗拉強度，但還是較脆弱，經(jīng)不起彎折、扭曲和側(cè)壓力的作用，而且由于光纖怕水，因此這種光纖只能用于實驗室中。為了使光纖能夠適用于各種惡劣環(huán)境，并順利地完成施工敷設，必須把光纖和其他元器件組合起來構(gòu)成一體，這種組合體就是光纜。

1.光纜的結(jié)構(gòu)

光纜是由一根或多根光纖或光纖束制成的，其結(jié)構(gòu)符合化學、機械和環(huán)境特性。不論何種結(jié)構(gòu)形式的光纜，基本上都是由纜芯、加強元件和護層三部分組成的，如圖1-20所示。圖1-20光纜結(jié)構(gòu)示意圖

(1)纜芯。纜芯位于光纜的中心，是光纜的主體，其作用是妥善安置光纖，使光纖在一定外力的作用下仍然保持優(yōu)良的傳輸性能。纜芯結(jié)構(gòu)應滿足以下基本要求：

一是使光纖在纜內(nèi)處于最佳位置和狀態(tài)，保證光纖傳輸性能穩(wěn)定，在光纜受到一定拉力、側(cè)壓力等外力時，光纖不應受外力影響；

二是纜芯中的加強件應能經(jīng)受一定的拉力；

三是纜芯截面應盡可能小，以降低成本。

常用的纜芯結(jié)構(gòu)大體可分為層絞式、骨架式、束管式三種。

(2)加強元件。加強元件的作用主要是承受敷設安裝時所加的外力。光纜加強元件的配置方式一般分為“中心加強元件”方式和“外周加強元件”方式。一般層絞式和骨架式光纜的加強元件均處于纜芯中央，屬于“中心加強元件”，常稱為“加強芯”；中心束管式和帶狀式光纜的加強元件從纜芯移到了護層，屬于“外周加強元件”。

(3)護層。光纜的護層主要是對成纜的光纖芯線起保護作用，避免受外界機械力和環(huán)境損壞，使光纖能適應于各種敷設場合，因此要求護層具有耐壓力、防潮、溫度特性好、重量輕、耐化學侵蝕和阻燃等特點。光纜的護層可分為內(nèi)護層和外護層。

2.幾種典型結(jié)構(gòu)的光纜

根據(jù)纜芯結(jié)構(gòu)的不同，目前常用的光纜結(jié)構(gòu)有層絞式、骨架式和中心束管式，典型結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-21所示。圖1-21光纜的典型結(jié)構(gòu)示意圖

(1)層絞式光纜。層絞式光纜是經(jīng)過套塑的光纖在加強芯周圍絞合而成的一種結(jié)構(gòu)。

(2)骨架式光纜。骨架式光纜是將緊套光纖或一次涂覆光纖放入螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成的，骨架的中心是加強元件。

(3)中心束管式光纜。中心束管式光纜是將多根一次涂覆光纖或光纖束放入一個大塑料套管中，并將加強元件配置在塑料套管周圍而構(gòu)成的。

3.光纜的端別與纖序

光纜一般要求要按端別順序敷設，除特殊規(guī)定端別外，通常規(guī)定匯接局為A端，分局為B端，無特殊說明時，規(guī)定北(東)方向為A端，南(西)方向為B端。因此應掌握光纜端別的識別，同時，由于光纜內(nèi)絞合組件較多，為便于光纜接續(xù)時一一對應，不出現(xiàn)錯纖，也要求對光纜端別進行識別。

1)光纜端別的識別方法

由于中心束管式光纜纜芯只有一根松套管，因此不需要也沒有端別標識色。對層絞式和骨架式光纜纜芯，根據(jù)多年來光纜線路工程和維護約定俗成的經(jīng)驗積累，按光纜新舊分以下兩種情況進行識別。

(1)對于新光纜，紅色端帽的一端為A端，綠色端帽的一端為B端；光纜外護套上的長度數(shù)字(或皮長、米標)相對較小的一端為A端，相對較大的一端為B端。

(2)對于舊光纜，其判斷方法是：面對光纜端面，若同一層中的松套管顏色為全色譜或全色譜中的部分顏色按順時針排列，則為光纜的A端，反之則為B端；若只有(填充繩或松套管)領示色，以紅(或藍)為領示色、綠(或黃)為方向色，則順時針為A端，逆時針為B端。

2)光纖纖序的識別方法

對于層絞式結(jié)構(gòu)的光纜，按端別要求敷設后，在光纜接續(xù)時，為了正確地接續(xù)纜內(nèi)光纖，要識別光纖的纖序，必須首先要識別光纖束管(或光纖單元)的色譜。

(1)松套管及填充復合物色譜。

采用12色全色譜時，面向光纜A端，松套管序號沿順時針方向遞增，松套管序號及對應的顏色應符合表1-5的規(guī)定。

(2)光纖色譜。

光纖束管(或光纖單元)色譜確定之后，一般情況下，對于某一光纜而言，其中每一束管(或單元)內(nèi)的光纖數(shù)和光纖色譜是一樣的，每束管內(nèi)通常有6或12根光纖(12根光纖為全色譜)，光纖色譜編號如表1-6所示。

4.光纜的分類與型號命名

1)光纜的分類

光纜的種類很多，其分類方法也很多，一般按照光纜的結(jié)構(gòu)、敷設方式、成纜光纖的種類和使用范圍等來劃分。

(1)按傳輸性能、距離和用途分類，可分為市話光纜、長途光纜和用戶光纜。

(2)按光纖的種類分類，可分為多模光纜和單模光纜。

(3)按使用環(huán)境和場合分類，可分為室外光纜、室內(nèi)光纜和特種光纜。

(4)按光纖芯數(shù)多少分類，可分為單芯光纜和多芯光纜。多芯光纜有8芯、24芯、48芯、96芯和144芯等。

(5)按纜芯結(jié)構(gòu)分類，可分為層絞式光纜、骨架式光纜、中心束管式光纜。

(6)按敷設方式分類，可分為管道光纜、直埋光纜、架空光纜和水底光纜等。

(7)按光纜的承載結(jié)構(gòu)分類，可分為非自承式結(jié)構(gòu)和自承式結(jié)構(gòu)。

2)光纜的型號

(1)光纜的型式代號構(gòu)成。

光纜的型式代號由5個部分構(gòu)成，各部分定義如圖1-22所示，其各部分的代號及含義如下所述。圖1-22光纜型式代號構(gòu)成

①

分類代號及含義。

光纜按適用場合分為室外、室內(nèi)和室內(nèi)外等幾大類，每一大類還可細分成小類，具體如表1-7所示。

②

加強構(gòu)件代號及含義。

加強構(gòu)件指護套以內(nèi)或嵌入護套中用于增強光纜抗拉力的構(gòu)件，其代號及含義如表1-8所示。

③

結(jié)構(gòu)特征代號及含義。

光纜的結(jié)構(gòu)特征包括纜芯的主要結(jié)構(gòu)類型和光纜的派生結(jié)構(gòu)特征。當光纜型式有多個結(jié)構(gòu)特征需要表達時，可用組合代號表示，其組合代號按下列相應的各代號自上而下、從左至右的順序排列，如表1-9所示。

④

護套代號及含義。

護套的代號可表示出護套的材料和結(jié)構(gòu)。當護套有多個特征需要表達時，可用組合代號表示，其組合代號按下列相應的各代號從1到12的順序排列，如表1-10所示。

⑤

外護層代號及含義。

當有外護層時，它包括墊層、鎧裝層和外被層的某些部分或全部，其代號用兩組數(shù)字表示(墊層不需要表示)，第一組表示鎧裝層，它可以是一位或兩位數(shù)字；第二組表示外被層，它是一位數(shù)字，如表1-11所示。

(2)光纜的規(guī)格代號構(gòu)成。

光纜的規(guī)格由光纖、通信線和饋電線的有關規(guī)格構(gòu)成，各部分之間用“+”號隔開。

①

光纖規(guī)格的構(gòu)成。

光纖的規(guī)格由光纖數(shù)和光纖類別構(gòu)成。如果一根光纜中含有兩種或兩種以上規(guī)格(光纖數(shù)和類別)的光纖時，中間應用“+”號連接。光纖數(shù)的代號用光纜中同類別光纖的實際有效數(shù)目的阿拉伯數(shù)字表示。光纖類別的代號采用光纖產(chǎn)品的分類代號表示，即用大寫字母A表示多模光纖，大寫字母B表示單模光纖，再以數(shù)字和小寫字母表示不同類型的光纖，具體如表1-12所示。

②

通信線的規(guī)格。

通信線的規(guī)格代號用通信線對的數(shù)量和線徑表示。例如：2×2×0.4，表示2對標稱直徑為0.4mm的通信線對。

③

饋電線的規(guī)格。

饋電線的規(guī)格代號用饋電線的數(shù)量和橫截面積表示。例如：2×1.5，表示2根標稱橫截面積為1.5mm2的饋電線。

(3)特殊性能標識。

對于光纜的某些特殊性能可加相應標識來識別。

3)示例

例1：GYFTA5312B1.3+2×2×0.4+4×1.5表示非金屬加強構(gòu)件、松套層絞填充式、鋁

聚乙烯粘接護套、皺紋鋼帶鎧裝、聚乙烯護套通信用室外光纜，包含12根B1.3類單模光纖、2對標稱直徑為0.4mm的通信線和4根標稱截面積為1.5mm2饋電線。

例2：GYFDGY63144B1.3表示非金屬加強構(gòu)件、光纖帶骨架全干式、聚乙烯護套、非金屬絲鎧裝、聚乙烯套通信用室外光纜，包含144根B1.3類單模光纖。

例3：GYTA12B1.3+6B4表示金屬加強構(gòu)件、松套層絞填充式、鋁

聚乙烯粘接護套通信用室外光纜，包含12根B1.3類單模光纖和6根B4類單模光纖。

1.2.4通信電纜基礎

1.通信電纜的結(jié)構(gòu)

1)芯線

芯線由金屬導線和絕緣層組成。導線是用來傳輸電信號的，要求具有良好的導電性能，以及足夠的柔軟性和機械強度，同時還要求便于加工、敷設和使用。

芯線扭絞有對絞和星絞兩種方式，如圖1-23所示，其中對絞是常用方式。

圖1-23芯線扭絞方式

2)電纜屏蔽層

為了減少外界電磁場對電纜線對的干擾，電纜芯線的外層(護套的里層)包覆有金屬屏蔽層，用于將纜芯與外界隔離。全塑市內(nèi)通信電纜的金屬屏蔽層有繞包和縱包兩種結(jié)構(gòu)，其中縱包屏蔽層又有軋紋和不軋紋兩種形式。根據(jù)使用場合與使用要求的不同，常用的屏蔽帶類型有以下幾種：裸鋁帶、雙面涂塑鋁帶、銅帶、銅包不銹鋼帶、高強度改性銅帶、裸鋁、裸鋼雙層金屬帶、雙面涂塑鋁和鋼雙層金屬帶。

3)電纜內(nèi)護套

電纜內(nèi)護套的作用主要是密封、保護絕緣層，同時也作為外屏蔽結(jié)構(gòu)的組成部分。護套的種類有單層護套、雙層護套、綜合護套、粘接護套和特殊護套等。單層護套是由低密度聚乙烯樹脂加炭黑及其他助劑或普通聚氯乙烯塑料擠制而成的。這類護套的特點是加工方便、質(zhì)輕柔軟、容易接續(xù)等。雙層護套主要有聚乙烯

聚氯乙烯雙層護套和聚乙烯

黑色聚乙烯雙層護套兩種。綜合護套是把電纜金屬屏蔽層與塑料護套組合在一起，有鋁聚乙烯(聚氯乙烯)護套和聚乙烯鋁聚乙烯(聚氯乙烯)護套兩種。

4)電纜外護層

全塑市內(nèi)通信電纜的外護層主要包括鎧裝層和外護套兩層結(jié)構(gòu)。電纜外護層的型號編制中的數(shù)字應按鎧裝層和外護套的結(jié)構(gòu)順序用阿拉伯數(shù)字表示，每一位數(shù)字表示所采用的主要材料。在一般情況下，型號由兩位數(shù)字組成，具體如表1-13所示。

(1)鎧裝層。

鎧裝層主要有鋼帶鎧裝、鋼絲鎧裝兩大類。

①

鋼帶鎧裝是指在塑料護套或內(nèi)襯層外縱包一層鋼帶(厚(0.15~0.20)mm的鋼帶或涂塑鋼帶)，并在縱包過程中澆注防腐混合物，或者在塑料護套或內(nèi)襯層外繞包兩層防腐鋼帶并澆注防腐混合物，這就是鋼帶鎧裝層。

②

鋼絲鎧裝是指在塑料護套或內(nèi)襯層外纏繞細圓鍍鋅鋼絲或粗圓鍍鋅鋼絲，并澆注防腐混合物。

(2)外護套。

在鎧裝層外面是對鎧裝層起防腐蝕作用的外護套，也稱之為外被層。全塑市內(nèi)通信電纜的外護套主要采用高分子聚合物材料，包括纖維外被、聚氯乙烯、聚乙烯或聚