一、光纖的結(jié)構(gòu)

光纖，全稱(chēng)為光導(dǎo)纖維（Optical Fiber）是一種導(dǎo)光性極好、直徑很細(xì)的圓柱形玻璃纖維。剝開(kāi)光纖，從里到外依次是纖芯、包層和涂覆層。光纖的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。

纖芯位于光纖中心，直徑 2a 通常為 5～50μm，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(duì)材料進(jìn)行不同摻雜，纖芯摻雜微量的摻雜劑，如二氧化鍺（GeO2），用以提高纖芯的折射率（n1），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(shù)脂層，厚度一般為 30～150μm。套層又稱(chēng)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(guò)二次涂敷的裸光纖稱(chēng)為光纖芯線(xiàn)。二次涂覆的結(jié)構(gòu)又有松套和緊套兩種，如圖2-2所示。

圖2-1 光纖的結(jié)構(gòu)

圖2-2 緊套與松套光纖結(jié)構(gòu)示意圖

緊套是在一次涂覆層外緊緊套上塑料材料，光纖不能自由活動(dòng)，這種光纖的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗側(cè)壓能力弱，多作測(cè)試跳纖使用。松套則是在一根或多根經(jīng)過(guò)一次涂覆的光纖外面包上塑料套管，并在套管中注入防水油膏，光纖的纖芯到套管中心距離大于 0.3mm，使光纖在套管收縮時(shí)仍能在管內(nèi)滑動(dòng)，抗側(cè)壓力強(qiáng)，適合于室內(nèi)外各種場(chǎng)合使用。

二、光纖的導(dǎo)光原理

光纖的導(dǎo)光原理可以采用射線(xiàn)理論（幾何光學(xué)）和波動(dòng)理論來(lái)解釋?zhuān)诖宋覀冎蛔鰩缀喂鈱W(xué)導(dǎo)光原理的簡(jiǎn)要介紹。從幾何光學(xué)的角度出發(fā)，在均勻的介質(zhì)中光可以看成是光線(xiàn)，沿直線(xiàn)傳播，不同介質(zhì)對(duì)于光的阻礙不一樣，就導(dǎo)致了光在不同的介質(zhì)中以不同的速度傳播，我們用折射率來(lái)表示介質(zhì)對(duì)光的阻礙能力。如果ν是光在某種介質(zhì)中的速度，c 是光在真空中的速度，那么折射率n可以由式（2-1）確定：

不同介質(zhì)的折射率見(jiàn)表2-1。

表2-1 不同介質(zhì)的折射率

通常，當(dāng)一束光線(xiàn)照射在兩種介質(zhì)的交接面時(shí)，入射光線(xiàn)分成兩束：反射光線(xiàn)和折射光線(xiàn)。

假設(shè)入射角為θ1，反射角為θ3，折射角為θ2，n1、n2為介質(zhì)的折射率，按照菲涅耳反射定律和斯奈爾折射定律有：

當(dāng)入射角增大，折射角也增大，若 n1＞n2，則θ1＜θ2。隨著入射角的增大，折射角也增大。當(dāng)入射角增大到一定值（見(jiàn)圖2-3），折射角增大到 90°，光不再進(jìn)入第二種介質(zhì)，折射光線(xiàn)沿介質(zhì)交界面?zhèn)鞑?，這個(gè)狀態(tài)叫臨界全反射，此時(shí)的入射角被稱(chēng)為臨界角θc。如果入射角繼續(xù)增大θ1>θc，則所有的光將反射回入射介質(zhì)，這一現(xiàn)象稱(chēng)為全反射。光波在光纖中傳播的原理就是利用全反射現(xiàn)象。

圖2-3 光的反射與折射

三、光纖的分類(lèi)

光纖的分類(lèi)方式很多，主要的分類(lèi)方式有3種：按傳輸模式分，按光纖剖面折射率分布分，按ITU-T建議分。

1.按傳輸模式分類(lèi)

按照光纖傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖分為多模光纖和單模光纖。

（1）單模光纖

單模光纖（Single Mode Fiber，SMF）的纖心直徑很小如圖2-4 所示，在給定的工作波長(zhǎng)上只能以單一模式傳輸，傳輸頻帶寬，傳輸容量大。光信號(hào)可以沿著光纖軸向傳播，因此光信號(hào)的損耗很小，色散也很小，傳播的距離較遠(yuǎn)。受限于單模光纖偏正模色散（Polarization Mode Dispersion，PMD），單模光纖的建議芯徑為 8～10μm，包層直徑為125μm。

圖2-4 單模與多模光纖芯包比對(duì)比圖

（2）多模光纖

多模光纖（Multi Mode Fiber，MMF）是在給定的工作波長(zhǎng)上，能以多個(gè)模式同時(shí)傳輸?shù)墓饫w。多模光纖的纖芯直徑一般為 50～200μm，而包層直徑的變化范圍為 125～230μm。與單模光纖相比，多模光纖的傳輸性能要差。

2.按折射率分布分類(lèi)

多模光纖按折射率分布，可分為多模突變型光纖和多模漸變型光纖。

① 突變型光纖纖芯的折射率和包層的折射率都是常數(shù)。在纖芯和包層的交界面，折射率呈階梯型變化，又稱(chēng)為階躍型光纖。突變型光纖的折射率分布如圖2-5所示。

圖2-5 突變與漸變光纖的折射率分布與光軌跡

② 漸變型光纖的纖芯折射率隨著半徑的增加而按一定規(guī)律減小，如圖2-5 所示。纖芯的折射率的變化是近似拋物線(xiàn)，由于漸變型光纖具有透鏡那樣的“自聚焦“作用，對(duì)光脈沖的展寬也就比突變型光纖小得多，因此光信號(hào)傳輸距離較長(zhǎng)，目前使用的多模光纖均為此類(lèi)。

3.ITU-T建議的光纖分類(lèi)

① G.651光纖：漸變多模光纖。

② G.652 光纖：常規(guī)單模光纖，也稱(chēng)為非色散位移光纖，其零色散波長(zhǎng)為 1.31μm，在1.55μm處有最小損耗，是目前應(yīng)用最廣的光纖。

③ 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(zhǎng)一致，但由于在1.55μm處存在四波混頻等非線(xiàn)性效應(yīng)，阻礙了其應(yīng)用。

④ 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，常用作海底光纜。

⑤ G.655 光纖：非零色散位移單模光纖，在 1.55～1.65μm 處色散值為 0.1～6.0ps/（nm·km），用以平衡四波混頻等非線(xiàn)性效應(yīng)，適用于高速（10Gbit/s 以上）、大容量、DWDM系統(tǒng)。

光纖的傳輸特性

光纖的傳輸特性指的是光信號(hào)在光纖中所表現(xiàn)出來(lái)的特性。主要有損耗特性、色散特性和非線(xiàn)性效應(yīng)等。

一、光纖的損耗特性

光信號(hào)在光纖內(nèi)傳輸，隨著傳輸距離的增大，能量會(huì)越來(lái)越弱，其中一部分能量在光纖內(nèi)部被吸收，一部分能量突破光纖纖芯的束縛，輻射到了光纖外部，這種現(xiàn)象即稱(chēng)為光纖的損耗（或傳輸衰減）。在工程中，我們以損耗系數(shù)來(lái)衡量單位長(zhǎng)度的光纖的損耗值。

若波長(zhǎng)為λ的光信號(hào)以 Pi(mW)的光功率入射進(jìn)光纖，經(jīng)過(guò) L(km)長(zhǎng)度的距離后，出射的光功率為Po(mW)，則此光纖的損耗系數(shù)為：

光纖損耗的大小與波長(zhǎng)有密切的關(guān)系，損耗與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線(xiàn)叫光纖的損耗譜（或衰減譜），在譜線(xiàn)上，損耗值比較高的地方，叫作光纖的吸收峰，較低的損耗所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，叫作光纖的工作波長(zhǎng)（或工作窗口）。石英光纖的衰減譜如圖2-6 所示，根據(jù)該圖，光纖通信中常用的工作窗口主要有3個(gè)波長(zhǎng)，即：

λ1=0.850μm(850nm)

λ2=1.310μm(1310nm)

λ3=1.550μm(1550nm)

光纖的傳輸損耗特性是決定光網(wǎng)絡(luò)傳輸距離、傳輸穩(wěn)定性和可靠性的最重要因素之一。光纖傳輸損耗的產(chǎn)生原因是多方面的，在光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)中，最值得關(guān)注的是引起光纖傳輸損耗的原因以及如何減少這些損耗。光纖使用中引起的傳輸損耗主要有接續(xù)損耗（光纖的固有損耗、熔接損耗和活動(dòng)接頭損耗）和非接續(xù)損耗（彎曲損耗、其他施工因素和應(yīng)用環(huán)境所造成的損耗）兩類(lèi)如表2-2所示。不同類(lèi)型的光纖在不同波長(zhǎng)下的損耗衰減值不同，如表2-3所示。

圖2-6 光纖的損耗譜圖

表2-2 光纖的損耗分類(lèi)

表2-3 常用光纖平均衰減

1.接續(xù)損耗

光纖的接續(xù)損耗主要包括光纖本征因素造成的固有損耗、非本征因素造成的熔接損耗、活動(dòng)接頭損耗3種。

（1）光纖固有損耗

主要源于光纖模場(chǎng)直徑不一致、光纖芯徑失配、纖芯截面不圓，以及纖芯與包層同心度不佳4點(diǎn)。其中，影響最大的是模場(chǎng)直徑不一致。

（2）熔接損耗

非本征因素的熔接損耗主要由軸向錯(cuò)位、軸心（折角）傾斜、端面分離（間隙）、光纖端面不完整、折射率差、光纖端面不清潔及接續(xù)人員操作水平、操作步驟、熔接機(jī)電極清潔程度、熔接參數(shù)設(shè)置、工作環(huán)境清潔程度等因素造成。

（3）活動(dòng)接頭損耗

非本征因素的活動(dòng)接頭損耗主要由活動(dòng)連接器質(zhì)量差、接觸不良、不清潔以及與熔接損耗相同的一些因素（如軸向錯(cuò)位、端面間隙、折角、折射率差等）造成。

2.解決接續(xù)損耗的方案

（1）工程設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)工作中應(yīng)選用特性一致的優(yōu)質(zhì)光纖

一條線(xiàn)路上盡量采用同一批次的優(yōu)質(zhì)名牌裸纖，以求光纖的特性盡量匹配，使模場(chǎng)直徑對(duì)光纖熔接損耗的影響降到最低程度。

（2）光纜施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)程和要求進(jìn)行

配盤(pán)時(shí)盡量做到整盤(pán)配置（單盤(pán)≥500m），以盡量減少接頭數(shù)量。敷設(shè)時(shí)嚴(yán)格按纜盤(pán)編號(hào)和端別順序布放，使損耗值達(dá)到最小。

（3）挑選經(jīng)驗(yàn)豐富訓(xùn)練有素的接續(xù)人員進(jìn)行接續(xù)和測(cè)試

接續(xù)人員的水平直接影響接續(xù)損耗的大小，接續(xù)人員應(yīng)嚴(yán)格按照光纖熔接工藝流程進(jìn)行接續(xù)，嚴(yán)格控制接頭損耗，熔接過(guò)程中時(shí)刻使用光域反射儀（OTDR）進(jìn)行監(jiān)測(cè)（接續(xù)損耗≤0.08dB/個(gè)），不符合要求的應(yīng)重新熔接。使用光時(shí)域反射儀（OTDR）時(shí)，應(yīng)從兩個(gè)方向測(cè)量接頭的損耗，并求出這兩個(gè)結(jié)果的平均值，消除單向OTDR測(cè)量的人為因素誤差。

（4）保證接續(xù)環(huán)境符合要求

嚴(yán)禁在多塵及潮濕的環(huán)境中露天操作；光纜接續(xù)部位及工具、材料應(yīng)保持清潔，不得讓光纖接頭受潮；準(zhǔn)備切割的光纖必須清潔，不得有污物。切割后光纖不得在空氣中暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。接續(xù)環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，應(yīng)采取必要的升溫措施。

（5）制備完善的光纖端面

光纖端面的制備是光纖接續(xù)最為關(guān)鍵的工序。光纖端面的完善與否是決定光纖接續(xù)損耗的重要原因之一。優(yōu)質(zhì)的端面應(yīng)平整，無(wú)毛刺、無(wú)缺損，且與軸線(xiàn)垂直，光纖端面的軸線(xiàn)傾角應(yīng)小于 0.3 度，呈現(xiàn)一個(gè)光滑平整的鏡面，且保持清潔，避免灰塵污染。還應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的切割刀，并正確使用切割刀切割光纖。裸纖的清潔、切割和熔接應(yīng)緊密銜接，不可間隔過(guò)長(zhǎng)。移動(dòng)光纖時(shí)要輕拿輕放，防止與其他物件擦碰而損傷光纖端面。

（6）正確使用熔接機(jī)

正確使用熔接機(jī)是降低光纖接續(xù)損耗的重要保證和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

① 應(yīng)嚴(yán)格按照熔接機(jī)的操作說(shuō)明和操作流程，正確操作熔接機(jī)。

② 合理放置光纖，將光纖放置到熔接機(jī)的 V 型槽中時(shí)，動(dòng)作要輕巧。這是因?yàn)閷?duì)纖芯直徑為 10 nm 的單模光纖而言，若要熔接損耗小于 0.1dB，則光纖軸線(xiàn)的徑向偏移要小于0.8nm。

③ 根據(jù)光纖類(lèi)型正確合理地設(shè)置熔接參數(shù)（預(yù)放電電流、時(shí)間及主放電電流、主放電時(shí)間等）。

④ 在使用中和使用后應(yīng)及時(shí)去除熔接機(jī)中的灰塵（特別是夾具、各鏡面和 V 型槽內(nèi)的粉塵和光纖碎末）。

⑤ 熔接機(jī)電極的使用壽命一般約2000次，使用時(shí)間較長(zhǎng)后電極會(huì)被氧化，導(dǎo)致放電電流偏大而使熔接損耗值增加。此時(shí)可拆下電極，用蘸酒精的醫(yī)用脫脂棉輕輕擦拭后再裝到熔接機(jī)上，并放電清洗一次。若多次清洗后放電電流仍偏大，則須重新更換電極。

（7）選擇優(yōu)質(zhì)的活動(dòng)連接器

盡量選用優(yōu)質(zhì)合格的活動(dòng)連接器，保證連接器性能指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)定活動(dòng)接頭的插入損耗應(yīng)控制在0.3 dB/個(gè)以下，附加損耗不大于0.2 dB/個(gè)，所選的活動(dòng)接頭應(yīng)接插良好、耦合緊密，防止漏光現(xiàn)象。

（8）保證活動(dòng)連接器清潔

施工、維護(hù)中應(yīng)注意清洗插頭和適配器（法蘭盤(pán)），并保證機(jī)房和設(shè)備環(huán)境的清潔，嚴(yán)防插頭和適配器（法蘭盤(pán)）有污物和灰塵，盡量減少散射損耗。

3.非接續(xù)損耗

光纖使用中引起的非接續(xù)損耗主要有：彎曲損耗、其他施工因素和應(yīng)用環(huán)境造成的損耗。

（1）彎曲造成的輻射損耗

當(dāng)光纖受到很大的彎折，彎曲半徑與其纖芯直徑具有可比性時(shí)，它的傳輸特性會(huì)發(fā)生變化。大量的傳導(dǎo)模被轉(zhuǎn)化成輻射模，不再繼續(xù)傳輸，而進(jìn)入包層被涂覆層或包層吸收，從而引起光纖的附加損耗。光纖的彎曲損耗有宏彎曲損耗和微彎曲損耗兩種類(lèi)型。

① 宏彎損耗。

光纖的曲率半徑比光纖直徑大的多的彎曲（宏彎）引起的附加損耗，稱(chēng)為宏彎損耗，其主要原因有：路由轉(zhuǎn)彎和敷設(shè)中的彎曲；光纖光纜的各種預(yù)留造成的彎曲（預(yù)留圈、各種拿彎、自然彎曲）；接頭盒中光纖的盤(pán)留、機(jī)房及設(shè)備內(nèi)尾纖的盤(pán)繞等。

② 微彎損耗。

光纖軸產(chǎn)生 μm級(jí)的彎曲（微彎）引起的附加損耗，稱(chēng)為微彎損耗，其主要原因有：光纖成纜時(shí)，支承表面微小的不規(guī)則引起各部分應(yīng)力不均勻而形成的隨機(jī)性微彎；纖芯與包層的分界面不光滑形成的微彎；光纜敷設(shè)時(shí)，各處張力不均勻而形成的微彎；光纖受到的側(cè)壓力不均勻而形成的微彎；光纖遇到溫度變化，因熱脹冷縮形成的微彎等。

（2）其他施工因素和應(yīng)用環(huán)境造成的損耗

① 不規(guī)范的光纜上架引起的損耗。

層絞式松套結(jié)構(gòu)光纜容易產(chǎn)生此類(lèi)損耗，原因在于：其一是光纜上架處多根松套管相互扭絞；其二是使用扎帶將松套管綁扎到接頭盒的容纖盤(pán)卡口時(shí)，使松套管出現(xiàn)急彎；其三是光纜上架時(shí)金屬加強(qiáng)構(gòu)件與光纖松套管出現(xiàn)上下錯(cuò)位。這些因素都會(huì)引起損耗增大。

② 熱縮不良的熱熔保護(hù)引起的損耗。

此類(lèi)損耗主要原因有：其一是熱熔保護(hù)管自身的質(zhì)量問(wèn)題，熱熔后出現(xiàn)扭曲，產(chǎn)生氣泡；其二是熔接機(jī)的加熱器加熱時(shí)，加熱參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，造成熱熔保護(hù)管變形或產(chǎn)生氣泡；其三是熱縮管不干凈、有灰塵或沙礫，熱熔時(shí)對(duì)接續(xù)點(diǎn)有損傷，引起損耗增大。

③ 直埋光纜不規(guī)范施工引起的損耗。

此類(lèi)損耗主要原因在于：其一是光纜埋深不夠，受到載重物體碾壓后受損；其二是光纜路由選擇不當(dāng)，因環(huán)境和地形變化使光纜受到超出其容許負(fù)荷范圍的外力；其三是光纜溝底不平，光纜出現(xiàn)拱起、掛起現(xiàn)象，回填后有殘余應(yīng)力；其四是其他原因造成光纜外護(hù)層受損傷而進(jìn)水，造成氫損。

④ 架空光纜不規(guī)范施工引起的損耗。

此類(lèi)損耗主要原因有：其一是在光纜敷設(shè)施工中，光纜打小圈、彎折、扭曲及打背扣，牽引時(shí)猛拉、出現(xiàn)浪涌，瞬間最大牽引力過(guò)大；其二是光纜掛鉤使用不當(dāng)，卡掛方向不一致出現(xiàn)蛇行彎，間隔過(guò)于稀疏，光纜因垂度過(guò)大而受力；其三是盤(pán)留于桿上的光纜未固定牢固，光纜受到長(zhǎng)期外力和短期沖擊力而遭到損傷；其四是光纜布放太緊，沒(méi)考慮光纜的自然伸長(zhǎng)率；其五是其他原因造成光纜外護(hù)層受損傷而進(jìn)水，造成氫損。

⑤ 管道光纜不規(guī)范施工引起的損耗。

此類(lèi)損耗主要原因在于：其一是光纜采用網(wǎng)套法布防時(shí)，牽引速度控制不好，光纜出現(xiàn)打背扣、浪涌；其二是穿放光纜時(shí)，沒(méi)有布防塑料子管，光纜被擦傷；其三是其他原因造成光纜外護(hù)層受損傷而進(jìn)水，造成氫損。

⑥ 機(jī)房、設(shè)備內(nèi)尾纖和光纖跳線(xiàn)綁扎、盤(pán)繞不規(guī)范，出現(xiàn)交叉纏繞等現(xiàn)象造成損耗。

⑦ 光纜接頭盒質(zhì)量不良，接頭盒封裝、安裝不規(guī)范，因外界作用造成接頭盒受到損傷等，造成進(jìn)水而出現(xiàn)氫損。

⑧ 光纜在架設(shè)過(guò)程中的拉伸變形，接續(xù)盒中夾固光纜壓力太大，熔纖盤(pán)中熱熔管卡壓過(guò)緊，熔纖盤(pán)中光纖盤(pán)繞不規(guī)范等引起的損耗。

4.解決非接續(xù)損耗的方案

（1）工程查勘設(shè)計(jì)、施工中，應(yīng)選擇最佳路由和線(xiàn)路敷設(shè)方式。

（2）組建、選擇一支高素質(zhì)的施工隊(duì)伍，保證施工質(zhì)量，這一點(diǎn)至關(guān)重要，任何施工中的疏忽都有可能造成光纖損耗增大。

（3）設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)中，積極采取切實(shí)有效的光纜線(xiàn)路“四防”措施（防雷、防電、防蝕、防機(jī)械損傷），加強(qiáng)防護(hù)工作。

（4）使用支架托起纜盤(pán)布放光纜，不要把纜盤(pán)放倒后采用類(lèi)似從線(xiàn)軸上放的辦法布放光纜，不要讓光纜受到扭力。光纜布放時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一指揮，加強(qiáng)聯(lián)絡(luò)，要采用科學(xué)合理的牽引方法。布放速度不應(yīng)過(guò)快，連續(xù)布放長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，必要時(shí)應(yīng)采用倒“8”字，從中間向兩頭布放。在拐彎處等有可能損傷光纜的地方一定要小心并采取必要的保護(hù)手段。遇到在鬧市區(qū)布放光纜等需要臨時(shí)盤(pán)放光纜的情況時(shí)，使用“8”字形盤(pán)留，不讓光纜受到扭力。

（5）光纜布放時(shí)，必須注意允許的額定拉力和彎曲半徑的限制，在光纜敷設(shè)施工中，嚴(yán)禁光纜打小圈及彎折、扭曲，防止打背扣和浪涌現(xiàn)象。牽引力不超過(guò)光纜允許的 80%，瞬間最大牽引力不超過(guò) 100%，牽引力應(yīng)加在光纜的加強(qiáng)件上，特別注意不能猛拉和發(fā)生扭結(jié)現(xiàn)象。光纜轉(zhuǎn)彎時(shí)彎曲半徑應(yīng)不小于光纜外徑的15～20倍。

（6）不要使用劣質(zhì)的，尤其是已經(jīng)彎曲變形的熱縮套管，這樣的套管在熱縮時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，施加在光纖上會(huì)使損耗增加。攜帶、存放套管時(shí)，注意清潔，不要讓異物進(jìn)入套管。

（7）在接續(xù)操作時(shí)，要根據(jù)收容盤(pán)的尺寸決定開(kāi)剝長(zhǎng)度，盡量開(kāi)剝長(zhǎng)一些，使光纖較從容的盤(pán)繞在收容盤(pán)內(nèi)（盤(pán)留長(zhǎng)度為 60～100cm）。應(yīng)該重視熔接后光纖的收容（光纖的盤(pán)纖和固定），盤(pán)纖時(shí)，盤(pán)圈的半徑越大，弧度越大，整個(gè)線(xiàn)路的損耗越小，所以一定要保持一定的半徑（R≥40mm），避免產(chǎn)生不必要的損耗，大芯數(shù)光纜接續(xù)的關(guān)鍵在收容。接續(xù)操作時(shí)，開(kāi)纜刀切入光纜的深度要把握好，不要把松套管壓扁使光纖受力。還應(yīng)采用合格接頭材料并按照規(guī)范和操作要求，正確封裝、安裝接頭盒。

（8）機(jī)房?jī)?nèi)盡量整潔，尾纖應(yīng)該有圈繞帶保護(hù)，或單獨(dú)給尾纖使用一個(gè)線(xiàn)，不使尾纖之間或與其他連線(xiàn)之間交叉纏繞，也盡量不要把尾纖（即使是臨時(shí)使用）放在腳可以踩到的地方。光纜終端時(shí)注意避免跳線(xiàn)在走線(xiàn)中出現(xiàn)直角，特別是不應(yīng)用塑料帶將跳線(xiàn)扎成為直角，否則光纖因長(zhǎng)期受應(yīng)力影響引起損耗增大。跳線(xiàn)在拐彎時(shí)應(yīng)走曲線(xiàn)，彎曲半徑應(yīng)不小于 40mm。布放中要保證跳線(xiàn)不受力、不受壓，以避免跳線(xiàn)長(zhǎng)期的應(yīng)力疲勞。光纖成端操作（ODF）時(shí)，不要將尾纖捆扎太緊。

光纖入戶(hù)（FTTH）是信息時(shí)代發(fā)展的必然，光網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是數(shù)字地球的明天。伴隨著各級(jí)各類(lèi)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的大量建設(shè)和運(yùn)行，正視和解決光纖使用中引起的傳輸損耗問(wèn)題必將在光纖通信工程設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)中極大地改善和優(yōu)化光纖通信網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。

二、光纖的色散特性

在光纖數(shù)字通信中，由于光纖中的信號(hào)是由不同的頻率成分和不同的模式成分來(lái)攜帶的，這些不同的頻率成分和不同的模式成分的傳輸速率不同，當(dāng)光纖的輸入端入射光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸以后，在光纖輸出端，這些不同頻率與不同模式成分的光信號(hào)出現(xiàn)先后到達(dá)的情況，使光脈沖波形發(fā)生了時(shí)間上的展寬，這種現(xiàn)象即為色散。色散將導(dǎo)致碼間干擾，在接收端將影響光脈沖信號(hào)的正確判決，誤碼率性能惡化，嚴(yán)重影響信息傳送。

色散包括模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散和偏振模色散，如表2-4所示。

表2-4 光纖的色散效應(yīng)

1.模式色散

模式色散是由于光纖不同模式在同一波長(zhǎng)下傳播速度不同，使傳播時(shí)延不同而產(chǎn)生的色散。只有多模光纖才存在模式色散，其主要取決于光纖的折射率分布。

2.材料色散

材料色散是由于光纖的折射率隨波長(zhǎng)變化而使模式內(nèi)不同波長(zhǎng)的光時(shí)間延遲不同產(chǎn)生的色散，其取決于光纖材料折射率的波長(zhǎng)特性和光源的譜線(xiàn)寬度。

3.波導(dǎo)色散

波導(dǎo)色散是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)而產(chǎn)生的色散，其取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯包層的相對(duì)折射率差。

波導(dǎo)色散和材料色散都是模式的本身色散，也稱(chēng)模內(nèi)色散。對(duì)于多模光纖，既有模式色散，又有模內(nèi)色散，但主要以模式色散為主。而單模光纖不存在模式色散，只有材料色散和波導(dǎo)色散，由于波導(dǎo)色散比材料色散小很多，通常可以忽略。

4.偏振模色散

偏振模色散是存在于光纖與光器件領(lǐng)域的一種物理現(xiàn)象。

單模光纖中的基模存在兩個(gè)相互正交的偏振模式，理想狀態(tài)下，兩種偏振模式應(yīng)當(dāng)具有相同的特性曲線(xiàn)和傳輸性質(zhì)，但是由于光纖幾何尺寸和外界壓力的不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致了兩種偏振模式具有不同的傳輸速度，產(chǎn)生時(shí)延，形成PMD，如圖2-7所示。PMD的單位通常為

。

PMD 將導(dǎo)致脈沖分離和脈沖展寬，對(duì)傳輸信號(hào)造成降級(jí)，并限制載波的傳輸速率。但PMD 與其他色散相比，幾乎可以忽略，但無(wú)法消除，只能從光器件上使之最小化。脈沖寬度越窄的高速系統(tǒng)中，PMD的影響越大。

圖2-7 單模光纖中的色散現(xiàn)象

單模光纖中的色散主要有光信號(hào)中不同頻率成分的傳輸速度不同引起，這種色散稱(chēng)為色度色散。在色度色散可以忽略的區(qū)域，偏振模色散成為單模光纖的色散的主要部分。

在傳輸線(xiàn)路中可以采用色散補(bǔ)償光纖來(lái)降低傳輸過(guò)程中累積的色散。對(duì)于色散的量化，多模光纖可以用群時(shí)延差來(lái)衡量，單模光纖用光纖色散系數(shù)來(lái)衡量，如 G.652 光纖在1550nm 處的色散系數(shù)約為 20ps/（nm·km），即光譜寬度為 1nm 的光信號(hào)以 1550nm 的波長(zhǎng)在G.652的光纖中每傳輸1km就會(huì)產(chǎn)生20ps的脈沖延遲。

三、光纖的非線(xiàn)性效應(yīng)

在帶有摻鉺放大器密、集波分復(fù)用、大容量、超高速的光纖通信系統(tǒng)中，由于大的光功率引起信號(hào)與光纖的相互作用而產(chǎn)生各種非線(xiàn)性效應(yīng)見(jiàn)表 2-5。光纖的非線(xiàn)性效應(yīng)主要包括自相位調(diào)制（SPM）、交叉相位調(diào)制（XPM）、四波混頻（FWM）、受激拉曼散射（SRS）和受激布里淵散射（SBS）。

表2-5 光纖的非線(xiàn)性效應(yīng)

1.自相位調(diào)制（SPM）

由于折射率與光強(qiáng)存在依賴(lài)關(guān)系，在光脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)折射率發(fā)生變化，脈沖峰值的相位對(duì)于前、后沿來(lái)說(shuō)均產(chǎn)生延遲。隨著傳輸距離的增大，相移不斷積累，達(dá)到一定距離后顯示出相當(dāng)大的相位調(diào)制，從而使光譜展寬導(dǎo)致脈沖展寬，這就成為自相位調(diào)制。如圖2-8所示。

當(dāng)系統(tǒng)使用色散系數(shù)為負(fù)的光纖工作區(qū)時(shí)（如 G.653 光纖的短波長(zhǎng)區(qū)、工作區(qū)色散為負(fù)的 G.655 光纖），SPM 將導(dǎo)致色散受限距離變短；當(dāng)使用色散系數(shù)為正的光纖工作區(qū)時(shí)（如 G.652、G.653 光纖的長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)、工作區(qū)色散為正的 G.655 光纖），SPM 將延長(zhǎng)色散受限距離。

SPM影響主要發(fā)生在靠近發(fā)送側(cè)的一定距離內(nèi)，同時(shí)，低色散光纖也可以減少SPM對(duì)系統(tǒng)性能的影響。人們利用 SPM 效應(yīng)與色散效應(yīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的原理制成了光孤子通信。

圖2-8 SPM現(xiàn)象

2.交叉相位調(diào)制（XPM）

當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)不同頻率的光波在非線(xiàn)性介質(zhì)中同時(shí)傳輸時(shí)，每個(gè)頻率光波的幅度調(diào)制都將引起光纖折射率的相應(yīng)變化，從而使其他頻率的光波產(chǎn)生非線(xiàn)性的相位調(diào)制，即交叉相位調(diào)制。

XPM 通常伴隨 SPM 產(chǎn)生。XPM 將引起一系列非線(xiàn)性效應(yīng)，如 DWDM 系統(tǒng)通道之間的信號(hào)干擾、光纖非線(xiàn)性雙折射等現(xiàn)象，造成光纖傳輸?shù)钠癫环€(wěn)定性。同時(shí)，XPM 對(duì)脈沖的波形和頻譜也會(huì)產(chǎn)生影響。

適當(dāng)?shù)卦龃笊⒖上魅鮔PM的影響。

3.四波混頻（FWM）

FWM 是指當(dāng)多個(gè)頻率的光載波以較強(qiáng)功率在光纖中同時(shí)傳輸時(shí)，由于光纖的非線(xiàn)性效應(yīng)引發(fā)多個(gè)光載波之間出現(xiàn)能量交換的一種物理過(guò)程。

FWM 導(dǎo)致復(fù)用信道光信號(hào)能量的衰減及信道串?dāng)_。如圖2-9 所示，F(xiàn)WM 的影響，導(dǎo)致在其他波長(zhǎng)處產(chǎn)生了一個(gè)新的光波長(zhǎng)。

圖2-9 FWM現(xiàn)象

FWM 的產(chǎn)生與光纖色散有關(guān)，零色散時(shí)混頻率最高，隨著色散的增加，混頻率迅速降低。DWDM系統(tǒng)通過(guò)采用G.655光纖，回避了1550nm零色散波長(zhǎng)出現(xiàn)FWM效應(yīng)。

4.受激拉曼散射（SRS）

受激拉曼散射的過(guò)程如下：

頻率為 vin的入射光信號(hào)與介質(zhì)相互作用，可能發(fā)射一個(gè)頻率為 vs= vin-vv的斯托克斯光子和一個(gè)頻率為vv的光學(xué)聲子，在這個(gè)過(guò)程中能量保持守恒，光波產(chǎn)生下頻移。

頻率為 vin的入射光信號(hào)與介質(zhì)相互作用，也可能吸收一個(gè)頻率為 vv的聲子而產(chǎn)生一個(gè)頻率為va=vin+vv的反斯托克斯光子，在這個(gè)過(guò)程中能量保持守恒，光波產(chǎn)生上頻移。

這是一個(gè)非線(xiàn)性效應(yīng)引起的受激非彈性散射過(guò)程，起源于光子與光學(xué)聲子（分子振動(dòng)態(tài)）之間相互作用和能量交換。

SRS效應(yīng)將使短波長(zhǎng)的信號(hào)被衰減，長(zhǎng)波長(zhǎng)信號(hào)被增強(qiáng)，如圖2-10所示。

SRS 效應(yīng)在光纖通信中有很多方面的應(yīng)用，如利用拉曼增益制作分布拉曼放大器，對(duì)光信號(hào)提供分布式寬帶。如中興通訊 DWDM設(shè)備的DRA板即是利用SRS效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光放大功能。另外，SRS 對(duì)通信系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。在 DWDM 系統(tǒng)中，短波長(zhǎng)信道的光會(huì)作為泵浦光，將能量轉(zhuǎn)移至長(zhǎng)波長(zhǎng)信道中，形成通道間的拉曼串?dāng)_。

圖2-10 SRS現(xiàn)象

5.受激布里淵散射（SBS）

此類(lèi)散射屬于由非線(xiàn)性效應(yīng)引起的受激非彈性散射過(guò)程，起源于光子與聲學(xué)聲子（晶體振動(dòng)態(tài)）之間的相互作用和能量交換。

SBS 效應(yīng)可以制成光纖布里淵激光器和放大器，但是 SBS 將引起信號(hào)光源的不穩(wěn)定性以及反向傳輸通道間的串話(huà)。隨著系統(tǒng)傳輸速率的提高，SBS 的峰值增益顯著降低，因此，SBS對(duì)高速光纖傳輸系統(tǒng)不會(huì)構(gòu)成嚴(yán)重影響。

單模光纖的選用

在光傳輸系統(tǒng)中，由于單模光纖具有色散小、傳輸容量大的特點(diǎn)，大多數(shù)選用單模光纖作為傳輸介質(zhì)，在選用單模光纖中主要在考慮以下因素的前提下合理選擇光纖。

一、工作波長(zhǎng)因素

（1）G.652 光纖在 1550nm 窗口衰減小，但其在 1550nm 窗口色散大，不利于高速系統(tǒng)的長(zhǎng)距離傳輸。

（2）G.653 光纖在 1550nm 窗口色散為零，但其在波分復(fù)用時(shí)會(huì)出現(xiàn)四波混頻效應(yīng)，故被限用于單信道高速系統(tǒng)。

（3）G.655 光纖在 1550nm 窗口衰減小、色散低，大大減少四波混頻效應(yīng)，故其可用于遠(yuǎn)距離、波分復(fù)用、高速系統(tǒng)。

（4）新建系統(tǒng)在傳輸速率和價(jià)格允許的條件下，應(yīng)優(yōu)選G.655光纖。擴(kuò)容系統(tǒng)將原系統(tǒng)的G.652光纖的工作波長(zhǎng)選擇到1550nm波長(zhǎng)，可用色散補(bǔ)償光纖來(lái)解決色散問(wèn)題。

二、衰減和非線(xiàn)性因素

對(duì)采用波分復(fù)用和光纖放大器的高速系統(tǒng)，考慮四波混頻等效應(yīng)優(yōu)先選用G.655光纖和G.652D光纖。

三、G.652D光纖的發(fā)展與應(yīng)用

G.652光纖可細(xì)分為A、B、C、D 4個(gè)子類(lèi)。其中G.652A和G.652B為常規(guī)單模光纖，其水峰處衰減未進(jìn)行優(yōu)化；G.652C和G.652D為低水峰單模光纖，永久地降低水峰的衰減。

1.幾種G.652光纖的主要性能區(qū)別

（1）G.652C/D 規(guī)定了 1383nm 衰減特性，并經(jīng)氫老化試驗(yàn)，使 OH-漂移出長(zhǎng)波長(zhǎng)，大于1700nm，不在光通信系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)。

（2）G.652B相對(duì)于G.652A，PMDQ鏈路值由0.5降低至0.2。

（3）G.652D相對(duì)于G.652B，降低了水峰衰減，相對(duì)于G.652C降低了偏振模色散。

幾種常用的單模光纖中能夠傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)范圍不同，其工作波段區(qū)別如表 2-6 與表 2-7所示。

表2-6 G.652光纖的光波段劃分

表2-7 波段與波長(zhǎng)關(guān)系

從表中可以看出，在 G.652C 與 G.652D 的可使用波長(zhǎng)范圍較寬，從 1260nm 一直到1625nm都可以進(jìn)行通信，其中尤其以G.652D的應(yīng)用最多。

2.G652D光纖的應(yīng)用

（1）G.652D光纖在CWDW系統(tǒng)中的應(yīng)用

城域網(wǎng)中“G.652D 光纖+CWDM”非常具有吸引力。由于 G.652D 光纖開(kāi)通了全波段使用，因此適合于信道間隔大的CWDM，能顯著降低系統(tǒng)成本。

目前，一些主流光傳輸設(shè)備供應(yīng)商紛紛推出了商用的CWDM系統(tǒng)，支持8波并可升級(jí)到18波系統(tǒng)。只有低水峰光纖（G.652D）才能支持18波CWDM系統(tǒng)。

（2）G.652D光纖在DWDM系統(tǒng)中的應(yīng)用

低水峰光纖為城域DWDM系統(tǒng)提供了更高的靈活性，優(yōu)化波段分配。如將2.5Gbit/s光通道安排在S、C及L波段，而將10Gbit/s光通道安排在E波段。由于E波段的色度色散較小（相當(dāng)于 C 波段色散的一半左右），10Gbit/s 光通道的色散受限距離將延長(zhǎng)一倍，即160km以上，這樣系統(tǒng)不需要色散補(bǔ)償，保證系統(tǒng)的透明性。

（3）G.652D光纖在用戶(hù)接入網(wǎng)中的應(yīng)用

G.652D 光纖在“最后一公里”的用戶(hù)接入網(wǎng)中同樣大有可為，如基于 PON 技術(shù)系統(tǒng)。

目前，國(guó)外運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)普遍采用 G.652D 光纖。并逐步淘汰 G.652（A、B、C）光纖。而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，雖已經(jīng)有部分運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始指定使用G.652D光纖，但用量還不是很大。

四、傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的光纖選擇

目前，應(yīng)用于長(zhǎng)途骨干和城域網(wǎng)的光纖主要是 G.652、G.655 兩種光纖。對(duì)于基于2.5Gbit/s 及其以下速率的 WDM 系統(tǒng)，G.652 光纖是最佳選擇；G.652B/C/D 和 G.655 光纖均能支持基于 10Gbit/s 及更高速率的 WDM 系統(tǒng)；G.652C/D 光纖在城域網(wǎng)中的優(yōu)勢(shì)明顯。

通常G.652單模光纖在C波段1530～1565nm和L波段1565～1625nm的色散較大，一般為 17～22ps/（nm·km）。在開(kāi)通高速率系統(tǒng)及基于單通路高速率的 WDM 系統(tǒng)時(shí)，可采用色散補(bǔ)償光纖（DCF）來(lái)進(jìn)行色散補(bǔ)償。但 DCF 同時(shí)引入較大的衰減，因此它常與光放大器一起工作，DWDM波長(zhǎng)范圍越寬，補(bǔ)償困難越大。

G.655 光纖的基本設(shè)計(jì)思想是在 1550nm 窗口工作波長(zhǎng)區(qū)具有合理的較低的色散，足以支持10Gbit/s的長(zhǎng)距離傳輸而無(wú)需色散補(bǔ)償，同時(shí)，其色散值又保持非零特性，具有一個(gè)起碼的最小數(shù)值，足以抑制非線(xiàn)性影響，適宜開(kāi)通具有足夠多波長(zhǎng)的WDM系統(tǒng)。

經(jīng)過(guò)多年不懈努力，目前中國(guó)移動(dòng)的省際傳輸網(wǎng)絡(luò)及絕大多數(shù)?。ㄊ校﹥?nèi)的傳輸網(wǎng)絡(luò)均已具備相當(dāng)?shù)囊?guī)模。

現(xiàn)有的省際傳輸網(wǎng)絡(luò)按城域可分為東部環(huán)及西部環(huán)。其中東部環(huán)傳輸網(wǎng)絡(luò)的光纖以G.655 光纖為主，西部環(huán)傳輸網(wǎng)絡(luò)的光纖以 G.652B 光纖為主；?。ㄊ校﹥?nèi)的傳輸網(wǎng)絡(luò)則大多以G.652B光纖為主，只有部分?。ㄊ校┎捎肎.655光纖。

根據(jù)現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)中的光纖使用情況，以及目前的光纖技術(shù)發(fā)展水平和其所使用的范圍等方面因素，提出以下光纖選擇建議。

1.干線(xiàn)傳輸網(wǎng)

省際傳輸網(wǎng)絡(luò)：東部環(huán)傳輸網(wǎng)絡(luò)的后續(xù)建設(shè)，建議仍以 G.655 光纖為主；西部環(huán)傳輸網(wǎng)絡(luò)的后續(xù)建設(shè)，建議以 G.652D 或 G.652B 光纖為主，在主干層面上可適當(dāng)考慮采用G.655光纖。

各省（市）內(nèi)的傳輸網(wǎng)絡(luò)：可根據(jù)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)所使用的光纖種類(lèi)，優(yōu)先采用 G.652D 或G.652B光纖及G.655光纖。

2.城域網(wǎng)

目前城域網(wǎng)的主流光纖是常規(guī)單模（G.652A/B）光纖，1383nm 區(qū)的衰減峰（即水峰）使其在E波段運(yùn)用不理想。

為了打開(kāi)光傳輸?shù)腅波段，可采用低水峰（G.652C/D）光纖，其在1260～1625nm區(qū)所有的波段都具有可用性。由于 G.652 光纖的色散系數(shù)較高，10Gbit/s 系數(shù)的色散距離限制在70km 左右，較長(zhǎng)的環(huán)網(wǎng)將需要色散補(bǔ)償塊（DCM），當(dāng)這種模塊用于超長(zhǎng)距離時(shí)，它們會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)價(jià)格的上升和具有較大的衰減。色散的限制使G.652 光纖適用于70km以下的傳輸距離。

G.655 光纖對(duì)于超過(guò) 70km 的傳輸應(yīng)用是一個(gè)較好的選擇。新一代的 G.655 光纖將在城域網(wǎng)中具有理想的工作性能，提供了 1440～1625nm 包括 C、S、L 波段的 DWDM 可用性，由于其色散系統(tǒng)數(shù)比 G.652 光纖小于一半，所以可能提供兩倍于 G.652 光纖的色散受限距離。

五、根據(jù)不同的傳輸距離選擇不同的光纖

1.70～200km的城域骨干網(wǎng)

如果不考慮10Gbit/s以上的應(yīng)用，可采用G.652D或G.652B光纖。

如果考慮40Gbit/s以上的應(yīng)用和10Gbit/s以上的全光網(wǎng)應(yīng)用，建議采用符合G.655規(guī)范的光纖，PMDQ的鏈路值要求盡可能地低。

2.20～70km的城域接入網(wǎng)

如果不考慮40Gbit/s以上的應(yīng)用，建議采用G.652D或G.652B光纖。

如果考慮40Gbit/s以上的應(yīng)用和全光網(wǎng)應(yīng)用，建議采用符合G.655規(guī)范的光纖，PMDQ的鏈路值要求盡可能的低。

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