【文章內容簡介】 逐漸取代多模光纖成為當前光纖的主流產品時，階躍光纖結構又作為單模光纖的結構形式之一。 ② 漸變光纖 漸變光纖是指：光纖軸心處的折射率最大（ n1），而沿剖面徑向的增加而逐漸變小，其變化規(guī)律一般符合拋物線規(guī)律，到了纖芯與包層的分界處，正好降到與包層區(qū)域的折射率 n2 相等的數值；在包層區(qū)域中其折射率的分布是均勻的即為 n2。 ──多模光纖與單模光纖 多模光纖是指能夠同時傳輸多種模式的光纖，而單模光纖則只能傳輸單一的基模模式。 ──短波長光纖與長波長光纖 ① 短波長光纖 在光纖通信發(fā)展的初期，人們使用的光波波長在 ～ 微米范圍內（典型值為 微米），習慣上把在此波長范圍內呈現低衰耗的光纖稱作短波長光纖。 ② 長波長光纖 把工作在 ～ 微米波長范圍的光纖稱之為長波長光纖。長波長光纖因具有衰耗低、帶寬寬等優(yōu)點，特別適用于長距離、大容量的光纖通信。 ──緊套光纖與松套光纖 2． 3 光纖的基本參數 光纖的各種參數很多，最重要的參數有：光纖芯徑、光纖數值孔徑 NA 以及歸一化頻率。 1．光纖芯徑：這是光波導的幾何尺寸，一般說芯徑越大，集光效應越好， 11 越有利于遠距離傳輸。然而，過大的芯徑也會帶來一些不利的影響，如增加成本，模式不容易控制等。 2．光纖的數值孔徑：為了保證在光纖的芯包界面上能發(fā)生全反 射，在光纖端面上的入射角必須小于孔徑角，即小于光纖的最大光接收角。這個最大的光接收角記作 max? 。光纖的數值孔徑 NA 定義為： ???? 2s in 12221m a x nnnNA ? （ ） NA 的物理意義表示光纖接收入射光的能力， NA 越大，表示接收有用光的本領越大。 3．光纖中傳播的模式及歸一化頻率：光纖中傳播的模式就是光纖中存在的電磁場場形，或者說是光纖中存在的光場場形。因為光波是一種頻率很高的電磁波。各 種場形都是光波導中經過許許多多次的反射和干涉的結果。而且各種模式是不連續(xù)的離散的。 光纖中能夠存在（即能夠傳播）的模式不是無限多的，只能是既滿足全反射條件又能夠滿足相位一致條件的模式才能存在，而其它模式則被截止。設 Nmax為光纖中最大的模式數，它可表示為： ?? TVN 221m a x ??? （ ） 其中參數 V 定義為： ???? 2/2 102221 anknnaV ?? （ ） 這 里的 V是光纖的重要參數之一，它一方面與波導寬度 a 成正比，被稱為歸一化波導寬度；另一方面又與 Ck /0 ?? （ C 為光速）成正比，因而又稱為歸一化頻率。 12 三、光 纜 3． 1 光纜特點 光導纖維是一種傳輸光束的細微而柔韌的媒質。光導纖維電纜由一捆纖維組成 ,簡稱為光纜。光纜是數據傳輸中最有效的一種傳輸介質 ,它的優(yōu)點包括 : (1)頻帶較寬。 (2)電磁絕緣性能好。光纖電纜中傳輸的是光束 ,由于光束不受外界電磁干擾與影響 ,而且本身也不向外輻射信號 , 因此它適用于長距離的信息傳輸以及 要求高度安全的場合。 (3)衰減較小?？梢哉f在較長距離和范圍內信號是一個常數。 (4)中繼器的間隔較大 ,因此可以減少整個通道中繼器的數目 ,可降低成本。根據貝爾實驗室的測試 , 當數據的傳輸速率為 420Mbps且距離為 119公里無中繼器時 ,其誤碼率為 10— 8,可見其傳輸質量很好。而同軸電纜和雙絞線每隔幾千米就需要接一個中繼器。 3． 2 光纜分類 1．按光纖狀態(tài) 光纖的二次被覆方式和光纖在光纜中的松緊自由狀態(tài)不同，可將光纜分為緊結構光纜、松結構光纜和半松半緊結構光纜。 2．按纜芯結構 按纜芯結構不同光纜分為中心 管式、層絞式和骨架式三大類。 3．按敷設方式 按光纜敷設方式，光纜可分為架空光纜、管道光纜、直埋光纜和水底光纜。 4．按光纜使用環(huán)境 按光纜使用環(huán)境又可將光纜分為室外光纜和室內光纜。 3． 3 光纜技術的發(fā)展特點 光纜的結構總是隨著光網絡的發(fā)展、使用環(huán)境的要求而發(fā)展的。新一代的全 13 光網絡要求光纜提供更寬的帶寬、容納更多的波長、傳送更高的速率、便于安裝維護、使用壽命更長等。近年來，光纜結構的發(fā)展可歸納為以下一些特點。 ，如干線網光纖、城域網光纖、接入網光纖、 局域網光纖等，這決定了大范圍內光纜光纖傳輸特性的要求，具體運用的條件還有可依據的細分的標準及指標。 ，越來越多的與其施工方法、維護方法有關，必須統一考慮，配套設計。 ，促進了光纜結構的改進，使光纜性能有明顯改進。 不同的場合和不同的要求造成了光纜的多結構的發(fā)展趨勢，新的光纜結構以及在現有結構上不斷改進的各種結構也在不斷涌現，出現了許多類型，包括： ① .“干纜芯”式光纜：所謂“干纜芯”即區(qū)別于常用的填充管型的光纜 纜芯。這種纜的阻水功能主要靠阻水帶、阻水紗和涂層組合來完成。這種光纜具有方便，重量輕、易接續(xù)、易搬運，設備投資小、成本低，生產使用中干凈衛(wèi)生，在長期使用中還可減少纜芯中各種元件之間的相對移動等優(yōu)點。特別是在接入網室內纜和用戶纜中，好處更加明顯。 ② .生態(tài)光纜：一些公司從環(huán)境保護及阻燃性能的要求出發(fā)，開發(fā)了生態(tài)光纜，應用于室內、樓房及家庭。 ③ .海底光纜：海底光纜近年來有根快的發(fā)展，它要求長距離、低衰減的傳輸，而且要適應海底的環(huán)境，對抗水壓、抗氣損、抗拉伸、抗沖擊的要求都特別嚴格。 ④ .淺水光纜：淺水光纜 是區(qū)別于海底光纜而提出來的另一類結構的水下光纜，適合于在海岸邊上、淺水中安裝，無需中繼、通信距離比較短的水下（如島嶼間、沿海岸邊上的城市）敷設使用。這種光纜要求結構簡單、成本較低，易于安裝和運輸，便于修復和維護。 ⑤ .微型光纜：為了配合氣壓安裝（或水壓安裝）施工系統的運用，各種微型的光纜結構已在設計和使用中。對于氣壓安裝的微型光纜，要求光纜與管道之間有一定的系數，光纜重量要準確，具有一定的硬度等。這種微型光纜和自動安裝的方式是未來接入網，特別是用戶駐地網絡中綜合布線系統很有潛力的一種方式，如在智能建筑中運用 的智能管道中就非常適合這種安裝。 14 ⑥ .采用了納米材料的光纜：采用納米材料的光纜，利用了納米材料所具有的許多優(yōu)異性能，對光纜的抗機械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善，并可延長光纜的使用壽命。 ⑦ .全介質自承式光纜（ ADSS）：全介質光纜對防止電磁影響及防雷電都有優(yōu)良的特性，而且重量輕、外徑小，架空使用非常方便，在 電力 通信網中已得到大量的應用。 ADSS 同時也是電信部門在對抗電磁干擾及雷暴日高的敷設環(huán)境中 一種很好的光纜類型的選擇。 ⑧ .架空地線光纜（ OPGW）： OPGW 已出現了很長一段時間，近年來一直在改進和提高之中。 OPGW 的光纖單元中采用 PBT，于套管外面再加上一層不銹鋼管，有的還在塑料套管與不銹鋼管之間加上一層熱塑膠，不銹鋼管用激光焊接長度可達數十公里，光纖在這樣的多層保護管中得到了充分的機械保護。 15 四、光纜線路工程設計 4． 1 光纜線路設計的原則和內容 基本 原則 ，合理利用土地，重視環(huán)境保護。 ，做到技術先進，經濟合理，安全適用，能夠滿足施工，生產和使用要求。 ，兼顧近期與遠期通信發(fā)展的需求，合理利用已有的網絡設施和裝備，以保證建設項目的經濟效益，不斷降低工程造價和維護費用。 ，未經試驗和鑒定合格的產品不得在工程中使用。 ，廣泛采用適合我國國情的國內外成熟的先進技術。 設計內 容包括：通信需求的預測，包括近期和遠期；光纜線路路由選擇；光纜線路敷設方式選擇；光纜接續(xù)及接頭保護措施；光纜線路的防護要求；中繼站站址選擇與建筑方式；光纜施工注意事項。 光纜線路路由選擇原理 光纜路由的選擇應以設計任務書為依據在保證傳輸質量的前提下，使線路安全可靠、經濟合理、施工維護方便。 光纜路由沿公路敷設應做到順路取直，不要隨彎取線，以免增加線路長度。在一些地形復雜、障礙較多的地段，應考慮施工維護的方便，不要強求長距離的大直線，其隔距要求應根據規(guī)范或設計要求確定。 光纜路由應選擇在地質穩(wěn)固、地 形平坦、自然危害少的地方。在平原地區(qū)應避開湖泊、沼澤、水塘、溝渠及排澇積洪等地帶；山區(qū)路由應盡量避免翻山越嶺，選擇地質穩(wěn)固、坡度較平、石方工作量少，便于維護施工的地帶，避開溝渠和水土 流失的地方等。山區(qū)選擇路由時還應進行防雷調查，盡量避開落雷較多的地段。 16 進入市區(qū)的光纜路由，應符合城市發(fā)展規(guī)劃，避免選擇在規(guī)劃的建筑紅線范圍以內，防止設于待拓寬或變動的街道，未定型的街道，遠期規(guī)劃的工業(yè)區(qū)及城市發(fā)展區(qū)，在市區(qū)應盡量利用配合市話管線路由一并考慮。 光纜線路敷設方式選擇原理 市話光纜線路或長途光纜線路進入 市區(qū)的部分，應盡可能采用管道敷設方式，只有在沒有管道又無條件新建管道時，可采用直埋敷設方式。當直埋敷設也困難時，可采用架空方式作短期過渡。 長途光纜線路在郊外一般采用直埋，遇到下列情況可以采用架空敷設方式： ①．穿越河溝，峽谷直埋特別困難的地段； ②．施工特別困難或賠償費用過高的地段； ③．市區(qū)暫時無條件建設管道的地段； ④．已有桿路并可以利用架掛的地段； 農村本地網光纜線路，縣城地段應采用管道敷設，其余采用現有的農話桿路加掛。 跨越河流的光纜線路，盡可能利用固定在橋梁上的管道或槽道敷設，如沒有管道和槽道時 ，可與有關部門協商，在橋上加裝支架敷設。當上述條件無法滿足，或命名線路迂回距離太長時，則采用水線敷設。 4． 1． 3 光纜選型 ①．在市話管道或長途硬塑料管道敷設的條件下，一般采用 PE 或 PVC 護套、層絞式或中心管式結構光纜，纜中以鍍鋅鋼絲繩作加強芯，通常在護套和纜芯之間加 A/PE 防水層。 ②．在架空敷設條件下，一般采用與管道敷設條件下結構相同的光纜，而在農村本地網架空光纜線路建設中也可以選用束管式光纜或自承式光纜，以降低工程造價。 ③．在直埋敷設條件下，選用光纜結構除滿足管道敷設條件外，還應 加鋼帶鎧裝或鋼線鎧裝層，也有的是加皺紋鋼管層，以增加光纜的抗側壓力等機械強度。 17 ④．在水線敷設條件下的光纜，選用鋼絲鎧裝層光纜，以更好地保證機械強度。 ⑤．電力部門選用的光纜可選用復合光纜，它是把光纖置于纜中間，外面是滿足強電輸送條件的金屬構件，即架空復合地線光纜（ OPGW），亦可采用全介質自承式光纜（ ADSS）。 ⑥．在強電場區(qū)域或雷擊特別嚴重的地段可選用無金屬光纜，即全介質自承式光纜（ ADSS）。它能有效地防止電磁感應。 ⑦．在計算機房及數據通信或用戶光通信網中可選用帶狀光纜或室內光纜。 ⑧．室內光纜宜 采用具有阻燃性能的外護層結構，如聚氯乙烯外護層或無鹵阻燃外護層等。不論采用哪種敷設方式和選用哪種結構的光纜，凡在野外敷設條件下的光纜都必須使光纖防水、防潮，所以光纜中應該填充防水油膏或具有其他防潮層，以阻擋水分或潮氣進入光纜，保證光纜常年使用，傳輸性能不致劣化。 光纖是傳輸網絡的基礎，在光纖系統設計中，必須要考慮未來 15～ 20 年受命期仍能滿足傳輸容量和速率的發(fā)展需要。從我國國情與未來發(fā)展需要看，我國東部發(fā)達地區(qū)的新干線建設多采用以 10Gbit/s 速率為基礎的波分復用系統。在這種情況下，對于 新敷設的大容量光纜線路采用 （或部分 ）光纖是合適的。另一方面，我國又是一個經濟發(fā)展高度不平衡的國家，我國西部地區(qū)的通信業(yè)務需求在很長時間內都難以趕上東部地區(qū)，因而采用以 的 WDM 系統將足以滿足相當長時間的干線業(yè)務量需求。在這一速率前提下，采用 光纖的必要性和急迫性沒有那么強。除非 光纖的價格有較大幅度的降低，心敷光纜線路繼續(xù)采用 光纖是符合地區(qū)與網絡具體情況的合理選擇。 從城域網角度 看，為了適應未來多業(yè)務、多速率的環(huán)境需求，需擴大可用光譜的范圍，心敷光纖逐漸轉向價格適宜、工作波長范圍擴大的低水峰光纖（波長擴展的非色散位移單模光纖），即全波光纖。這樣可以大大拓寬城域網波分復用的光波長范圍（約 1280～ 1620nm），利于采用 CWDM（粗波分復用）技術，可使用更多的光信道以滿足城域網傳輸的多業(yè)務、多信道要求。 18 4． 1． 4 傳輸設計 光傳輸再生段距離由光纖衰減和色散等因素決定。不同的系統，由于各種因素的影響程度不同，再生段距離的設計方式也不同。在實際的工程應用中，設計方式分為兩種情況，第一種 情況是衰減受限系統，即再生段距離根據 S 和 R點之間的光通道衰減決定。第二種是色散受限系統，即再生段距離根據 S和 R點之間的光通道色散決定。 光纖數字傳輸系統的再生段長度計算應首選最壞值設計法計算，即在設計時，將所有光參數指標都按最壞值進行計算，而不是設備出廠或系統驗收指標。優(yōu)點是可以為工程設計人員及設備生產廠家，分別提供簡單的設計指導和明確的元部件指標，不僅能夠實現基本光纜段上設備的橫向兼容，而且能在系統受命終了，所有系統和光纜富余度都用盡，且處于允許的最惡劣的環(huán)境條件下仍能滿足系統指標。 （ 1）衰減受限系統再 生段距離的確定 [3] 光纜線路衰減受限系統的再生段距離傳統上一般用下試計算： )(2 kmMAA AMPPL ccf cersa ?? ?