光纖知識(shí)及敷設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

概述所謂光通信就是利用光波載送信息的通信.在載波技術(shù)方面,電磁波的通信已廣泛應(yīng)用于廣播,電視等領(lǐng)域,本世紀(jì)末,隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步,出現(xiàn)了移動(dòng)通信等數(shù)字無(wú)線電波技術(shù).在另一方面,光波作為一種波長(zhǎng)很短的無(wú)線電波,同樣也得到技術(shù)突破,目前已成為新一代的有線通信載波.光通信技術(shù)的進(jìn)步,推動(dòng)了整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展.光纖發(fā)展概況I960年，梅曼(T.H.Maiman)發(fā)明了紅寶石激光器產(chǎn)生了單色相干光,實(shí)現(xiàn)了高速的光調(diào)制?美國(guó)林肯實(shí)驗(yàn)室首先研制出利用氦氖激光器通過(guò)大氣傳輸彩色電視,利用大氣傳輸光信號(hào)具有以下的缺點(diǎn):氣候嚴(yán)重影響通信,如霧天;大氣的密度不均勻,傳輸不穩(wěn)定;傳輸設(shè)備之間要求沒(méi)有阻隔利用大氣傳輸光波的思想實(shí)際上是電磁波傳輸?shù)募夹g(shù),光波實(shí)質(zhì)上是頻率極高的電磁波(3x1014Hz),其通信的容量比一般的電磁波大萬(wàn)倍以上，如果光通信能夠?qū)崿F(xiàn)，它將具有劃時(shí)代的意義.早期,為了避免大氣對(duì)光傳輸?shù)母蓴_,研制了透鏡光波導(dǎo)的技術(shù),利用管子進(jìn)行光傳輸,在一定距離上設(shè)置聚焦透鏡,匯聚散射光和誘導(dǎo)光轉(zhuǎn)折,但振動(dòng)和溫度又嚴(yán)重影響了光傳輸.這種思想,被后來(lái)采用直至成功研制成光導(dǎo)纖維.1966年,英籍華人高錕(C.K.Kao)和Hockham實(shí)驗(yàn)證明利用玻璃可以制作光導(dǎo)纖維(OpticFiber).但當(dāng)時(shí)的玻璃衰減達(dá)1000dB/km,無(wú)法用于傳輸，后經(jīng)過(guò)美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室主席IanRoss,英國(guó)電信研究所(BTRL,BPO)和美國(guó)康寧玻璃公司(CORNING)的Maurer等合作，于1970年首先研制成功衰減為20dB/km的光纖，取得重大突破?之后，各發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛開展光纖通信研究,出現(xiàn)了多組成份玻璃光纖,塑料光纖,液芯光纖等,其中利用介質(zhì)全反射原理導(dǎo)光的石英光纖被廣泛采用.石英光纖衰減小,性能高,強(qiáng)度大要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的光纖通信,必須減少光纖的衰減.高錕指出降低玻璃內(nèi)過(guò)度金屬雜質(zhì)離子是降低光纖衰減的主要因素,1974年，光纖衰減降低到2dB/km.1976年通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)降低玻璃內(nèi)的OH離子含量就出現(xiàn)地衰減的長(zhǎng)波長(zhǎng)雙窗口:1.3pm和1.55卩m.在1980年,1.55ym波長(zhǎng)光纖衰減達(dá)到0.2dB/km,接近理論值.80年代中，又發(fā)現(xiàn)水分和潮氣長(zhǎng)期接觸光纖會(huì)擴(kuò)散到石英光纖內(nèi),從而使光纖衰減增大且強(qiáng)度降低.于是采用注入油膏于光纖套管中隔絕水氣,制成品質(zhì)完善的光纜用于工程.要實(shí)現(xiàn)大容量的通信，要求光纖有很寬的帶寬?單模(SM:SingleMode)光纖的帶寬最寬，是理想的傳輸介質(zhì)?但是單模光纖纖芯很細(xì),70年代工藝無(wú)法做到，因此，多模(MM:MultiMode)光纖較早應(yīng)用，光在多模光纖里各模式間存在光程差，造成輸出的光信號(hào)帶寬不寬.1976年日本研制成漸變型(又稱自聚焦型,SELFCO)光纖，光纖的帶寬達(dá)到KHz/km數(shù)量級(jí).80年代，單模光纖研制成功，帶寬增大到10KHz/km這一成就使大容量光通信成為可能,80年代中，零色散波長(zhǎng)為1.55pm的光纖研制成功，光纖通信實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離超大容量傳輸.70年代，光纖的低衰減窗口在近紅外區(qū)0.85pm的短光波，光源采用GaAlAs(鎵鋁砷)注入式半導(dǎo)體激光器(LD:LaserDiode)),但是壽命很短.直到研制成功可連續(xù)運(yùn)行的GaAlAs雙異質(zhì)結(jié)注入式激光器(Hayashi等),同時(shí)也發(fā)展了GaAlAs發(fā)光二極管(LED:Burrus),LED壽命長(zhǎng)，價(jià)格低,但譜線寬，速率低,功率笑，屬于非相干光源.80年代研究出了InGaAsP(銦鎵砷磷)長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器和LED,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用.光檢測(cè)器是光接收的主要器件,用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)?主要有用于短波長(zhǎng)的Si-PIN管和Si-APD雪崩光電二極管以及適用于長(zhǎng)波長(zhǎng)的InGaAs/InP的PIN管和APD管，還有Ge-APD由于工程上的需要，各式各樣的光無(wú)源器件和光儀表也相應(yīng)出現(xiàn)?如:光活動(dòng)連接器,光衰減器,光纖熔接機(jī)和光時(shí)域反射測(cè)試儀等.光纖通信1976年，美國(guó)首先在亞特蘭大建成距離為10公里,碼率為44Mbit/s的光纖通信系統(tǒng),80年代,許多國(guó)家都建成商用的通信系統(tǒng).在此中,發(fā)現(xiàn)利用激光器和多模光纖,當(dāng)光纖機(jī)械振動(dòng)則接收的光信號(hào)隨機(jī)起伏,出現(xiàn)所謂"模式噪聲",因此,用單模光纖的傳輸介質(zhì)和激光器光源成為光纖通信的基本方式,80年代中,還發(fā)現(xiàn)FP型激光器不能維持單譜線相干性,使輸出信號(hào)中帶有"模分配噪聲",從而使光纖的容量和傳輸距離受到限制，之后研究出動(dòng)態(tài)單縱模激光器解決了此問(wèn)題,如:分布反饋（DFB）激光器和更優(yōu)良的量子阱激光器?這些技術(shù)的解決,使超過(guò)100km已上無(wú)中繼，容量到達(dá)Gbit/s的光通信成為現(xiàn)實(shí).目前，全世界廣泛應(yīng)用光纖通信網(wǎng)絡(luò),光纖用量超過(guò)2000萬(wàn)km,建成了橫跨太平洋，大西洋的海底光纜線路，見(jiàn)圖1-2,國(guó)際上565Mbit/s高速光纖通信系統(tǒng)（可傳送7680路雙向電話）已廣泛使用,2.4Gbit/s超高速系統(tǒng)也付諸商用.70年代初，我國(guó)已開始光纖技術(shù)的研究.70年代末，制造出衰減為4dB/km,1.3ym波長(zhǎng)的光纖,并能制造0.85ym的LED和LD以及Si-APD雪崩光電二極管，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)碼率為8Mbit/s.80年代初，開始研制長(zhǎng)波長(zhǎng)多模光纖，長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器和PIN-FET光電檢測(cè)組件.82年在武漢建立了13多公里的短波長(zhǎng)，長(zhǎng)波長(zhǎng)實(shí)用市內(nèi)線路,碼率為8Mbit/s和34Mbit/s.80年代末，研制出單模光纖和140Mbit/s系統(tǒng),88年在武漢建立了單模架空線路,距離為35公里.1991年在合肥和蕪湖間建成單模直埋線路，全長(zhǎng)150km，從水下跨越長(zhǎng)江.現(xiàn)在,國(guó)內(nèi)已廣泛使用光纖通信,至今已敷設(shè)近60000km光纜?如北京-武漢-廣州，北京-沈陽(yáng)-哈爾濱國(guó)家干線光纜等，如圖1-3所示.我國(guó)幅員廣闊，光纖通信在不同的地理，氣候環(huán)境中使用，在北方要求耐-40°C低溫,在南方的架空光纜要抗臺(tái)風(fēng)與雷擊，在西北沙漠地帶,直埋光纜要防風(fēng)沙的襲擊，在華東經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，如在上海等建成了565Mbit/s的高速系統(tǒng)，在華中地區(qū)如武漢，則建成了跨長(zhǎng)江的水下線路.我國(guó)現(xiàn)已有了一定規(guī)模的光纖通信產(chǎn)業(yè)，能生產(chǎn)光纖，光纜，光電器件，光端機(jī)和光儀表,國(guó)產(chǎn)光纖衰減能達(dá)到0.38dB/km（1.3ym），其產(chǎn)量包括合資生產(chǎn)年約100000km,如侯馬光纜廠，武漢長(zhǎng)飛,成都西門子等?我國(guó)能生產(chǎn)少數(shù)國(guó)家才能生產(chǎn)的長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器,PIN-FET和nGaAs/InP-PAD組件，壽命可達(dá)200000小時(shí),滿足商用要求.國(guó)產(chǎn)光端機(jī)的傳輸碼率達(dá)到140Mbit/s,565Mbit/s（PDH系統(tǒng)）,90年代隨著SDH技術(shù)的發(fā)展,又相繼推出了155Mbit/s,622Mbit/s甚至2.4Gbit/s的超高速系統(tǒng),如"巨大中華"（巨龍,大唐,中興和華為）等民族企業(yè),其生產(chǎn)的光端機(jī)廣泛應(yīng)用于國(guó)家一級(jí)干線,二級(jí)干線（省級(jí)）,本地網(wǎng)和市話網(wǎng).隨著接入網(wǎng)絡(luò)（AN）技術(shù)的成熟，我國(guó)光纖通信技術(shù)將會(huì)更快速地發(fā)展.未來(lái)光纖接入網(wǎng)絡(luò)到90年代,通信技術(shù)高速發(fā)展,移動(dòng)通信,衛(wèi)星傳輸和光纖通信,將通信演變?yōu)楦咚?大容量,數(shù)字化和綜合的多媒體業(yè)務(wù).在ITU-T的推動(dòng)下,光纖通信的各種標(biāo)準(zhǔn)紛紛制定,如PDH,SDH,DWDM,AN和B-ISDN等.因此,美國(guó)首先提出建立國(guó)家信息高速公路的構(gòu)想:國(guó)家信息基礎(chǔ)建設(shè)(NII),之后各國(guó)紛紛制定計(jì)劃，并推出全球的信息技術(shù)建設(shè)計(jì)劃(GII).7O年代，光纖網(wǎng)絡(luò)主要用于市內(nèi)等大容量業(yè)務(wù)區(qū),80年代向市外長(zhǎng)途干線發(fā)展,到90年代逐步向用戶方向延伸，即所謂光纖道路邊(FTTC),光纖到大樓(FTTB)直到光纖到家庭(FTTH).目前也有采用電纜到家庭(如:CABLEMODEM和ADSL技術(shù))的經(jīng)濟(jì)方式,但也可實(shí)現(xiàn)光纖到公寓(FTTA),見(jiàn)圖1-4.FTTA,B,C構(gòu)成未來(lái)的光纖接入網(wǎng)絡(luò),用戶可以采用BRI(2B+D)的ISDN設(shè)備實(shí)現(xiàn)電話，傳真,數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)等通信，利用PRI(30B+D)的B-ISDN設(shè)備則可以完成除Hi-Fi和TV外的所有業(yè)務(wù)包含在內(nèi),預(yù)計(jì)到2020年，交換中心局到遠(yuǎn)端模塊帶寬達(dá)到2.4Gbit/s，遠(yuǎn)端模塊帶寬到用戶間帶寬達(dá)到622Mbit/s后，電視信號(hào)由MPEG-1的34Mbit/s壓縮到20Mbit/s(MPEG-2),聲音由64Kbit/s壓縮到16Kbit/s,這樣,通信,計(jì)算機(jī)，廣播電視和其它光通信將構(gòu)成統(tǒng)一的4C網(wǎng)絡(luò)光纖通信原理光纖通信系統(tǒng)如圖2-1所示,電端機(jī)(交換機(jī))將來(lái)自信號(hào)源的信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,多路復(fù)用等處理(1.44Mbit/s或2Mbit/s,34Mbit/S和140Mbit/s等)送給發(fā)光端機(jī)，變成光信號(hào)，并按SDH的格式輸入光纖,收光端機(jī)通過(guò)光檢測(cè)器還原成電信號(hào),放大,整形,恢復(fù)后輸入到電端機(jī)(交換機(jī)或遠(yuǎn)端模塊),完成通信.光端機(jī)間的傳輸距離在長(zhǎng)波長(zhǎng)達(dá)到100公里,超過(guò)距離則用中繼器將光纖衰減和畸變后的弱光信號(hào)再生成,繼續(xù)向前傳輸.將來(lái),摻餌光發(fā)大器可實(shí)現(xiàn)全光中繼.光纖通信可采用模擬和數(shù)字調(diào)制,由于激光器的線性不夠理想,不能像電氣中載波模擬調(diào)制和多路復(fù)用,只能用于模擬電視信號(hào)的多路復(fù)用,如光付載波調(diào)制技術(shù).未來(lái),包括電視在內(nèi)的光纖通信將都是數(shù)字式的.在光端機(jī)中,對(duì)電信號(hào)有兩種光調(diào)制方法:其一是在光源如激光器上調(diào)制,產(chǎn)生隨電信號(hào)變化的光信號(hào),此為直接調(diào)制.其二為外調(diào)制,利用電光晶體調(diào)制器在光源外部調(diào)制,調(diào)制速率高.所有的調(diào)制速率可達(dá)10?20Gbit/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于光纖的傳輸帶寬(20000Gbit/s).要充分發(fā)揮光纖的超大容量的通信傳輸能力，必須采用光頻復(fù)用的光纖通信系統(tǒng)，光頻復(fù)用(FDM)又稱光波復(fù)用(WDM)，就是在光纖中同時(shí)采用許多不同波長(zhǎng)的光進(jìn)行傳輸,光頻復(fù)用技術(shù)可在光纖中開發(fā)出100?200個(gè)光頻道，每個(gè)頻道可容納10?20Gbit/s的信息容量，目前以朗訊(LUCENT)為首的通信企業(yè)已成功開發(fā)了WDM產(chǎn)品，預(yù)計(jì)下一個(gè)世紀(jì),隨著通信需求的越來(lái)越大,WDM通信技術(shù)將會(huì)廣泛應(yīng)用.光波光波與通信用的無(wú)線電磁波一樣,也是一種電波,光波的波長(zhǎng)很短,或者說(shuō)頻率很高,達(dá)到1013?1014Hz,—般無(wú)線電磁波可用作廣播電臺(tái),電視,移動(dòng)通信的信號(hào)傳輸，光波也可以，而且是大容量,高速度,數(shù)字化和綜合業(yè)務(wù)的通信傳輸,所不同的是:一般無(wú)線電波通過(guò)空氣傳輸,而通信用光波是通過(guò)光纖(OpticFiber)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?是一種有線傳輸.光波在電磁波譜中的位置，可見(jiàn)光的波長(zhǎng)在0.39ym到0.76卩m,包括紅，橙，黃，綠藍(lán)，靛,紫,混合而成白光.紅光的波長(zhǎng)長(zhǎng).比紅光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光，即波長(zhǎng)大于0.76ym,是不可見(jiàn)的紅外光，在0.76gm~15gm的光波稱為近紅外波，在15ym?25ym稱為中紅外波，在25gm~300gm稱為遠(yuǎn)紅外波.比紫光波長(zhǎng)更短的波為不可見(jiàn)的紫外光,紫外光的范圍0.39ym?0.006ym，紫外光,可見(jiàn)光和紅外光統(tǒng)稱光波.利用大氣傳送的光源如氦氖激光器波長(zhǎng)為0.6328ym,是可見(jiàn)的紅外光;另一種C02激光器波長(zhǎng)為10.6ym,為不可見(jiàn)近紅外光.當(dāng)今通信用傳輸介質(zhì)——石英光纖的低衰減"窗口"為0.6gm~1.6gm的波段范圍，是屬于可見(jiàn)紅外光與不可見(jiàn)近紅外光波段上.光波速度光波與電磁波在真空中的傳輸速度為c=3xl05km/s.光在均勻介質(zhì)中直線傳播，速度與介質(zhì)的折射率成反比,即:式中,n為介質(zhì)光折射率,c為真空中的光速.以真空的光折射率為1,其它介質(zhì)的折射率大于1,因此傳輸速度比真空中小?其中空氣的折射率近視為1,而石英光纖的折射率為1.458,則光波速度為v=2x105km/s.光波的波長(zhǎng)@）,頻率⑴和速度之間的關(guān)系為：或光波的折射與反射光在同一均勻介質(zhì)中是直線傳播的,但在兩種不同的介質(zhì)的交界處會(huì)發(fā)生反射和折射現(xiàn)象,如圖2-3所示.設(shè)MM''''為空氣與玻璃的界面,NN''''為界面的法線，空氣折射率n1包層的折射率n2,其折射率分布的數(shù)學(xué)式如下：光線①以光纖的軸心線平行射入，則直線向前傳播?若光線以光纖端面入射角0進(jìn)入光纖，則在包層產(chǎn)生包層界面入射角.因?yàn)閚1>n2,包層界面入射角的臨界角M,與臨界端面入射角0a的關(guān)系為：當(dāng)0>0a時(shí)，則10dB/km）,屬于材料吸收為主,而通信中的衰減主要來(lái)自波導(dǎo)散射和材料散射.如圖2-9所示,光衰減與波長(zhǎng)有關(guān),從曲線可知,石英光纖由三個(gè)衰減區(qū)（又稱作低率耗"窗口"）,第一衰減區(qū)為0.6gm~0.9gm,為短波長(zhǎng)低率耗區(qū).第二和第三衰減區(qū)分別為1.0gm~1.35gm和1.45ym?1.8ym,為長(zhǎng)波長(zhǎng)低衰耗區(qū).光纖彎曲衰減,微彎衰減和接頭衰減一彎曲衰減：光纖可彎曲,如果曲率半徑過(guò)小,光就會(huì)從包層泄漏,因此在光纖制成纜,現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)（管道轉(zhuǎn)彎）,光纜接頭盒等場(chǎng)合可能出現(xiàn)彎曲衰減,描述為：其中,R為彎曲半徑,A,B與光纖參數(shù)（纖芯半徑a,光纖外徑2b,相對(duì)折射率差A(yù)）有關(guān)的待定常數(shù).二微彎衰減微彎是隨機(jī)的,其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,成藍(lán),周圍溫度變化.微彎衰減是光纖隨機(jī)畸變的高次模與輻射模之間的耦合模所引起的光功率損耗.大小表示為：其中:N是隨機(jī)微彎的個(gè)數(shù);h是微彎凸起的高度；〈〉表示統(tǒng)計(jì)平均符號(hào);E是涂層料的楊氏模量;Ef是光纖的楊氏模量;a為纖芯半徑;b為光纖外半徑A微光纖的相對(duì)折射率差.三接頭衰減光通信中兩個(gè)中繼站之間的長(zhǎng)光纖，是由許許多多的短光纖連接起來(lái)的（一般每2km一段），采用熔接（<0.05dB）或冷接（<0.1dB）的技術(shù)，因此存在接頭損耗，一般的熔接要求兩根光纖的軸心偏移不超過(guò)10%.光纖的涂覆與套塑光纖的一次涂覆通用光纖的外徑按ITU-T的規(guī)定為125ym,其中單模光纖纖芯在8gm?25ym,多模光纖纖芯在15ym?50ym.玻璃是脆性斷裂材料，在空氣中裸露會(huì)發(fā)生腐蝕，只要用100克左右的拉力就可以導(dǎo)致光纖斷裂.為保護(hù)光纖的表面,提高抗拉強(qiáng)度和抗彎曲度,需要給光纖涂覆硅酮樹脂或聚氨甲酸乙脂.通常采用兩次涂覆，第一層用變性硅酮樹脂，可吸收包層透過(guò)的光;第二層采用普通的硅酮樹脂，涂層較厚有利于提高低溫和抗微彎性能.緊套光纖:如跳線（jumper）和尾纖（pigtail）,低溫性能好，兩次涂覆后光纖的外徑為900ym.松套光纖:裸纖（barefiber）,涂料采用多種顏色的丙烯酸脂類材料,涂層為125ym.光纖的二次涂覆（被覆，套塑）為了便于操作和提高光纖成纜時(shí)的抗張力,在一次涂覆的基礎(chǔ)上再套上尼龍,聚乙烯或聚酯等塑料.以保護(hù)光纖的一次涂覆,提高機(jī)械強(qiáng)度.松套在一次涂覆層的外面,再包上塑料套管,套管中注入防水油膏,塑料套管的膨脹系數(shù)比石英光纖大三個(gè)數(shù)量級(jí)，光纖的纖心到套管中心距離大于0.3mm,使光纖在套管收縮依舊可在管內(nèi)滑動(dòng).緊套在一次涂覆層外再緊緊套上尼龍或聚乙烯等塑料,光纖不能自由活動(dòng).如圖2-10.近幾年,已開發(fā)出高彈性模量,低線脹系數(shù)的液晶聚酯套塑材料,是海底光纜高強(qiáng)度光纖和高寒地區(qū)光纜光纖的優(yōu)秀套材料.光纖的連接光通信系統(tǒng)的構(gòu)成,除了光源和光檢測(cè)器件外,還有一些不用電源的光通路元器件——無(wú)源光器件.在安裝任何光纖通信系統(tǒng)時(shí),必須考慮以低損耗的方式把光纖連接起來(lái),要求盡量減少在連接的地方出現(xiàn)的光的反射.光纖的連接有永久性和活動(dòng)性兩種,永久性連接的稱固定街頭,使用熔接（熱接）或冷接（接續(xù)子）;活動(dòng)接頭為或接頭（機(jī)械接頭），用砝瑯盤,FC/PC,SC等活動(dòng)連接器.光纖作為光波導(dǎo)遇到不連續(xù)點(diǎn)就產(chǎn)生損耗或反射,無(wú)論是固定接頭或活動(dòng)街頭,都是特定的不連續(xù)點(diǎn).對(duì)于固定接頭,光波將產(chǎn)生較大的瑞利散射,對(duì)于活動(dòng)接頭,則是更大的菲涅爾反射.光纖的連接原理兩條光纖的幾何位置,光纖的端面情況和光纖本身特性參數(shù)的不匹配,都會(huì)產(chǎn)生連續(xù)損耗.如圖3-1所示，當(dāng)兩條光纖軸線平行,軸線橫向或側(cè)向偏移d;當(dāng)兩條光纖軸線平行，軸線縱向偏移s;當(dāng)兩條光纖軸線成角度,產(chǎn)生角度偏移0時(shí),產(chǎn)生連接損耗，其中橫向偏移損耗最大最常見(jiàn).設(shè)在橫向偏移d,纖芯a之內(nèi)的光功率分布完全均勻，端面上的數(shù)值孔徑為常數(shù)，則發(fā)射光纖耦合到接收光纖的光功率與兩個(gè)纖芯的公共面積成正比,可證明:對(duì)于階躍光纖,其耦合效率等于公共面積與兩根光纖的各自面積比:縱向偏移引起的損耗，發(fā)射光纖的光只有部分進(jìn)入接收光纖，數(shù)值孔徑角0c越大，距離s越大,則耦合損耗也越大.同樣偏移角越大，則耦合損耗也越大.圖3-2為幾何偏移引入的損耗與偏移量大小的關(guān)系，其中橫向偏移的損耗最大.因此，對(duì)于活動(dòng)連接器，為了避免端面的摩擦而人為引入0.025mm?0.1mm的間距，如果光纖的纖芯為50ym的多模光纖,則插入損耗為0.8dB;如果為單模光纖，插入損耗一般在0.5dB.單模光纖在傳導(dǎo)模場(chǎng)近似于高斯分布的條件下，其連接損耗為:式中:a為光纖間的軸偏移量;w為光纖模場(chǎng)半徑.如模場(chǎng)半徑w=4.9ym,如果軸偏移量a=1ym,則損耗為L(zhǎng)=0.18dB.除了幾何偏移外，在制造中因?yàn)閮筛饫w幾何特性和波導(dǎo)特性的差異，也產(chǎn)生耦合損耗.包括:光纖的芯徑，纖芯的橢圓度，數(shù)值孔徑，剖面折射率分布以及纖芯與包層的同心度等.連接兩根光纖之前，必須準(zhǔn)備光纖的端面，保證平滑與軸線垂直，防止連接點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)與散射.一般的方法有研磨,拋光與切割.研磨和拋光可得到較好的端面,但不用于現(xiàn)場(chǎng),切割需要在光纖劃一道刻痕,利用表面產(chǎn)生應(yīng)力集中而折斷,應(yīng)力控制不好,將產(chǎn)生裂紋分叉.總之,光纖的連接可分為:光纖的永久連接光纖的熔接技術(shù)70年代初,已使用鎳鉻絲通電作為熱源,對(duì)光纖進(jìn)行熔接;中期開始采用電弧放電法,用微機(jī)機(jī)構(gòu)和顯微鏡來(lái)控制光纖對(duì)正.80年代采用"預(yù)加熱熔接法",通過(guò)電弧對(duì)光纖端面進(jìn)行預(yù)熱整形,然后再放電.這就是光纖熔接機(jī)的基本原理.目前最好的熔接機(jī)對(duì)單模光纖的平均損耗到達(dá)0.03dB.熔接的過(guò)程包括端面的準(zhǔn)備,纖芯的對(duì)正,熔接和接頭增強(qiáng)等.端面準(zhǔn)備:使用切割刀，如simens的A8切割刀，谷河的1-2-3切割刀.纖芯對(duì)正:PAS技術(shù)通過(guò)CCD攝像和計(jì)算機(jī)處理，在X,Y,Z軸3個(gè)方向進(jìn)行最佳對(duì)正，如simens的L-PAS和LID系統(tǒng)，通過(guò)自身發(fā)射激光并檢測(cè)最大的光功率來(lái)調(diào)整對(duì)正.熔接:讓兩根光纖保持幾微米的間隙進(jìn)行預(yù)熔.最后通過(guò)高溫電弧使光纖熔接在一起，simens的LID系統(tǒng)通過(guò)發(fā)射激光可以調(diào)節(jié)放電時(shí)間，達(dá)到最佳熔接效果?之后，用大約4牛頓的力進(jìn)行拉力測(cè)試.目前的熔接機(jī)對(duì)正和熔接，拉力測(cè)試可全自動(dòng)進(jìn)行.接頭增強(qiáng):用熱縮管對(duì)熔接點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)和增強(qiáng).膠接法原理與熔接雷同.固定連接器技術(shù)圖3-3為常用固定連接器外形.A為依靠毛細(xì)管定位的連接器，如3M的接續(xù)子，simence的camsplice;B，C，D為V型槽連接,V型槽角度一般為60度左右，如3M的接續(xù)子,simence的camsplice.固定連接器的損耗一般在1dB左右.光纖的活動(dòng)連接光纖的活動(dòng)連接器可重復(fù)拆裝，形似電纜連接器，但加工精度高，主要是保證插入損耗小，重復(fù)性好.光纖活動(dòng)連接器廣泛應(yīng)用于傳輸線路，光配線架和光測(cè)試儀表中.光纖活動(dòng)連接器種類按結(jié)構(gòu)調(diào)心型和非調(diào)心型;按連接方式分對(duì)接耦合式和透鏡耦合式;按光纖相互接觸關(guān)系分平面接觸式和球面接觸式等.使用最多的是非調(diào)心型對(duì)接耦合式如平面對(duì)接式(FC),直接接觸式(PC)，矩形(SC)活動(dòng)連接器?還有APC,ST等.FC型光纖活動(dòng)連接器如圖3-4,FC連接器由插針體a,插針體b與套筒等組成?插針體a裝發(fā)射光纖,插針體b裝接收光纖，將a,b同時(shí)插入套筒，再將螺旋擰緊,實(shí)現(xiàn)光纖的對(duì)接耦合.FC由于平面接觸產(chǎn)生空隙，使光在石英玻璃和空氣間產(chǎn)生菲涅爾反射.PC型光纖活動(dòng)連接器對(duì)于FC的問(wèn)題,PC將插針套筒端面磨成凸球面，使光纖能夠直接接觸,PC型連接器插入損耗小，反射損耗大(發(fā)射光少)，性能定.PC的球面曲率直徑為20mm,與模場(chǎng)直徑為9“m左右的單模光纖相配.FC與PC基本上一樣，習(xí)慣上稱FC/PC,插針套筒核對(duì)中套筒采用不銹鋼或陶瓷?不銹鋼加工困難，陶瓷材料一般為氧化鋯和氧化鋁兩種，氧化鋁硬于氧化高，可用氧化鋁作為插針套筒，用氧化鋯作為對(duì)正套筒，但陶瓷易碎.SC型光纖活動(dòng)連接器在計(jì)算機(jī)的FDDI光纖網(wǎng)絡(luò)中，一般使用SC活動(dòng)連接器,FC/PC通過(guò)旋轉(zhuǎn)耦合，而SC屬于插拔式，易于高密度安裝.SC插針套筒為氧化鋯整體型.3M的VF-45光纖活動(dòng)連接器在最近,3M公司同樣推出了用于光纖網(wǎng)絡(luò)的VF-45連接器，大小如雙絞線的RJ-45，也是插撥光纜的敷設(shè)光纜的敷設(shè)分為管道,架空和直埋三中.管道在城市中常采用的方式,一般在城市的街道上敷設(shè),由于街道往往有拐彎與起伏,一般在轉(zhuǎn)彎處設(shè)立一個(gè)人孔，以利于光纜的牽引，每段光纜長(zhǎng)1km?2km,在兩段光纜間的人孔完成接續(xù)，在接續(xù)的人孔里，光纜需預(yù)留8-10m,掛在人孔壁上.架空在省二級(jí)干線（市，地區(qū)的本地網(wǎng)絡(luò)）常采用架空敷設(shè)，因?yàn)橐巴饪諘?吊線托掛方式是國(guó)內(nèi)最常用的一種，既采用在電桿上布鋼絲吊線，用掛鉤掛住光纜.架空光纜一般采用黑色外護(hù)套，已經(jīng)受陽(yáng)光的暴曬.一般在100m的間距豎立2根電桿，在電桿間安裝5-10個(gè)掛鉤，為了防止氣候的變化，一般在桿下設(shè)置伸縮彎，在接續(xù)處也保留一定的預(yù)留.直埋在國(guó)家一級(jí)干線（部級(jí)干線）和二級(jí)干線（省一級(jí)干線）采用直埋方式，直埋時(shí)中繼段往往大于70km，目前甚至到達(dá)140km，光纜段長(zhǎng)度往往采用4米，纜購(gòu)要求1.2m深,光纜段進(jìn)行光纖接續(xù)后用接頭盒蜜蜂，保證對(duì)地絕緣，防水，放蟻等檢查后，直接埋入地下，進(jìn)行回填土，一般在光纜的路由上每50m設(shè)置標(biāo)石，在接續(xù)處有絕緣監(jiān)測(cè)點(diǎn).光纖的連接光纜從傳輸機(jī)房外的電桿或人孔進(jìn)局，經(jīng)布線室到機(jī)房的光纜終端盒或分配盒（ODP），與一個(gè)跳線進(jìn)行熱接冷接，光纜預(yù)留長(zhǎng)度一般為15~20m,光纖在收容盤內(nèi)還預(yù)留80cm?光跳線的FC/PC接頭在ODF架上接在琺瑯盤上.機(jī)房外光纖的連接采用熔接，過(guò)程是:準(zhǔn)備接頭盒，開纜，每段80cm,安裝到接頭盒，固定加強(qiáng)芯,除去松套管，防水油膏，準(zhǔn)備光纖和熱縮管，進(jìn)行熔接，熱縮，固定到收容盤，密封接頭盒，安放接頭盒.有關(guān)熔接機(jī)的技術(shù)在后面詳細(xì)介紹.施工的測(cè)量光纖的連接器件和熔接頭將增大光纖的衰耗，設(shè)計(jì)文件中將對(duì)整條光纜的衰減有嚴(yán)格的要求，一般機(jī)械接頭的平均衰耗在0.5dB左右，而目前的熔接點(diǎn)也能達(dá)到0.1dB以下，甚至0.05dB以下，一般光端機(jī)發(fā)光在-5dB左右，而收光端機(jī)收光必須大于-30dB.為了符合工程的要求，一般通過(guò)光時(shí)域反射測(cè)試儀（OTDR）,在熔接后測(cè)量熔接點(diǎn)的衰減，符合單個(gè)熔接點(diǎn)的衰耗要求后再密封接頭盒，利用光源和光功率計(jì)也能測(cè)試全程光衰耗，單OTDR可監(jiān)測(cè)每一個(gè)事件點(diǎn).OTDR的技術(shù)在后面詳細(xì)講.維護(hù)和搶修光纜的維護(hù)工作按一定的日期進(jìn)行巡檢，在光纜出現(xiàn)故障后，必須實(shí)施快速的搶修.維護(hù)一般在固定時(shí)間內(nèi)用OTDR等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，盡可能發(fā)現(xiàn)故障,老化等問(wèn)題,預(yù)防通信終斷，目前還可以采用網(wǎng)絡(luò)的告警監(jiān)測(cè)系統(tǒng).搶修工具保證發(fā)生故障后可快速臨時(shí)恢復(fù)系統(tǒng).光纜敷設(shè)規(guī)范a、長(zhǎng)度及整體性每條光纜長(zhǎng)度要控制在800M以內(nèi)，而且中間沒(méi)有中繼。b、光纜最小安裝彎曲半徑在靜態(tài)負(fù)荷下，光纜的最小彎曲半徑是光纜直徑的10倍；在布線操作期間的負(fù)荷條件下，例如把光纜從管道中拉出來(lái)，最小彎曲半徑為光纜直徑的20倍。對(duì)于4芯光纜其最小安裝彎曲半徑必須大于2英寸（5.08CM）。c、安裝應(yīng)力施加于4芯/6芯光纜最大的安裝應(yīng)力不得超過(guò)100磅（45公斤）。在同時(shí)安裝多條4芯/6芯光纜時(shí)，每根光纜承受的最大安裝應(yīng)力應(yīng)降低20%，例如對(duì)于4*4芯光纜，其最大安裝應(yīng)力為320磅（144公斤）。d、光纖跳線的安裝拉力光纖跳線采用單條光纖設(shè)計(jì)。雙跨光纖跳線包含2條單光纖，它們被封裝在一根共同的防火復(fù)合護(hù)套中。這些光纖跳線用于把距離不超過(guò)100英尺（30M）的設(shè)備互連起來(lái)。光纖跳線可分為單芯纖軟線和雙芯纖軟線，其中單芯纖軟線最大拉力為27磅（12.15公斤），雙芯纖軟線最大拉力為50磅（22.5公斤）。室外光纜敷設(shè)的方式室外光纜敷設(shè)的方式有三種方式：地下管道敷設(shè)，即在地下管道中敷設(shè)光纜；直接地下掩埋敷設(shè)；架空敷設(shè)，即在空中從電線桿到電線桿敷設(shè)。a、地下管道敷設(shè)此種方式是被廣泛使用的一種方式。用該方式敷設(shè)光纜時(shí)會(huì)遇到三種情況：小孔—小孔，即光纜從地上通過(guò)一個(gè)建筑物的小孔進(jìn)入地下管道，再?gòu)牧硪粋€(gè)建筑物處的小孔出來(lái)；人孔—人孔，即光纜經(jīng)人孔進(jìn)入管道，由此牽到另一個(gè)人孔，光纜在其中走直線；在有一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)彎的管道中牽引光纜。在上面這些情況中，可以使用人力或機(jī)器來(lái)牽引，在選擇方式時(shí)，不妨先試一試人工牽引是否可行，否則采用機(jī)器進(jìn)行牽引，但不論何種方式，均需要注意光纜安裝彎曲半徑、安裝應(yīng)力等規(guī)范。在選擇能夠使用的管道時(shí)要注意所選的管道能夠保證每條光纜長(zhǎng)度在800M之內(nèi)，同時(shí)和電力管道必須至少有8CM混凝土或30CM的壓實(shí)土層隔開。b、直接地下掩埋敷設(shè)該方式適合于距離較遠(yuǎn)并且之間沒(méi)有可供架空的便利條件時(shí)采用，掩埋深度起碼要低于地面0.5M，或應(yīng)符合本地城管部門有關(guān)法規(guī)規(guī)定的深度。c、架空敷設(shè)當(dāng)建筑物之間有電線桿時(shí)，可以在建筑物與電線桿之間架設(shè)鋼絲繩，將光纜系在鋼絲繩上；如果建筑物之間沒(méi)有電線桿，但兩建筑物間的距離在50米左右時(shí)，亦可直接在建筑物之間通過(guò)鋼索架設(shè)光纜。架空光纜通常距地面3M，在進(jìn)入建筑物時(shí)要穿入建筑物外墻上的U形鋼保護(hù)套，然后向下或向上延伸，電纜入口的孔徑一般為5CM。如果架空線的凈空有問(wèn)題，可以使用天線桿型的入口。這個(gè)天線桿的支架一般不應(yīng)高于屋頂1.2M。這個(gè)高度正好使人可摸到光纜，便于操作。（5）光纜在樓內(nèi)的敷設(shè)a、高層住宅樓如果本樓有弱電井（豎井），且樓宇網(wǎng)絡(luò)中心位于弱電井（豎井）內(nèi)，則光纜沿著在弱電井（豎井）敷設(shè)好的垂直金屬線槽敷設(shè)到樓宇網(wǎng)絡(luò)中心；否則（包括本樓沒(méi)有弱點(diǎn)井或豎井的情況），則光纜沿著在樓道內(nèi)敷設(shè)好的垂直金屬線槽敷設(shè)到樓宇網(wǎng)絡(luò)中心。b、多層住宅樓光纜鋪設(shè)到樓宇網(wǎng)絡(luò)中心所在的單元后，沿樓外墻面向上（或向下）敷設(shè)到3層后進(jìn)入樓內(nèi)，沿墻角、樓道頂邊緣敷設(shè)到樓宇網(wǎng)絡(luò)中心所在的位置。c、光纜的固定在樓內(nèi)敷設(shè)光纜時(shí)可以不用鋼絲繩，如果沿垂直金屬線槽敷設(shè)，則只需在光纜路徑上每2層樓或每35英尺（10.5M）用纜夾吊住即可。如果光纜沿墻面敷設(shè)，只需每3英尺（1M）系一個(gè)纜扣或裝一個(gè)固定的夾板。（6）光纜的富余量由于光纜對(duì)質(zhì)量有很高的要求，而每條光纜兩端最易受到損傷，所以在光纜到達(dá)目的地后，兩端需要有10M的富余量，從而保證光纖熔解時(shí)將受損光纜剪掉后不會(huì)影響所需要的長(zhǎng)度。（7）光纖的熔接和跳接將光纖與ST頭進(jìn)行熔解，然后與耦合器共同固定于光纖端接箱上，光纖跳線1頭插入耦合器，1頭插入交換機(jī)上的光纖端口。光纜敷設(shè)技術(shù)要求一、架空光纜敷設(shè)要求1）架空光纜在平地敷設(shè)光纜時(shí)，使用掛鉤吊掛，山地或陡坡敷設(shè)光纜，使用綁扎方式敷設(shè)光纜。光纜接頭應(yīng)選擇易于維護(hù)的直線桿位置，預(yù)留光纜用預(yù)留支架固定在電桿上。2）架空桿路的光纜每隔3-5檔桿要求作U型伸縮彎，大約每1公里預(yù)留15米。3）引上架空（墻壁）光纜用鍍鋅鋼管保護(hù)，管口用防火泥堵塞。4）架空光纜每隔4檔桿左右及跨路、跨河、跨橋等特殊地段應(yīng)懸掛的光纜警示標(biāo)志牌。5）空吊線與電力線交叉處應(yīng)增加三叉保護(hù)管保護(hù)，每端伸長(zhǎng)不得小于1米。6）近公路邊的電桿拉線應(yīng)套包發(fā)光棒，長(zhǎng)度為2米。7）為防止吊線感應(yīng)電流傷人，每處電桿拉線要求與吊線電氣連接，各拉線位應(yīng)安裝拉線式地線，要求吊線直接用襯環(huán)接續(xù)，在終端直接接地