光纤小知识

汇海数码科技（赵正军） 一．光纤的定义 光纤的全称是光导纤维，它是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管（light emitting diode,LED）或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。 二．光纤的产生 谈到光纤我们首先想到的是它的创造团队：高锟（英藉华人，前香港中文大学校长，光导纤维的发明者）、美国贝尔研究所、美国康宁玻璃公司的马瑞尔、卡普隆、凯克。1977年，世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用，速率为45Mb／s。进入实用阶段以后，光纤通信的应用发展极为迅速，应用的光纤通信系统已经多次更新换代。70年代的光纤通信系统主要是用多模光纤，应用光纤的短波长（850纳米）波段，（1纳米=1000兆分之一米，即米）。80年代以后逐渐改用长波长（1310纳米），光纤逐渐采用单模光纤，到90年代初，通信容量扩大了50倍，达到2.5Gb／s。进入90年代以后，传输波长又从1310纳米转向更长的1550纳米波长，并且开始使用光纤放大器、波分复用（WDM）技术等新技术。通信容量和中继距离继续成倍增长。广泛地应用于市内电话中继和长途通信干线，成为通信线路的骨干。 三．光纤的制造： 光缆的制造过程一般分以下几个过程： 1. 光纤的筛选：选择传输特性优良和张力合格的光纤。 2. 光纤的染色：应用标准的全色谱来标识，要求高温不退色不迁移。 3. 二次挤塑：选用高弹性模量，低线胀系数的塑料挤塑成一定尺寸的管子，将光纤纳入并填入防潮防水的凝胶，最后存放几天(不少于两天)。 4. 光缆绞合：将数根挤塑好的光纤与加强单元绞合在一起。 5. 挤光缆外护套：在绞合的光缆外加一层护套。 四．光纤的分类 光缆根据分类方式的不同，种类也不尽相同，主要有一下几种分类： 1. 按敷设方式分有：自承重架空光缆，管道光缆，铠装地埋光缆和海底光缆。 2. 按光缆结构分有：束管式光缆，层绞式光缆，紧抱式光缆，带式光缆，非金属光缆和可分支光缆。 3. 按用途分有：长途通讯用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。 五．光纤的型号 1、型式 型式由5个部分构成，各部分均用代号表示，如下图所示。其中结构特征指缆芯结构和光缆派生结构特征。 ⅠⅡⅢⅣ　Ⅴ 2、分类的代号 GY——通信用室（野）外光缆 3、加强构件的代号 加强构件指扩大以内或嵌入护套中用于增强光缆抗拉力的构件。如同时有金属和非金属的加强构件，只表示为金属构件结构特征。 （无符号）——金属加强构件 F——非金属加强构件 4、光缆芯和光缆的派生结构特征的代号 光缆结构特征应表示缆芯的主要类型和光缆的派生结构。当光缆型式有几个结构特征需要注明时，可用组合代号表示，其组合代号按下列相应的代号自上而下的顺序排列。 D——光纤带结构 S——光纤松套被覆结构 J——光纤紧套被覆结构（无符号）——层绞结构 X——缆中心管（被覆）结构T——填充式结构 C——自承式结构E——椭圆形状 Z——阻燃结构 5、护套的代号 Y——聚乙烯护套 V——聚氯乙烯护套 A——铝—聚乙烯粘结护套（简称A护套）S——钢—聚乙烯粘结护套（简称S护套） W——夹带钢丝的钢—聚乙烯粘结护套（简称W护套） 6、外护层的代号 当有外护层时，它可包括垫层、铠装层和外被层的某些部分和全部，其代号用两组数字表示（垫层不需表示），第一组表示铠装层，它可以是一位或二位数字；第二组表示外被层或外套，它应是一位数字。如下表： 代号 0 2 3 4 5 33 44 铠装层 无铠装 绕包双钢带 单细园钢带 单粗圆钢带 皱纹钢带 双细圆钢带 双粗圆钢带 代号 1 2 3 4 5 外被层 纤维外被 聚氯乙烯套 聚乙烯套 聚乙烯套加覆尼龙套 聚乙烯保护套 分类代号 特性 纤芯直径 包层直径 材料 Ala 渐变折射率 50 125 二氧化硅 Alb 渐变折射率 62.5 125 二氧化硅 Alc 渐变折射率 85 125 二氧化硅 7、光纤的规格的构成 光纤的规格是由光纤数和光纤类别组成。 8、光纤数的代号 用光缆中同类别光纤的实际有效数目的数字表示。 9、光纤类别的代号 光纤类别应采用光纤产品的分类代号表示，即用大写A表示多模光纤，大写B表示单模光纤再以数字和小写字 六．光纤的安装 安装光缆需格外谨慎。连接每条光缆时都要磨光端头，通过电烧烤或化学环氯工艺与光学接口连在一起，确保光通道不被阻塞。光纤不能拉得太紧，也不能形成直角。较长距离的光缆敷设最重要的是选择一条合适的路径。这里不一定最短的路径就是最好的，还要注意土地的使用权，架设的或地埋的可能性等。必须要有很完备的设计和施工图纸，以便施工和今后检查方便可靠。施工中要时时注意不要使光缆受到重压或被坚硬的物体扎伤。 光缆转弯时，其转弯半径要大于光缆自身直径的20倍。 1、 光纤的选用 光缆的选用除了根据光纤芯数和光纤种类以外，还要根据光缆的使用环境来选择光缆的外护套。 1）户外用光缆直埋时 ，宜选用铠装光缆。架空时，可选用带两根或多根加强筋的黑色塑料外护套的光缆。 2）建筑物内用的光缆在选用时应注意其阻燃、毒和烟的特性。一般在管道中或强制通风处可选用阻燃但有烟的类型（Plenum），暴露的环境中应选用阻燃、无毒和无烟 的类型（Riser）。 3）楼内垂直布缆时，可选用层绞式光缆（Distribution Cables）；水平布线时，可选用可分支光缆（Breakout Cables）。 4）传输距离在2km以内的，可选择多模光缆，超过2km可用中继或选用单模光缆。 2、光纤的施工 A. 户外架空光缆施工： 较长距离的光缆敷设最重要的是选择一条合适的路径。这里不一定最短的路径就是最好的，还要注意土地的使用权，架设的或地埋的可能性等。必须要有很完备的设计和施工图纸，以便施工和今后检查方便可靠。施工中要时时注意不要使光缆受到重压或被坚硬的物体扎伤。光缆转弯时，其转弯半径要大于光缆自身直径的20倍。 1）吊线托挂架空方式，这种方式简单便宜，我国应用最广泛，但挂钩加挂、整理较费时。 2）吊线缠绕式架空方式，这种方式较稳固，维护工作少。但需要专门的缠扎机。 3）自承重式架空方式，对线干要求高，施工、维护难度大，造价高，国内目前很少采用。 4）架空时，光缆引上线干处须加导引装置，并避免光缆拖地。光缆牵引时注意减小摩擦力。每个干上要余留一段用于伸缩的光缆。 5）要注意光缆中金属物体的可靠接地。特别是在山区、高电压电网区和多地区一般要每公里有3个接地点，甚至选用非金属光缆。 B. 户外管道光缆施工： 1）施工前应核对管道占用情况，清洗、安放塑料子管，同时放入牵引线。 2）计算好布放长度，一定要有足够的预留长度。详见下表： 自然弯曲增加 长度（m/km）入孔内拐弯 增加长度（m/孔）接头重叠长度m/侧）局内预留 长度（m）注50.5~18~1015~20 其它余留 安装设计预留 3）一次布放长度不要太长（一般2KM），布线时应从中间开始向两边牵引。 4）布缆牵引力一般不大于120kg，而且应牵引光缆的加强心部分，并作好光缆头部的防水加强处理。 5）光缆引入和引出处须加顺引装置，不可直接拖地。 6）管道光缆也要注意可靠接地。 C. 直接地埋光缆的敷设： 1）直埋光缆沟深度要按标准进行挖掘，标准见下表： 2）不能挖沟的地方可以架空或钻孔预埋管道敷设。 3）沟底应保正平缓坚固，需要时可预填一部分沙子、水泥或支撑物。 4）敷设时可用人工或机械牵引，但要注意导向和润滑。 5）敷设完成后，应尽快回土覆盖并夯实。 直埋光缆埋深标准： a 敷设地段或土质埋深（m）备注 普通土（硬土）≥1.2 半石质（沙砾土、风化石）≥1.0 全石质≥0.8从沟底加垫10cm细土或沙土 市郊、流沙≥0.8 村镇≥1.2 市内人行道≥1.0 b 穿越铁路、公路≥1.2距道渣底或距路面 沟、渠、塘≥1.2 农田排水沟≥0.8 D. 建筑物内光缆的敷设： 1）垂直敷设时，应特别注意光缆的承重问题，一般每两层要将光缆固定一次。 2）光缆穿墙或穿楼层时，要加带护口的保护用塑料管，并且要用阻燃的填充物将管子填满。 3）在建筑物内也可以预先敷设一定量的塑料管道，待以后要敷射光缆时再用牵引或真空法布光缆。 E. 光纤搬运及敷设要点 1）光缆在搬运及储存时应保持缆盘竖立，严禁将缆盘平放或叠放，以免造成光缆排线混乱或受损。 2）短距离滚动光缆盘，应严格按缆盘上标明的箭头方向滚动，并注意地面平滑，以免损坏保护板而伤及光缆。光缆禁止 长距离滚动。 3）光缆在装卸时宜用叉车或起重设备进行，严禁直接从车上滚下或抛下，以免损坏光缆。 4）敷设时应严格控制光缆所受拉力和侧压力，必要时应询问光缆相关机械强度指标。 5） 敷设时应严格控制光缆的弯曲半径，施工中弯曲半径不得小于光缆允许的动态弯曲半径。定位时弯曲半径不得小于光缆允许的静态弯曲半径。 6）光缆穿管或分段施放时应严格控制光缆扭曲，必要时宜采用倒“8”字方法，使光缆始终处于无扭状态，以去除扭绞应力，确保光缆的使用寿命。 7) 光缆接续前应剪去一段长度，确保接续部分没有受到机械损伤。 8) 光缆接续过程应采用OTDR检测，对接续损耗的测量，应采用OTDR双向测量取算术平均值方法计算 七．光纤的接续 1、 光纤接续应遵循的原则是：芯数相等时，要同束管内的对应色光纤对接，芯数不同时，按顺序（蓝、橙、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉、青）先接芯数大的，再接芯数小的。 2、光纤接续的方法有：熔接、活动连接、机械连接三种。在工程中大都采用熔接法。采用这种熔接方法的接点损耗小，反射损耗大，可靠性高。 3、光纤接续的过程和步骤： 1） 开剥光缆，并将光缆固定到接续盒内。注意不要伤到束管,开剥长度取1m左右，用卫生纸将油膏擦拭干净,将光缆穿入接续盒,固定钢丝时一定要压紧,不能有松动。否则,有可能造成光缆打滚折断纤芯。 2） 分纤将光纤穿过热缩管。将不同束管，不同颜色的光纤分开，穿过热缩管。剥去涂覆层的光纤很脆弱，使用热缩管，可以保护光纤熔接头。 3） 打开DVP720B熔接机电源，根据光纤的种类（单模与多模）选择正确的模式（SM&MM）来进行熔接，并在使用中和使用后及时去除熔接机中的灰尘，特别是夹具，各镜面和V型槽内的粉尘和光纤碎未。CATV使用的光纤有常规型单模光纤和色散位移单模光纤，工作波长也有1310nm和1550nm两种。所以，熔接前要根据系统使用的光纤和工作波长来选择合适的熔接程序。如没有特殊情况，一般都选用自动熔接程序。 4） 制作光纤端面。光纤端面制作的好坏将直接影响接续质量，所以在熔接前一定要做好合格的端面。用专用的剥线钳剥去涂覆层，再用沾酒精的清洁棉在裸纤上擦拭几次，用力要适度，然后用精密光纤切割刀切割光纤，对0.25mm（外涂层）光纤，切割长度为8mm-16mm，对0.9mm（外涂层）光纤，切割长度只能是14mm。将剥好的光纤放置与切刀的V型槽内，并按照以上要求确定实际长度，确保光纤端面在一直线上后切割光纤，而后将光纤放进熔接机内的V型槽底部，并确保光纤没有弯曲，光纤端面必须放置在V型槽前端和电机中心线之间。确定无误后，关上防风罩，按下推动键，即可自动完成熔接。 5） 移出光纤用加热炉加热热缩管。打开防风罩，把光纤从熔接机上取出，再将热缩管放在裸纤中心，放到加热炉中加热。加热器可使用20mm微型热缩套管和40mm及60mm一般热缩套管，20mm热缩管需40秒，60mm热缩管为85秒。 6） 盘纤固定。将接续好的光纤盘到光纤收容盘上，在盘纤时，盘圈的半径越大，弧度越大，整个线路的损耗越小。所以一定要保持一定的半径，使激光在纤芯里传输时，避免产生一些不必要的损耗。 7） 密封和挂起。野外接续盒一定要密封好，防止进水。熔接盒进水后，由于光纤及光纤熔接点长期浸泡在水中，可能会，可能会先出现部分光纤衰减增加。 套上不锈钢挂钩并挂在吊线上。至此，光纤熔接完成。 8) 熔接须知。清洗酒精的纯度要超过99%，每次清洁后需要及时更换酒精棉；防止熔接机内V型槽的污染，并及时用酒精清洁，如槽内有异物用切割好的光纤端面去清理，切不可用硬物用力接触V型槽；保证切刀、剥线钳及附属工具的清洁；熔接过程中，显示屏上图像某些部分出现非常亮的点，那是由于光纤端面或表面有污点造成，建议重新熔接；熔接完毕后，发现加热过的熔纤管出现气泡、弯曲’凸起、粗黑线、阴影等类似的情况，必须重新熔接；熔接结束时，须及时用酒精清理熔接机表面及光纤脚、反光镜的碎末及赃物，保证洁净；定期对熔接机的重点部位进行检查和清洁，定时的查看电极的使用次数，做到及时更换，以保持良好的熔接质量。 八．光纤的测式 光纤在架设，熔接完工后就是测试工作，使用的仪器主要是OTDR测试仪，其中最主要的几个测试项目是链路的衰减特性、连接器的插入损耗、回波损耗等，我们就采用美国NOYES公司的M200便携式中文彩色触摸屏OTDR测试仪（动态范围有32/31、37.5/35、40/38、45/43db）,它可以测试，光纤断点的位置；光纤链路的全程损耗；了解沿光纤长度的损耗分布等。为了测试准确，OTDR测试仪的脉冲大小和宽度要适当选择，按照厂方给出的折射率n值的指标设定。 那么，光纤测试的主要物理参数是如何定义的呢，下面我们就进行简单的介绍： 1、 衰减： 1）衰减是光在光沿光纤传输过程中光功率的减少。 　 2）对光纤网络总衰减的计算：光纤损耗（LOSS）是指光纤输出端的功率Power out与发射到光纤时的功率Power in的比值。 　 3）损耗是同光纤的长度成正比的，所以总衰减不仅表明了光纤损耗本身，还反映了光纤的长度。 　　　　 4）光缆损耗因子（α）：为反映光纤衰减的特性，我们引进光缆损耗因子的概念。 　 5）对衰减进行测量：因为光纤连接到光源和光功率计时不可避免地会引入额外的损耗。所以在现场测试时就必须先进行对测试仪的测试参考点的设置（即归零的设置）。对于测试参考点有好几种的方法，主要是根据所测试的链路对象来选用的这些方法，在光缆布线系统中，由于光纤本身的长度通常不长，所以在测试方法上会更加注重连接器和测试跳线上，方法更加重要，关于这一点请参见安恒的布线测试技术文章 2、回波损耗: 反射损耗又称为回波损耗，它是指在光纤连接处，后向反射光相对输入光的比率的分贝数，回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响。改进回波损耗的方法是，尽量选用将光纤端面加工成球面或斜球面是改进回波损耗的有效方法。 3、 插入损耗: 插入损耗是指光纤中的光信号通过活动连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。插入损耗愈小愈好。 插入损耗的测量方法同衰减的测量方法相同。 九．光纤故障的判断与维修 1、光纤故障的发生及原因 障 碍 现 象 光纤接续点损耗过大 光纤衰减曲线出现台阶 一光纤出现衰减台阶或断纤其它完好 原接续点衰减台阶水平拉长 通信全部阻断 光纤测试曲线呈非规则波型 障 碍 可 能 性 原 因 1、光纤接点保护管的安装 2、光纤盒渗水 3、熔接点损耗大 1、光纤受到机械损伤 2、光纤部分断裂却未折开 1、光纤受到机械压力 2、光纤制造问题 在原接续点附近出现断纤障碍 光纤受外力影响挖断、炸断或塌方拉断 供电系统中断 1、光纤连接器损耗过大 2、所选模式与光纤不匹配 2、障碍点的查找 在端点或中继站使用OTDR测试判断光缆线路障碍点的方法步骤大致如下： 1）用OTDR测试出障碍点到测试端的大至距离。 2）当遇自然灾害或外界施工等外力影响造成光缆阻断时，查找人员根据现场人员提供的障碍地点。如非上述情况，则巡查人员就不容易从路面异样找到障碍地点。此时，就必须按照OTDR测出的障碍点到测试端的距离，同原始测试资料进行核对，查出障碍点大概是处于哪个标石（或哪两个接头）之间，通过必要的换算后，再精确丈量其间地面长度，便可断定障碍的具体位置。 3）倘若断纤是由于光缆结构缺陷或光纤老化所致，用OTDR难以精确测出其断点，只能测出障碍段落，则应换用一段光缆。 3、障碍的修复 光缆线路发生障碍，必须分秒必争，临时调通电路或布放应急光缆临时抢通电路，并应尽快组织力量进行修复。 1) 应急抢修 a 某一方向光缆线路全部阻断 按预定的电路调度方案，立即临时调通全部电路或部份主要电路。 b 某一方向光缆线路个别光纤阻断 光纤中如有备用光纤，或另有迂回电路，立即用备用光纤或迂回电路临时调通障碍电路；光缆中如有备用光纤，无迂回电路，则按规定的调度原则处理，保证重要电路畅通，暂停次要电路。 c 某一方向光缆线路部分光纤阻断 光缆中如有备光纤，除用备用光纤临时调通电路外，可挑选无阻断的光纤临时配对，按照规定的调度原则和调度顺序，临时调通电路，倘若临时配对的光纤还是不够用，而无迂回电路，则暂停次要电路。 注意事项： 1、以上光纤的临时调度，必须由机线双方共同商议调度方案报告上级主管部门批准后，在双方密切配合下完成。 2、按原线序配对的光纤，只要由两端机务站按系统调度，倒换电路即可；光纤临时配对使用的，则应在障碍点两侧中继站内光分配架（或终端盒）的连接器上进行调接。 3、如果主用光纤接有光衰耗器，而备用光纤未预接衰耗器，则在调用备用光纤时，也应接上相应的光衰耗器。光纤临时配对用时也应当注意这个问题。 2) 布放应急光缆 a 布放应急光缆的条件 当某一方向光缆线路全部阻断，在全部电路或主要调通之后，可以考虑一次性修复光缆，不必采用应急抢通电路。在没有条件临时调通电路，或临时调通部分电路尚不能满足大容量通信需要的情况下，应布放应急光缆，按照“电路调度制度”规定的调度原则和调度顺序来抢通电路，临时恢复通信，然后再重新选择路由布放新光缆，进行正式修复。 b 应急光缆布放范围的确定 光缆遭受自然灾害或外力影响发生阻断障碍，一般在测定障碍点大致位置后，根据路面异样比较容易找到障碍点，便可确定应急光缆的布放范围。但是，用OTDR在端点站或中继站仅测出障碍点，是发生在哪两个接头之间，而不能确定障碍的具体位置时，就很难确定应急光缆的布放范围。这时如有条件，可以在对端中继站用OTDR进测试，把两边测试结果进行综合分析，一般可准确判断出光缆断点，如果没有条件从两个方向用OTDR测试，则可分别发下两种情况进行处理： a) 障碍点比较靠近某一个接头，应急光缆拟由这个接头开始布放，就打开这个接头，用OTDR在接头处往障碍方向测试，这时测试的距离短，可较准确地测出障碍的具体位置，便可确定应急光缆布放到哪里为止。 b) 障碍点处于两个接头较居中的位置，不宜由某一接头处开始布放应急光缆，就必须进一步判定障碍点的位置，在障碍点两侧布放一段应急光缆。遇到这种情况，可采用逐步延伸试探法，查找障碍具体位置，即：在端站或中继站用OTDR初步测出障碍点，在障碍点的前方挖出光缆，切断某光纤进行复测，如发现障碍点尚不在切断范围之类，则应判断出大致差多远，再往前方挖出光缆，切断另一根光纤再复测一次，直到障碍点纳入切断点之内，便可确定应急光缆的布放范围。一般复测两次便可断定障碍点的具体位置。 c) 同型号光缆加速连接器应急抢修 另一种光缆应急抢修方法，即使用与障碍光缆同一型号的光缆作为应急抢修光缆，使用连接器（活接头）加匹配液进行临时接续，抢通电路。 3）正式修复 正式修复光缆线路障碍时，必须尽量保持通信，尤其不能中断重要电路的通信，施工质量必须符合光缆线路建筑质量标准与维护质量标准的要求。 正式修复光缆线路全阻障碍时，应注意以下问题： a 接头盒或接头附近的障碍，应利用接头盒内预留光纤或接头坑预留光缆进行修理，不必另增接头。在障碍点附近有预留光缆时，应利用预留光缆进行接续，仅增加一个接头。 b 需要用介入或更换光缆的方式正式修复光缆障碍时，应采用同一厂家、同一型号的光缆。 c 介入或更换光缆的长度可由下面三个因素考虑： a）考虑到正式修复光缆接续光纤时须由端站或中继站使用OTDR监视，或者在日常维护工作中便于分辨邻近两个接续点的障碍；介入或更换光缆的最小长度必须满足OTDR仪表的响应分辨率（两点分辨率）要求，一般宜大于100米。 b）考虑到不影响单模光纤在单一模式稳态条件下工作，以保证通信质量，介入或更换光缆的最小长度应大于22米。 c）介入或更换光缆的长度，可参照（1）、（2）两点的原则要求，结合实际情况综合考虑，灵活掌握。如：在介入或更换光缆的附近已有接头，应尽量把光缆延伸放至接头处，仅增加一个接头。 d 介入或更换光缆，光纤割接的一般顺序： a）首先应按照“电路调度制度”规定的调度原则和调度顺序机线双方共同商定光纤割接方案，报上级主管部门批准。 b）光纤割接过程应尽量不中断电路（尤其不能中断重要电路）。由应急光缆割接原新布放光纤，应首先接通备用光缆，用备用光纤作为替代线对，按原定的割接顺序，逐对割接还原电路，以原障碍光缆中的完好光纤临时配对调通电路，或原来光缆中无备用光缆的，应暂停次要电路，首先割接该系统的光纤作为替代的线对，然后再按原定的割接顺序，逐对割接，还原电路。 以上光纤系列产品均采用FGT产品进行现场实施