光纤和光缆知识
技术培训
2020年5月 概述
所谓光通信就是利用光波载送信息的通信。在载波技术方面，电磁波的通信已广泛应用于广播、电视等领域，本世纪末，随着数字技术的进步，出现了移动通信等数字无线电波技术。在另一方面，光波作为一种波长很短的无线电波，同样也得到技术突破，目前已成为新一代的有线通信载波。光通信技术的进步，推动了整个信息产业的飞速发展。
光纤发展概况
1960年，梅曼（T.H.Maiman）发明了红宝石激光器，产生了单色相干光，实现了高速的光调制。美国林肯实验室首先研制出利用氦氖激光器通过大气传输彩色电视，利用大气传输光信号具有以下的缺点：
气候严重影响通信，如雾天；大气的密度不均匀，传输不稳定；传输设备之间要求没有阻隔
利用大气传输光波的思想实际上是电磁波传输的技术，光波实质上是频率极高的电磁波（3×1014Hz），其通信的容量比一般的电磁波大万倍以上，如果光通信能够实现，它将具有划时代的意义。
早期，为了避免大气对光传输的干扰，研制了透镜光波导的技术，利用管子进行光传输，在一定距离上设置聚焦透镜，汇聚散射光和诱导光转折，但振动和温度又严重影响了光传输。这种思想，被后来采用直至成功研制成光导纤维。
1966年，英籍华人高锟（C.K.Kao）和Hockham实验证明利用玻璃可以制作光导纤维（Optic Fiber）。但当时的玻璃衰减达1000dB/km，无法用于传输，后经过美国贝尔实验室主席Ian Ross、英国电信研究所（BTRL，BPO）和美国康宁玻璃公司（CORNING）的Maurer等合作，于1970年首先研制成功衰减为20 dB/km的光纤，取得重大突破。之后，各发达国家纷纷开展光纤通信研究，出现了多组成份玻璃光纤、塑料光纤、液芯光纤等，其中利用介质全反射原理导光的石英光纤被广泛采用。石英光纤衰减小，性能高，强度大，见图1-1。
要实现长距离的光纤通信，必须减少光纤的衰减。高锟指出降低玻璃内过度金属杂质离子是降低光纤衰减的主要因素，1974年，光纤衰减降低到2 dB/km。1976年通过研究发现降低玻璃内的OH离子含量就出现地衰减的长波长双窗口：1.3μm和 1.55μm。在1980年，1.55μm波长光纤衰减达到0.2 dB/km，接近理论值。80年代中，又发现水分和潮气长期接触光纤会扩散到石英光纤内，从而使光纤衰减增大且强度降低。于是采用注入油膏于光纤套管中隔绝水气，制成品质完善的光缆用于工程。
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线务员专业教案 编号：光缆001
光纤通信概述及光纤和光缆基础知识
业务要素： 外线
* * 人： **
适用对象： 士官、义务兵
编写日期： 2013/1/17
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教案内容 教学提示
教学提要
课目 光纤通信概述及光纤和光缆基础知识的理论教学
目的 使受训人员对光纤通信概述及光纤和光缆基础知识有一定的了解。
内容 一、光纤通信的优点
二、光纤和光缆
三、光缆敷设
四、光缆敷设
五、光缆施工方法
实施方法 理论教学（教案与PPT结合授课）
教学对象 本次受训人员
地 点 学习室
时 间 两个课时，每个课时45分钟
要 求 受训人员认真听、用心记。
器材保障 光缆若干 3
教案内容 教学提示
作业进程
作业准备：
1、 清点人数，检查器材设备
2、 宣布作业提要
作业实施：
一、光纤通信的优点
光纤通信是一光缆作为传输线路的一种通信方式，他与过去对称电缆、小同轴电缆以及中同轴电缆作为传输线路的通信相比，最大的区别有两点，一是用光纤作为传输介质，二是以光波作载波。光纤通信具有以下优点。
1. 通信容量大，传输距离长
从明线发展到对称电缆、小同轴电缆，以及中同轴电缆，尽管容量在不断地提高，但还是有限的。如某传输系统为八管中同轴电缆，全部容量可开通四个1800 路系统，和八个12路子系统 ，共计7296个话路，而如果铺设一条光缆线路（24芯单模光纤），使用140Mb/s系统，则可以开23040路，若选用8B1H线路码型，还可增加1080路区间通信话路；若开565Mb/ 4
教案内容 教学提示
米系统，则可开通92160个话路；如果开更高次群系统，电路还可大大增加。
长距离传输，需在线路上设置中继设备，电缆线路上称之为增音机（有人机或无人机），光缆线路上称之为光中继器（有人中继器或无人中继器），使信号放大再逐站传送到终端局。线路越长，所需中继器设备越多。而光缆传输系统，由于光纤损耗低、频带宽，传输距离可大大延长。
光纤光缆基础知识培训讲义
第一部分 光纤理论与光纤结构
一.光及其特性：
1. 光是一种电磁波。
可见光部分波长范围是： 390~760nm(毫微米).大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤中应用的是：850，1310，1550三种。
2.光的折射，反射和全反射。
因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时， 折射光会消失， 入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的(即不同的物质有不同的光折射率)，相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。
二.光纤结构及种类：
1.光纤结构：
光纤裸纤一般分为三层： 中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中 间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层。
2.数值孔径： 入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同(AT&TCORNING)。
3.光纤的种类：
A. 按光在光纤中的传输模式可分为： 单摸光纤和多模光纤。
多模光纤：中心玻璃芯教粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模 光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求， 即谱宽要窄，稳定性要好。
电线、光缆的认识
电线、光缆
1. 简述光纤的组成。
答：电线由两个基本部分组成：由透明的光学材料制成的芯和包层、涂敷层。
2. 描述电线路传输特性的基本参数有哪些？唯雅诺/
答：包括损耗、色散、带宽、截止波长、模场直径等。
3. 产生电线衰减的原因有什么？
答：电线的衰减是指在一根电线的两个横截面间的光功率的减少，与波长有关。造成衰减的主要原因是散射、吸收以及由于连接器、接头造成的光损耗。
4. 电线衰减系数是如何定义的？
答：用稳态中一根均匀电线单位长度上的衰减（dB/km）来定义。
5. 插入损耗是什么？
答：是指光传输线路中插入光学部件（如插入连接器或耦合器）所引起的衰减。
6. 电线的带宽与什么有关？
答：电线的带宽指的是：在电线的传递函数中，光功率的幅值比零频率的幅值降低50%或3dB时的调制频率。电线的带宽近似与其长度成反比，带宽长度的乘积是一常量。
7. 电线的色散有几种？与什么有关？
答：电线的色散是指一根电线内群时延的展宽，包括模色散、材料色散及结构色散。取决于光源、电线两者的特性。
8. 信号在电线中传播的色散特性怎样描述？
答：可以用脉冲展宽、电线的带宽、电线的色散系数三个物理量来描述。
9. 什么是截止波长？
答：是指电线中只能传导基模的最短波长。对于单模电线，其截止波长必须短于传导光的波长。
10. 电线的色散对电线通信系统的性能会产生什么影响？
答：电线的色散将使光脉冲在电线中传输过程中发生展宽。影响误码率的大小，和传输距离的长短，以及系统速率的大小。
11. 什么是背向散射法？
答：背向散射法是一种沿电线长度上测量衰减的方法。电线中的光功率绝大部分为前向传播，但有很少部分朝发光器背向散射。三菱变频器在发光器处利用分光器观察背向散射的时间曲线，从一端不仅能测量接入的均匀电线的长度和衰减，而且能测出局部的不规则性、断点及在接头和连接器引起的光功率损耗。
