光纤光缆的基础知识

1 光纤光缆的基础知识 一、 光纤 1． 光纤的定义 光纤是光导纤维的简称，即用来通光传输的石英玻璃丝。 2． 光纤的结构组成和作用 1）光纤的构成：光纤是由光折射率较高的纤芯和折射率较低的包层组成，为了保护光纤不受外力和环境的影响，在包层的外面都加上一层塑料护套（也叫涂覆层）。

2）光纤各组成部分的作用：纤芯：siO2+GeO2（作用是导光通信） 包层：siO2(作用是使全反射成为可能) 涂覆层：光固化丙烯酸环氧树脂或热固化的硅酮树脂（作用是防止光纤表面受损产生微裂纹，将光纤表面与环境中的水分、化学物质隔开，防止已有的微小裂纹逐步生长扩大）

3．光纤的分类 A：按组成光纤的材料分类：玻璃（石英）光纤、塑料光纤； B：按光纤横截面上折射率分布分类：有突变型光纤(普通单模光纤)、渐变型光纤(多模光纤)、阶跃型光纤等； C：按光纤传输模式分类：多模光纤、单模光纤等。单模光纤中光偏振状态要传输过程中是否保持不变，又可分为偏振模保持光纤和非偏振模保持光纤； D：按工作波长窗口分类：长波长光纤和短波长光纤等

注：单模光纤是指只能传输一种模式（基模或最低阶模）的光纤，其信号畸变很小。 多模光纤是一种能承载多种模式的光纤，即能够允许多个传导模的通过。 模是指光在光纤中的传输方式（单模/多模）。

单模光纤具有很小的芯径，以确保其传输单模，但是其包层直径要比芯径在十多倍，以避免光的损耗。单模光纤以其衰减小、频带宽、容量大、成本低和易于扩容等优点，作为一种理想的光通信媒介，在全世界得到及为广泛的应用。 2

4．光纤的特性 A：几何特性和光学特性（主要针对单模光纤） 纤芯直径：A、多模光纤（50um/62.5um两种标称直径） B、单模光纤（8.3um） 包层直径：125.0±1.0um 包层不圆度：≤1.0% 涂层外径：245±5.0um 纤芯、包层同心度： ≤0.5um 翘曲度：曲率半径≥4.0m 模场直径：指光纤中基模场的电场强度随空间的分布。它描述了单模光纤中光能集中程度的参量。（单位：um） 截止波长:保证光纤基模传输的最小波长。

B：光纤的传输特性 衰减定义：光在光纤中传输时能量的损耗。（单位：dB） 色散定义：光脉冲在光纤中传输时脉冲的展宽。（单位：ps/nm）

5. 光纤产生衰减的原因： 吸收衰减：就是光纤材料中的某些粒子吸收光能产生振动，并以热形式而散失掉。 散射衰减：就是以光能的形式把能量辐射出光纤之外的一种损耗。 光纤微弯衰减：光纤柔软、可弯曲，但如果弯曲的曲率半径太上，将使光的传播途径改变，使光从纤芯渗透到包层，甚至有可能穿过包层向外泄露掉。 光纤接头衰减：同与连接部分的两根光纤的轴心偏移而产生的光的衰减。

6．光纤的温度特性 材料特性：关键在于材料的线性膨胀系数 涂层的线性膨胀系数：约为10-3—10-4/。C 涂层材料：光固化丙烯酸环氧树脂或热固化的硅酮树脂 高低温特性：A:低温时塑料收缩厉害，光纤产生的纵向压缩应变超过光纤的纵向弯曲极限，引起弯曲和微弯损耗； B:高温时塑料涂层伸长，使光纤受到拉应力，产生应力损耗。（这种情况很少，不会很严重） 3

7．两种标准中光纤的分类命名 主要参照的标准： IEC：国际电工委员会 ITU：国际电信同盟（以前叫CCITT：国际电话与电报顾问委员会）

图示如下：

光纤类别 IEC标准 ITU标准 多模 A类 A1a（纤芯直径50um） G651 A1b（纤芯直径62.5um）

单模 B类 B1.1(通常简为B1）普通型标准光纤 G652 B1.2截止波长位移光纤 G654 B2色散位移光纤 G653 B4非零色散位移光纤 G655 B6弯曲损耗不敏感光纤 G657 4

光纤光缆的基础知识 二、光缆 １．光缆定义： 光缆是以光纤为主要通信元件，有时辅加联络信号线，通过加强构件及外护层组合成的整体。

２．光缆的种类： １）按光纤类别分类：单模光纤光缆、多模光纤光缆； ２）按缆芯结构分类：中心束管式光缆、层绞式光缆、骨架式光缆； ３）按敷设方式分类：架空光缆、管道光缆、直埋光缆、水底光缆； ４）按使用环境分类：室外光缆、室内光缆。

３．室内光缆的主要特征： 1）室内光缆主要用于建筑物内的室内布线以及各种通信设备与仪表间的连接。 2）大多数采用的是紧套光纤干式光缆结构。 3）为了消除电磁干扰一般采用非金属加强件（FRP）和芳纶等。 4）与室外光缆比较，室内光缆的结构有以下特点：尺寸小、质量轻、柔软、有足够的机械强度、耐弯曲、便于安装布放、分支、接续和终端，并根据不同场合达到一定的阻燃等级。

４．室内光缆的机械性能： 包括拉伸、压扁、冲击、反复弯曲、扭转、曲绕、弯折、卷绕等性能，其中最重要的是光缆允许承受的拉伸力和压扁力。

５．室内光缆的环境性能： 包括衰减温度特性、低温卷绕和燃烧性能等。

1）衰减温度特性和低温卷绕特性：由于室内光缆的环境温度变化，一般要求在一定温度范围内衰减应达到（单模光纤（B1、B4）：1310nm≤0.4dB∕km且1550nm ≤0.3dB∕km;；多模光纤（A1a-50um）：850nm ≤3.0 dB∕km且1300nm ≤1.0dB∕km , （A1b-62.5um）：850nm ≤3.5 dB∕km且1300nm ≤1.5dB∕km ）；在低温下（一般为-15℃ ，也有一些特殊要求达到-40 ℃ ）仍有一定的柔软性、耐卷绕性。

2）阻燃性能：室内光缆除了必要的光传输、机械性能外，还应具备阻燃特性，在着火 时能够自熄，不会成为火源的导火线，在特殊场合还要有限制毒性和腐浊程度的要求。现在 大多数室内光缆采用PVC、低烟无卤阻燃材料。

６．室内光缆的可操作性： 包括护套和紧套光纤的易剥离性能、柔韧性、美观、易于布线和接续等其他性能。 由于室内光缆常要与连接器一起使用，所以要求光纤涂覆层与包层间都有良好的剥离性。 5

光纤光缆的基础知识 三、室内光缆的生产工艺 （一）、紧套工序 紧套光纤不仅提高了光纤的强度、连接可靠性和耐弯折、耐环境性，而且具有体积小、质量轻、便于携带、易于敷设维护等特点，故常采用紧套结构。 紧套光纤的性能直接影响光缆的性能，故紧套工序是室内光缆的关键生产工序 。

1、紧套结构有两种：单层紧包缓冲层结构和复合缓冲层结构 1）单层紧包缓冲层结构：光纤涂覆层直接与紧套层结合，施工时两者可一并剥离或分两次剥离。 根据紧包层对涂覆光纤的紧包程度不同，可分为紧包缓冲层光纤和松包缓冲层光纤。 这种结构工艺可操作性好，生产效率高，是目前使用最多的结构 2）复合缓冲层结构：先采用UV（紫外）光固化法在涂覆光纤表面涂一层丙烯酸树脂在挤包PVC或低烟无卤料。 这种方法使光纤具有良好的抗冲击性和抗侧压性。 但此方法成本高、经济效益差，不占主导地位，只在指定场合使用。

２．紧套的材料 根据用途和使用要求，常用的紧套材料有PVC、低烟低卤、低烟无卤等材料。 1）PVC：加工工艺简单易于控制，对设备要求低，且有阻燃特点，广泛应用于室内光缆和各种跳线、连接线中，是目前软光缆生产和使用最多的材料。

2）低烟无卤料：低烟无卤阻燃料的挤出加工较难控制，由于加入了大量的金属氧化物，要求设备具有较低的剪切应力合小压缩比的挤出机螺杆，温控精度要求高，要有良好的冷却装置，而且操作时不易清理机膛和模具一般采用拉伸比小的挤压式模具或半挤压式模具。

３．紧套的工艺要求 对放线张力、预热温度、挤出压力、材料的收缩性等进行严格控制。 1） 放线张力过小，会受紧套材料的热收缩特性影响加剧，使紧套光纤因紧套内的光纤余长而产生微弯损耗，使产品的低温性能变坏；放线张力过大，会使紧套光纤成品后仍存在长期残余应力，降低使用寿命。 2）预热温度要求严格控制，温度过高，会使涂覆层中部分材料分子分解而产生气泡，影响结构稳定性和剥离性；温度过低，紧套层与光纤粘连不好，结构松，受到拉力时光纤易在紧套层间滑动，使产品的附加损耗增加，还要注意预热炉温度 6

的稳定性。 3）我们一般采用半拉管式模具，并配合抽真空的方式调节紧包程度和外径的均匀性，使产品获得满意的附加损耗和剥离性。

（二）、成缆工序 芯数少、结构简单的光缆可在护套工序中同时将紧套与加强件绞合后挤护套，省去了成缆工序。 芯数多或结构复杂的光缆需先将绞合元件及填充、部分加强件等绞合后再进入护套工序。 成缆一般采用螺旋绞方式。

（三）、护套工序 由于室内光缆一般用于室内环境，对光缆外护套没有抗紫外线要求，不用碳黑聚乙烯护套料，但要求光缆有阻燃性，不会成为火源的导火索。所以一般室内光缆的护套料采用PVC、低烟低卤或低烟无卤材料。其中低烟无卤阻燃护套料的挤出加工较难控制，由于加入了大量金属氧化物，要求设备具有较低剪切应力和小压缩比的挤出机螺杆，且温控精度要求高，要有良好的冷却装置，要求采用拉伸比小的挤压式模具。

护套的工艺要求 收放线张力：护套工序另一个重要控制参数是收放线张力，包括加强件（芳纶、FRP、钢丝）和缆芯放线张力及产品收放线张力。要使光纤在光缆中没有残余应力，芳纶的放线张力应大于光纤的放线张力，并使每一股芳纶的放线张力大小相等、均匀一致。