光纖光纜是一種通信電纜,由兩個或多個玻璃或塑料光纖芯組�,這些光纖芯位于保�(hù)性的覆層�(nèi),由塑料PVC外部套管覆蓋。沿�(nèi)部光纖�(jìn)行的信號傳輸一般使用紅外線�
傳送光波的介質(zhì)波導(dǎo)。光纖是由成同心圓的雙層透明介質(zhì)�(gòu)成的一種纖�。使用最廣泛的介�(zhì)材料是石英玻�(SiO2)。內(nèi)層介�(zhì)稱為纖芯,其折射率高于外層介�(zhì)(稱為包層)。通過在石英玻璃中摻鍺、磷、氟、硼等雜�(zhì)的方法調(diào)節(jié)纖芯或包層的折射�。通信用光纖的傳輸波長主要�0.8�1.7微米的近紅外光。光纖的芯徑因類型而異,通常為數(shù)微米�100微米,外徑大多數(shù)約為125微米。它的外面有塑料被覆�。光纜(�2)由單根或多根光纖組合并加以增強(qiáng)和保�(hù)制成。光纜可以在各種�(huán)境下使用。光纜的制造方法與電纜相似�
光纖光纜
光纖通信是現(xiàn)代信息傳�?shù)闹匾绞街?。它具有容量�、中繼距離長、保密性好、不受電磁干擾和節(jié)省銅材等�(yōu)�(diǎn)�
�(bào)告利用資訊長期對光纖光纜行業(yè)市場跟蹤搜集的市場數(shù)�(jù),從行業(yè)的整體高度來架構(gòu)分析體系。報(bào)告主要分析了中國光纖光纜行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和前�;光纖光纜行�(yè)格局和集中度;光纖光纜行�(yè)的技�(shù)狀��
�3G�(wǎng)�(luò)建設(shè)、FTTH(光纖到戶)�(shí)�、三�(wǎng)融合試點(diǎn)、西部村村通工�、“光�(jìn)銅退”等多重利好�(qū)動下,中國光纖光纜行�(yè)�(fā)展勢頭較�,我國成為了全球最主要的光纖光纜市場和全球的光纖光纜制造國,并取得了引人矚目的成就�
2011�,中國光纖光纜行�(yè)�(guī)模以上企�(yè)共有149�,比上年減少21�;�(shí)�(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)�688.02億元;�(shí)�(xiàn)銷售收入643.10億元,同比增�24.68%;�(chuàng)造利�65.54億元,同比增�47.39%�
隨著我國FTTH及FTTC系統(tǒng)的采�、三�(wǎng)融合以及大規(guī)�3G建設(shè)的持�(xù),市場對光纖光纜的需求量依然很大,為我國光纖光纜行業(yè)�(fā)展提供了�(qiáng)勁動�,行�(yè)前景大好�
隨著光纖光纜行業(yè)競爭的不斷加�,大型光纖光纜企�(yè)間并購整合與資本�(yùn)作日趨頻�,國�(nèi)的光纖光纜生�(chǎn)企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研�,特別是對企�(yè)�(fā)展環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究。正�?yàn)槿绱?,一大批�?nèi)的光纖光纜品牌迅速崛�,逐漸成為光纖光纜行業(yè)中的翹楚�
光纖通信的誕生與�(fā)展是電信史上的一次重要革�。人類社會的信息化建�(shè)正在加速�(jìn)�,即使是在全球經(jīng)�(jì)�(fā)展不景氣的情況下,通信和信息行�(yè)還十分火�。光纖通信正朝高�、超高�、超大容量的光纖傳輸及全光網(wǎng)方向�(fā)�。我國在�(shí)�(xiàn)信息化�(jìn)程中,“九五”期間中國電信完成了“八縱八橫”的光纜干線敷設(shè)。一個以光纜為主體的骨干通信�(wǎng)逐步形成。四通八�(dá)的高容量光纜干線已成為我國的“信息通道�。隨著通信事業(yè)的不斷發(fā)展,從省到市、縣甚至�(xiāng)�(zhèn)也敷�(shè)了光�。“光纖到戶”的日期越來越臨近了。近幾年來,隨著技�(shù)的�(jìn)�,電信體制的改革以及電信市場的逐步全面開放,更由于IP�(yè)�(wù)的爆炸式�(fā)展所帶來的帶寬的巨大需求,光纖通信的發(fā)展又一次呈�(xiàn)出蓬勃發(fā)展的新局��
用玻璃纖維傳光已�30多年。初期的光纖�(yīng)用僅限于某些光學(xué)�(jī)械和�(yī)療設(shè)備(如燈光導(dǎo)引及胃鏡等),傳�?shù)氖强梢姽猓p高達(dá)1000分貝/公里�1966�,高錕首先提出用石英基玻璃纖維�(jìn)行長距離光信息傳�?shù)脑O(shè)��1970年在美國用化�(xué)氣相沉積法制成了高純石英光纖,其衰減降�20分貝/公里,從而使長距離傳輸成為現(xiàn)�(shí)。其后,光纖的衰減迅速下�,到70年代后期已降�0.2分貝/公里的理論極限水平。光纖的帶寬不斷增加,到80年代初帶寬達(dá)到數(shù)百吉赫·公里的單模光纖已可供實(shí)�。已研制成中繼距離超�100公里,容量�(dá)�(shù)百兆�/秒的光纖通信系統(tǒng)。光纖通信�(shè)備制造已�(jīng)�(fā)展成為一個新興的工業(yè)部門。光纖中光波�(qiáng)度和相位隨溫�、電�、磁場等物理量的改變而變化的特點(diǎn),已被用于高靈敏度的遙測傳感��
光纖傳輸基于可用光在兩種介質(zhì)界面�(fā)生全反射的原�。突變型光纖,n1為纖芯介�(zhì)的折射率,n2為包層介�(zhì)的折射率,n1大于n2,�(jìn)入纖芯的光到�(dá)纖芯與包層交界面(簡稱芯-包界面)時的入射角大于全反射臨界角θc�,就能�(fā)生全反射而無光能量透出纖芯,入射光就能在界面經(jīng)無數(shù)次全反射向前傳輸。原�
�(dāng)光纖彎曲時,界面法線�(zhuǎn)�,入射角度小,因此一部分光線的入射角度變得小于θc而不能全反射。但原來入射角較大的那些光線仍可全反�,所以光纖彎曲時光仍能傳�,但將引起能量損�。通常,彎曲半徑大�50�100毫米�,其損耗可忽略不計(jì)。微小的彎曲則將造成�(yán)重的“微彎損耗��
人們常用電磁波理論�(jìn)一步研究光纖傳�?shù)臋C(jī)�,由光纖介質(zhì)波導(dǎo)的邊界條件來求解波動方程。在光纖中傳播的光包含有許多模式,每一個模式代表一種電磁場分布,并與幾何光�(xué)中描述的某一光線相對�(yīng)�
光纖傳輸基于可用光在兩種介質(zhì)界面�(fā)生全反射的原�。突變型光纖,n1為纖芯介�(zhì)的折射率,n2為包層介�(zhì)的折射率,n1大于n2,�(jìn)入纖芯的光到�(dá)纖芯與包層交界面(簡稱芯-包界面)時的入射角大于全反射臨界角θc�,就能�(fā)生全反射而無光能量透出纖芯,入射光就能在界面經(jīng)無數(shù)次全反射向前傳輸。原�
�(dāng)光纖彎曲�,界面法線轉(zhuǎn)�,入射角度小,因此一部分光線的入射角度變得小于θc而不能全反射。但原來入射角較大的那些光線仍可全反�,所以光纖彎曲時光仍能傳�,但將引起能量損耗。通常,彎曲半徑大�50�100毫米�,其損耗可忽略不計(jì)。微小的彎曲則將造成�(yán)重的“微彎損耗��
人們常用電磁波理論�(jìn)一步研究光纖傳�?shù)臋C(jī)制,由光纖介�(zhì)波導(dǎo)的邊界條件來求解波動方程。在光纖中傳播的光包含有許多模式,每一個模式代表一種電磁場分布,并與幾何光�(xué)中描述的某一光線相對�(yīng)�
造成光纖衰減的因素有散射損�、吸收損耗和微彎損耗等。散射損耗主要由瑞利散射�(chǎn)�,它是由玻璃的不�(guī)則分子結(jié)�(gòu)引起的微觀折射率波動所造成�,是光纖的固有損�,也是光纖衰減的限。它與�4成反�。在波長小于0.8微米�,瑞利散射損耗迅速上升,限制了光纖的使用。光纖基�(zhì)材料SiO2和摻雜氧化物分子的本征吸收損耗又使光纖的衰減,在波長大于1.7微米�,迅速增�。因�,這類光纖的使用波長就被限制在0.8�1.7微米范圍�(nèi)。在這一范圍�(nèi),衰減主要是石英玻璃中所含的雜質(zhì)Fe++、Cu++等過渡金屬離子和OH-。的吸收損耗造成的。隨著純化工藝的改�(jìn),雜質(zhì)吸收損耗已被基本上消除,從而達(dá)到了瑞利散射損耗的極限。光纖的不規(guī)則微小彎曲引起模式耦合,造成微彎損�,因此在加工和使用中應(yīng)盡量避免光纖微彎�
光纖傳輸?shù)妮d波是�,雖然頻帶極寬,但并不能充分利用,這是由于光在光纖中傳輸有色散(模間色�、材料色散和波導(dǎo)色散)的緣故。它們在不同程度上影響光纖帶��
模間色散是由于不同模式的光線在芯-包界面上的全反射角不同,曲折前�(jìn)的路程長短不一。因�,一束光脈沖入射光纖�,它所含的各模式經(jīng)一定距離傳�?shù)竭_(dá)終點(diǎn)的時間會有先�,因而引起脈沖展�。它可使一束窄脈沖展寬�(dá)20納秒/公里左右,光纖的相應(yīng)帶寬約為20兆赫·公里�
材料色散是一種模�(nèi)色散。光纖所傳輸?shù)墓饧词故羌す猓舶幸欀V寬的不同波長的光分量。例�,GaAlAs半導(dǎo)體激光器�(fā)出的激光譜寬約�2納米。光在介�(zhì)中的傳輸速度與折射率n有關(guān),而石英介�(zhì)的折射率隨波長變化,因此�(dāng)一束光脈沖入射光纖�,即使是同一模式,傳輸群速也會因光波長不同而有差異,致使到�(dá)終點(diǎn)后的脈沖展寬,這就是材料色�。在1.3微米附近,折射率隨波長的變化極小,因此,材料色散�?。ɡ?皮秒/公里·納米�。消除模間色散可使光纖帶寬大大提�。純石英�1.27微米波長上具有零色散特��
波導(dǎo)色散也是一種模�(nèi)色散,是由于模式傳播常數(shù)隨波長變化引起群速差異而造成�。波�(dǎo)色散更小。在1.3微米波長附近,材料色散顯著減小,以致二者大致相同,并有可能相互抵消?!」饫w的種類 按使用的材料�,有石英光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層光纖和塑料光纖等幾大類。其中石英光纖以高純SiO2玻璃作光纖材�,具有衰減低、頻帶寬等優(yōu)�(diǎn),在研究及應(yīng)用中占主要地�。如按纖芯折射率分類主要有突變型光纖和漸變型光纖。按傳輸光的模式�,有多模光纖和單模光��
突變�
纖芯部分折射率不�,而在�-包界面折射率突變。纖芯中光線軌跡呈鋸齒形折線。這種光纖模間色散大,帶寬只有幾十兆赫·公里。常做成大芯徑,大數(shù)值孔徑(例如芯徑�100微米,NA�0.30)光�,以提高與光源的耦合效率,適用于短距�、小容量的通信系統(tǒng)�
漸變�
纖芯折射率分布如�4。纖芯中心折射率,沿徑向按下式漸變:
n(r)=n1�1-2�(r/ɑ)α�1/2 (2)
式中α為折射率分布指數(shù)??梢园堰@種光纖的纖芯分割成多層突變型光纖來分�
其傳輸原�。在分析中可近似地認(rèn)為各層內(nèi)折射率均�。當(dāng)入射角為θ0的光線入射纖芯后,在各層界面依次折射。按折射定律,折射角θ1逐漸增大,直到大于全反射臨界角θc;發(fā)生全反射后,即折向纖芯中�。然后,�(jīng)各層時折射角又逐漸減小,到�(dá)中心時仍為�0。結(jié)果光線呈正弦形軌�。高次模即入射角較大的光線處于靠近包層的區(qū)域,這里折射率較�,光速較大,因此雖然路程較長,傳輸時間仍有可能與處于中心區(qū)的低次模接近或一致,即各模式的光線軌跡可聚焦于一�(diǎn),使模間色散大大減小。當(dāng)折射率分布接近拋物線(α=2)�,模間色散最小,帶寬可達(dá)吉赫·公里的水��
單模光纖
�(dāng)光纖的歸一化頻率�<2.41�,光纖中只允許單一模式(基模)傳輸,就成為單模光纖。根�(jù)�(2),這種光纖芯徑和數(shù)值孔徑必然很�,一般芯徑只有數(shù)微米,因此連接耦合難度大。由于是單模傳輸,消除了模間色散,在波�1.3微米附近材料色散又趨近于�,因此帶寬極大(可達(dá)�(shù)百吉赫·公里)。單模光纖被視為今后大容量長途干線通信的主要傳輸線�
玻璃光纖
組成光纖的玻璃成分以SiO2為主,約占百分之幾十,此外還含有堿金�、堿土金�、鉛硼等的氧化物。它的特�(diǎn)是熔�(diǎn)低(1400攝氏度以下),可用傳�(tǒng)的坩堝法拉絲,適于制做大芯徑、大�(shù)值孔徑光�。這種光纖尚處于研制階段,故應(yīng)用不��
包層光纖
這是一種以高純石英作纖�、塑料(如有�(jī)硅)作包層的突變型多模光纖。芯徑和�(shù)值孔徑較�,例如芯徑大�200微米,NA大于0.3。這種光纖便于連接和耦合,適于短距離小容量系�(tǒng)使用�
塑料光纖
光纖材料主要是特制的高透明度的有機(jī)玻璃、聚苯乙烯等塑料,可做成突變型或漸變型多模光�,光纖衰減已從初期的500�1000分貝/公里降低到數(shù)十分�/公里,但仍須�(jìn)一步降�。它的特�(diǎn)是柔�、加工方�、芯徑和�(shù)值孔徑大�
被覆光纖
裸光纖脆而易�,這是�?yàn)椴AЧ饫w表面總是存在隨機(jī)分布的微裂紋,在潮氣、塵埃和�(yīng)力作用下迅速增殖而導(dǎo)致破�。在光纖拉絲的同時立即涂覆一層塑料護(hù)層,制成一次被覆光�,可保證光纖的高�(qiáng)度和長壽�。但為了�(jìn)一步提高其耐壓和抗彎折等機(jī)械性能,便于成纜和使用,往往在表面上再擠覆一層較厚的塑料層,這就是二次被覆光�,也稱被覆光纖。它的外徑一般為1毫米左右。按照光纖在二次被覆�(hù)層中的松動狀�(tài),還可分為松包光纖和緊包光纖兩類�
按照被覆光纖在光纜中所處的狀�(tài),光纜有緊結(jié)�(gòu)與松�(jié)�(gòu)兩類。骨架型光纜是一種典型的松結(jié)�(gòu)。光纖埋在骨架外周螺旋槽中,有活動余�。這種光纜隔離外力和防止微彎損耗的特性較��2b的絞合型光纜�(dāng)使用緊包光纖時是一種典型的緊結(jié)�(gòu),被覆光纖被緊包于纜�(jié)�(gòu)�,但絞合型光纜使用松包光纖時,由于光纖在二次被覆塑料管中可以活動,仍屬松�(jié)�(gòu)。絞合型光纜的成纜工藝較為簡�,性能良好。此外,還有帶狀光纜、單芯光纜等�(jié)�(gòu)類型�
各種光纜中都有增�(qiáng)�,用以承載拉�。它由具有高彈性模量的高強(qiáng)度材料制�,常用的有鋼�、高�(qiáng)度玻璃纖維和高模量合成纖維芳綸等。增�(qiáng)件使光纜在使用應(yīng)力下只產(chǎn)生極低的伸長形變(例如小�0.5%�,以保�(hù)光纖免受�(yīng)力或只承受極低的�(yīng)�,以防光纖斷裂�
光纜的護(hù)套結(jié)�(gòu)和材料視使用�(huán)境和要求而定,與同樣使用條件下的電纜基本相同。按照光纜的使用�(huán)境分,有架空光纜、直埋光�、海底光�、野�(zhàn)光纜��
1、光纜芯�(shù)的選�
在施工方便的條件�,盡量選擇盤長較大的光纜。選擇光纜芯�(shù)�,要把效益和長期�(guī)劃結(jié)合起來,充分考慮�(kuò)容的可能�;根�(jù)“建�(shè)一條線服務(wù)一大片”的指導(dǎo)思想,充分考慮沿途各大單位的通信需��
2、光纜結(jié)�(gòu)程式的選�
長途干線光纜應(yīng)采用波長1310nm窗口,并能在1550nm窗口使用的單模光�;光纖篩選張力應(yīng)不小�5N(牛頓);采用無金屬線對光纜,在雷擊�(yán)重或�(qiáng)電影響地段可采用非金屬構(gòu)件加�(qiáng)芯光纜,光纜芯采用充油膏�(jié)�(gòu)�
光纜�(hù)層結(jié)�(gòu)選擇的規(guī)定:架空和管道光纜(簡易塑料管管道)為防潮層+PE外護(hù)�;直埋光纜為防潮�+PE�(nèi)�(hù)�+鋼帶鎧裝�+PE外護(hù)�;水底光纜為防潮�+PE�(nèi)�(hù)�+粗鋼絲鎧裝層+PE外護(hù)層�
光纜的機(jī)械性能�(yīng)符合�1.1所�(guī)�。光纜承受短期允許張力或�(cè)壓力,在張力或側(cè)壓力解除后光纖衰減不變化,光纖延伸率不大�0.15%;光纜在承受長期允許張力或側(cè)壓力時,光纖衰減不變�,光纜延伸率不大�0.2%,光前沒有應(yīng)��
3、水底光纜的選用
通航�(jī)動船、帆�、木筏較多的主要航運(yùn)河流,應(yīng)采用鋼絲鎧裝光纜;河水流速特別�、河道變化較大時,應(yīng)采用雙層鋼絲鎧裝光纜;河寬(兩堤或自然岸間)大于150m的平原河流,宜采用鋼絲鎧裝光�;有的河寬雖小于150m,但流速較大(3m/s以上�、河床土�(zhì)松散、兩岸易受沖刷塌方、河底坎坷不平或?yàn)槭|(zhì)河床、大卵石河床,應(yīng)才用剛絲鎧裝的水底光�;有的河寬雖不大�150m,但河床土質(zhì)�(wěn)�,流速很�,河道順直又無沖刷現(xiàn)象,可不采用剛絲鎧裝的水底光�;山區(qū)河流,應(yīng)根據(jù)河床土質(zhì)、流速、流量的大小、沖刷程度以及上游水文等情況確定。備用水底光纜的�(shè)置,綜合考慮的因素有:特大的河流;河床穩(wěn)定性能很差的較大河�;有其他特殊要求;限于自然地形和施工條件,光纜的安全程度較差或搶修很困難�
、當(dāng)疲勞參數(shù)n一定時,纖維的壽命ts只與所承受到的�(yīng)力σ有�(guān),因�,減小纖維承受到的應(yīng)力是提高光纖使用壽命的一種方法。當(dāng)人們制造光纖時,在光纖表面上形成一種壓縮應(yīng)力以對抗所承受到的張應(yīng)力,使張�(yīng)力減到盡可能小的程度,由此就�(chǎn)生了壓應(yīng)力包層技�(shù)來制造光��
若設(shè)光纖承受到的�(yīng)力為σa,壽命為t1,當(dāng)光纖具有壓應(yīng)力σR包層�,光纖的壽命為t2:t2=t1[(σa-σR)/σa]-n,其中,(σa-σR)為光纖真正承受到的凈�(yīng)�。由此表明:具有壓應(yīng)力包層的光纖比一般光纖的壽命長得�。近年來就有人用摻GeO2石英做光纖表面的壓縮�,也有人用摻TiO2石英做光纖的外包層使光纖本身的抗拉強(qiáng)度從50kpsi提高�130kpsi(相�(dāng)抗拉�(qiáng)度從430g提高�1100g�,也使光纖的靜態(tài)疲勞參數(shù)從n=20�25提高到n=130�
第二、提高光纖的靜態(tài)疲勞參數(shù)n來提高光纖的使用壽命。因�,人們在制造光纖時,設(shè)法把石英纖維本身與大氣環(huán)境隔絕開�,使之不受大氣環(huán)境的影響,盡可能地把n值由�(huán)境材料參�(shù)�(zhuǎn)�?yōu)楣饫w材料本身的參�(shù),就可以使n值變得很�,由此產(chǎn)生了在光纖表面的“密封被覆技�(shù)”�
由于瑞利散射損耗與λ4成反�,石英光纖在長波長(1.3�1.6微米)下具有更低的衰�,因此長波長光纖將獲得最廣泛的使��1.3微米的長波長光纖已取�0.85微米的短波長光纖。人們正在研�1.55微米波長的傳輸系�(tǒng)。以及工作波長更�、衰減更低的新型光纖材料。單模光纖具有更高的帶寬,并能適�(yīng)相干傳輸和外差接收新技�(shù),可大大�(kuò)展中繼距離和信息容量,已成為人們研究的重點(diǎn),單模光纖可在長途干線及海底光纜中大量使�。工作在一個偏振狀�(tài)的偏振維持型單模光纖適用于相干傳輸和相位�(diào)制型光纖傳感器�