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第一部分光纤基础知识
光纤是用来传输光信号的媒质，由不导电的介质材料构成。
一、光纤发展历史及发展趋势
1966年英国标准电信公司华人高锟博士预见利用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维；1970年美国康宁玻璃公司首先研制出衰减为20dB/km的光纤，证明光纤作为未来光通信的传输媒质大有希望；同年，半导体激光器实现了室温下连续工作，为光纤通信提供了理想的光源，从此，便开始了光纤通信迅速发展的时代。
附光纤通信系统原理图：
光纤
发送端
目前，国际上光纤通信的发展趋势可概括为以下几点：
1、光纤通信已广泛应用于市话和长途干线的建设；
2、光纤通信逐渐由传统的传输窗口1310nm转向1550nm传输窗口；
3、光纤通信日益向高速率、大容量、长中继距离发展；
4、光纤综合业务用户网及本地网已成为发展光纤通信的重要方向；
5、光纤通信技术不断更新，例如波分复用（WDM）技术，已引起人们的兴趣并得到迅速发展。
二、光纤的优越性
光纤通信和传统的铜缆媒质通信方式相比，主要优点有：
1、光纤的传输损耗低、容量大；
2、尺寸小、重量轻，有利于敷设和运输；
3、不存在电磁干扰问题，适合应用于有强电干扰和电磁辐射的环境中；
4、保密性好；
5、制造光纤的主要原材料是SiO2，它是地球上蕴藏最丰富的物质，取之不尽，用之不竭。
三、光纤的结构
光纤由芯层、包层、内涂层及外涂层构成。
附图：
外涂层
包层
芯层
内涂层
芯层是光传输层，主要成份是SiO2，掺杂GeO2；
包层主要成份是SiO2，少量光在包层中传输；
涂层材料主要是固化速度快的丙稀酸环氧树脂与柔韧性好的丙稀酸聚氨脂的共混物，其中内涂层较软，其杨氏模量较低，有助于改善光纤弯曲性能，起缓冲作用；外涂层杨氏模量较高，有助于防止光纤受机械损伤，使其不受环境影响。
四、光纤的传输原理
光在传播过程中从一种介质进入另一种介质，由于折射率发生变化，会在界面发生折射
和反射。
那么，光纤是如何将绝大部分光限制在纤芯内传输的呢？
见图：
入射光
2
2
n2
n1
c
1
反射光
sin1n2
sin2n1
当入射角＜c时，少量入射光发生反射，在原n1介质中传播，大部分入射光通过界面发生折射，进入n2介质继续传播；当入射角＞c时，将发生全反射现象。
（注：
c为临界角）
=
根据折射定律：
当入射角为c时，折射角2为90度，即：
sin2=1，
所以sin1=n2/n1，因为sin1≤1
所以n2/n1＜1即：
n2＜n1
由此可见：
当光从光密媒质向光疏媒质传播，入射角大于临界角时，入射光就会发生全反射。
光纤就是采用在SiO2中掺杂不同物质构成高折射率的纤芯和低折射率的包层，为光在纤芯中传输创造了全反射条件。
五、光纤的分类
1、按光纤原材料不同，可分为：
全塑光纤、塑料包层光纤、石英光纤；
全塑光纤：
纤芯和包层都由塑料制成，成本低，但损耗极高；
塑料包层光纤：
纤芯由石英制成，包层是塑料，成本较低，损耗低于全塑光纤，但只适用于短距离（几百米）的传输；
石英光纤：
纤芯和包层是由高纯度的SiO2掺杂适当杂质制成,和其他光纤相比，其损耗最低，信息容量最大，在通信业中应用最为广泛；
目前常用的石英光纤有：
名称
ITU-T（国际电信联盟电信标准化部）
IEC（国际电工委员会）
多模光纤
G.651
A类
非色散位移单模光纤
G.652（A、B、C、D）
B1.1和B1.3
色散位移单模光纤
G.653
B2
截止波长位移单模光纤
G.654
B1.2
非零色散位移单模光纤
G.655
B4
2、根据光纤横截面上折射率分布情况，可分为：
阶跃折射率型和渐变折射率型；
阶跃折射率型光纤：
纤芯中折射率分布是均匀的，在纤芯和包层的界面上折射率发生突
变；
渐变折射率型光纤：
折射率在纤芯中连续变化；
3、根据光纤中传输模式数量不同，可分为：
多模光纤和单模光纤；
多模光纤在一定工作波长下能传输多种模式，但其成本高，损耗大，主要应用于短距离通信；单模光纤在一定工作波长下只能传输一种模式——基模，其成本低，损耗小，但其接口设备要求高，主要应用于长距离通信。
第二部分单模光纤主要技术指标
一、光纤衰减
衰减亦即损耗指光在传输过程中光能量的损失，用A表示，单位是分贝，用dB表示。
见图：
L
A=-10log（P2/P1）dB
单位长度上的衰减称为衰减系数，用α表示，单位是分贝/公里，用dB/km表示。
10log（P2/P1）
L
α=-dB/km
衰减是一个重要的光纤技术指标，主要源于材料吸收和散射，不同的波长其衰减不同，在各波长上的衰减特性曲线称为谱损耗，见图：
（平常我们所说的衰减指的就是衰减系数。
）
1310nm传输窗口
110012001300140015001600
波长（nm）
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
1550nm传输窗口
水峰
衰
减（dB/km）
单模光纤典型谱损耗
使光纤产生衰耗的原因很多，主要有：
吸收衰耗，包括杂质吸收和本征吸收；散射衰耗，包括线性散射、非线性散射和结构不完整散射等；其它衰耗，包括微弯曲衰耗等。
其中最主要的是杂质吸收引起衰耗。
在光纤材料中的杂质如氢氧根离子、过渡金属离子对光的吸收能力极强，它们是产生光信号衰减的重要因数。
因此，要想获得低衰耗光纤，必须对制造光纤用的原材料二氧化硅进行十分严格的化学提纯，使其杂质的含量降到几个PPb以下。
散射损耗通常是由于光纤材料密度的微观变化，以及所含SiO2、GeO2和P2O5等成分的浓度不均匀，使得光纤中出现一些折射率分布不均匀的局部区域，从而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部引起损耗；或者在制造光纤的过程中，在纤芯和包层交界面上出现某些缺陷、残留一些气泡和气痕等。
这些结构上有缺陷的几何尺寸远大于光波，引起与波长无关的散射损耗，并且将整个光纤损耗谱曲线上移，但这种散射损耗相对前一种散射损耗而言要小得多。
综合以上几个方面的损耗，单模光纤在1310nm和1550nm波长区的衰减常数一般分别为0.3～0.36dB/km（1310nm）和0.17～0.22dB/km（1550nm）。
ITU-TG.652建议规定光纤在1310nm和1550nm的衰减常数应分别小于0.5dB/km和0.4dB/km。
实际工程中，光信号的长距离传输要求信号功率足以抵消光纤的衰耗，G.652光纤在1550nm窗口的衰耗系数一般为0.22dB/km左右，考虑到光接头、光纤冗余度等因素，综合的光纤衰耗系数一般小于0.21dB/km。
衰减常用的测试方法：
截断法：
衰减测试的基准方法，常用于谱损耗的分析，典型的设备为光特性综合分析仪；
后向散射法：
衰减测试的第一替代法，多用于1310nm、1550nm传输窗口衰减特性的分析，典型的测试设备为光时域反射仪（简称OTDR）。
后向散射法的测试原理：
光脉冲在光纤中传输时，在光纤不同点后向散射至该光纤始端的后向散射光功率，并通过分析后向散射光返回至入射端的时间，可计算出被测光纤的长度。
OTDR的试验装置框图如下：
光发射器
显示器
信号处理器
光分路器
盲区光纤
被测光纤
光接收器
二、色散
在光纤通信系统中，由于光纤中的信号是由不同的频率成份和不同的模式成份来携带的，这些不同的频率成份和不同的模式成份的传输速度不同，导致光脉冲展宽，从而引起色散。
色散主要有模间色散、材料色散、波导色散等。
常用时延差表示色散程度。
在光纤中，不同速度的信号传过同样的距离所需的时延不同，时延差越大，色散就越严重。
色散测试方法：
相移法、脉冲时延法、微分相移法。
我公司所用色散测试仪（S18）的测试原理是脉冲时延法。
光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因，光纤带宽变窄会限制光纤的传输容量，同时，也限制了光信号的传输距离。
G.652光纤是1310nm窗口零色散，在1550nm窗口存在色散，在传输10G信号时需加色散补偿光纤，进行色散补偿；G.653光纤是色散位移光纤，在1550nm窗口零色散，可传输10G的光信号，但传输WDM波分光信号时，因零色散，会产生四波混频等非线性效应，不能用于WDM波分的传输。
G.655光纤在1550nm窗口有很小的色散，可用于SDH光信号和WDM信号的传输。
脉冲时延法试验装置框图如下：
试样光纤
计算机
时延发生器
放大器
取样示波器
光检测器
光衰减器
光发生器
三、偏振模色散
在单模光纤传输中，光波的基模含有两个相互垂直的偏振态，由于纤芯的椭圆度和残余应力改变了光纤折射率的分布，引起相互垂直的偏振态在传输过程中产生了较大的传输速度差，最终到达光纤另一端的时间不一样，这个时间差就是偏振模色散，用PMD表示，单位为皮秒，用ps表示。
如图：
△τ
随着通信技术的进步，光通信迅速向高速率、大容量方向发展，同时由于光纤色散补偿和管理技术的成熟，PMD对光通信容量的限制越来越明显，因此，光纤PMD已成为光纤光缆研制和生产厂家必不可少的测试指标。
PMD的测试方法：
干涉法：
将光源发出的光经过起偏器形成线偏振光，然后将光耦合到迈克尔逊干涉仪中，最后由检测器检测出光纤随反射镜位置变化的曲线，通过数字运算计算出大致的色散系数。
四、截止波长
截止波长（理论截止波长）是指保证光纤单模传输的最短工作波长，是单模光纤所特有的重要参数之一。
实际测量研究表明，光纤的截止波长与光纤的长度和实际所处的状态（如弯曲、受到应力作用等）有关，所以一般所说的截止波长指的是实际测得的截止波长。
截止波长的测试方法：
传输功率法：
在规定的试验条件下，通过测试2m长光纤传输的功率随波长变化与参考
的传输功率之比来确定截止波长。
五、模场直径
模场直径是描述单模光纤中光能量集中程度的度量，用MFD表示，单位：
μm。
用模场直径概念的理由是因为单模光纤中的能量并不是完全集中在纤芯中，有相当部分的能量在包层中传输，所以不宜直接用纤芯的几何尺寸作为单模光纤的特性参数，而用模场直径作为描述单模光纤中能量最集中的范围，所以模场直径一般略大于光纤纤径。
模场直径的测试方法有：
远场扫描法、可变孔径法、近场扫描法等，PK2200使用的是可变孔径法。
六、尺寸参数
光纤的尺寸参数是光纤的最基本的标准化参数，除了对光纤的传输、机械等性能有影响外，还对光纤的连接损耗的大小起至关重要的作用。
光纤的尺寸参数标准既是光纤制造的几何尺寸依据，又是光纤制造中严格控制的指标，还是判别光纤产品合格与否的质量标准。
尺寸参数主要包括：
芯层直径、包层直径、包层不圆度、芯/包同心度误差、内涂层直径、内涂层不圆度、外涂层直径、外涂层不圆度、内涂层/包层同心度误差、外涂层/包层同心度误差。
注：
芯/包同心度误差：
纤芯圆心和包层圆心间的距离
最大包层直径—最小包层直径
平均包层直径
包层不圆度=×100%
尺寸参数的基准测试方法：
近场光强分布法：
光纤输出端面上的近场传导模的光功率分布与光纤的折射率分布相似，只要我们在光纤输出端近场直径扫描测量近场光强度分布，就能测定光纤沿直径方向的相对折射率分布曲线和折射率分布指数，最后按照光纤几何尺寸定义计算出所要的光纤几何尺寸参数。
七、翘曲度
指剥除涂敷层后的石英玻璃裸光纤自然弯曲的曲率半径，以米表示。
光纤的翘曲度是由于光纤制造过程中的高速拉制和骤然冷却过程致使光纤中产生内应力而造成裸光纤固有的一种弯曲特性，其对光纤的连接损耗影响相当大。
翘曲度的测试方法：
激光束散射法：
用激光束散射，通过线传感器读出反射光束之间的距离，再将其有关参数代入光纤曲率半径（翘曲）计算公式，从而求出光纤的翘曲度。
L
线传感器
S
Rc=
2L
（△S/△Z）-1
Z
Rc：
光纤曲率半径；
L：
光纤和传感器的距离；
△S：
反射光束距离；
△Z：
入射光束距离。
光纤
激光器
八、单模光纤主要参数
型号
适用波段
λ0范围（mm）
PMDQ
传输速率Gb/s
传输距离km
衰减dB/km
1310
1550
1625
1383±3
G652a
1310,1550
1300~1324
≤0.5
10
400
≤0.50
≤0.40
40
10
G652b
1310,1550
1300~1324
≤0.2
10
3000
≤0.35
≤0.21
≤0.40
40
80
G652c
O,E,S,1550
1300~1324
≤0.5
10
400
≤0.40
≤0.40
≤0.40
≤α（1310）
40
10
G652d
O,E,S,1550
1300~1324
≤0.2
10
3000
≤0.35
≤0.21
≤0.40
≤α（1310）
40
80
型号
适用波段
λ0范围（mm）
Dmin
Dmax
PMDQ
λ0
MFD（1310um）
G655a
C（L）
1530~1565
0.1
6.0
≤0.5
≤1450
（8.6~9.5）±0.7
G655b
C（L）
1530~1565
1.0
10.0
≤0.5
≤1450
（8.6~9.5）±0.7
G655c
C（L）
1530~1565
1.0
10.0
≤0.2
≤1450
（8.6~9.5）±0.7
G656
S,C,L
1460~1565
2.0
8
TBD
≤1450
7.0~10.0
11
8.0~11.0
15
8.0~10.0
波长：
O：
1260nm~1360nm,E：
1360nm~1460nm,S：
1460nm~1530nm，
C：
1530nm~1565nm，L：
1565nm~1625nm，
第三部分光纤打环及着色
一、光纤标识
为了对套管中光纤进行区分，需采用十二色全色谱，在不影响识别的情况下允许使用本色。
当套中光纤数超过十二芯时，需在着色的基础上用色环进行区分。
具体如下：
表1识别用全色谱
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
颜色
蓝
橙
绿
棕
灰
白
红
黑（本）
黄
紫
粉红
青绿
表2光纤芯数超过12芯时的色谱
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
蓝
橙
绿
棕
灰
白
红
黑（本）
黄
紫
粉红
青绿
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
蓝S100
橙S100
绿S100
棕S100
灰S100
白S100
红S100
本S100
黄S100
紫S100
粉红S100
青绿S100
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
蓝D80
橙D80
绿D80
棕D80
灰D80
白D80
红D80
本D80
黄D80
紫D80
粉红D80
青绿D80
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
蓝S60
橙S60
绿S60
棕S60
灰S60
白S60
红S60
本S60
黄S60
紫S60
粉红S60
青绿S60
单色环（S100）
2mm
100mm
双色环（D80）
3mm2mm
80mm
单色环（S60）2mm
60mm
注：
1、“S100“表示单色环，色环间隔为100mm；“D80”表示双色环，色环间隔为80mm，组环内间距为3mm；“S60”表示单色环，色环间隔为60mm。
2、以上为我公司规定的标准，具体打环还要根据工程而定。
二、常见问题
1、固化不良
着色后的光纤，用沾有酒精的卫生纸来回擦试，着色层容易被去除掉的即为固化不良。
2、光纤着色颜色偏淡或色环偏淡。
3、光纤排线不良：
穿丝、夹丝或塌丝等。
4、光纤断纤：
a）着色时断纤，b）造管时断纤。
第四部分SUS造管
一、主要原材料：
不锈钢带、光纤及纤膏。
1.不锈钢带
造管目前使用南通弘凯、无锡华生等供应商的钢带。
利用激光接带机，可以生产成管在5公里以上的大盘长。
主要钢带规格如下：
2.光纤
光纤厂家:
亨通光纤、美国康宁、日本藤仓等。
3.纤膏在管中的作用
纤膏在管中主要起保护光纤和阻水两大作用。
纤膏呈溶胶状，具有触变性和柔软性，有效地保护光纤，避免缆在晃动时光纤与套管壁之间碰撞。
纤膏与光纤的相容性及吸氢。
二、钢带成管的焊接方式及过程
钢带焊接有激光焊接和等离子焊接两种方式。
成管过程就是将钢带稳定放出，经成型模具纵包后焊接成管，最后再经过模具拉拨后就做成了所需规格的套管。
光纤及纤膏等利用一定规格的导管进入套管。
三、造管的原理
造管机将钢带慢慢的卷曲，使其成为圆形，然后将溶合部溶接，是保证成形和溶接稳定的基本条件
四、管中光纤余长的概念
为了保证缆在架设后光纤不受力，光纤在套管中必须有一定的富余度。
实际上光纤在套管中是螺旋状分布的。
如下图所示。
光纤余长（ε）：
单位长度管中光纤长度（L1）与管子长度（L2）之差相对管子长度的百分比。
公式ε=[（L1-L2）/L2]*100%
第五部分铝包钢包覆、拉丝
一、铝包钢的基本特性
铝包钢是由一根圆钢芯外均匀地连续紧密包覆铝层而组成的一种双金属结构。
铝包钢线主体是钢材，强度高、表面的铝层具有优良的耐腐蚀性，可以根据需要在较大范围内调节强度和导电率，对其它品种的输电线材是一种很好的补充。
在同步拉伸的条件下，铝包钢线的铝/钢结构比、导电率、密度是固定不变的。
二、常见铝包钢的各项技术指标
铝包钢线按照导电率可分为七类：
LB14、LB20、LB23、LB27、LB30、LB35、LB40。
其中LB20按抗拉强度又分为A型和B型。
具体物理属性如下表：
型号
截面的标准铝比
20℃密度g/cm
20℃电阻率nΩ·m
弹性模量（Gpa）
线膨胀系数10^-6/℃
电阻温度系数K^-1
LB14
13%
7.14
123.15
170
12
0.0034
LB20-A
25%
6.59
84.8
162
13
0.0036
LB20-B
25%
6.53
84.8
155
12.6
0.0036
LB23
30%
6.27
74.96
149
12.9
0.0036
LB27
37%
5.91
63.86
140
13.4
0.0036
LB30
43%
5.61
57.47
132
13.8
0.0038
LB35
52%
5.15
49.26
122
14.5
0.0039
LB40
62%
4.64
43.1
109
15.5
0.004
常见铝包钢的抗拉强度要求，1%伸长时的应力最小值，最小铝层厚度如下表：
型号
标称直径d（mm）
抗拉强度（Mpa）
1%伸长时的应力最小值
最小铝层厚度（mm）（d/2=标称半径）
LB14
2.25〈d≤3.00
≥1590
≥1410
≥5%*d/2
3.00〈d≤3.50
≥1550
≥1380
3.50〈d≤4.75
≥1520
≥1340
4.75〈d≤5.50
≥1500
≥1270
LB20
A型
1.24〈d≤3.25
≥1340
≥1200
≥8%*d/2（d<1.8）
3.25〈d≤3.45
≥1310
≥1180
≥10%*d/2（d>1.8）
3.45〈d≤3.65
≥1270
≥1140
3.65〈d≤3.95
≥1250
≥1100
3.95〈d≤4.10
≥1210
≥1100
4.10〈d≤4.40
≥1180
≥1070
4.40〈d≤4.60
≥1140
≥1030
4.60〈d≤4.75
≥1100
≥1000
4.75〈d≤5.50
≥1070
≥1000
B型
1.24〈d≤5.50
≥1320
≥1100
LB23
2.5〈d≤5.0
≥1220
≥980
≥11%*d/2
LB27
2.5〈d≤5.0
≥1080
≥800
≥14%*d/2
LB30
2.5〈d≤5.0
≥880
≥650
≥15%*d/2
LB35
2.8〈d≤5.0
≥810
≥590
≥20%*d/2
LB40
2.8〈d≤5.0
≥680
≥500
≥25%*d/2
三、铝包钢生产工艺流程
成品单丝
1.钢丝的清洗：
目前采取物理清洗工艺，利用高速喷射出的、直径0.3-0.8mm的钢丸撞击钢丝，达到清除钢丝表面氧化层的目的。
同时，抛丸工艺在钢丝表面留下的凹凸不平的小坑，可以增加包覆时铝、钢的结合力。
2.包覆时注意事项：
①应注意主机前是否有地方将钢丝划伤，因为表面划伤的钢丝在拉丝时，由于单丝越拉越长，但是划痕深度不变，在拉到一定线径时容易断线。
②钢丝进入模腔前温度是否达到要求（320-380）℃。
如果进入模腔时温度太低铝和钢的粘合力就不够，拉丝时铝与钢达不到同时变形，易发生断线。
③产品是否吹干。
产品吹不干的话在拉丝时很容易拉毛。
④在正常生产时要注意巡检防止因为泄露量发生变化而使得杆子出现脱铝，或者竹节状。
在包覆时出现脱铝或者竹节状时拉丝时容易脱铝和拉断。
3.抛丸清洗：
在正常抛丸生产时，用干净的白纸轻微的放在抛丸机出口处的钢丝上，2秒左右（注意安全），如果白纸上无明显的很色痕迹，且钢丝表面呈银白色，则钢丝清洁度合格。
如果白纸上有明显的黑色痕迹且钢丝表面呈灰黑色，则说明钢丝表面清洁度不合格。
通常原因如下：
A、抛丸机损坏；B、钢丸不足；C、抛丸功率设定不对；D、抛丸机内灰尘太多。
（无论抛丸后钢丝是否清洁，钢丸在累计生产每2个月后应全部更换一次，并打扫抛丸机内的残留灰尘。
）
四、包覆主要生产条件
五、拉丝的基本术语
1.拉丝定义：
指将线材通过拉丝模，在模具出口方向对线材施加拉力P，使线材截面积减小、长度增加的塑性变形过程。
（使线材改变形状、尺寸的工具称为拉丝模。
）
2.延伸系数（E）：
线材拉伸后长度L1与拉伸前长度L0之比：
即：
E=L1/L0
3.延伸率（N）：
线材拉伸前、后长度之差与拉伸前长度之比的百分比：
即：
N=（L1-L0）/L0*100%
4.压缩率（Ar）（亦称减面率）：
线材拉伸前的截面积S0与拉伸后截面积S1之差与拉伸前截面积S0之比值的百分比：
即：
Ar=（S0-S1）/S0*100%
六、拉丝模具
1.BD，FD模具的具体形状
模具分：
入
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