*,*,*,*,第六章,光 纤 光 缆,的 制备,第六章光 纤 光 缆 的 制备,2024/11/15,2,光纤的,基本结构,：,纤芯、包层和套层,构成。,纤芯,是光波的传播介质，由高度透明的介质材料（如石英玻璃等）经过严格的工艺制成；,包层,一方面与纤芯构成光波导，另一方面可以保护纤壁不受污染或损坏，是一层折射率低于纤芯折射率的介质材料；,套层,主要增强机械性能，保护光纤同时抑制串扰，其一般由高损耗的柔软材料制成。,根据光纤材料构成的不同,：一般分为,石英（玻璃）系列光纤,和,塑料光纤,。石英光纤是指,掺杂石英芯和掺杂石英包层,构成的光纤。这种光纤有很低的传输损耗和中等程度的传输色散。,2023/10/82光纤的基本结构：纤芯、包层和套层构成。,2024/11/15,3,不同类型光纤的制备工艺有所不同。,石英光纤多采用预制棒拉丝工艺制备,，其从原材料提纯到制成光缆，已形成一整套成熟的工艺流程，如图所示：,本章重点介绍,石英光纤光缆,的制备。包括,光纤材料介绍及提纯,、,光纤预备棒的制备方法,、,拉丝、涂覆与套塑工艺、光纤成缆技术,。,2023/10/83不同类型光纤的制备工艺有所不同。本章重点,2024/11/15,4,石英光纤,石英光纤（,Silica Fiber,）是以,二氧化硅,（,SiO2,）为主要,原料,，,并按不同的掺杂量，来控制纤芯和包层的折射率分布的光纤,。优点：具有低耗、宽带的特点；,广泛应用于,有线电视和通信系统,。,石英玻璃光导纤维的优点是损耗低,当光,波长,为,1.0,1.7m,（约,1.4m,附近），损耗只有,1dB/km,，在,1.55m,处最低，只有,0.2dB/km,。,2023/10/84石英光纤,2024/11/15,5,1,、光纤的设计要求：,世界上第一根实用光纤是,1970,年美国康宁公式制造的，至今光纤的性能、品种以及制造技术已飞速发展。,光纤的,设计核心,：都是合理地进行光纤折射率分布的设计；,遵循的,设计原则,：衰减系数最小、色散特性合理、工作波长宽、折射率分布结构合理。,2,、光纤材料与提纯,（,1,）,选取,（,考虑主要因素）,：成形方便、纯度高、材料透明、性能兼容、材料成本低等，同时具有良好的化学稳定性和机械强度。,6.1,光纤材料与提纯,2023/10/851、光纤的设计要求：6.1 光纤材料与,2024/11/15,6,（,2,）理想的光纤材料,-,玻璃,特别是由,二氧化硅,（,SiO2,）组成的石英玻璃具有高的可见光和近红外光能力，具有良好的化学稳定性和高的机械强度，掺入不同的掺杂剂，很容易改变其折射率，另外，石英玻璃原材料成本低。因此是制作光纤的首选材料。,（,3,）材料提纯：,广泛采用的提纯法：“精馏,-,吸附,-,精馏吸附混合提纯法”,精馏法,：是利用被提纯物质与杂质的沸点不同来清楚杂质的；,吸附法：,是利用被提纯物质与杂质的化学键极性差异，选择适当的吸附剂进行有效的选择性吸附分离，达到清楚杂质的目的。,2023/10/86（2）理想的光纤材料-玻璃,2024/11/15,7,6.2,光纤预制棒的制备,制造光纤时，首先将提纯的原材料制成一根满足一定要求的玻璃棒，称之为,光纤预制棒或坯棒。,1,、制备光纤预制棒的方法,常采用“化学气相沉积”（,chemical vapor deposition)-CVD;,广泛应用的,CVD,方法有：,改进的化学气相沉积（,modified chemical vapor deposition),-MCVD,；,气相轴向沉积,(vapor axial deposition)-VAD;,外气相沉积,(outside vapor deposition)-OVD;,等离子体,化学气相沉积,(plasma chemical vapor deposition)-PCVD,2023/10/876.2 光纤预制棒的制备 制,所有方法都起源于两种技术：,第一种：采用液体的硅化物，使其蒸气通过氧气火焰得到玻璃相的石英。,第二种：半导体工业中用来生长,SiO2,膜的,CVD,技术。,所有方法都起源于两种技术：,2024/11/15,9,6.3,拉丝、涂覆和套塑,拉丝,是将已制成的光纤预制棒直径缩小、且保持芯包比和折射率分布不变的操作工艺。,涂覆和套塑,则是对裸光纤丝进行机械保护的工艺。,总体目标,：低损耗、低色散、高强度、大长度、并且尺寸精确、大小均匀的光纤。,2023/10/896.3 拉丝、涂覆和套塑 拉,预制棒制作完成，第二阶段是,将预制棒拉丝成为光纤。,石英,光纤拉丝机的结构示意图,如图所示。在拉丝过程中，,可以基本保持原预制棒的,折射率分布不变。,图,石英光纤拉丝机的结构示意图,（,1,）拉丝过程,预制棒制作完成，第二阶段是（1）拉丝过程,2024/11/15,11,（,2,）要拉出均匀的光纤，两个参量必须控制：,预制棒的馈送速度与气体的流速,；,（,3,）影响,光纤损耗的拉丝工艺,条件：,拉丝的,速度、温度、张力,，涂覆材料的紫外吸收等；,（,4,）影响,光纤直径均匀性,的因素,;,预制棒直径的不均匀程度、预制棒的馈送速度、收线速度、机械和声振动，以及周围环境的热起伏，都会影响光纤直径的起伏。,（,5,）采用伺服系统可以对光纤直径控制：,伺服系统,组成：电机和收线机构、拉丝装置、光纤直径测量系统、控制回路。光纤直径变化由,4,微米降到,01.,微米。,2023/10/811（2）要拉出均匀的光纤，两个参量必须控,2024/11/15,12,（,2,）一次被覆,-,涂覆,在预制棒被拉成光纤之后，为了,使光纤的强度不受周围的水汽和其他腐蚀性其他的破坏,，必须,在清洁的环境中对刚从热区处理的裸光纤进行被覆,，是拉丝过程中不可缺少的一道工序，经过被覆的光纤强度可以提高,20,倍。,一次被覆（涂覆）的作用,：,保护光纤表面不受水汽和其他化学物的腐蚀；,防止机械擦伤；,可以减少光纤微弯损耗；,2023/10/812（2）一次被覆-涂覆,2024/11/15,13,涂覆材料具有的特点,;,(a),具有良好的化学稳定性，防化学腐蚀，耐摩擦；,(b),有低的弹性模量及低的玻璃化温度；,(c,）对光纤表面有好的浸润性，这样固化后才能得到平稳的涂层；,(d),较高的耐热性，能经受住二次被覆；,(e),要能够剖除。,涂覆材料：,硅树脂、聚氨基甲酸乙酯、环氧树脂、丙烯酸树脂等。,涂覆方法,：,常采用压力涂覆器涂覆方法,2023/10/813涂覆材料具有的特点;,2024/11/15,14,影响涂层质量的因素：,P127,与涂覆层的设计和涂层材料的关系极大。,(3),二次被覆,-,套塑,二次被覆的目的,：,(a),保护一次被覆层；,(b),减少光纤与外界接触时因受力而引起的弯曲；,(c),在成缆和架设时使光纤的位置容易确定。,二次被覆通常采用热塑性材料的挤压成型工艺，习惯上称为套塑。,套塑的方式：,紧套和松套两种。如图,6.3-3,2023/10/814影响涂层质量的因素：P127,2024/11/15,15,松套,:,是在一次涂覆层的外面包上塑料套管，光纤可以在套管中自由活动；,紧套：是在一次涂覆的光纤上紧套上一层尼龙或聚乙烯塑料，套层与一次涂覆层紧贴在一起，光纤不能自由活动。,2023/10/815松套:是在一次涂覆层的外面包上塑料套管,2024/11/15,16,6.4,光缆技术,经过被覆的光纤大大提高了机械强度，但即使这样也,还不能保证光纤在光通信线路中,，,在复杂的应用环境里长期工作而不发生断裂。,光纤在运输和架设过程中会受到震动、压缩、弯曲、剪切等各种外力的作用，架设完成以后也还会存在剩余应力。因此要保证光纤通信线路的性能,20,年或者,50,年不变，就必须把,光纤成缆,，使它得到充分的保护。,目前已生产出形式多样的光缆：如用于架空、直埋或水底（海底）的光缆，适合于可移动载体上通信线路的光缆，等等。,光缆的设计原则,：,保证光纤的优良光学传输特性以及好的机械和热学特性,2023/10/8166.4 光缆技术 经过被覆的,2024/11/15,17,光缆结构设计时注意的问题,：,（,1,）在光缆中加入加强构件，使它承受绝大部分张力；,加强构件在光缆中放置的位置有两种：第一种是加强构件置于轴线上，另一种是把它加进外包层中。如图,6.4-1,所示,（,2,）光缆的结构应使光纤尽量与外教压力隔离,光缆结构：一是缓冲层式结构；二是框架式结构,（,3,）光缆设计时应考虑对弯曲半径柔软性的要求,（,4,）光缆设计应保证光纤的光学传输特性不受破坏,（,5,）光缆结构设计应便于现场的端面处理和接续,（,6,）光缆结构设计应考虑空间效率与自重，可制造性与可修理性,2023/10/817光缆结构设计时注意的问题：,实际应用中，为了提高光纤的强度、耐温等性能，光纤必须制成光缆才能使用。,成缆时可以有多种结构，通常由外护套、包带和加强心构成。图为层绞式和骨架式两种常见的光缆结构。,图,光缆结构图,实际应用中，为了提高光纤的强度、耐温等性能，光纤必须制成光缆,光纤技术及应用-第六章课件,（,2,）加强构件,加强构件的作用是增加光缆的抗拉强度，提高光缆的机械性能。,光缆中的加强构件一般应该具有以下条件：,高场式模量；,加强构件的屈服应力大于光缆的给定应力；,单位长度的重量较小；,抗弯曲性能要好。,一般光缆的加强构件采用镀锌钢丝、钢丝绳、不锈钢丝或者高强度塑料加强构件等。加强构件一般位于光缆的中心，也有位于护层的，称为护层加强构件。表面经常要包有一层塑料，保证加强构件与光纤接触的表面光滑并具有一定的弹性。,（2）加强构件,（,3,）护层结构,护层的主要作用是保护缆芯，提高机械性能和防护性能。不同的护层结构适合不同的敷设条件。光缆的护层分为外护层和护套两部分。护套用来防止钢带、加强构件等金属构件损伤光纤；外护层进一步增强光缆的保护作用。,（,4,）填充结构,填充结构用来提高光缆的防潮性能，在光缆缆间空隙中注入填充物，以防止水汽进入光缆。,（3）护层结构,2.,各种常用光缆的典型结构,（,1,）层绞式结构光缆,层绞式结构光缆类似传统的电缆结构，故又称之为古典光缆。层绞式结构光缆，把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。中央部位是加强构件，外部是光缆外护套。松套结构的光纤围绕在加强芯周围。,层绞结构的优点是可以很好的保护光纤，在施工敷设的过程中引起的损耗较小。但由于结构限制，只适合制作芯数比较小的光缆，从几芯到几十芯。,2.各种常用光缆的典型结构（1）层绞式结构光缆,光纤技术及应用-第六章课件,（,2,）骨架式结构光缆,骨架式结构光缆，是先按照一定结构制作出光纤骨架槽，把紧套光纤或一次涂覆光纤放入加强芯周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。,骨架结构有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增强基本单元型。目前，我国采用的骨架式结构光缆，都是采用如图所示的结构。,这中结构的光缆，芯数组合灵活，对光缆中纤芯的保护较好，可以很好的抵抗各种外力的影响。,（2）骨架式结构光缆,（,3,）束管式结构光缆,束管式结构光缆，加强结构在光缆中央，将几根或者几十根一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中制作成缆芯，然后将几个缆芯绞合成光缆。,图所示是属于分散加强构件配置方式的束管式结构光缆。,（3）束管式结构光缆,（,4,）带状结构光缆,把带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结构；也可把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构，适合制作高密度的光缆，如,100,芯以上。如图所示。,（4）带状结构光缆,（,5,）单芯结构光缆,单芯结构光缆简称单芯软光缆，如图,所示。这种结构的光缆主要用于局内（或站内）或用来制作仪表,测试软线,和特殊通信场所用特种光缆以及制作单芯,软光缆,的光纤。,（5）单芯结构光缆,（,6,）特殊结构光缆,特殊结构的光缆，主要有光,/,电力组合缆、光,/,架空地线组合缆和海底光缆和无金属光缆。,（6）特殊结构光缆,2024/11/15,29,第,7,章,光 纤 通 信 技 术