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國(guó)內(nèi)外光纖光纜現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
——光纜通信在我國(guó)已有20多年的使用歷史，這段歷史也就是光通信技術(shù)的發(fā)展史和光纖光纜的發(fā)展史。光纖光纜在我國(guó)的發(fā)展可以分為這樣幾個(gè)階段：對(duì)光纜可用性的探討；取代市內(nèi)局間中繼線的市話電纜和PCM電纜；取代有線通信干線上的高頻對(duì)稱電纜和同軸電纜。這兩個(gè)取代應(yīng)該說是完成了；現(xiàn)正在取代接入網(wǎng)的主干線和配線的市話主干電纜和配線電纜，并正在進(jìn)入局域網(wǎng)和室內(nèi)綜合布線系統(tǒng)。目前，光纖光纜已經(jīng)進(jìn)入了有線通信的各個(gè)領(lǐng)域，包括郵電通信、廣播通信、電力通信和軍用通信等領(lǐng)域。 1 光纖 ——符合ITU-T G.652.A規(guī)定的普通單模光纖是最常用的一種光纖。隨著光通信系統(tǒng)的發(fā)展，光中繼距離和單一波長(zhǎng)信道容量增大,G.652.A光纖的性能還有可能進(jìn)一步優(yōu)化，表現(xiàn)在1550nm區(qū)的低衰減系數(shù)沒有得到充分的利用和光纖的最低衰減系數(shù)和零色散點(diǎn)不在同一區(qū)域。符合ITU-T G.654規(guī)定的截止波長(zhǎng)位移單模光纖和符合G.653規(guī)定的色散位移單模光纖實(shí)現(xiàn)了這樣的改進(jìn)。G.653光纖雖然可以使光纖容量有所增加，但是，原本期望得到的零色散因?yàn)椴荒芤种扑牟ɑ祛l，反而變成了采用波分復(fù)用技術(shù)的障礙。 ——為了取得更大的中繼距離和通信容量，采用了增大傳輸光功率和波分復(fù)用、密集波分復(fù)用技術(shù)，此時(shí)，傳輸容量已經(jīng)相當(dāng)大的G.652普通單模光纖顯得有些性能不足，表現(xiàn)在偏振模色散（PMD）和非線性效應(yīng)對(duì)這些技術(shù)應(yīng)用的限制。在10Gb／s及更高速率的系統(tǒng)中，偏振模色散可能成為限制系統(tǒng)性能的因素之一。光纖的PMD通過改善光纖的圓整度和／或采用“旋轉(zhuǎn)”光纖的方法得到了改善，符合ITU-T G.652.B規(guī)定的普通單模光纖的PMDQ通常能低于0.5ps／km1/2，這意味著STM-64系統(tǒng)的傳輸距離可以達(dá)到大約400km。G.652.B光纖的工作波長(zhǎng)還可延伸到1600nm區(qū)。G.652.A和G.652.B光纖習(xí)慣統(tǒng)稱為G.652光纖。 ——光纖的非線性效應(yīng)包括受激布里淵散射、受激拉曼散射、自相位調(diào)制、互相位調(diào)制、四波混頻、光孤子傳輸?shù)�。為了增大系統(tǒng)的中繼距離而提高發(fā)送光功率，當(dāng)光纖中傳輸?shù)墓鈴?qiáng)密度超過光纖的閾值時(shí)則會(huì)表現(xiàn)出非線性效應(yīng)，從而限制系統(tǒng)容量和中繼距離的進(jìn)一步增大。通過色散和光纖有效芯面積對(duì)非線性效應(yīng)影響的研究，國(guó)際上開發(fā)出滿足ITU-T G.655規(guī)定的非零色散位移單模光纖。利用低色散對(duì)四波混頻的抑制作用，使波分復(fù)用和密集波分復(fù)用技術(shù)得以應(yīng)用，并且使光纖有可能在第四傳輸窗口1600nm區(qū)（1565nm-1620nm）工作。目前，G.655光纖還在發(fā)展完善，已有TrueWave、LEAF、大保實(shí)、TeraLight、PureGuide、MetroCor等品牌問世，它們都力圖通過對(duì)光纖結(jié)構(gòu)和性能的細(xì)微調(diào)整，達(dá)到與傳輸設(shè)備的最佳組合，取得最好的經(jīng)濟(jì)效益。 ——為了在一根光纖上開放更多的波分復(fù)用信道，國(guó)外開發(fā)出一種稱為“全波光纖”的單模光纖，它屬于ITU-T 652.C規(guī)定的低水吸收峰單模光纖。在二氧化硅系光纖的譜損曲線上，在第二傳輸窗口1310nm區(qū)（1280nm-1325nm）和第三傳輸窗口1550nm區(qū)（1380nm-1565nm）之間的1383nm波長(zhǎng)附近，通常有一個(gè)水吸收峰。通過新的工藝技術(shù)突破，全波光纖消除了這個(gè)水吸收峰，與普通單模光纖相比，在水峰處的衰減降低了2／3，使有用波長(zhǎng)范圍增加了100nm，即打開了第五個(gè)傳輸窗口1400nm區(qū)（即1350nm-1450nm區(qū)），使原來分離的兩個(gè)傳輸窗口連成一個(gè)很寬的大傳輸窗口，使光纖的工作波長(zhǎng)從1280nm延伸到1625nm。 ——為了提高光纜傳輸密度，國(guó)外開發(fā)了一種多芯光纖。據(jù)報(bào)道，一種四芯光纖的玻璃體部分呈四瓣梅花狀，涂覆層外形為圓形，其外徑與普通單芯光纖相同（見圖1a）。光纖的折射率分布采用突變型時(shí)，光纖的平均衰減在1310nm波長(zhǎng)上為0.375±0.01dB／km；在1550nm波長(zhǎng)上為0.225±0.01dB／km。這種光纖的接頭采用硅棒加熱可縮套管的方法（見圖1b），其接頭損耗的平均值為0.17dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.10dB。 2 核心網(wǎng)光纜 ——我國(guó)已在干線（包括國(guó)家干線、省內(nèi)干線和區(qū)內(nèi)干線）上全面采用光纜，其中多模光纖已被淘汰，全部采用單模光纖，包括G.652光纖和G.655光纖。G.653光纖雖然在我國(guó)曾經(jīng)采用過，但今后不會(huì)再發(fā)展。G.654光纖因其不能很大幅度地增加光纖系統(tǒng)容量，它在我國(guó)的陸地光纜中沒有使
用過。 ——干線光纜中采用分立的光纖，不采用光纖帶。 ——干線光纜主要用于室外，在這些光纜中，曾經(jīng)使用過的緊套層絞式和骨架式結(jié)構(gòu)，目前已停止使用。當(dāng)前我國(guó)廣泛使用的干線光纜有松套層絞式和中心管式兩種結(jié)構(gòu)，并且優(yōu)先采用前者。松套層絞式光纜采用SZ絞合結(jié)構(gòu)時(shí)的生產(chǎn)效率高，便于中間分線，同時(shí)也能使光纜取得良好的拉伸性能和衰減溫度特性，目前它已獲得廣泛采用。 ——骨架式光纜的設(shè)計(jì)原理雖然和松套層絞式光纜相似，但是目前的實(shí)際工藝技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)目標(biāo)，使光纜拉伸性能難于達(dá)到規(guī)定的要求。這一點(diǎn)已為國(guó)內(nèi)有關(guān)的光纜產(chǎn)品檢測(cè)所證實(shí)，為此.目前我國(guó)的干線網(wǎng)已不再使用骨架式光纜。 ——在長(zhǎng)途線路中，由于距離長(zhǎng)、分支少，光纜在系統(tǒng)中所占費(fèi)用比例相對(duì)較高。因此，干線光纜將通過采用G.655光纖和波分復(fù)用、密集波分復(fù)用技術(shù)來擴(kuò)大容量。光纜本身的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)己相對(duì)成熟，不會(huì)有大的改變。但是，光纜的某些防護(hù)結(jié)構(gòu)和性能仍有待開發(fā)完善。例如，全介質(zhì)光纜具有眾所周知的優(yōu)良防雷和防強(qiáng)電的性能，但它的直埋結(jié)構(gòu)和防鼠性能始終不盡人意，是值得開發(fā)的課題。 ——據(jù)國(guó)外報(bào)道，采用玻纖增強(qiáng)塑料圓絲銷裝結(jié)構(gòu)和外護(hù)層中夾入玻璃紗層的結(jié)構(gòu)，或者在護(hù)套料中摻雜0.4％的驅(qū)獸劑微囊，都能取得良好的防鼠效果。 ——海底光纜所受機(jī)械力，特別是拉力的作用，往往比陸地光纜要嚴(yán)峻得多。為此，海底光纜結(jié)構(gòu)適應(yīng)性的研究，以及光纜加強(qiáng)構(gòu)件蠕變問題的研究，對(duì)確保光纖光纜的安全使用都是很重要的。據(jù)報(bào)道，針對(duì)使用環(huán)境條件開發(fā)了某些實(shí)用產(chǎn)品，例如，8000m深海用的輕型光纜，2000m深海、有船只拖掛危險(xiǎn)地區(qū)用的輕鎧光纜，1500m深海、多巖石、有船只拖掛危險(xiǎn)地區(qū)用的單鎧光纜，400m深海、多巖石、多浪、有船只拖掛危險(xiǎn)地區(qū)用的單鎧光纜，200m深海、多巖石、易磨損和壓碎、有船只拖掛危險(xiǎn)地區(qū)用的專門鎧裝光纜，以及防鯊魚用的特殊光纜。 ——光纖的氫損問題在海底光纜中更加引入關(guān)注。據(jù)報(bào)道，普通單鋼絲鎧裝和雙鋼絲鎧裝的光纜，經(jīng)8-10年之后，在1550nm波長(zhǎng)上可測(cè)試到0.01-0.O4dB／km的氫損。在光纜填充物中加入吸氫材料和采用金屬密封管作松套管，則沒有出現(xiàn)光纖的氫損現(xiàn)象。 3 接入網(wǎng)光纜 ——接入網(wǎng)中的光纜距離短，分支多，分插頻繁，為了增加網(wǎng)的容量，通常是增加
光纖芯數(shù)。特別是在市內(nèi)管道中，由于管道內(nèi)徑有限，在增加光纖芯數(shù)的同時(shí)增加光纜的光纖集裝密度、減小光纜直徑和重量，是很重要的。 ——接入網(wǎng)使用G.652普通單模光纖和G.652.C低水峰單模光纖。低水峰單模光纖適合于密集波分復(fù)用，目前在我國(guó)已有少量的使用。 ——接入網(wǎng)用光纜中廣泛采用光纖帶型式，它可使光纜適應(yīng)芯數(shù)大和光纖集裝密度高的要求，而且可以通過光纖帶整帶接續(xù)的方式提高光纜接續(xù)效率。但是，在小芯數(shù)光纜情況下，也直接采用分立的光纖。 ——由于光纖帶光纜中光纖集裝密度增大，可能損害光纜的拉伸性能和衰減溫度特性，以及有可能損害光纖的傳輸衰減。因此，在獲得大芯數(shù)、小外徑要求的同時(shí)，光纖帶光纜還有許多課題值得研究。 ——接入網(wǎng)光纜主要用于室外，目前有松套層絞式、中心管式和骨架式三種類型。雖然這些結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)都得到應(yīng)用，但是都還需要在獲得高集裝密度、小尺寸、良好性能、便于制造、低成本和便于使用（例如便于分線和下線）等方面經(jīng)受考驗(yàn)。 ——在中心管式光纜中，為了獲得更大的芯數(shù)，往往采用增大光纖帶芯數(shù)的方法，例如，采用24芯光纖帶。據(jù)報(bào)道：采用24芯光纖帶生產(chǎn)864芯的光纜，可以作到大于目前正式采用的1000芯骨架式光纜的集裝密度。這種24芯光纖帶由兩根12芯子帶構(gòu)成，要求既要保持整帶的穩(wěn)定和牢固，又要易于手工分成兩根結(jié)構(gòu)獨(dú)立完整的12芯帶，便于整帶熔接。 ——松管結(jié)構(gòu)中的光纖與松管壁之間有較大的空隙。據(jù)國(guó)外報(bào)道，如果采用柔軟聚氯乙烯制造的半緊套管集裝12根光纖（見圖2），管外徑為1.4mm，壁厚為0.2mm，則管子的截面積只有常規(guī)松套管的大約30％。不用中心加強(qiáng)構(gòu)件，用螺旋絞或SZ絞方式把12根這樣的半緊套管絞合成纜芯，然后在纜芯外加上中心管式結(jié)構(gòu)的護(hù)套，構(gòu)成144芯光纜。這種光纜適合于在管道內(nèi)用牽引方法或氣送方法安裝。 ——國(guó)外目前實(shí)際使用的骨架式光纜的最大芯數(shù)為1000芯，在它的骨架上有13個(gè)槽，共可放入125根8芯光纖帶，這種8芯帶可以方便地分成兩個(gè)4芯帶。近年來，骨架式光纜在減小光纜外徑和重量、增加光纜的柔軟性和改善光纜使用性能方面，也不斷有所探討和報(bào)道。最早的骨架式光纖帶光纜采用螺旋槽結(jié)構(gòu)，為了和松套SZ層絞式光纜一樣便于下線，骨架式光纜也推出了SZ槽結(jié)構(gòu)。光纖帶在其厚度方向極易彎曲，在其寬度方向很難彎曲，即使強(qiáng)迫在寬度方向彎曲，則一定會(huì)使光纖帶發(fā)生折轉(zhuǎn)，同時(shí)會(huì)使光纖帶兩邊的光纖產(chǎn)生一定的應(yīng)力。據(jù)報(bào)道，通過采用專門的骨架槽截面的設(shè)計(jì)，可以適應(yīng)光纖帶的這種折轉(zhuǎn)。近年來在減輕光纜重量方面也有一些探索，為了減少加強(qiáng)構(gòu)件重量而采用非金屬FRP加強(qiáng)構(gòu)件代替鋼絞線；為了減少光纜重量而干用內(nèi)層為泡沫聚乙烯外層為實(shí)心聚乙烯的骨架和全部為泡沫聚乙烯的骨架，但為了保持骨架槽的內(nèi)壁表面光滑，這兩種骨架中采用內(nèi)層為泡沫聚乙烯外層為實(shí)心聚乙烯的骨架更適用。 4 室內(nèi)光纜 ——室內(nèi)光纜往往需要同時(shí)用于話音、數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)的傳輸。并目還可能用于遙測(cè)與傳感器。 ——國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在光纜分類中所指的室內(nèi)光纜，筆者認(rèn)為至少應(yīng)包括局內(nèi)光纜和綜合布線用光纜兩大部分。局用光纜布放在中心局或其他電信機(jī)房?jī)?nèi)，布放緊密有序和位置相對(duì)固定。綜合布線光纜布放在用戶端的室內(nèi)，主要由用戶使用，因此對(duì)其易損性應(yīng)比局用光纜有更嚴(yán)格的考慮。 ——多模光纖雖然不再用于核心網(wǎng)和接入網(wǎng)，但芯徑／包層直徑為62.5／125μm的漸變型多模光纖在室內(nèi)綜合布線中仍有較多的應(yīng)用，今后也可能應(yīng)用50／125μm漸變型多模光纖。這種情況與綜合布線系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)狀況有關(guān)，隨著單模光纖系統(tǒng)的發(fā)送模塊、接收模塊和相關(guān)設(shè)備成本的降低，本身價(jià)廉的單模光纖仍然有可能取代綜合布線用的多模光纖。 ——隨著我國(guó)FTTH、FTTC系統(tǒng)的采用和各種要求的智能大廈的建設(shè)，要求越來越多的室內(nèi)光纜產(chǎn)品投入應(yīng)用。目前所用的綜合布線光纜芯數(shù)較小、纜芯不填充油膏、防火性能要求只限于阻燃或不延燃，這些光纜在品種、結(jié)構(gòu)和性能等方面還急需進(jìn)一步開發(fā)、完善和提高。 ——在布線光纜所用的光纖類型方面，國(guó)外正在探索采用多芯光纖，例如前面提到的四芯光纖，這樣可使光纜外徑小、重量輕、柔軟性好。 ——室內(nèi)光纜的防火性能應(yīng)是基本要求之一。傳統(tǒng)的PVC護(hù)套雖具有耐延燃性，但其防潮性能較差，不宜用于室外。據(jù)報(bào)道，國(guó)外已開發(fā)了室內(nèi)室外兼用的引入光纜或下桿光纜，它們既能耐室外低溫和紫外線輻射、又能阻燃和便于彎曲布線。這種光纜采用PVC緊套光纖、吸水膨脹粉干式阻水和低煙無鹵阻燃護(hù)套。 ——隨著通信業(yè)務(wù)的急劇增加，局內(nèi)光纜布線的芯數(shù)將增加數(shù)倍，減小尾纜的直徑，以便在有限的機(jī)房空間內(nèi)布放更多的終端模塊，就顯得很重要。據(jù)國(guó)外報(bào)道，為了適應(yīng)機(jī)房?jī)?nèi)的這種要求，已開發(fā)了兩種微型光纜，一種的外徑接近普通緊套光纖外徑，為1mm；另一種的外徑與普通的涂覆光纖一樣，為0.25mm。外徑1mm的光纜（見圖3），其結(jié)構(gòu)與常規(guī)單芯光纜相似，采用0.5mm直徑的UV固化的二次涂覆光纖、芳綸紗加強(qiáng)和聚酰胺護(hù)套。外徑0.25mm的光纜，第一種結(jié)構(gòu)與常規(guī)的緊套光纖相似，采用涂覆光纖和由UV固化樹脂涂覆的加強(qiáng)構(gòu)件組成的外套（見圖4a）；另一種采用涂覆光纖和由的12根層絞鋼絲與UV固化樹脂組成的外套（見圖4b）。據(jù)報(bào)道，還開發(fā)了一種單芯矩形軟線和由這種軟線構(gòu)成的8芯軟線（見圖5）。8芯軟線由8根單芯軟線并列再加上總護(hù)套構(gòu)成，又可方便地再分成8根單芯軟線。 5 電力線路中的通信光纜 ——光纖是介電質(zhì)，光纜也可作成全介質(zhì)，完全無金屬。這樣的全介質(zhì)光纜將是電力系統(tǒng)最理想的通信線路。用于電力線桿路敷設(shè)的全介質(zhì)光纜有兩種結(jié)構(gòu)：即全介質(zhì)自承式（ADSS）結(jié)構(gòu)和用于架空地線上的纏繞式結(jié)構(gòu)。 ——ADSS光纜因其可以單獨(dú)布放，適應(yīng)范圍廣，在當(dāng)前我國(guó)電力輸電系統(tǒng)改造中得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)已能生產(chǎn)多種ADSS光纜滿足市場(chǎng)需要。但在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能方面，例如大志數(shù)光纜結(jié)構(gòu)、光纜蠕變和耐電弧性能等方面，還有待進(jìn)一步完善。ADSS光纜在國(guó)內(nèi)的近期需求量較大，是目前的一種熱門產(chǎn)品。 ——纏繞式光纜通常芯數(shù)較少，因其布放方法需要專門工具，比較麻煩，在我國(guó)似無需求和生產(chǎn)。據(jù)國(guó)外報(bào)道，纏繞式光纜在大芯數(shù)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的耐熱性方面都有新的研究。 ——在高壓電力線路同桿路敷設(shè)的另一類光纜是光纖架空復(fù)合地線（OPGW）。它把光纖放在電力線路的保護(hù)地線中，既用于通信，又作保護(hù)地線。這種光纜往往在新建地線和更換舊地線時(shí)才可能采用。目前國(guó)內(nèi)已能生產(chǎn)這類產(chǎn)品，但在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能方面也還
有待進(jìn)一步完善。在OPGW中采用金屬管作松套管，除了有利于防上光纖發(fā)生氫損之外，還可很好的保證中心管中的光纖余長(zhǎng)，提高光纜強(qiáng)度，提高容許的短胳電流和減小低溫附加衰減。 6 汽車用光纜 ——由于汽車的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合監(jiān)視、汽車診斷、智能信息系統(tǒng)、光電顯示和可靠性、安全性的需要，光纖的應(yīng)用已開始進(jìn)入汽車之中。據(jù)國(guó)外報(bào)道，在汽車總線中加入了一種帶微型扎紋管的POF（聚合物光纖）光纜，能用于智能車的導(dǎo)航、無線電收音機(jī)、光盤唱機(jī)、高保真度系統(tǒng)和無線電話。由于POF能夠不受干擾地實(shí)時(shí)工作，從而確保汽車的安全要求。突變型折射率分布POF的衰減為150dB／km，100m長(zhǎng)度上的數(shù)據(jù)傳輸速率為50Mb／s。如果采用氧化聚甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)的漸變型折射率分布光纖，預(yù)期傳輸衰減可降低到10dB／km和數(shù)據(jù)傳輸速率5Gb／s。 ——目前，我國(guó)的干線光纜結(jié)構(gòu)已較成熟。接入網(wǎng)光纜、室內(nèi)光纜和電力線路光纜等都還處于發(fā)展中。為了適應(yīng)光通信的發(fā)展需要，我國(guó)在光纜結(jié)構(gòu)改進(jìn)、新材料應(yīng)用和性能提高等方面都還有進(jìn)步.
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