光缆的原理和作用是什么？
光缆原理及应用(历史)
1976年，美国贝尔研究所在亚特兰大建成了第一个光纤通信实验系统，使用的是西方电气公司制造的144光纤的光缆。1980年，多模光纤制成的商用光缆开始用于本地局间干线和少数长途线路。1983年单模光纤制成的商用光缆开始在长途线路上使用。1988年，第一条连接美国和英法的跨大西洋海底光缆成功铺设，不久第一条跨大西洋海底光缆建成。1978年，我国研制出自己的通信光缆，采用多模光纤，具有绞合芯结构。在上海、北京、武汉等地进行了实地测试。不久之后，它在本地电话网络中作为局间中继被试用。1984之后逐渐用于长途线路，开始使用单模光纤。与铜缆相比，通信光缆传输容量更大，中继距离远，体积小，重量轻，无电磁干扰。从1976开始，发展成为长途干线、本地干线、海上和跨洋海底通信、局域网和专用网的有线传输线路骨干，并开始向本地用户环路分配网领域发展，为光纤到户和宽带综合业务数字网提供传输线路。
光纤和光缆的原理及应用光缆是信息高速公路的基石)
光缆是当今信息社会各种信息网络的主要传输工具。如果把互联网叫做信息高速公路，那么光缆网络就是信息高速公路的基石——光缆网络就是互联网的物理路由。一旦光缆损坏、堵塞，那个方向的“信息高速公路”就毁了。除了通常的电话、电报和传真之外，通过光缆传输的信息也是大量传输的，如电视信号、银行汇款、股市信息等等。目前长途通信光缆的传输方式已经从PDH发展到SDH，传输速率也从原来的140MB/S发展到2.5GB/S、4×2.5GB/S、16×2.5GB/S甚至更高，也就是说一对纤芯可以开3万片、12万片。这么大的传输容量，一旦光缆堵塞，不仅会给电信部门造成巨大的损失，还会因为通讯不畅给群众带来很多不便，比如电脑用户无法上网，股市无法知晓，银行汇款无法进行，远程访问成为泡影，各种信息无法传递。在偏远山区，一旦光缆中断，整个县城甚至光缆沿线的几个县都会在通信上与世隔绝，成为孤岛。给党政军机关和人民造成的损失是无法估量的。
第一部分是光缆的原理和应用(理论和结构)
光及其特性1。光是一种电磁波。
可见光的波长范围是390~760nm(纳米)。760nm以上的部分是红外光，390nm以下的部分是紫外光。目前光纤应用有三种:850，1310，1550。
2.光的折射、反射和全反射。
由于光在不同物质中的传播速度不同，当光从一种物质发射到另一种物质时，会在两种物质的界面发生折射和反射。而且折射光的角度会随着入射光的角度而变化。当入射光的角度达到或超过一定角度时，折射光就会消失，所有入射光都会被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长的光有不同的折射角(即不同的物质有不同的折射率)，同一种物质对不同波长的光有不同的折射角。光纤通信就是基于上述原理。光纤结构和类型1，光纤结构:
裸光纤一般分为三层:中间的高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中间的低折射率石英玻璃包层(直径一般为125μm)，最外面的树脂包覆层用于加固。
2.数值孔径:
入射到光纤端面的光不能被光纤完全透射，只能透射一定角度范围内的入射光。这个角度称为光纤的数值孔径。光纤较大的数值孔径有利于光纤的对接。不同厂家生产的光纤数值孔径不同(at & amp；t转弯).
3.光纤的类型:
A.根据光在光纤中的传输方式，可分为单模光纤和多模光纤。
多模光纤:中心玻璃芯较厚(50或62.5μm)，可传输多种模式的光。但是它的模间色散较大，限制了传输数字信号的频率，而且随着距离的增加会更加严重。例如，600MB/KM的光纤在2KM处只有300MB带宽。所以多模光纤的传输距离比较短，一般只有几公里。单模光纤:中心的玻璃纤芯较细(纤芯直径一般为9或10μm)，只能传输一种模式的光。所以它的模间色散很小，适合长距离通信，但是它的色散起主要作用，所以单模光纤对光源的光谱宽度和稳定性要求比较高，就是光谱宽度要窄，稳定性要好。
b、按最佳传输频率窗口:常规单模光纤和色散位移单模光纤。
常规型:光纤厂商优化光纤在单一波长的传输频率，如1310nm。
色散位移型:光纤厂商优化光纤在两个波长的传输频率，如1310nm和1550nm。
c、按折射率分布:突变光纤和渐变光纤。
突变型:从光纤的中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。它具有低成本和高模间分散性。适用于短距离低速通信，
比如工业控制。但由于模式间色散较小，单模光纤都采用突变型。
渐变光纤:从光纤的中心纤芯到玻璃包层折射率逐渐降低，可以使高模光以正弦形式传播，可以降低模间色散，增加光纤带宽，增加传输距离，但成本较高。现在的多模光纤多是渐变光纤。
4、常用光纤规格:
单模:8/125μm，9/125μm，10/125μ m。
多模:50/125μm，欧洲标准。
62.5/125μm，美国标准
工业、医疗、低速网络:100/140μm、200/230μm m。
塑料:98/1000μm，用于汽车控制光纤的制造和衰减1，光纤制造；
目前，光纤的主要制造方法有:管内CVD(化学气相沉积)、棒内CVD、PCVD(等离子体化学气相沉积)和VAD(轴向气相沉积)。
2.光纤的衰减:
造成光纤衰减的主要因素有本征、弯曲、挤压、杂质、不均匀和对接。
固有:是光纤的固有损耗，包括瑞利散射、固有吸收等。
弯曲:光纤弯曲时，光纤中的部分光会因散射而损失，造成损耗。
挤压:光纤受挤压时轻微弯曲造成的损耗。
杂质:光纤中的杂质对光纤中传播的光的吸收和散射造成的损耗。
非均匀性:光纤材料折射率不均匀造成的损耗。
对接:光纤对接造成的损失，如:轴线不同(要求单模光纤同轴度小于0.8μm)，端面不垂直于轴线，端面不平整，对接直径不匹配，焊接质量差。光纤的优点是1，光纤的通带很宽。理论上可以达到30亿MHz。
2.没有中继的路段长，几十到100多公里，铜线只有几百米。
3、不受电磁场和电磁辐射的影响。
4.重量轻，体积小。比如900对双绞线21千电话线，直径3英寸，重量8吨/公里。通信量十倍的光缆，直径0.5英寸，重量450P/KM。
5、光纤通信不带电，使用安全，可在易燃易爆场所使用。
6、使用环境温度范围广。
7、化学腐蚀，使用寿命长。第二部分光纤光缆的原理及应用(光纤光缆知识)光纤光缆的制造工艺一般分为以下几道工序:
1.光纤的筛选:选择传输特性优良、张力合格的光纤。
2.光纤染色:应使用标准全色谱进行识别，要求在高温下不褪色、不迁移。
3.二次挤压:选择弹性模量高、线膨胀系数低的塑料，挤压成一定尺寸的管材，光纤掺入并填充防潮防水凝胶，最后存放数日(不少于两天)。
4.光缆绞合:多根挤压光纤与加强单元绞合在一起。
5.挤压光缆外护套:给绞合的光缆加一层护套。光缆类型为1。根据敷设方式，有自承式架空电缆、管道光缆、铠装埋地光缆和海底光缆。
2.根据光缆结构，有集束光缆、绞合光缆、紧束光缆、带状光缆、非金属光缆和分支光缆。
3.按用途分有:长距离通信光缆、短距离室外光缆、混合光缆、建筑用光缆。第三部分是光纤光缆的原理及应用(光缆的施工)
光缆的室外施工；
长距离光缆铺设最重要的是选择合适的路径。这里的最短路径不一定是最好的，还有土地的使用权，竖立或者掩埋的可能性等等。
必须有非常完整的设计和施工图纸，以便施工和以后的检查方便可靠。在施工过程中，始终注意不要使光缆承受重压或被硬物刺伤。
光缆转弯时，其转弯半径比光缆本身直径大20倍。
1，室外架空电缆施工:
一、吊线吊架空方式，这种方式简单便宜，在中国应用最广，但钩吊、整理比较费时。
b、吊线缠绕架空方式，这种方式更稳定，维护工作量少。但是你需要一个特殊的装订机。
c、自立式架空方式，对线路干线要求高，施工维护难度大，成本高，目前国内很少采用。
d、架空、光缆导向线干燥处必须加导向装置，并避免光缆拖地。拉光缆时注意减少摩擦。每个主干都要留一段光缆用于伸缩。
e、注意光缆中金属物体的可靠接地。尤其是山区、高压电网地区以及很多地区，一般每公里有三个接地点，甚至选用非金属光缆。
2、室外管道光缆施工:
A.施工前，检查管线占用情况，清理并放置塑料子管，同时放入牵引线。
b、计算铺设长度，一定要有足够的预留长度。
c、一次布放长度不宜过长(一般为2KM)，布线应从中间开始向两侧牵引。
d、光缆牵引一般不超过120kg，且应牵引光纤加强芯部分，并做好光缆头防水加强处理。
e、光缆的引入和引出应配有下游装置，不允许直接拖地。
f、管道光缆还应注意可靠接地。
3.直埋光缆的敷设:
a、直埋光缆沟深度应按标准开挖，标准见下表:
b、不能在架空或钻孔的地方挖管沟埋设管道。
c、沟底应平整坚实，必要时可预填一部分沙子、水泥或支撑物。
d、铺设时可采用人工或机械牵引，但要注意导向和润滑。
e、铺设完成后，应尽快将回填土覆盖并压实。
4.建筑物内光缆的铺设:
a、垂直敷设时，要特别注意光缆的承重问题。一般光缆每两层固定一次。
b、光缆穿过墙壁或楼板时，要加保护塑料管带口保护，并要用阻燃填充物填充管子。
c、也可以提前在建筑物内铺设一定数量的塑料管，以后要应用光缆时再使用牵引或真空法布里光缆。第四部分是光纤光缆的原理及应用(选型)。光缆的选择不仅要根据光纤芯数和光纤类型，还要根据光缆的使用环境。
1.室外光缆直埋时，应选择铠装光缆。架空时，可选用黑色塑料外护套、带两根或多根加强筋的光缆。
2.选择建筑用光缆时应注意阻燃性、毒性和烟雾的特性。一般在管道或强制通风场所可选择阻燃但冒烟的类型，在暴露环境中应选择阻燃无毒无烟的类型。
3.在建筑物内垂直敷设电缆时，可以选择绞合光缆；可分支光缆可用于水平布线。
4.如果传输距离小于2km，可以选择多模光缆；如果超过2km，可以使用中继或者单模光缆。
直埋光缆埋深标准
铺设面积或土壤深度(m)备注
普通土(硬土)≥1.2
半石质(砂土、风化石)≥1.0
全石≥0.8，从沟底垫10cm细土或沙土。
流沙≥0.8
郊区、村镇≥1.2
城市人行道≥1.0
从道碴底部或从路面穿越铁路、公路≥1.2。
沟、渠、塘≥1.2
农田排水沟≥0.8
第五部分是光缆的原理和应用(连接和检测)
光缆的连接
方法主要包括永久连接、紧急连接和活动连接。
1，永久光纤连接(也叫热熔):
这种连接是通过放电的方式熔化并连接两根光纤的连接点。一般用于长距离连接，永久或半永久固定连接。其主要特点是连接衰减是所有连接方式中最低的，典型值为0.01~0.03dB/点。但连接时需要特殊设备(焊机)和专业人员操作，连接点也需要特殊容器保护。
2、紧急连接(也称冷熔):
应急连接主要采用机械和化学的方法将两根光纤固定和粘接在一起。这种方法的主要特点是连接快速可靠，典型的连接衰减为0.1~0.3dB/点。但是连接点长期使用会不稳定，衰减会大大增加，所以只能短时间应急使用。
3.活动连接:
移动连接是利用各种光纤连接器(插头、插座)将站或站与光缆连接起来的方法。这种方法灵活、简单、方便、可靠，常用于建筑物内的计算机网络布线。其典型衰减为1dB/接头。光纤检测光纤检测的主要目的是保证系统连接的质量，减少故障因素，在光纤出现故障时找出故障点。检测方法很多，主要分为手工简易测量和精密仪器测量。
1，简单手动测量:
这种方法一般用于快速检测光纤的通断，并在施工中对光纤进行区分。它是用一个简单的光源从光纤的一端注入可见光，从另一端观察哪一个发光来实现的。这种方法虽然简单方便，但不能定量测量光纤的衰减和断点。
2、精密仪器测量:
使用光功率计或光时域反射计(OTDR)对光纤进行定量测量，可以测量光纤的衰减和接头的衰减，甚至可以测量光纤的断点位置。这种测量可用于定量分析光纤网络故障的原因和评估光纤网络产品。第六部分光纤光缆的原理与应用(应用与系统设计)光纤的应用现在已经发展到一个信息社会，声音、图像、数据等信息的交换量非常大。以前的通信手段已经不能满足现在的要求，而光纤通信以其信息容量大、保密性好、重量轻、体积小、无中继长距离等优点被广泛应用。其应用领域涵盖通信、交通、工业、医疗、教育、航空航天、计算机等行业，并向更广、更深层次发展。光和光纤的应用正在给人类生活带来深刻的影响和变化。光纤网络系统的设计一般遵循以下步骤:
1.先搞清楚要设计什么样的网络，它的现状，为什么要用光纤。
2、根据实际情况，选择合适的光纤网络设备、光缆、跳线等物品进行连接。选择应该以可获得性为基础，然后根据性能、价格、服务、产地和品牌来确定。
3.根据客户的要求和网络类型确定线路的走向，并绘制接线图。
4.当线路较长时，需要计算系统的衰减裕度，可按下式进行:
衰减余量=发射光功率-接收灵敏度-线路衰减-连接衰减(dB)，其中线路衰减=电缆长度×单位衰减；
单位衰减与光纤质量密切相关，平均单模为0.4 ~ 0.5 dB/km。多模为2～4dB/km。
连接衰减包括焊接衰减接头衰减，与焊接手段和人员素质有关。一般热熔为0.01~0.3dB/点。冷融0.1~0.3dB/点；接头衰减与接头质量有很大关系，一般为1dB/点。系统的衰减裕度一般不小于4dB。
5.如果核算不合格，应在核算前酌情修改设计。这种情况有时可能会重复几次。第七部分光纤光缆原理及应用(模式识别法)
分类代码
GY通信机房(场)光缆GS通信设备光缆
GH通信海底光缆GT通信专用光缆
GJ通信机房(办公室)光缆GW通信用无金属光缆
GR通信用柔性光缆和GM通信用移动光缆
注:第一部分和第二部分之间:钢筋代号(钢筋芯)
加强件是指位于护套内部或嵌入护套中以增强光缆抗拉强度的构件；
无符号金属加强构件；G-金属重型加强构件
F-非金属加强构件；h型非金属重型加强构件
(例如:GYTA:金属加强芯；GYFTA:电缆芯线和光缆填充结构特性规范。
光缆的结构特征应表明缆芯的主要类型和光缆的衍生结构。当需要表示光缆类型的几种结构特征时，可用组合码表示。b扁平形c自支撑结构
d光纤带结构e椭圆形状
g骨架槽结构j光纤紧套涂层结构
测试软膏填充结构或充气结构
x-电缆束管状(涂层)结构Z阻燃剂
护套的代号
铝-聚乙烯粘合护套G钢护套
l铝护套q铅护套
不锈钢-聚乙烯粘结磁保护U型聚氨酯护套
v聚氯乙烯护套y聚乙烯护套
平行钢丝w钢-聚乙烯粘合护套
注:在第四部分和第五部分之间:
它的代号用两组数字表示，第一组代表装甲层，可以是一位数或两位数；第二组代表涂层，是一个数字。
装甲层代码
代码铠装层
5波纹钢带
44双粗圆钢丝
4单根粗圆钢丝
33双细圆钢丝
3根单根细圆钢丝
2个缠绕的双层钢带
0无装甲层
涂层代码涂层代码或涂层代码
1纤维外层被
2聚乙烯保护管
3聚乙烯套管
4聚乙烯套管覆盖尼龙套管
5 PVC套管
光缆规格和型号
多模光纤
b单模光纤
B1.1(B1)非分散位移光纤G652
B1.2截止波长移位光纤G654
B2色散位移光缆G653
B4非零色散位移光纤G655
注:多模光纤由于多模色散无法进行长距离光传输，几乎被淘汰。
第八部分光纤光缆原理及应用(障碍物的判断与维护)
光缆线路常见障碍及原因发现障碍在端点或中继站用OTDR测试判断光缆线路障碍的方法和步骤大致如下:
1)用OTDR测试障碍点到测试端的最大距离。
2)当光缆因自然灾害或外部施工等外力影响而受阻时，搜寻人员应找出维护人员提供的障碍物位置。如果不是这样，检查人员就不容易从路面找到障碍物位置。这时候就需要根据OTDR测得的距离障碍物点的距离，与原始测试数据进行核对，找出障碍物点位于哪一个地标(或哪两个关节)之间，经过必要的换算后再精确测量地面长度，从而确定障碍物的具体位置。
3)如果断纤是光缆结构缺陷或光纤老化造成的，用OTDR很难准确测量其断点，只能检测到障碍段，那么就要更换一段光缆。障碍修复当光缆线路出现障碍时，要争分夺秒，临时接通电路或调配应急光缆临时抢通电路，组织力量尽快修复。
1，紧急抢修
(1)一个方向的所有光缆线路都被阻断。
根据预定的电路调度方案，所有电路或一些主电路被立即和临时接通。
(2)某一方向光缆线路的个别光纤堵塞。
如果光纤中有备用光纤，或有另一条迂回电路，立即使用备用光纤或迂回电路临时接通障碍电路；如光缆中有备用光纤且无迂回电路，应按规定的调度原则处理，保证重要电路畅通，暂停二次电路。
(3)光缆线路的部分光纤在某一方向受阻。
如果光缆中有备用光纤，除了使用备用光纤临时接通电路外，还可以根据指定的调度原则和顺序，选择无阻塞光纤临时接通电路。如果临时配对的光纤仍然不够，没有迂回电路，二次电路将被暂停。
2.注意事项:
(1)以上光纤的临时调度，必须在调度方案报经双方上级批准后，在双方密切配合下完成。
(2)只要光纤按原线路顺序配对，电路就可以由两端的维护站根据系统调度进行倒换；如果光纤用于临时配对，应在障碍点两侧的中继站中的光纤配线架(或接线盒)的连接器上进行调整。
(3)如果主用光纤连接了光衰减器，备用光纤没有预连接衰减器，调用备用光纤时也要连接相应的光衰减器。使用临时光纤配对时也要注意这个问题。
3、铺设应急光缆
(1)敷设应急光缆的条件
当某一方向的光缆线路全部阻塞时，在所有电路或总开关接通后，考虑一次性修复光缆，不必使用应急抢通电路。当没有条件临时接通电路，或部分电路不能满足大容量通信需要时，应部署应急光缆，按照电路调度系统规定的调度原则和顺序抢通电路，暂时恢复通信，然后重新路由和部署新光缆，进行正式抢修。
(2)应急光缆范围的确定。
当光缆被自然灾害或外力阻挡时，一般在确定障碍点的大致位置后，根据陌生的路面更容易找到障碍点，进而确定应急光缆的铺设范围。而当用OTDR只测量末端站或中继站的障碍点，出现哪两个接头，无法确定障碍的具体位置时，就很难确定应急光缆的部署范围。这时候如果有条件，可以用OTDR在对面中继站进入测试，综合分析两边的测试结果，这样就可以大致准确的判断出光缆的断点。如果没有条件使用OTDR从两个方向进行测试，可以发送两种情况进行处理:
a、障碍点靠近一个接头，应急光缆计划从这个接头敷设。只要打开这个关节，用OTDR在关节处的障碍物方向测试。此时测试距离短，可以准确测出障碍物的具体位置，从而确定应急光缆的铺设位置。
b、障碍点在两个接头中间，不宜在一个接头处开始铺设应急光缆，需要进一步确定障碍点的位置，在障碍点两侧铺设一段应急光缆。在这种情况下，可以采用逐步试凑法找出障碍物的具体位置，即在终端站或中继站用OTDR初步探测出障碍物点，在障碍物点前挖出光缆，切断一根光纤进行复测。如果发现障碍点不在截止范围内，就要确定大概的距离，然后从前方挖出光缆，再切断一根光纤重新测试，直到障碍点包含在截止范围内，这样就可以确定应急光缆的布局。一般重复测量两次就可以确定障碍点的具体位置。
c、同类型光缆加速连接器紧急维修
另一种光缆应急抢修方法是使用与障碍光缆相同型号的光缆作为应急抢修光缆，使用临时连接用的连接器(活动接头)和匹配液抢电路。
4.正式修理
正式修复光缆线路障碍时，必须尽可能保持通信，特别是重要电路的通信不能中断，施工质量必须符合光缆线路施工质量标准和维护质量标准的要求。
正式修复光缆线路总电阻障碍时，应注意以下问题:
(1)接线盒或接头附近的障碍物应利用接线盒内预留的光纤或接头坑内预留的光纤进行修复，不需要额外的接头。障碍点附近有预留光缆时，应采用连接，只增加一个连接器。
(2)需要通过介入或更换光缆的方式正式修复光缆障碍时，应采用同厂家同型号的光缆。
(3)介入或更换光缆的长度可考虑以下三个因素:
a、考虑到终端站或中继站有必要使用OTDR监控连接光纤的光缆正式修复，或者在日常维护工作中便于区分相邻两个连接点之间的障碍物；介入或更换光缆的最小长度必须满足OTDR仪器响应分辨率(两点分辨率)的要求，一般应大于100m。
b、考虑到不影响单模光纤工作在单模稳态条件下保证通信质量，介入或更换光纤的最小长度应大于22米。
c、介入或更换光缆的长度，可参照(1)和(2)的原则要求，结合实际情况，综合考虑，灵活掌握。例如，如果在插入或替换光缆的附近有一个现有的连接器，则光缆应尽可能延伸到连接器，并且只增加一个连接器。
5、介入或更换光缆、光纤割接的一般顺序:
(1)首先，光纤割接方案由双方按照电路调度系统规定的调度原则和顺序商定，并报上级主管部门批准。
(2)光纤拼接过程中应尽量不中断电路(尤其是重要电路)。当原有新敷设的光纤被应急光缆切断时，应先连接备用光缆，备用光纤作为替换对。按照原切割顺序，逐个切割恢复回路，临时配对原障碍光缆中的完好光纤调整回路，或原光缆中无备用光缆，暂停二次回路。首先要把这个系统的光纤作为替换对进行切割，然后按照原来的切割顺序一根一根的切割电路。