胡先志 陸玉喜
烽火通信科技股份有限公司
自20世紀(jì)80年代初至今，光纖光纜應(yīng)用場(chǎng)所經(jīng)歷了從核心網(wǎng)到城域網(wǎng)、接入網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程，未來(lái)將繼續(xù)向著家庭桌面延伸或者說(shuō)現(xiàn)在正經(jīng)歷著由室外向室內(nèi)的發(fā)展。光纖光纜的發(fā)展無(wú)論是從材料選擇、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、制造工藝，還是從應(yīng)用環(huán)境、鋪設(shè)方式等方面都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。
然而，面對(duì)著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐緩慢，全球光纖光纜市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。在這種大環(huán)境下，光纖制造商競(jìng)相研制性能更優(yōu)的新型光纖，而光纜制造商則在確保光纜的基本光傳輸性能和機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)新型結(jié)構(gòu)的光纜、積極采用新的光纜材料等措施來(lái)達(dá)到降低光纜成本和施工費(fèi)用的目的。
1. 新型光纖不斷出現(xiàn)
隨著光傳送網(wǎng)向更高速率、更大容量、更長(zhǎng)距離方向發(fā)展，光纖通信不同層次網(wǎng)絡(luò)對(duì)光纖要求不盡相同，如核心網(wǎng)光纖性能要求于色散、色散斜率、非線性效應(yīng)等；城域網(wǎng)光纖性能則更重視工作波長(zhǎng)范圍。局域網(wǎng)光纖性能強(qiáng)調(diào)的是工作帶寬和接續(xù)成本。
現(xiàn)在核心網(wǎng)采用光纖主要是G.655光纖。由于G.655光纖的性能在逐漸的完善，所以各個(gè)光纖制造廠商不斷推出新產(chǎn)品，如康寧公司推出的Pure Mode PM系列新型光纖；阿爾卡特推出的Teralight Ultra光纖，實(shí)現(xiàn)了單波道40Gbit/s、總?cè)萘?0.2 Tbit/s的DWDM傳輸100km。而日本住友開(kāi)發(fā)出的超低損耗純硅芯光纖PSCF，其衰減僅0.151dB/km，而光纖有效面積已經(jīng)達(dá)到了170μm2，使傳輸?shù)姆蔷�性大大減少。特別是2003年1月20日至31日在瑞士日內(nèi)瓦ITU-T SG15召開(kāi)的會(huì)議上將G.655光纖類別由G.655A 、G.655B進(jìn)一步細(xì)分為G.655A、 G.655B、 G.655C三類，以適應(yīng)了核心干線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求。
城域網(wǎng)光纖主要是工作波長(zhǎng)擴(kuò)展光纖（又稱為低水峰光纖）。低水峰光纖發(fā)展歷程分別為：1998年朗訊就推出了AllWave全波光纖；2001年4月康寧推出了SM-28e低水峰光纖，同年阿爾卡特也推出ESMF增強(qiáng)型單模光纖。日本住友也開(kāi)發(fā)出了水峰壓縮WPS-NZ-DSF光纖，如圖1所示。這類低水峰光纖都是在原有G.652或G.655光纖基礎(chǔ)上通過(guò)控制OH根壓縮1385nm窗口的吸收峰（俗稱水峰），這樣其可用波長(zhǎng)范圍擴(kuò)展到1270~1650nm整個(gè)波段，使得CWDM可以開(kāi)通16個(gè)波長(zhǎng)。
局域網(wǎng)光纖性能強(qiáng)調(diào)的是工作帶寬和接續(xù)費(fèi)用。特別是隨著吉比特以太網(wǎng)和10G比特以太網(wǎng)快速發(fā)展多模光纖已經(jīng)成為首選傳輸媒質(zhì)。國(guó)內(nèi)外光纖廠家如，康寧、阿爾卡特、烽火、長(zhǎng)飛等先后推出了吉比特以太網(wǎng)多模光纖并已經(jīng)大量商用。2002年IEEE在802.3ae標(biāo)準(zhǔn)中，又提出了一種高帶寬50/125μm多模光纖。它提高了850nm波長(zhǎng)的帶寬，在鏈路中選用低價(jià)格的850nm波長(zhǎng)垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）和兩級(jí)編碼技術(shù)，這種多模光纖的"激光器帶寬"為2000MHz.km，足以支持10Gb/s以太網(wǎng)傳輸達(dá)300m。當(dāng)前，高帶寬50/125μm 多模光纖正在成為吉比特以太網(wǎng)采用的主要光纖。
2002年，Ericsson公司研制出了一種多模和單模結(jié)合的MM-SM光纖，它與多模光纖連接時(shí)可用作多模光纖，與單模光纖連接時(shí)用作單模光纖。這種新型光纖適用于FTTH，它使得光纖線路可由多模向單模升級(jí)。這為光纖的研究又提供了一個(gè)新的思路。
除了玻璃光纖新品迭出之外，塑料光纖最近又有了較大的技術(shù)突破。又據(jù)2003年3月23日至28日在美國(guó)召開(kāi)的OFC's報(bào)道，塑料光纖以單波長(zhǎng)2.5Gb/s速率可傳輸144m。我們相信，塑料光纖將會(huì)在光纖到家庭和光纖到桌面中大顯身手。
2.新型結(jié)構(gòu)的光纜
眾所周知，現(xiàn)在大多數(shù)室外光纜都是松套光纜。究其原因是松套光纜具有三大優(yōu)點(diǎn)：1. 松套管能夠?yàn)楣饫w提供初級(jí)保護(hù)；2. 松套管可以容納阻水油膏；3. 松套管還可為光纖提供合適的余長(zhǎng)，使光纖處在松疏狀態(tài)。松套光纜按照纜芯可以容納的纖芯數(shù)的多少和纜芯的剖面結(jié)構(gòu)形狀可以分為三種基本結(jié)構(gòu)形式：中心管式光纜、層絞式光纜、骨架式光纜。
今天，作為室外光纜制造廠商和用戶都十分熟悉光纜是由光纖和各種材料共同組成的。光纜的傳輸性能是由光纖的品種及其性能決定的，而光纜的機(jī)械性能和環(huán)境性能是由光纜材料的內(nèi)在質(zhì)量與制造工藝技術(shù)水平?jīng)Q定的。任何結(jié)構(gòu)和材料變化都將直接影響到光纜的性能和成本。
筆者認(rèn)為新型結(jié)構(gòu)的光纜要解決的主要問(wèn)題是：1.設(shè)法積極選擇新的材料，為研究新的光纜結(jié)構(gòu)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)；2.減小光纜尺寸，降低光纜重量，節(jié)約光纜材料（降低光纜成本，提高生產(chǎn)和施工速度）；3.采用干式結(jié)構(gòu)，縮短接續(xù)時(shí)間，節(jié)省施工費(fèi)用等。
（1）小直徑、輕重量光纜
一般，評(píng)價(jià)光纜質(zhì)量?jī)?yōu)劣的性能包括：光傳輸性能、機(jī)械性能、環(huán)境性能。光纜的光傳輸性能是由光纜中采用的光纖類型所決定的。光纜的機(jī)械性能和環(huán)境性能則取決于光纜結(jié)構(gòu)、選用的材料種類及其質(zhì)量、光纜制造技術(shù)水平。
針對(duì)目前光纖通信工程中，光纜結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)出以管道光纜為主，以直埋光纜和室外架空光纜為輔的格局。人們自然會(huì)想是否可以將對(duì)光纜結(jié)構(gòu)的重型保護(hù)移植到管道上或者選擇其他的光纜材料，這樣做既可以降低光纜成本（減小光纜尺寸，降低光纜重量），又可以節(jié)約施工費(fèi)用（節(jié)約管道空間和施工更簡(jiǎn)便）。美國(guó)OFS BrightWave Carrollton的Richard.G.Gravely論文[1]指出減小松套管光纜尺寸和重量的辦法是首先在保證光纜耐低溫彎曲和機(jī)械性能穩(wěn)定的前提下，設(shè)法減小松套管和中心加強(qiáng)件的尺寸，其次是減小護(hù)套和皺紋金屬覆膜帶厚度。這種方法適用于全介質(zhì)單層護(hù)套光纜、輕型鎧裝光纜（單層護(hù)套、單層鎧裝）、鎧裝光纜（雙層護(hù)套、單層鎧裝）和短跨度接入ADSS光纜。例如，他們研制的144芯單層護(hù)套小直徑管道光纜的直徑僅為13.4mm，而典型商用144芯單層護(hù)套管道光纜的直徑為18.8mm。
目前國(guó)內(nèi)光纜制造廠商紛紛在采用減小松套管尺寸的方法來(lái)減少光纜材料的用量，進(jìn)而達(dá)到降低光纜成本，以此提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但是，本文作者要提請(qǐng)廣大用戶注意，在驗(yàn)收光纜時(shí)您應(yīng)該重點(diǎn)對(duì)光纜做溫度循環(huán)試驗(yàn)，測(cè)量出光纖的溫度衰減性能，以此來(lái)證明您購(gòu)買的即將投入使用的光纜余長(zhǎng)是合理的。
�。�2） 全干式松套光纜
眾所周知，光纜最忌諱水，究其原因是水即會(huì)引起光纖的水峰衰減，又可以通過(guò)滲透腐蝕作用導(dǎo)致光纖斷裂。在潮濕條件下，水還會(huì)通過(guò)光纜護(hù)套擴(kuò)散進(jìn)入內(nèi)部形成自由水的凝聚。如果不加控制，水會(huì)沿著光纜纜芯縱向遷移流到接頭盒給通信系統(tǒng)帶來(lái)潛在的危險(xiǎn)甚至造成業(yè)務(wù)中斷。傳統(tǒng)光纜采用的填充阻水措施是將憎水油膏填滿光纜中的松套管的所有空間來(lái)切斷水的縱向流動(dòng)路徑。
填充的阻水油膏基本作用是除了能夠阻止光纜內(nèi)部的縱向水遷移，還能夠提供給光纜緩解外來(lái)壓力和振動(dòng)阻尼作用。盡管傳統(tǒng)光纜具有良好的性能和可靠性，但是在光纜接續(xù)前要清除油膏和清潔光纖。在光纜安裝施工操作中這是一項(xiàng)增加費(fèi)用和降低生產(chǎn)效率的耗費(fèi)時(shí)間的工作。填充阻水油膏的光纜也會(huì)明顯地增加光纜重量，增加長(zhǎng)途線路安裝所需要的人和設(shè)備。另外，阻水油膏是粘連或油膩的油脂，所以光纜接續(xù)需要在一個(gè)活動(dòng)的帳篷或者帶篷的卡車中進(jìn)行。為了克服填充阻水油膏的光纜的上述缺點(diǎn)，最近美國(guó)OFS(原朗訊)光纖光纜部的Richard H.Norris等人共同開(kāi)發(fā)出12~216芯一系列的中心管完全沒(méi)有填充阻水油膏的室外用全干式中心管光纖帶光纜[2]，其結(jié)構(gòu)從光纜中心至光纜外護(hù)層依次是光纖帶、空氣、纖用高級(jí)吸水膨脹阻水帶（代替纖用阻水油膏）、改善了沖擊性能的聚丙烯松套管、纜芯用高級(jí)吸水膨脹阻水帶（代替纜用阻水油膏）、皺紋金屬覆膜帶鎧裝層、兩根平行金屬加強(qiáng)件鋼絲和高密度聚乙烯外護(hù)層（HDPE）。
如果這種光纜被用于雷電頻繁和存在干擾電流的場(chǎng)所時(shí)金屬加強(qiáng)件應(yīng)該采用全介質(zhì)的玻璃鋼/環(huán)氧樹脂棒，在棒的外面應(yīng)該涂上一層紫外固化 "摩擦涂層"，以求在棒與護(hù)層之間形成良好的機(jī)械耦合力。這里要特別提請(qǐng)讀者注意的是，為了防止水在外護(hù)層和纜芯之間流動(dòng)，纜芯用的標(biāo)準(zhǔn)高級(jí)吸水膨脹阻水帶是纏繞在聚丙烯松套管上的。這類光纜外護(hù)層采用HDPE的理由為HDPE具有良好的硬度、強(qiáng)度和小的摩擦系數(shù)，從而滿足了所有光纜安裝性能要求。
為了驗(yàn)證這種光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，Richard H.Norris等人按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)Telcordia GR-20對(duì)該光纜進(jìn)行了阻水性能試驗(yàn)、機(jī)械性能試驗(yàn)、環(huán)境性能試驗(yàn)、老化性能試驗(yàn)、安裝模擬試驗(yàn)。阻水性能試驗(yàn)就是要用一系列滲水試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證纖用高級(jí)吸水膨脹阻水帶是否能夠阻止水在中心管內(nèi)具有的大空間的滲透。具體的做法是將光纜試樣放置于1米靜壓頭下，讓水靜壓頭作用到多個(gè)纜芯試樣上，以滿足光纜阻水性能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。機(jī)械性能試驗(yàn)是按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)Telcordia GR-20對(duì)金屬加強(qiáng)和非金屬加強(qiáng)全干式中心管光纖帶光纜進(jìn)行了試驗(yàn)，以驗(yàn)證其是否滿足機(jī)械性能要求。
�。�3） 微型吹氣安裝光纜
在當(dāng)前的全球經(jīng)濟(jì)蕭條的形勢(shì)下，電信業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商面臨著兩大問(wèn)題：1.在投入資金有限的同時(shí)，還要建設(shè)光纜路由來(lái)滿足用戶帶寬日益增長(zhǎng)的需要；2.要想方設(shè)法減少光纜路由基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用，降低光纜生產(chǎn)成本。光纜制造商解決這兩個(gè)問(wèn)題的具體方法是：1.光纜可以利用城市現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施（如在交通道路、煤/天然氣管道、下水道中安裝布放光纜的子管）或者通過(guò)城市新建的微型管道系統(tǒng)引入用戶。2.為了最大限度的利用子管系統(tǒng)和微型管道系統(tǒng)的資源，需要用一種新的小直徑微型吹氣安裝光纜。
為此，美國(guó)OFS光纜部的H.Paul Debban等人開(kāi)發(fā)出了一種新的小直徑（直徑與鉛筆相當(dāng)）微型吹氣安裝光纜，其結(jié)構(gòu)為48或72芯中心管式光纖帶光纜[3]。這種光纜的設(shè)計(jì)思想是尺寸、剛性、柔軟性必須滿足小直徑管道安裝要求。光纖芯數(shù)應(yīng)該足以保證城市路由基礎(chǔ)設(shè)施需要。光纜要有足夠的機(jī)械保護(hù)和抗拉強(qiáng)度來(lái)滿足施工安裝和光纖保護(hù)要求。在期望工作的溫度范圍內(nèi)，光纜的衰減性能要好。此外，光纜中的光纖要容易識(shí)別。
這種光纜從纜芯至外護(hù)層的具體結(jié)構(gòu)分別是光纖帶、纖用阻水油膏、松套管、螺旋纏繞的玻璃鋼棒、螺旋纏繞的玻璃纖維增強(qiáng)塑料帶、撕裂繩、HDPE外護(hù)層。選用中心管式結(jié)構(gòu)是為了提高小直徑光纜的強(qiáng)度。與光纖束和分立光纖相比較，采用光纖帶既增加了光纖密度，又節(jié)約了接續(xù)時(shí)間和施工費(fèi)用，而且光纖帶的識(shí)別方便。6根玻璃鋼棒加強(qiáng)件螺旋纏繞在中心管周圍，以防止光纜產(chǎn)生小的彎曲。HDPE外護(hù)層完完全全包圍著加強(qiáng)件和中心管構(gòu)成一個(gè)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)來(lái)抵抗光纜受到的側(cè)壓和沖擊力的作用。HDPE外護(hù)層通過(guò)薄層賦予光纜堅(jiān)韌性能和高溫下的小的摩擦系數(shù)。
�。�4）泡沫阻水光纜
眾所周知，傳統(tǒng)的松套管光纜采用填充阻水油膏或吸水膨脹阻水紗來(lái)進(jìn)行縱向阻水。然而阻水油膏會(huì)給光纜施工和環(huán)境帶來(lái)一定的負(fù)面影響，如擦拭阻水油膏的溶劑揮發(fā)會(huì)刺激人們的皮膚，長(zhǎng)期使用會(huì)引起濕疹；擦拭阻水油膏的衛(wèi)生紙會(huì)污染環(huán)境。為此，光纜施工安裝和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員十分期待著不采用填充阻水油膏或吸水膨脹阻水紗的干式光纜的誕生。正是為了克服阻水油膏和阻水紗的缺點(diǎn)，愛(ài)立信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司的Borje Lindblom等研制出一種泡沫阻水光纜[4]。
泡沫阻水光纜的關(guān)鍵技術(shù)是用發(fā)泡的熱塑彈性體來(lái)代替阻水油膏作為光纜的縱向阻水材料。泡沫阻水光纜的結(jié)構(gòu)是在外護(hù)層以下，中心加強(qiáng)件和松套管之間的所有空間都填充發(fā)泡的熱塑彈性體泡沫。采用泡沫阻水的優(yōu)點(diǎn)是既能夠減小光纜尺寸和光纜機(jī)械性能，又可以提高光纜施工速度。在護(hù)套工藝過(guò)程中發(fā)泡熱塑彈性體材料很容易與PE外護(hù)套材料結(jié)合為一體。這樣合理地控制發(fā)泡過(guò)程，就可以獲得阻水效果十分完美的密封泡沫結(jié)構(gòu)。
�。�5） 新型材料光纜
現(xiàn)有光纜中使用的如PVC燃燒時(shí)會(huì)放出有毒性氣體，光纜穩(wěn)定劑中有時(shí)含鉛，都是對(duì)人體及環(huán)境有害的。從環(huán)境保護(hù)及阻燃性能的要求出發(fā)，有光纜廠家已經(jīng)采用環(huán)保材料開(kāi)發(fā)出了生態(tài)環(huán)保光纜，應(yīng)用于大樓及家庭等室內(nèi)環(huán)境。如對(duì)室內(nèi)用纜，可采用含有阻燃添加劑的聚酞胺化合物，以及無(wú)鹵性阻燃塑料。2001年ITU-T已通過(guò)了L45建議即"使電信網(wǎng)外部設(shè)備對(duì)環(huán)境的影響最小化"建議，以規(guī)范和控制光纜對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。另外光纜中還可采用納米光纖涂料、納米光纖油膏、納米護(hù)套用聚乙烯（PE）及光纖護(hù)套管用納米PBT等材料。采用納米材料的光纜，利用了納米材料所具有的許多優(yōu)異性能，對(duì)光纜的抗機(jī)械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善，并可延長(zhǎng)光纜的使用壽命。
總之，由以上的介紹我們可以得到如下結(jié)論，新型光纜結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)應(yīng)該是向著直徑小、重量輕、全干式、布放快的方向發(fā)展。具體而言，光纜的結(jié)構(gòu)形式要微型化，光纜阻水方式將會(huì)向著干式阻水發(fā)展，光纜技術(shù)研究的重點(diǎn)也將由室外光纜逐漸轉(zhuǎn)向室內(nèi)光纜，光纜工程的施工將由人工敷設(shè)向氣吹敷設(shè)發(fā)展。
