第1篇 光纤理论 3
第1章 光纤波导中的场和模 3
1.1 柱面电磁波，场的模式展开和正交性 3
1.1.1 光纤波导中的柱面电磁波 3
1.1.2 场的本征模式展开和正交性 4
1.1.3 电磁场的纵、横场矢量的分解 5
1.1.4 波函数的平面波展开 6
1.2 光纤波导中的本征模 6
1.2.1 光纤波导中的本征模 6
1.2.2 单模光纤 9
1.2.3 单模光纤的损耗机理 10
1.3 光纤波导中的线性偏振模 12
1.3.1 光纤波导中的线性偏振模（LP模） 12
1.3.2 LP模的截止频率 12
1.3.3 LP模的功率分布 13
1.4 光纤波导中的轨道角动量模式 14
1.4.1 光子轨道角动量（OAM）的概念和应用 14
1.4.2 光纤波导中的OAM模式 15
1.4.3 用以传输OAM模式的光纤结构 16
1.4.4 环状折射率分布的OAM光纤 16
1.5 光纤波导中的辐射模 17
1.6 光纤波导中的漏泄模 20
参考文献 26
第2章 单模光纤成缆前后的截止波长 28
2.1 单模光纤的截止波长 28
2.2 成缆光纤的截止波长 30
2.3 截止波长的测量原理 32
2.4 短光缆的截止波长 35
参考文献 36
第3章 单模光纤的波长色散及其补偿原理 37
3.1 光纤的折射率、群折射率、群延时和色散 37
3.2 单模光纤的波长色散 42
3.3 啁啾脉冲的基本概念 44
3.4 单模光纤波长色散的补偿 46
3.4.1 单模光纤波长色散的补偿原理 46
3.4.2 色散补偿光纤 46
3.4.3 线性啁啾光纤光栅及色散补偿 48
附录 单模光纤传输响应的近似表达式 49
参考文献 51
第4章 单模光纤的偏振模色散及其测量原理 53
4.1 单模光纤的本征偏振模及模式耦合 53
4.2 单模光纤的主偏振态（PSP） 56
4.3 偏振模色散和光纤长度的关系 59
4.4 用实验方法求主偏振态的PMD（琼斯矩阵本征分析法） 62
4.5 用固定分析器方法测量偏振模色散（极值计算法） 64
4.6 用主偏振态（PSP）方法测量偏振模色散 67
4.6.1 波因卡球方法 67
4.6.2 偏振态（SOP）方法 68
附录Ⅰ 偏振模色散的有关定义 69
附录Ⅱ 二阶偏振模色散 71
参考文献 71
第5章 偏振模色散对系统性能的影响 73
5.1 偏振模色散对于光传输系统性能的影响 75
5.2 偏振模色散对于光传输距离的影响 76
5.3 光纤光缆标准规范中偏振模色散的表示方式 77
参考文献 79
第6章 多模光纤的进展、带宽测量及其规范 80
6.1 多模光纤的进展 80
6.1.1 62.5 /125μm渐变折射率多模光纤（OM1,OM2） 80
6.1.2 50/125μm渐变折射率多模光纤（OM1,OM2） 80
6.1.3 OM3光纤 81
6.1.4 OM4光纤 81
6.2 多模光纤的带宽测量 82
6.2.1 DMD模板（DMD Mask）法 83
6.2.2 有效模式带宽计算（EMBc）方法 84
6.3 弯曲不敏感多模光纤 89
6.4 多模光纤的技术规范 92
6.5 OM5宽带多模光纤 97
6.5.1 OM5宽带多模光纤 97
6.5.2 多模光纤的波长色散 97
6.5.3 OM5宽带多模光纤的技术规范 98
6.6 VCSEL激光器 102
6.6.1 垂直腔面发射激光器（VCSEL）的结构 102
6.6.2 VCSEL激光器的特点 103
6.6.3 结言 104
参考文献 104
第7章 平面光波导技术及其发展 105
7.1 平面光波导概述 105
7.2 平面光波导传输原理 108
7.2.1 三层介质平板波导 108
7.2.2 弱导对称平板波导 109
7.2.3 矩形平板波导 110
7.2.4 对称矩形平板波导 112
7.3 PLC产品开发情况简介 112
7.3.1 光分路器 112
7.3.2 量子哈达玛（Hadamard）门 114
7.3.3 平面波导阵列光栅（AWG） 115
7.3.4 光开关 117
7.3.5 可变光衰减器 118
7.3.6 光梳（Interleaver） 119
7.3.7 PLC电光调制器 119
7.3.8 掺铒波导放大器（Erbium Doped Waveguide Amplifier,EDWA） 120
7.4 PLC混合集成模块 121
7.5 单片集成光路 122
7.6 本章小结 123
参考文献 124
第8章 光纤通信和光纤技术进展50年 126
8.1 第一阶段 光纤的诞生（1966—1976） 126
8.2 第二阶段 IM/DD中继通信系统（1977—1992） 127
8.3 第三阶段 DWDM，EDFA无中继通信系统（1993—2009） 127
8.4 第四阶段 高阶调制，相干接收／DSP通信系统（2010—） 131
8.4.1 相干通信的历史回顾 132
8.4.2 PDM—QPSK调制；相干接收＋DSP 132
8.4.3 G.65 4E光纤 135
8.4.4 超级信道（Supper Channel） 136
8.4.5 香农极限理论（Shannon Limit Theorem） 136
8.4.6 探求新的传输途径增加光纤系统的通信容量 138
8.4.7 光通信技术的五个物理维度（Five Physical Dimensions） 138
8.5 第五阶段 空分复用系统（SDM） 139
8.5.1 多芯光纤（MCF） 139
8.5.2 少模光纤的模分复用 139
8.5.3 光纤波导中的本征模，LP模以及OAM模 140
8.5.4 用以传输OAM模式的光纤结构 144
8.5.5 OAM模式复用技术小结 146
8.5.6 SDM的研究课题 147
8.6 光纤技术的历史演变 147
8.7 光纤在量子加密通信系统中的应用 148
8.7.1 量子通信 148
8.7.2 软件加密通信 148
8.7.3 光纤在量子加密通信中的应用 149
参考文献 150
第2篇 光纤 153
第1章 通信光纤的进展和规范：从G.65 2到G.65 6 153
1.1 G.65 2非色散位移单模光纤 153
1.1.1 光纤规范中的光纤属性和光缆属性 161
1.1.2 偏振模色散PMD的统计计算 161
1.1.3 ITU光纤规范中关于波长色散系数的表示方法 163
1.1.4 G.65 2 C/D光纤的氢老化试验 165
1.2 全波单模光纤 165
1.2.1 全波光纤的制造工艺 167
1.2.2 光纤的氘气处理 170
1.2.3 氘气处理对降低光纤氢损的作用 171
1.3 G.65 3色散位移单模光纤 173
1.4 G.65 4截止波长位移单模光纤 176
1.4.1 G.65 4光纤的截止波长 176
1.4.2 G.65 4光纤的规范 177
1.4.3 G.65 4光纤的进展 179
1.5 G.65 5非零色散位移单模光纤 181
1.5.1 G.65 5非零色散位移光纤简介 181
1.5.2 G.65 5光纤的设计原理 187
1.5.3 G.65 5光纤规范 190
1.6 G.65 6宽带非零色散位移单模光纤 197
附录：单模光纤的折射率剖面分布及其测量方法 200
参考文献 204
第2章 G.65 7弯曲损耗不敏感单模光纤 206
2.1 G.65 7光纤规范 206
2.2 G.65 7光纤的弯曲损耗性能 209
2.3 G.65 7光纤的机械可靠性 215
参考文献 220
第3章 OTDR的测量原理和应用 221
3.1 高频同轴线的TDR测量技术 221
3.2 光纤中的菲涅耳反射及瑞利散射 224
3.2.1 菲涅耳反射（Fresnel Reflection） 224
3.2.2 光纤介质的瑞利散射 224
3.3 OTDR的测量原理 227
3.4 用OTDR测量单模光纤的模场直径和截止波长 232
3.5 光纤模场直径的变化在OTDR测量上的反映 234
3.6 如何正确使用OTDR测量光纤熔接点损耗 236
参考文献 237
第4章 光纤制造工艺原理（一）——光纤预制棒制作工艺 239
4.1 原材料提纯 239
4.2 预制棒原料输送系统的蒸馏提纯原理 241
4.3 石英玻璃的物态 241
4.4 MCVD工艺原理 242
4.5 PCVD工艺原理 246
4.6 OVD工艺原理 251
4.7 VAD工艺原理 254
4.8 用OVD工艺制作预制棒外包层 255
4.9 预制棒脱水、烧结工艺 257
4.10 用套管（RIC）工艺制作光纤预制棒 258
4.11 光纤预制棒中的掺氟工艺 260
4.12 氦气的回收和再生利用 262
4.13 特种光纤制作工艺示例 263
4.13.1 掺铒光纤的制作 263
4.13.2 多包层光纤的制作 264
4.13.3 全波光纤的制作 266
4.14 光纤制造工艺的技术要点 267
参考文献 268
第5章 光纤制造工艺原理（二）——光纤拉丝中的光纤成型、冷却和涂覆技术 270
5.1 光纤的拉制 271
5.1.1 光纤的拉制成型 271
5.1.2 光纤的拉制成型中的应力 274
5.1.3 光纤拉丝炉中温度场、气流场及其沉积物关系 274
5.1.4 加热炉炉温的影响 278
5.1.5 在线预制棒组装及拉丝工艺 278
5.1.6 光纤拉丝塔的准直 280
5.1.7 光纤拉丝中的丝径控制 281
5.2 光纤的冷却 285
5.2.1 热传导方程 285
5.2.2 光纤拉丝工艺中氦气的回收和再生利用 288
5.3 光纤的涂覆 289
5.3.1 涂覆机理 289
5.3.2 涂层的紫外固化 291
5.3.3 光纤涂层的UV-LED固化工艺 292
5.3.4 光纤涂覆系统的构成 295
5.3.5 光纤拉丝过程中涂覆质量控制 299
5.3.6 光纤的涂层 300
5.3.7 涂层材料的组分 301
5.3.8 涂层对光纤力学性能的影响 303
5.3.9 光纤涂料规范 304
5.3.10 涂覆光纤的试验项目 305
5.4 光纤的氘气处理 306
5.4.1 光纤的氘气处理 306
5.4.2 过氘处理 309
5.5 光纤性能的测量项目（G.65 2D） 310
附录：拉丝生产中的工艺气体及其流量控制 311
参考文献 314
第6章 降低PMD的光纤拉丝搓扭技术 316
6.1 用光纤搓扭技术来降低光纤的PMD 316
6.2 光纤扭转原理 319
6.2.1 光纤的双折射及PMD 319
6.2.2 光纤扭转的理论模型 320
6.2.3 耦合模方程之解 321
6.2.4 不同扭转模式的比较 324
6.3 光纤拉丝工艺中的光纤搓扭装置与实践 325
参考文献 328
第7章 用VAD/OVD法制作G.65 2D光纤预制棒 330
7.1 光纤预制棒的制作 332
7.1.1 芯棒技术 332
7.1.2 包层技术方案的选择 333
7.2 光纤预制棒制作工艺中物料的分馏提纯 334
7.3 火焰水解反应的物理机理 335
7.3.1 火焰水解反应的物理机理 335
7.3.2 二氧化硅的掺杂 337
7.4 用VAD/OVD法制作G.65 2D光纤预制棒 339
7.4.1 VAD/OVD法工艺流程 339
7.4.2 VAD芯棒沉积 340
7.4.3 光纤水峰损耗的消除 341
7.4.4 预制棒脱水、烧结工艺 342
7.4.5 芯棒的延伸和表面蚀洗 343
7.4.6 用OVD工艺制作预制棒外包层 344
7.5 化学气相沉积的经济性考量 345
参考文献 347
第8章 用OMCTS制作光纤预制棒OVD包层 348
8.1 OMCTS（八甲基环四硅氧烷）的特性 349
8.2 OMCTS的提纯 350
8.3 OMCTS的供料系统和喷灯 352
8.4 供料系统中OMCTS的汽化 353
8.5 OMCTS-OVD包层技术的经济分析 354
附录 用于OMCTS-OVD包层工艺中有关气体的技术规范 357
参考文献 357
第3篇 光缆 361
第1章 光缆的拉伸性能及其测试方法 361
1.1 光纤的强度和使用寿命 361
1.1.1 光纤的筛选强度 361
1.1.2 光纤的强度和使用寿命 363
1.1.3 光纤的动态疲劳参数Nd 368
1.2 光缆的结构设计 369
1.2.1 中心束管式光缆 369
1.2.2 松套层绞式光缆 370
1.2.3 光缆强度元件设计计算 371
1.3 光缆实例及其拉伸性能 373
1.3.1 光缆实例及测试结果 373
1.3.2 光缆实例的拉伸曲线 375
1.4 光缆的拉伸试验 375
1.5 光缆行业标准中光缆拉伸试验条款的探讨 378
参考文献 381
第2章 带状光纤的制造设备、工艺和质量控制 382
2.1 带状光纤制造设备及制造工艺 383
2.1.1 带状光纤制造设备 383
2.1.2 带状光纤制造工艺 384
2.2 带状光纤的质量控制项目 388
参考文献 391
第3章 光纤和带纤的二次套塑及其余长控制 392
3.1 光纤二次套塑材料 392
3.1.1 聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT） 392
3.1.2 改性聚丙烯（PP） 396
3.1.3 改性聚碳酸酯（PC） 396
3.2 PBT塑料的束管成形特性 397
3.2.1 PBT塑料在挤塑机内熔融挤出的性状 397
3.2.2 PBT塑料在出模口到余长牵引之间的束管成形区的性状 399
3.2.3 PBT塑料在进入冷水槽后的性状 400
3.2.4 光纤二次套塑生产线 400
3.2.5 PBT色母料 401
3.3 余长形成的机理 402
3.3.1 热松弛法 402
3.3.2 弹性拉伸法 403
3.4 影响余长的主要因素 403
3.4.1 光纤放线张力对余长的影响 403
3.4.2 冷热水温差对余长的影响 404
3.4.3 主牵引张力对余长的影响 404
3.5 光纤油膏在二次套塑中的性状 405
3.6 光纤余长的在线测量 407
3.7 二次套塑生产线中的收线和放线 409
附录 光纤用二次被覆材料的国家标准 411
参考文献 413
第4章 用于制作光纤松套管的改性聚丙烯塑料 414
4.1 改性聚丙烯塑料的性能和制作 414
4.2 专用于改性PP松套管的纤膏 416
4.3 制作改性PP松套管的生产线 417
参考文献 419
第5章 光纤油膏的配制、性能和选用 420
5.1 光纤油膏的分类 421
5.1.1 按用途分类 421
5.1.2 按材料分类 421
5.2 光纤油膏的基本组成 421
5.2.1 基础油 422
5.2.2 胶凝剂和增稠剂 423
5.2.3 抗氧剂和添加剂 424
5.3 光纤油膏的触变性 424
5.4 光纤油膏的吸氢性能 428
5.5 光纤油膏的主要性能要求 429
5.5.1 光纤油膏在长期使用（寿命期）中性能的稳定 429
5.5.2 光纤油膏对光缆工艺的适应性 430
5.5.3 光缆在低温使用时对光纤油膏的要求 431
5.5.4 光纤油膏对光缆结构材料的相容性（compatibility） 431
5.5.5 光纤油膏的滴点（Drop Melting Point） 433
5.5.6 光纤油膏的其他性能 434
附录 关于聚合物／油液相互作用参数（chi）的原理 435
参考文献 437
第6章 干式光缆及其结构材料 439
6.1 光缆的渗水保护 439
6.2 干式光缆阻水的结构材料 440
6.3 干式光缆结构例示 441
6.4 光缆渗水的物理模型 443
6.4.1 短时阻水 443
6.4.2 长期阻水 445
6.5 吸水树脂的吸水原理 446
参考文献 450
第7章 光缆护套的制造工艺 452
7.1 护套的挤出工艺 452
7.1.1 光缆护套的挤出工艺 452
7.1.2 低烟无卤阻燃护套的挤出工艺 454
7.2 聚合物熔体的流变性状 456
7.2.1 聚合物熔体的本构关系 456
7.2.2 聚合物熔体流动性的表征参数 456
7.2.3 影响聚合物熔体黏性流动的因素 458
7.2.4 熔体黏度的幂律模型 460
7.2.5 状态方程 460
7.2.6 聚合物熔体的弹性效应 460
7.2.7 聚合物熔体在挤出模中的流变行为 461
7.2.8 聚合物熔体在挤出模中流动的模拟分析 463
7.3 光缆护层中的铠装工艺 464
7.4 光缆的缆膏喷涂工艺 465
7.5 护套的完整性检验 467
7.6 光缆护套的回缩 467
参考文献 468
第8章 光缆护套料的性能和配制 469
8.1 聚乙烯护套料 469
8.2 聚乙烯护套的性能和检测 471
8.2.1 聚乙烯护套料的抗光氧化性能 471
8.2.2 聚乙烯护套料的抗热老化性能 472
8.2.3 聚乙烯护套料的抗环境应力开裂性能 473
8.3 光缆护套料的配制 474
8.4 阻燃护套料 475
8.4.1 阻燃护套料概论 475
8.4.2 低烟无卤（LSZH）阻燃护套料 476
8.4.3 阻燃护套料的抗弯曲热应力开裂性能 477
8.4.4 偶联剂 478
8.5 耐电痕护套料 479
8.6 光缆的防鼠咬护层结构 479
参考文献 481
第9章 带状光缆的设计与分析 482
9.1 光纤带的几何尺寸规范 483
9.2 带状光缆的设计与分析 484
9.2.1 松套管内光纤带的余长及弯曲半径 484
9.2.2 光纤带叠合体四角上的光纤余长 486
9.2.3 光纤带束管的SZ绞合 486
9.2.4 光纤带束管的壁厚 487
9.2.5 骨架型光纤带的参数计算 488
9.3 带状光缆工艺要点 489
9.3.1 光纤并带 489
9.3.2 二次套塑 490
9.3.3 SZ绞合 490
9.3.4 骨架型带状光缆的骨架制作 490
9.3.5 骨架型带状光缆的成缆 491
参考文献 491
第10章 全介质自承式（ADSS）光缆的设计计算 492
10.1 ADSS光缆的张力与应变计算 492
10.2 ADSS光缆设计计算中应考虑的环境条件 496
10.3 ADSS光缆的结构选择 498
10.4 ADSS光缆抗张元件的选用和计算 499
10.4.1 芳纶纱的线密度LD 500
10.4.2 芳纶纱的拉伸强度和拉伸模量 500
10.4.3 芳纶纱的螺旋绞合 501
10.4.4 芳纶纱绞合层厚度 501
10.4.5 芳纶纱的蠕变性能 502
10.5 ADSS光缆的外护套 503
10.5.1 ADSS光缆的外护套挤出工艺 503
10.5.2 ADSS光缆的外护套材料 503
10.6 ADSS光缆的工程设计 504
10.6.1 代表跨距 504
10.6.2 ADSS光缆的安全运行条件 505
10.6.3 ADSS光缆的抗张元件的计算 506
参考文献 507
第11章 OPGW光缆的设计和制造 509
11.1 OPGW光纤单元结构的发展 509
11.1.1 “层绞缆芯＋铝管”的光纤单元 509
11.1.2 “铝骨架＋铝管”的光纤单元 510
11.1.3 “不锈钢管”的光纤单元 510
11.2 OPGW光缆的设计 512
11.2.1 光纤通信设计的基本要素 512
11.2.2 架空地线设计的基本要求 513
11.3 OPGW光缆的制造 517
11.3.1 不锈钢光单元的制造 517
11.3.2 OPGW光缆的绞制 520
11.4 OPGW光缆的试验项目 520
参考文献 521
第12章 海底光缆的设计和制造 522
12.1 海底光缆规范 523
12.2 海底光缆分类 523
12.2.1 有中继和无中缆海缆 524
12.2.2 浅海光缆和深海光缆 524
12.3 海底光缆结构 524
12.3.1 缆芯 525
12.3.2 铠装保护层 526
12.4 海底光缆的主要技术性能 528
12.5 国标推荐的典型结构和性能 529
12.6 海底光缆的力学性能和应力应变性能 529
12.6.1 海底光缆的力学性能 529
12.6.2 海底光缆的应力应变性能 531
12.7 海底光缆设计要素 532
12.7.1 海底光缆的析氢 532
12.7.2 海底光缆中光纤的强度设计和寿命 532
12.8 海底光缆中光纤的选用和余长设计 533
12.8.1 海底光缆中光纤的选用 533
12.8.2 海底光缆中光纤的余长设计 534
12.9 海底光缆制造技术 534
12.9.1 原材料选用 534
12.9.2 典型制造工艺 535
参考文献 538
第13章 金属镍光纤插芯的进展 540
13.1 前言 540
13.2 陶瓷插芯制作工艺 540
13.3 用电铸法制作金属镍光纤插芯 541
13.4 金属镍插芯施加在光纤上的热应力影响的数值分析 545
13.4.1 插芯内光纤的应力的分析 545
13.4.2 数值分析 546
13.5 金属镍插芯在光纤连接器小型化方面的应用前景 547
参考文献 550
