關于光纖接續損耗測試以及分析

　　摘要：本文介紹光纖接續損耗產生的原因，光纖接續損耗測試的原理以及幾種測試方法的應用和計算，較為系統的闡述了光纖接續損耗測試的科學方法。 

　　光纖接續損耗是光纖通信系統性能指標中的一項重要參數，損耗值的大小直接影響到光傳輸系統的整體傳輸質量，在光纜施工和維護測試中，運用科學的測試分析方法，對提高整個光纜接續施工質量和維護工作極其重要，尤其是進一步研究光通信中長波長的單模光纖的通信性能、傳輸衰耗、測量精度和檢查維修等方面有一定現實意義。

一、 光纖接續損耗分析

　　1、 光纖接續損耗產生的原因

　　1.1 本征損耗

　　本征損耗是光纖材料所固有的一種損耗，預制棒拉絲成纖后就確定了，這種損耗無法避免，引起光纖本征損耗的主要原因是散射和吸收，散射是由于材料密度不均勻而產生的瑞利散射，吸收主要是光纖材料中的雜質粒子對某些波長的光產生強烈的吸收。

　　1.2光纖的附加損耗

　　附加損耗是成纖后產生的損耗，主要是由于光纖受到彎曲和微彎所產生的，在成纜和光纜的施工過程中，都不可避免地要發生彎曲，因此就會產生附加損耗，對于單模光纖，對接的兩根纖，由于模場直徑，纖芯和包層的同心度、纖芯的不圓度參數的差異，會導致光纖接續損耗的產生，在兩根光纖完全對準，且忽略端面間隙的情況下，接續損耗主要取決于光纖模場直徑的差異，接續損耗的計算為：b=20lg[1/2(d1/d2+ d2/ d1)], d1與d2分別為兩對接光纖的模場直徑，從計算公式可以看出，兩對接光纖的模場直徑相等（即d1=d2）時，其接續損耗b=0。

　　2、 影響光纖接續損耗的原因

　　影響光纖接續損耗的原因，主要是光纖本身的結構參數和熔接機的熔接質量，同時還有一些人為因素和機械因素，比如光纖收容盤纖產生的彎曲損耗，光纖切割的斷面質量，橫向失配、縱向分離、軸向傾斜等。

二、 光纖接續損耗測試分析

　　1、 熔接機對接續損耗估算原理

　　熔接機接續是通過對光纖X軸和Y軸方向的錯位調整，在軸心錯位最小時進行熔接的，這種能調整軸心的方法稱為纖芯直視法，這種方法不同于功率檢測法，現場是無法知道接續損耗的確切數值的，在整個調整軸心和熔接接續過程中，通過攝像機把探測到所熔接纖芯狀態的信息，送到熔接機的分析程序中，然后熔接機計算出接續損耗值，其實準確地說，這只能是說明光纖軸心對準的程度，并不含有光纖本身的固有特性所影響的損耗，而OTDR的測試方法是后向散射法，它包含有光纖參數的不同形式的反射損耗，所以熔接機所顯示的數據配合觀察光纖接續斷面情況只是粗略地估計了光纖接續點損耗的狀況，不能作為光纖接續損耗的真實值。

　　2、 OTDR的工作原理

　　背向散射法是將大功率的窄脈沖光注入待測光纖，然后在同一端檢測沿光纖軸向向后返回的散射光功率，由于光纖材料密度不均勻，其本身的缺陷和摻雜成分不均勻，當脈沖通過光纖傳輸時，沿光纖長度上的每一點均會引起瑞利散射，其中總有一部分進入光纖的數值孔徑角，沿光纖軸反向傳輸到輸入端。瑞利散射光的波長與入射光的波長相同，其光功率與散射點的入射光功率成正比，測量沿光纖軸向返回的背向瑞利散射光功率可采集到沿光纖傳輸損耗的信息，從而測得光纖的衰減。

　　光時域反射儀通過光發送脈沖進入輸入光纖，同時在輸入端接收其中的菲涅爾反射光和瑞利背向散射光，再變成電信號，隨時間在示波器上顯示。

　　使用OTDR測試光纖接續損耗時，1550nm的波長對光纖彎曲的損耗較1310nm敏感，所以光纖接續損耗測試應選擇1550nm波長，以便觀察光纜敷設和光纖接續中是否會因光纖彎曲過度而造成損耗增大，但采用光源光功率計全程傳輸損耗測試時應對1310nm和1550nm兩波長進行分測。

　　用OTDR監測光纖接續，常用的有兩種方法，第一種是前向單程測試法，OTDR在光纖接續方向前一個接頭點進行測試，采用這種方法監測，測試點與接續點始終只隔一盤光纜長度，測試接頭衰耗較為準確，測試速度較快，大部分情況下能較為準確的取得光纖接續的損耗值，但缺點是所測得的損耗值全部是單向測試數據，還不能全面、精確地反映光纖接續的真正的損耗值。如圖所示：





圖1 光纖損耗測試圖


　　第二種是前向雙程測試法，OTDR測試點與接續點的位置仍同前向單程監測布置一樣，但須在接續方向的最始端做環回，即在接續方向的始端將每組束管內的光纖分別兩兩短接，組成環回回路，由于增加了環回點，所以OTDR測試可以測出接續損耗的雙向值，用OTDR前向雙程測試光纖，兩方向測試的結果有時會不同，主要原因是光纖芯徑和相對折射率均不相同時（即不同品牌或不同批次的光纖熔接），不僅會造成熔接損耗增加，還會造 成OTDR兩個方向（A端到B端或B端到A端）的測量值相差很大，當兩根被熔接的光纖的模場直徑不同時，因為小模場直徑光纖傳導瑞利散射光的能力比大模場直徑光纖強，所以當這兩種直徑的光纖熔接時，若從小模場直徑光纖向大模場直徑光纖方向測試時，熔接損耗可能是負值（即虛假增益），反之，則出現高損耗值，這是一種表面現象，是由于不同模場直徑對瑞利散射光傳導能力不同所造成測量上的缺陷，并非熔接點的實際損耗，所以從兩個不同方向測試并取平均值后，所得的損耗才是熔接點的真正損耗，比如一個接頭從A到B測得的損耗為0.18dB，而從B到A測得的損耗為-0.12dB，實際上此頭的損耗為[0.18+（-0.12）]/2=0.03dB，但如果從單向值0.18dB來判斷，可能會誤認為接續不合格，掐斷重接，所以雙向測試能避免這種誤判的情況，具體測試原理及方法如下：





圖2 測試原理與方法


　　1、 接續點做好第1纖的接續端面后，測試點使用OTDR根據最強的菲涅爾反射峰找好接續點的位置，并記錄n1。

　　2、 接續點熔接好第一纖后，測試點從A至B方向監測第1纖的A至B正向損耗值，并記錄m1正。

　　3、 接續點做好第2纖接續端面后，測試點使用OTDR經過1、2纖的環回找到第2纖B至A方向接續點的位置，并記錄n2。

　　4、 接續點在熔接好第2纖后，測試點從A至B并經環回后變為B至A方向監測第2纖的B至A的反向損耗值，并記錄m2反。

　　5、 測試點再把第2纖接入OTDR測試端口，利用上述記錄的n1位置，快速定位找出第2纖的A至B方向的正向接續損耗值，并記錄m2正，接下來經過環回利用上述記錄的n2位置，快速定位找出第1纖的B至A方向的反向接續損耗值，并記錄m1反。

　　6、 計算第1纖、第2纖的接續損耗：Loss1=1/2(m1正+m1反) 
　　　　　　　　　　　　　　　　　　Loss2=1/2(m2正+m2反)

　　這種方法的優點是能準確評估光纖接續損耗，缺點是雙向測試增加了工作量，減慢了測試速度，比如中繼段較長的線路，在離起始端20km處接續，如一盤光纜長2km，則在距離起始端2km處測試，那樣測試正向值是測2km處的衰耗值，測反向則是42km處的衰耗值，由于距離越來越長，信號較弱已不能準確地測出反向值，要想繼續雙向監測，必須在另一頭做環回來進行接續和測試，這樣中間最終必有一個頭無法雙向監測。

　　總之，上述兩種光纖接續損耗的測試方法是目前通行的測試方法，根據不同的現場情況和實際要求，可以采用不同的測試方法，隨著光通信技術的進步與發展，相信很快就會有更先進、更精確的光纖衰耗測試設備和測試手段應用到光纜施工、光線路傳輸質量的分析之中去。


參考文獻：
　　《現代光纖通信技術》，吳翼平，國防工業出版社
　　《光纖通信工程》，趙梓森，人民郵電出版社
　　《光同步數字傳輸網》，韋樂平，人民郵電出版社
　　《光纖通信系統》，顧畹儀 李國瑞，北京郵電大學出版社
　　《光纜通信工程》，李立高，人民郵電出版社
　　《光纖光纜工程測試》，胡先志 劉澤恒，人民郵電出版社