光纤的传输损耗特性相关知识

紫炫冰

光纤的传输损耗特性相关知识

光纤的传输损耗特性是决定光网络传输距离、传输稳定性和可靠性的最重要因素之一。光纤传输损耗的产生原因是多方面的，在光纤通信网络的建设和维护中，最值得关注的是光纤使用中引起传输损耗的原因以及如何减少这些损耗。光纤使用中引起的传输损耗主要有接续损耗（光纤的固有损耗、熔接损耗和活动接头损耗）和非接续损耗（弯曲损耗和其它施工因素和应用环境所造成的损耗）两类。

1、接续损耗及其解决方案
1.1 接续损耗
　　光纤的接续损耗主要包括：光纤本征因素造成的固有损耗和非本征因素造成的熔接损耗及活动接头损耗三种。
　　（1） 光纤固有损耗 主要源于光纤模场直径不一致；光纤芯径失配；纤芯截面不圆；纤芯与包层同心度不佳四点；其中影响最大的是模场直径不一致。
　　（2）熔接损耗 非本征因素的熔接损耗主要由轴向错位；轴心（折角）倾斜；端面分离（间隙）；光纤端面不完整；折射率差；光纤端面不清洁以及接续人员操作水平、操作步骤、熔接机电极清洁程度、熔接参数设置、工作环境清洁程度等其他因素造成。
　　（3）活动接头损耗 非本征因素的活动接头损耗主要由活动连接器质量差、接触不良、不清洁以及与熔接损耗相同的一些因素（如轴向错位、端面间隙、折角、折射率差等）造成。
1.2 解决接续损耗的方案
　　（1）工程设计、施工和维护工作中应选用特性一致的优质光纤 一条线路上尽量采用同一批次的优质名牌裸纤，以求光纤的特性尽量匹配，使模场直径对光纤熔接损耗的影响降到最低程度。
　　（2）光缆施工时应严格按规程和要求进行
　　配盘时尽量做到整盘配置（单盘≥500米），以尽量减少接头数量。敷设时严格按缆盘编号和端别顺序布放，使损耗值达到最小。
　　（3）挑选经验丰富训练有素的接续人员进行接续和测试
　　接续人员的水平直接影响接续损耗的大小，接续人员应严格按照光纤熔接工艺流程进行接续，严格控制接头损耗，熔接过程中时刻使用光域反射仪（OTDR）进行监测（接续损耗≤0.08dB/个），不符合要求的应重新熔接。使用光时域反射仪（OTDR）时，应从两个方向测量接头的损耗，并求出这两个结果的平均值，消除单向OTDR测量的人为因素误差。
（4）保证接续环境符合要求
　　严禁在多尘及潮湿的环境中露天操作，光缆接续部位及工具、材料应保持清洁，不得让光纤接头受潮，准备切割的光纤必须清洁，不得有污物。切割后光纤不得在空气中暴露时间过长尤其是在多尘潮湿的环境中。接续环境温度过低时，应采取必要的升温措施。
（5）制备完善的光纤端面
　　光纤端面的制备是光纤接续最为关键的工序。光纤端面的完善与否是决定光纤接续损耗的重要原因之一。优质的端面应平整，无毛刺、无缺损，且与轴线垂直，光纤端面的轴线倾角应小于0.3度，呈现一个光滑平整的镜面，且保持清洁，避免灰尘污染。应选用优质的切割刀，并正确使用切割刀切割光纤。裸纤的清洁、切割和熔接应紧密衔接，不可间隔过长。移动光纤时要轻拿轻放，防止与其他物件擦碰而损伤光纤端面。
（6）正确使用熔接机
　　正确使用熔接机是降低光纤接续损耗的重要保证和关键环节。
①应严格按照熔接机的操作说明和操作流程，正确操作熔接机。
②合理放置光纤，将光纤放置到熔接机的V型槽中时，动作要轻巧。这是因为对纤芯直径为10 nm的单模光纤而言，若要熔接损耗小于0.1dB，则光纤轴线的径向偏移要小于0.8nm。
③根据光纤类型正确合理地设置熔接参数（预放电电流、时间及主放电电流、主放电时间等）。
④在使用中和使用后应及时去除熔接机中的灰尘（特别是夹具、各镜面和ｖ型槽内的粉尘和光纤碎末）。
⑤熔接机电极的使用寿命一般约2000次，使用时间较长后电极会被氧化，导致放电电流偏大而使熔接损耗值增加。此时可拆下电极，用蘸酒精的医用脱脂棉轻轻擦拭后再装到熔接机上，并放电清洗一次。若多次清洗后放电电流仍偏大，则须重新更换电极。
（7）尽量选用优质合格的活动连接器，保证连接器性能指标符合相关规定活动接头的插入损耗应控制在0.3 dB/个以下（甚至更低），附加损耗不大于0.2 dB/个
（8）活动接头应接插良好、耦合紧密，防止漏光现象
（9）保证活动连接器清洁
施工、维护中应注意清洗插头和适配器（法兰盘）并保证机房和设备环境的清洁，严防插头和适配器（法兰盘）有污物和灰尘，尽量减少散射损耗。
2、非接续损耗及其解决方案
2.1 非接续损耗
　　光纤使用中引起的非接续损耗主要有弯曲损耗和其它施工因素及应用环境造成的损耗。
　　（1）弯曲造成的辐射损耗 当光纤受到很大的弯折，弯曲半径与其纤芯直径具有可比性时，它的传输特性会发生变化。大量的传导模被转化成辐射模，不再继续传输，而是进入包层被涂覆层或包层吸收，从而引起光纤的附加损耗。光纤的弯曲损耗有宏弯曲损耗和微弯曲损耗两种类型。
　　①宏弯损耗 光纤的曲率半径比光纤直径大的多的弯曲（宏弯）引起的附加损耗，主要原因有：路由转弯和敷设中的弯曲；光纤光缆的各种预留造成的弯曲（预留圈、各种拿弯、自然弯曲）；接头盒中光纤的盘留、机房及设备内尾纤的盘绕等。
　　②微弯损耗 光纤轴产生μm级的弯曲（微弯）引起的附加损耗，主要原因有：光纤成缆时，支承表面微小的不规则引起各部分应力不均匀而形成的随机性微弯；纤芯与包层的分界面不光滑形成的微弯；光缆敷设时，各处张力不均匀而形成的微弯；光纤受到的侧压力不均匀而形成的微弯；光纤遇到温度变化，因热胀冷缩形成的微弯。
（2）其它施工因素和应用环境造成的损耗
　　①不规范的光缆上架引起的损耗。层绞式松套结构光缆容易产生此类损耗，原因在于，其一是光缆上架处多根松套管相互扭绞；其二是使用扎带将松套管绑扎到接头盒的容纤盘卡口时，使松套管出现急弯；其三是光缆上架时金属加强构件与光纤松套管出现上下错位。这些因素会引起损耗增大。
　　②热缩不良的热熔保护引起的损耗。原因主要有，其一是热熔保护管自身的质量问题，热熔后出现扭曲，产生气泡；其二是熔接机的加热器加热时，加热参数设置不当，造成热熔保护管变形或产生气泡；其三是热缩管不干净、有灰尘或沙砾，热熔时对接续点有损伤，引起损耗增大。
　　③直埋光缆不规范施工引起的损耗。原因在于，其一是光缆埋深不够，受到载重物体碾压后受损；其二是光缆路由选择不当，因环境和地形变化使光缆受到超出其容许负荷范围的外力；其三是光缆沟底不平，光缆出现拱起、挂起现象，回填后有残余应力；其四是其它原因造成光缆外护层受损伤而进水，造成氢损。
　　④架空光缆不规范施工引起的损耗。原因主要有，其一是在光缆敷设施工中，光缆打小圈、弯折、扭曲及打背扣，牵引时猛拉、出现浪涌，瞬间最大牵引力过大；其二是光缆挂钩使用不当，卡挂方向不一致出现蛇行弯，间隔过于稀疏，光缆因垂度过大而受力；其三是盘留于杆上的光缆未固定牢固，光缆受到长期外力和短期冲击力而遭到损伤；其四是光缆布防太紧，没考虑光缆的自然伸长率；其五是其它原因造成光缆外护层受损伤而进水，造成氢损。
　　⑤管道光缆不规范施工引起的损耗。原因在于，其一是光缆采用网套法布防时，牵引速度控制不好，光缆出现打背扣、浪涌；其二是穿放光缆时，没有布防塑料子管，光缆被擦伤；其三是其它原因造成光缆外护层受损伤而进水，造成氢损。
　　⑥机房、设备内尾纤和光纤跳线绑扎、盘绕不规范，出现交叉缠绕等现象造成损耗。
　　⑦光缆接头盒质量不良，接头盒封装、安装不规范，因外界作用造成接头盒受到损伤等，造成进水而出现氢损。
　　⑧光缆在架设过程中的拉伸变形，接续盒中夹固光缆压力太大，容纤盘中热熔管卡压过紧，容纤盘中光纤盘绕不规范等引起的损耗。
2.2 解决非接续损耗的方案
（1）工程查勘设计、施工中，应选择最佳路由和线路敷设方式。
（2）组建、选择一支高素质的施工队伍，保证施工质量，这一点至关重要，任何施工中的疏忽都有可能造成光纤损耗增大。
（3）设计、施工、维护中，积极采取切实有效的光缆线路 “四防”措施（防雷、防电、防蚀、防机械损伤），加强防护工作。
（4）使用支架托起缆盘布放光缆，不要把缆盘放倒后采用类似从线轴上放的办法布放光缆，不要让光缆受到扭力。光缆布放时，应统一指挥，加强联络，要采用科学合理的牵引方法。布防速度不应过快；连续布防长度不宜过长，必要时应采用倒“8”字，从中间向两头布放。在拐弯处等有可能损伤光缆的地方一定要小心并采取必要的保护手段。遇到在闹市区布放光缆等需要临时盘放光缆的情况时，使用8字形盘留，不让光缆受到扭力。
（5）光缆布放时，必须注意允许的额定拉力和弯曲半径的限制，在光缆敷设施工中，严禁光缆打小圈及弯折、扭曲，防止打背扣和浪涌现象。牵引力不超过光缆允许的80％，瞬间最大牵引力不超过100％，牵引力应加在光缆的加强件上，特别注意不能猛拉和发生扭结现象。光缆转弯时弯曲半径应不小于光缆外径的15～20倍。
（6）不要使用劣质的，尤其是已经弯曲变形的热缩套管，这样的套管在热缩时内部会产生应力，施加在光纤上使损耗增加。携带、存放套管时，注意清洁，不要让异物进入套管。
（7）在接续操作时，要根据收容盘的尺寸决定开剥长度，尽量开剥长一些，使光纤较从容的盘绕在收盘内（盘留长度为60～100cm）。应该重视熔接后光纤的收容（光纤的盘纤和固定），盘纤时，盘圈的半径越大，弧度越大，整个线路的损耗越小，所以一定要保持一定的半径（R≥40mm），避免产生不必要的损耗，大芯数光缆接续的关键在收容。接续操作时，开缆刀切入光缆的深度要把握好，不要把松套管压扁使光纤受力。采用合格接头材料并按照规范和操作要求，正确封装、安装接头盒。
（8）机房内尽量整洁，尾纤应该有圈绕带保护，或单独给尾纤使用一个线，不使尾纤之间或与其他连线之间交叉缠绕，也尽量不要把尾纤（即使是临时使用）放在脚可以踩到的地方。光缆终端时注意避免跳线在走线中出现直角，特别是不应用塑料带将跳线扎成为直角，否则光纤因长期受应力影响引起损耗增大。跳线在拐弯时应走曲线，弯曲半径应不小于40ｍｍ。布放中要保证跳线不受力、不受压，以避免跳线长期的应力疲劳。光纤成端操作（ODF）时，不要将尾纤捆扎太紧。
（9）加强光缆线路的日常维护和技术维修工作。
　　光纤入户（FTTH）是信息时代发展的必然，光网络互联是数字地球的明天。伴随着各级各类光纤通信网络的大量建设和运行，正视和解决光纤使用中引起的传输损耗问题必将在光纤通信工程设计、施工、维护中极大地改善和优化光纤通信网络传输性能。