什么是光纖接續(xù)損耗？ | 智能百科

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毫無(wú)疑問(wèn)，光纖電纜是一種比主流銅纜更快、更輕、更靈活、更可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式。隨著對(duì)數(shù)據(jù)和高速通信的需求不斷增長(zhǎng)，光纖將變得無(wú)處不在。

然而，構(gòu)建長(zhǎng)距離光纜網(wǎng)絡(luò)也面臨著挑戰(zhàn)。這種安裝是通過(guò)用光纜連接器或熔接器連接兩個(gè)光纖端部來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然，在有連接的地方，就會(huì)出現(xiàn)某種形式的光纖拼接衰減，即光信號(hào)損失。如果設(shè)計(jì)人員不小心，光纖中的接續(xù)損耗可能會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)性能的一大障礙。

本文將仔細(xì)研究光纖接續(xù)損耗現(xiàn)象，并解答相關(guān)問(wèn)題。

什么是光纖接續(xù)？

在深入研究各種數(shù)字和方程之前，先來(lái)更清楚地了解光纖電纜的接續(xù)是什么。

光纖接續(xù)是指將兩根光纖連接起來(lái)，使光信號(hào)形成更長(zhǎng)的鏈路的過(guò)程。因此，光纖接續(xù)使長(zhǎng)距離光纖通信成為可能。因此，光纖接續(xù)涉及耦合器，其中一個(gè)光纖束的末端和另一光纖束的始端相連。光纖接續(xù)的目標(biāo)是確保任何穿過(guò)的光不會(huì)從拼接點(diǎn)反射回來(lái)。因此，只有當(dāng)兩個(gè)光纖束以適當(dāng)?shù)膸缀涡螤詈蛷?qiáng)度排列在一起時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)充分的拼接。

現(xiàn)在，有兩種廣泛的光纖接續(xù)類型或拼接方法：

融合光纖拼接是設(shè)計(jì)人員和安裝人員的首選拼接方法，因?yàn)槠渚哂?.05-0.10 dB的低光損耗范圍。這對(duì)于單模和多模光纖也同樣有效。另一方面，機(jī)械拼接，尤其是V型槽拼接，由于其非永久性性質(zhì)和輕微的偏離，會(huì)導(dǎo)致更大的拼接損耗。

現(xiàn)在，光纖連接中的拼接數(shù)量越多，接續(xù)損耗就越大。但光纖中的接續(xù)損耗到底是什么？

什么是光纖接續(xù)損耗？

正如已讀到的，穿過(guò)光纖電纜芯的光纖束將逐漸失去其信號(hào)強(qiáng)度。這種現(xiàn)象稱為衰減或光纖損耗。雖然發(fā)生的方式有很多種，但衰減也會(huì)以光纖接續(xù)損耗的形式發(fā)生。

光纖電纜中的衰減類型，包括接續(xù)損耗

光纖中的接續(xù)損耗定義為光功率中未通過(guò)拼接傳輸而是從光纖輻射出的部分。其以分貝(dB)為單位，公式為：

α拼接=10log 10 P in/P trans

其中：

α拼接=光纖接續(xù)損耗

Pin=拼接的總功率

Ptrans=通過(guò)拼接傳輸?shù)墓夤β实乃璨糠?/p>

由于融合拼接的總功率總是大于其理想傳輸?shù)墓β剩虼私永m(xù)損耗始終為正。然而，在拼接技術(shù)中，這種損耗通?？梢院雎圆挥?jì)，通常為0.05至0.1 dB。

發(fā)生接續(xù)損耗的兩個(gè)主要原因是內(nèi)部因素，也稱為固有纖芯衰減，和外部因素，也稱為外在光纖衰減。對(duì)于制造商和光纖安裝人員來(lái)說(shuō)，盡可能減少接續(xù)損耗非常重要。這樣做可以更有效地在更長(zhǎng)的距離上傳輸光信號(hào)。

如何測(cè)量光纖接續(xù)損耗？

知道什么是光纖接續(xù)和光纖接續(xù)損耗，那想知道其是如何測(cè)量的嗎？答案是光時(shí)域反射儀（OTDR）。其通常用于測(cè)量接續(xù)損耗。

OTDR的操作很簡(jiǎn)單。在光纖測(cè)試過(guò)程中，其從光纖的一端向光纖中注入一系列光脈沖。然后，其從同一端提取任何背散射光，并測(cè)量其強(qiáng)度作為時(shí)間和光纖長(zhǎng)度的函數(shù)。

因此，在拼接和OTDR測(cè)量過(guò)程中，當(dāng)具有不同幾何特性和MFD值的兩根光纖被拼接時(shí)，OTDR捕獲不同量的后向散射光。這會(huì)導(dǎo)致表面出現(xiàn)明顯的增益或損耗偽影。下圖對(duì)此進(jìn)行了描述。

在確定實(shí)際接續(xù)損耗之前，還可以通過(guò)以下公式確定測(cè)得的接續(xù)損耗的誤差分量：

αOTDR=10.log[ω1/ω2]

其中，ω1和ω2表示第一和第二光纖各自的光纖模場(chǎng)半徑。

然后使用以下公式計(jì)算總單向OTDR測(cè)量的接續(xù)損耗：

測(cè)量的α=[αothers+αMFD]接續(xù)損耗+αOTDR

其中，α測(cè)量=單向OTDR損耗

αothers=磁芯到磁芯的偏移、傾斜和其他損耗機(jī)制

αOTDR=OTDR損耗的誤差分量

現(xiàn)在，為了消除接續(xù)損耗測(cè)量中的誤差分量，OTDR進(jìn)行雙向讀數(shù)。在此方法中，從拼接光纖的兩側(cè)進(jìn)行測(cè)量，從而測(cè)量拼接點(diǎn)處的階躍或增益（A1和A2）。最終接續(xù)損耗通過(guò)取雙向OTDR跡線的平均值來(lái)計(jì)算。公式如下：

接續(xù)損耗=[A1+A2]/2=[(Δω+δ)+(-Δω+δ)]/2=δ

其中，Δω=αOTDR

δ=[αothers+αMFD]接續(xù)損耗

控制光纖接續(xù)損耗的參數(shù)

在光纖的拼接中，光纖的接續(xù)損耗由兩個(gè)主要參數(shù)控制：內(nèi)在接續(xù)損耗和外在接續(xù)損耗。

內(nèi)在參數(shù)

假設(shè)正在拼接一組兩個(gè)單模光纖?，F(xiàn)在，由于內(nèi)在參數(shù)處理由于光纖本身的特性而產(chǎn)生的損耗，因此可以觀察到兩種光纖之間的主要區(qū)別在于其不同的模場(chǎng)半徑。

為了計(jì)算模態(tài)場(chǎng)半徑，使用以下公式：

ω≈acore(0.65+1.6/v3/2)

其中，acore=纖芯半徑

v=廣義波數(shù)=(2π/λ)核心NA

最終，接續(xù)損耗是給定波長(zhǎng)下兩根光纖模態(tài)半徑差異的結(jié)果。由于模態(tài)場(chǎng)直徑(MFD)不匹配而導(dǎo)致的損耗由以下公式給出：

αMFD=-20 Log 10[2ω1ω2/ω1 2+ω2 2]

下圖描述了當(dāng)一根光纖的MFD保持恒定，而另一根光纖的MFD發(fā)生變化時(shí)的接續(xù)損耗變化。當(dāng)MFD差為1μm時(shí)，內(nèi)在接續(xù)損耗可高達(dá)0.05 dB。

另一方面，第二張圖描繪了通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的G.652.D光纖的接續(xù)損耗，其中，具有固定MFD值的一根測(cè)試光纖拼接至具有一定范圍MFD值的光纖。

控制光纖接續(xù)損耗的參數(shù)

除了常見(jiàn)的接續(xù)損耗之外，固有衰減還包括吸收損耗、色散損耗和散射損耗。

外在參數(shù)

光纖接續(xù)損耗還取決于拼接過(guò)程中出現(xiàn)的許多外在參數(shù)。這些包括：

未優(yōu)化的拼接參數(shù)，如下圖所示，可以在兩根相同的光纖中誘導(dǎo)高達(dá)0.04 dB的接續(xù)損耗。因此，使用熟練的拼接操作人員和自動(dòng)化設(shè)備的重要性不容低估。

同樣，為了獲得可接受的接續(xù)損耗，重要的是要通過(guò)良好的切割來(lái)準(zhǔn)備光纖端部以進(jìn)行拼接。此處，已發(fā)現(xiàn)小于2度的切割角度會(huì)導(dǎo)致可接受的接續(xù)損耗。

除了光纖接續(xù)損耗之外，其他類型的外在損耗包括連接器損耗或插入損耗和彎曲損耗。

總結(jié)

光纖接續(xù)損耗是不可避免的，無(wú)論是內(nèi)在的還是外在的。然而，必須始終進(jìn)行盡職調(diào)查，以確保將其降至最低。這樣，輸出光功率就能被接收器很好地接收，同時(shí)也為隨時(shí)間推移的任何性能下降留下誤差范圍。使用更優(yōu)質(zhì)的光纖和先進(jìn)的拼接技術(shù)和技能至關(guān)重要。

常見(jiàn)問(wèn)題解答

問(wèn)：造成光纖損耗的原因有哪些？

答：與任何形式的能量或電力傳輸一樣，光纖也會(huì)遭受許多損耗。在光纖中，光束通過(guò)光纖電纜的芯傳輸光信號(hào)。當(dāng)光束通過(guò)電纜傳播時(shí)，光束以及信號(hào)都會(huì)失去強(qiáng)度。這是由于一種稱為衰減的現(xiàn)象造成的。衰減是由許多因素引起的，既有內(nèi)在的，也有外在的。其還包括光的吸收、光的散射、光纜彎曲造成的損耗或光纖接續(xù)損耗。

問(wèn)：光纖通信中有哪些損耗？

答：光纖通信中存在多種光信號(hào)損耗。其都會(huì)導(dǎo)致光纖信號(hào)的衰減，即輸出功率相對(duì)于輸入功率的減少。光纖通信中的各種損耗有：

問(wèn)：連接器上兩個(gè)接頭的對(duì)接可接受的損耗是多少？

答：在設(shè)計(jì)光纖時(shí)，平衡性能與光損耗非常重要。由于光損耗是不可避免的，因此各種過(guò)程中始終存在可接受的最低損耗水平。當(dāng)連接器上的兩個(gè)接頭配對(duì)時(shí)，可接受的光纖接續(xù)損耗經(jīng)計(jì)算約為每個(gè)連接器0.7至1.5 dB。在拼接中，每個(gè)拼接可接受的損耗降低至0.1至0.5 dB左右。因此，拼接技術(shù)在業(yè)界受到青睞也就不足為奇了。

問(wèn)：光纖可接受的dB損耗是多少？

答：根據(jù)光纖協(xié)會(huì)(FOA)的規(guī)定，光纖可接受的dB損耗取決于光纖電纜的類型：多模光纖電纜或單模光纖電纜。對(duì)于850 nm光源，多模光纖損耗定義為每公里3 dB左右；對(duì)于1300 nm光源，多模光纖損耗定義為每公里1 dB左右。同樣，對(duì)于1310 nm光功率源，單模光纜的可接受的光纖損耗約為每公里0.5 dB，對(duì)于1550 nm光功率源，單模光纜的可接受光纖損耗為每公里0.4 dB。

問(wèn)：如何解決光纖損耗問(wèn)題？

答：雖然光纖損耗（包括光纖中的接續(xù)損耗）無(wú)法完全降至零，但可以通過(guò)某些方法將其固定在可接受的程度。將規(guī)劃、仔細(xì)安裝、使用更優(yōu)質(zhì)的材料和組件以及強(qiáng)調(diào)定期測(cè)試相結(jié)合，可以幫助最大限度地解決光纖損耗問(wèn)題。以下是修復(fù)光纖損耗的幾種主要方法：

問(wèn)：OTDR損耗是如何計(jì)算的？

答：OTDR代表光時(shí)域反射計(jì)，即一種用于計(jì)算光纖接續(xù)損耗的儀器?？倖蜗騉TDR損耗使用以下公式計(jì)算：

測(cè)量的α=[αothers+αMFD]接續(xù)損耗+αOTDR

其中，α測(cè)量=單向OTDR損耗

αothers=磁芯到磁芯的偏移、傾斜和其他損耗機(jī)制

αOTDR=OTDR損耗的誤差分量

其工作原理是不同的光纖會(huì)捕獲不同的反向散射光，從而導(dǎo)致到達(dá)OTDR的信號(hào)不同。在這里，當(dāng)兩個(gè)不同MFD值的光纖連接并測(cè)量時(shí)，該方程支配OTDR損耗值。實(shí)際的OTDR接續(xù)損耗可以通過(guò)雙向測(cè)量來(lái)測(cè)量。兩個(gè)測(cè)量值的平均值給出了實(shí)際的OTDR接續(xù)損耗。

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