光缆线路工程中光纤测试疑点分析

第1页光缆线路工程中光纤测试疑点探讨一、问题的提出在工程和维护实际中，通常使用OTDR（OpticalTimeDomainReflection）法对光缆线路衰耗及接头损耗等进行测试，而在测试过程中常出现以下现象：1、同一个光缆接头中的个别光纤熔接点，用OTDR从两个方向测量，出现“正负台阶”，有个别熔接点正负偏值较大，不同批次光缆纤芯接续时尤为明显；2、OTDR测试曲线放大后，有些光纤部分段落有波浪状，甚至出现“鼓包”现象。例如XX光缆线路工程中#1光纤距离A节点9.7Km处，出现插损达0.019dB的“鼓包”；3、不同时间OTDR测试曲线的插损点数量有变化，长途光缆尤为明显。二、原因分析1、OTDR测试原理光在光纤中传输时产生两种反射：一种是由于纤芯纵向上局部折射率跳跃变化产生的菲涅尔反射光；另一种是由于纤芯内部存在直径小于光波长的材料密度不均匀区，各区域之间微弱折射率偏差产生的瑞利散射光，其中一部分光反射到光纤入射端，称为瑞利背向散射光。OTDR法就是通过检测瑞利背向散射光，观测和分析从光纤中返回入射端的背向散射光的脉冲变化，来测量光纤的总衰耗、局部损耗及接续衰耗等；也可通过检测瑞利散射光和菲涅尔反射光，来检测光纤长第2页度及断点。测量光纤衰耗采用的是后向散射法原理。IECTR62316Guidance,国标等明确规定光纤衰减的基准测试方法为剪断法(即光源/光功率计法)，而OTDR法是经理论和实践证明了的替代测试方法,用OTDR来进行光纤衰减及接头损耗的测试，必须进行双向测试，然后取其代数平均值。2、光纤接头处“正、负台阶”现象分析一般情况，两根光纤的参数不可能完全相同，因而其背向散射系数也不可能相同，如果两根光纤的模场直径（MFD）、相对折射率差不同，则两端的背向散射系数会有较大差异。由于OTDR测量光纤衰耗采用的是后向散射法原理，从光纤的任何一端测出的值均包括：光纤的熔接损耗值和由两根光纤模场直径差异造成的附加值。熔接衰耗值主要是由两根光纤的参数不同以及施工工艺造成的，该值正是我们需要得到的数值。附加值是由两根光纤模场直径差异造成的。因为小模场直径光纤传导后向散射光的能力比大模场直径光纤的能力强，所以当这两种直径的光纤熔接时，用OTDR测试熔接损耗就会产生附加值，这是由OTDR的测量原理决定的。若从大模场直径光纤向小模场直径光纤方向测试，附加值是负值(负损耗，即伪增益)；反之，则出现正值。因此，该附加值也可以说是一种测量误差。光纤两端的背向散色系数的不同，在CRT屏幕上会显示出一个较大的台阶，台阶的向下或向上取决于测试方向，台阶的明显程度取决于两光纤的参数差异程度。假定熔接点的熔接损耗为S1、OTDR在该第3页熔接点的测试附加值为S2，CRT屏幕的显示值如下：（1）当从小模场直径光纤方向测试时，CRT屏幕显示的损耗值为S1+S2,接头处的背向散射曲线为不连续的下降曲线,即“下台阶”。（2）当从大模场直径光纤方向测试时，CRT屏幕显示的损耗值为S1+（－S2），若S1+（－S2）0，则接头处背向散射曲线为一个幅度较小的不连续的下降曲线，即“小下台阶”，如图一所示。光纤BΔω光功率(dB)长度(公里)图一：S1+（－S2）0时的“小下台阶”（3）从大模场直径光纤方向测试时，若S1+（－S2）0，则接头处背向散射曲线为不连续的上升台阶，即“上台阶”，这就是由于OTDR法的测试机理所引起的所谓的“负损耗”或者说“伪增益”，如图二所示。第4页光功率(dB)长度(公里)光纤AΔωα图二：S1+（－S2）0时的“伪增益”通过上述分析，可以认为用OTDR在单方向测试时出现的“负衰耗”现象是正常的，也是必然的。所以，根据光缆线路工程验收测试规范的要求，在工程上应当对OTDR的双方向实测值取代数平均值，目的就是将双方向的附加值中和，从而消除OTDR测试附加值的影响。即：测出A-B方向衰耗值：S1+S2，再测出B-A方向衰耗值：S1+（－S2），两者代数和为2S1，除以2之后得出S1，S1就是我们需要的熔接损耗值。3、OTDR测试曲线放大呈波浪状及“鼓包”的原因分析3.1对OTDR曲线呈波浪状的分析由于OTDR是对注入的光脉冲背向反射回来的光功率进行离散的抽样检测，检测之后描绘出相应的曲线，该曲线是由许多微小的折线构成，不同仪表因其性能、精度及使用年限不同对测试曲线的表现是不同的。另外由于OTDR接收元器件的老化,而与反射回来的背向散射光的不断变化的偏振态相作用也会造成OTDR的波浪状曲线，但这α第5页是一种假象，可以用加扰等办法予以去除。3.2对OTDR曲线呈“鼓包“的分析随着技术的不断提高，OTDR测试仪表的精度也越来越高，OTDR测试曲线能反映出光纤上更多细微的变化。当光纤某处存在较大缺陷(如杂质、气泡等)时，“鼓包”现象在精密的仪表下就会显得比较明显。信息产业部的《非零色散位移单模光纤特性》(YD/T1001-1999)对衰减点不连续性作如下规定：“用OTDR对光纤从任一端进行检测时，在1550nm波长光纤连续长度的局部衰减不应有超过0.1dB的不连续点。”在工程中，一般取不大于0.05dB视为正常，不影响通信。4、不同时间OTDR测试出的插损点数量不同的原因分析现在的OTDR精度都比较高，能测出十分细微的变化。由于每次测试的环境不同(温度、湿度等)，光缆纤芯本身衰耗特性会略有变化；另外每次测试时，不同仪表的精度不同、初始状态不同、平均时间不同等因素，导致在仪表屏幕上显示的插损点数量就会有多有少。若经过不同仪表多次测试发现线路总的损耗和平均损耗等基本保持不变，则可认为这些多余的插损点对光缆损耗并无影响。三、相关建议1、除了熔接方法和端面准备技术等引起的外在损耗因素以外，光纤参数（包括模场直径、芯包同心度等）不匹配是造成光纤接头损耗的主要原因。因而在光缆采购中，尽可能要求光缆制造厂家采用同一批次的光纤进行生产，同时必须对光纤的的各种几何参数严加把关。第6页2、在工程和维护的OTDR测试中，无论测试光纤中继段损耗还是接头损耗，都必须采用双向代数平均值来衡量。3、可从光缆配盘的角度进一步改善光纤熔接指标。一盘光纤可生产多盘光缆,如光缆厂出厂的光缆按顺序编号,光缆运到现场时也按顺序布放,以确保头尾相接,此时接头处模场直径等参数的双端差异将达到最小。因此今后在光缆线路工程设计时应尽可能采用标准盘长，施工时应充分考虑配盘对熔接损耗的影响。4.光缆割接工程中，由于新光缆与原光缆往往不是同一厂家同一批次的光缆，所以可在割接工程前将待割接光缆（原光缆）的模场直径、包层直径、包层不圆度、同心度偏差这四个参数进行测量（可用前期工程留下的维护料作为被测光缆），根据所测参数对光缆厂家提出光纤几何参数指标尤其是模场直径指标的要求，以指导新光缆的订货。如有可能，应尽量选择同一厂家生产的光缆，这样光纤模场直径匹配的概率要大些。