張作通 潘辰裕 楊亞軍

（江蘇永鼎光纖科技有限公司，江蘇 蘇州 215211）

0 引言

隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖產(chǎn)品已經(jīng)成為高競爭力的產(chǎn)品之一，通信線纜市場逐漸被光纖光纜取代，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景良好。隨著通信產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，人們對光纖產(chǎn)品的衰減特性提出了更高的要求，因此，我們必須掌握正確的測量方法以得到準(zhǔn)確值。為了更準(zhǔn)確有效地得到測量值，該文就影響檢測值的相關(guān)因素做了實(shí)驗(yàn)，對GB/T 15972.40—2008 中方法A-用截斷法測量衰減的特定要求進(jìn)行研究，對該方法的具體實(shí)施過程進(jìn)行闡述，并對其準(zhǔn)確性及先決條件進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明在消除相關(guān)影響因素的條件下可以準(zhǔn)確有效地得到測試值，提高測量精度、減少測量誤差。

1 衰減特性的測量方法

光纖衰減是指光纖傳播時的光功率減小程度的一種度量，它取決于光纖的性質(zhì)和長度，并受測量條件的影響。測量光纖衰減特性的方法包括截斷法、插入法、后向散射法以及譜衰減模型法。截斷法、插入法以及后向散射法適用于所有的A 類多模光纖和B 類單模光纖的衰減測量，后向散射法還可以用作光纖長度、損耗和不連續(xù)點(diǎn)特性的測量。譜衰減模型法僅適用于B 類光纖的測量。

1.1 截斷法

截斷法是衰減測量的基準(zhǔn)方法，使用的單色儀能夠測量700 nm～1 725 nm 衰減譜，覆蓋石英光纖的完整波段。插入法與后向散射法使用的是單一波長光源，無法實(shí)現(xiàn)衰減譜的測量，但是可以通過使用后向散射法（光時域反射儀（OTDR））測量得到所需波長（3～5 個波長）的衰減后，將其帶入預(yù)先建立的譜衰減模型，從而計算出其他波長的衰減。該實(shí)驗(yàn)采用光纖多參數(shù)測試儀（美國PK 公司PK2200光纖分析測試系統(tǒng)）的截斷法測試光纖衰減。截斷法是根據(jù)光纖衰減定義建立的測試方法，是在不改變注入條件的情況下， 測量出通過光纖橫截面的光功率，從而計算光纖衰減，該方法是ITU（國際電信聯(lián)盟）建議光纖衰減的基準(zhǔn)測試方法，被測樣品的標(biāo)準(zhǔn)繞線方法（又習(xí)慣稱為正常狀態(tài)）如圖1 所示。

對單模光纖，波長大于1 300 nm 的光信號在光纖中進(jìn)行傳輸時，應(yīng)該保持單模狀態(tài)，要求單模光纖的截止波長應(yīng)該小于工作波長，而在多數(shù)情況下，截斷的2 m 光纖長度不足以保證光纖中傳輸?shù)墓庑盘枮閱文＃虼诵枰ㄟ^將樣品繞一定大小的圓將高階模濾除掉。在有測量爭議時，因其測量精度高，也多采用此方法作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。但是該方法在某些情況下，其破壞性是截斷法的一個缺點(diǎn)。

圖1 被測樣品標(biāo)準(zhǔn)繞線示意圖

1.2 插入法

插入法是光纖衰減的替代測量方法，其基本原理類似于截斷法。插入法的測量精度比截斷法低，但是被測光纖和固定在光纖端頭上的中斷連接器具有非破壞性的特點(diǎn)，所以該方法適合現(xiàn)場測量，主要用于對鏈路光纜的測量。

1.3 后向散射法

后向散射法是光纖衰減的替代測量方法，該方法是一種單端測量方法，它是通過光纖中不同點(diǎn)后向散射值至該光纖始端的后向散射光功率來測量光纖的衰減。后向散射法對衰減的測量受光纖中光傳輸速度和光纖后向散射特性的影響，其結(jié)果可能不是十分精確，該方法需要分別從被試光纖的兩端進(jìn)行測量，并取2 次結(jié)果的平均值作為光纖衰減的最終測量結(jié)果。該方法能夠?qū)饫w整個長度進(jìn)行分析，甚至可以鑒別分立的點(diǎn)，也可以用于光纖長度的測量。用雙后散射曲線測量光纖衰減均勻性的方法目前在該行業(yè)內(nèi)仍在不斷研究的過程中，對光纖衰減均勻性的要求有望納入光纖產(chǎn)品的指標(biāo)規(guī)范中。

1.4 譜衰減模型法

譜衰減模型可以作為B 類光纖衰減的替代測量方法。光纖的譜衰減系數(shù)可以通過特征矩陣M 和矢量v 計算出來。矢量包括了在幾個（3～5 個）預(yù)定波長（例如1 310 nm、1 550 nm、1 625 nm 或其他所需要的波長）上測量的衰減系數(shù)。

第一種方法是由光纖或光纜提供者提供的該產(chǎn)品的特征矩陣，模型化譜衰減系數(shù)可以用矢量w 表示，矢量w 由公式：w = M × v 計算。

第二種方法是，如果M 是普通矩陣，則光纖或光纜提供者應(yīng)提供一個修正因子的矢量e。

普通矩陣用于不同光纖設(shè)計或生產(chǎn)廠家的特征矩陣，它可以由標(biāo)準(zhǔn)體或借助標(biāo)準(zhǔn)體決定。每個光纖提供者可以同用戶或生產(chǎn)廠家比較他們的產(chǎn)品，其差別由矢量e 決定。

2 截斷法影響因素研究

影響截斷法測量值的主要因素除了樣品所處狀態(tài)外，還與檢測儀表方面對其產(chǎn)生的影響有關(guān)：1）穩(wěn)定的光源（標(biāo)準(zhǔn)為1 600 nm ≥26 000 dB）。2）信噪比（標(biāo)準(zhǔn)≥33 dB）。3）波長重復(fù)性（標(biāo)準(zhǔn)≤0.05 dB）等。下面實(shí)驗(yàn)是在保證檢測儀表各項(xiàng)均符合條件且光纖兩端切割端面無缺陷、儀表聚焦正常的前提下，就光纖樣品本身所處狀態(tài)對其的影響做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)樣品：G652 標(biāo)準(zhǔn)單模光纖12 km，截止波長1 260 nm，衰減均勻無缺陷。

實(shí)驗(yàn)步驟有3 個：1）正常狀態(tài)下與松散狀態(tài)下（取消正常狀態(tài)下φ6 cm 的圓）對波長衰減的影響。同一實(shí)驗(yàn)樣品在正常狀態(tài)下與松散狀態(tài)下各檢測5 次，其中正常狀態(tài)下的5 次測量值高度重合，松散狀態(tài)下的測量值重復(fù)性很差；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)論如圖2 所示，2 種狀態(tài)下的繞線方法對波長衰減的影響十分明顯。松散狀態(tài)下的測量值會對1 270 nm 以下的波長衰減影響很大。如圖2 所示，松散狀態(tài)下的測量值在1 255 nm 處出現(xiàn)拐點(diǎn)，此時在測試中需要繞1 個φ6 cm 的圓過濾除掉高階模對其造成的影響，檢測時如果未繞φ6 cm 的圓會引起1 285 nm～1 330 nm 波段最大衰減與1 310 nm 波長衰減相比損失增加而不合格的情況增加。2）繞1 個φ28 cm的圓，比較繞不同的圈徑R1、R2、R3（如圖3 所示）對波長衰減的影響。同一實(shí)驗(yàn)樣品不同的圈徑各檢測2 次，分別取對應(yīng)波長的平均衰減。結(jié)論：圈徑的大小對整個波長段的衰減都會產(chǎn)生較為明顯的影響，圈徑越小對波長衰減的影響越明顯，因此在檢測時應(yīng)提供標(biāo)準(zhǔn)樣品繞線模板，以便于更準(zhǔn)確有效地檢測。3）分別繞1 個φ28 cm、φ6 cm 的圓，實(shí)驗(yàn)分別截斷不同長度L1、L2、L3（如圖4 所示）對波長衰減的影響。

同一實(shí)驗(yàn)樣品不同截斷長度各檢測2 次，分別取對應(yīng)波長的平均衰減。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)論（如圖5 所示）：截斷長度分別為1.5 m、2 m、4 m、4.5 m，當(dāng)被測樣品截斷長度不同時對1 400 nm之前的波長衰減影響較小但對1 400 nm之后的波長衰減影響較大，且檢測值變大的概率大幅增加，測量值重復(fù)性變差。為保證檢測值的準(zhǔn)確性除人員操作方面的因素外還需要提供標(biāo)準(zhǔn)的繞線模板進(jìn)行改善。4）分別繞1 個φ28 cm、φ6 cm 的圓，實(shí)驗(yàn)桌面的穩(wěn)定性對波長衰減的影響。

同一實(shí)驗(yàn)樣品處在不同振幅與穩(wěn)定狀態(tài)下對樣品進(jìn)行衰減譜檢測并予以比較，實(shí)驗(yàn)中分別設(shè)置2 個大小不一的振幅（振幅_“001”<振幅_“002”），實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)論（如圖6所示）：在振幅較小的情況下，對短波長的影響很小，測量值的重復(fù)性也相對穩(wěn)定，但是對長波長的影響相對短波長較為明顯。當(dāng)振幅增大時表現(xiàn)為衰減的連續(xù)性、重復(fù)性變差。在檢測時應(yīng)該避免桌面或儀表的振動，根據(jù)儀表所處環(huán)境如有必要儀表須放置在有減震材料的桌面上，以減小因震動產(chǎn)生的對檢驗(yàn)值的影響。

圖2 波長衰減受6cm 圈徑影響示意圖

圖3 實(shí)驗(yàn)步驟2 樣品繞線示意圖

圖4 實(shí)驗(yàn)步驟3 樣品繞線示意圖

圖5 截斷不同長度對波長衰減影響示意圖

圖6 桌面穩(wěn)定性對波長衰減影響示意圖

3 結(jié)語

通過上述對光纖譜衰減測試影響因素的研究可知，其是否與處于松散狀態(tài)、圈徑的大小、截斷后光纖長度、儀表所處狀態(tài)等有關(guān)，其相應(yīng)關(guān)系如下：1）正常狀態(tài)下測量值重復(fù)性好，結(jié)果穩(wěn)定、可靠，松散狀態(tài)下對1 270 nm 以下波長衰減影響很大，極易引起1 285 nm～1 330 nm 波段最大衰減與1 310 nm 波長衰減相比損失增加而不合格的情況發(fā)生。2）圈徑的大小對全波長衰減檢測值均會影響，圈徑越小，對波長衰減的影響越明顯。3）截斷后光纖的長度對1 400 nm 以后的波長衰減影響較大，隨著截斷長度的增加，衰減向變大的方向發(fā)展。4）檢測值的重復(fù)性與穩(wěn)定性同時受儀表所處環(huán)境的影響，當(dāng)桌面處于不穩(wěn)定的環(huán)境下工作時，衰減連續(xù)性較差。

通過實(shí)驗(yàn)表明在使用截斷法測試譜衰減時，許多因素均會對其測量值造成影響，在實(shí)際測量過程中，需要對儀表所處環(huán)境進(jìn)行評估，對測量人員要有嚴(yán)格的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范來保證其測量值的準(zhǔn)確性。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)消除因上述因素產(chǎn)生的對測量值的影響，以實(shí)現(xiàn)對質(zhì)量控制的目的。