从光纤的损耗谈接续工作

现在,数字整转与双向化改造工程中,光缆与光纤被广泛地应用在广电有线电视网络系统。但是在选用和施工中不可避免要遇到一个重要的问题,就是尽可能地降低光纤的损耗。此损耗是指光纤每单位长度上的衰减值,以dB/km为单位。

当光信号从光纤的一端进入,从另一端发出时,其强度会减弱。这说明光信号通过光纤传播后,光能量衰减了一部分。这就是光纤的传输损耗,这一数值的大小直接影响传输距离和信号的强弱。因此,我们有必要了解并降低光纤的损耗对当前有线数字电视网施工中的重要性。

光纤损耗分类

由于光纤自身因素引入的损耗,造成光纤信号衰减的原因有多种,不外乎:本征、弯曲、挤压、杂质、不均匀和对接等。具体分类如下:

1.吸收损耗

这是由于光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的,它们把光能以热能的形式消耗于光纤中,是光纤损耗中重要的损耗,吸收损耗包括以下几种:

1)本征吸收损耗。这是纤芯材质固有的吸收现象引起的损耗。通常有两个明显的吸收带,一个在近红外的波长8～12μm区域里,另一个在紫外波段,强吸收时可达到0.7～1.1μm波长。主要表现为振动所引起。

2)杂质引起的吸收损耗。光纤材料中含一些有害过渡金属杂质,如跃迁金属如铁、铜、铬等。由跃迁金属离子吸收引起的光纤损耗取决于它们的浓度。另外早期存在的氢氧根(OH-)吸收损耗,现在制备工艺的提高已经可以忽略不计。

3)原子缺陷吸收损耗。光纤材料由于受热或强烈的辐射,受激而产生的原子缺陷造成对光的吸收。但一般情况下这种影响很小,工程计算上一般忽略不计。

2.散射损耗

光纤内部的散射,会减小传输的功率,产生损耗。散射中最重要的是瑞利散射,它是由光纤材料内部的密度和成份变化而引起的(这是光纤传播光信号的特有现象,OTDR就是利用这一瑞利散射特性设计的仪器)光在传输时遇到这些比光波波长小,带有随机起伏的不均匀物质时,改变了传输方向,产生散射,引起损耗。

3.波导散射损耗

这实际上由交界面畸变或粗糙所引起的模式转换或模式耦合。一种模式由于交界面的起伏,会产生其他传输模式和辐射模式。但模式的转换产生了附加损耗,这种附加的损耗就是波导散射损耗。目前的制造工艺基本可以克服波导散射。

4.光纤弯曲孔径产生的辐射损耗

光纤芯材料较软,可以弯曲。但是弯曲到一定程度后,光纤虽然可以导光,但会使光的传输途径改变。一般表述为由传输模转换为辐射模,使一部分光能渗透到包层中或穿过包层成为辐射模向外泄漏掉,从而产生损耗。在工程上,当弯曲半径大于5～10cm时,由弯曲造成的损耗可以忽略。

另外,由于物理特性的不同,多模光纤的损耗明显大于单模光纤。通常多模光纤可以用于短距离通讯网,组建中小型光纤局域网,实现高速的数据交换。

光纤连接器引入的损耗

在有线电视网络施工中,FC和SC接头是最为常见的接头类型,该类接头纤芯的物理形式又分为3种,如下:

接续损耗

1.技术性接续损耗

接续引入的损耗的因素较多,主要因素有五点:

1)轴心错位。单模光纤纤芯很细,两根对接光纤轴心错位会影响接续损耗。当错位1.2μm时,接续损耗达0.5dB。

2)轴心倾斜。当光纤断面倾斜1°时,约产生0.6dB的接续损耗,如果要求接续损耗≤0.1dB,则单模光纤的倾角应为≤0.3°。

3)端面分离。活动连接器的连接不好,很容易产生端面分离,造成连接损耗较大。当熔接机放电电压较低时,也容易产生端面分离,此情况一般在有拉力测试功能的熔接机中可以发现。

4)端面质量。光纤端面的平整度差时也会产生损耗,甚至气泡。

5)接续点附近光纤物理变形。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等,都会对接续损耗有影响,甚至熔接几次都不能改善。

其中轴心错位(光纤模场直径不一)影响最大,按CCITT建议,单模光纤的容限标准:模场直径(9-10μm)±10%,即容限约±1μm;包层直径125±3μm;模场同心度误差≤6%,包层不圆度≤2%。

2.附加因素的影响。

接续人员操作水平、步骤、盘纤工艺水平、熔接机中电极清洁程度、熔接参数选择、工作环境清洁程度等均会影响到熔接损耗的数值。

光纤接续点损耗的测量

光纤接续损耗值是衡量一个光纤接头质量的重要指标,有几种方法可以确定熔接点的损耗,如使用熔接点的损耗评估或OTDR(光时域反射仪)等。

1.熔接点损耗评估

某些熔接机使用一种光纤成像和测量几何参数的断面排列系统。通过从两个垂直方向观察光纤,利用计算机处理并分析该图像来确定包层的偏移、纤芯的畸变、光纤外径的变化和其他关键参数,使用这些参数来综合评价熔接点的损耗。但是,这种依赖于接头和它的损耗评估算法求得的接续损耗可能和真实的接续损耗有相当大的差异,仅适用于粗略的估判。

2.光时域反射仪(OTDR)

光时域反射仪(即OTDR:Optical Time Domain Reflectometer)又称背向散射仪,是维护中测试光缆障碍的主要工具,它是根据瑞利散射的原理工作的,通过采集后向散射信号曲线来分析各点的情况。菲涅尔反射是在光纤的折射率突变时出现的特殊现象。在光缆障碍的测试中,菲涅尔反射峰的高低对障碍点的判定起着不可低估的作用。由于光纤的模场直径影响它的后向散射,因此在接头两边的光纤可能会产生不同的后向散射,从而遮蔽接头的真实损耗。如果从两个方向测量接头的损耗,并求出这两个结果的平均值,便可消除单向OTDR测量的人为误差因素。实施工作中,限于条件和时间,多数情况仅测量一个方向接点损耗,对于1310nm短距离传输光纤,测量结果不精准,影响不大。另外,由光纤的模场直径失配引起的损耗要比熔接损耗自身大。值得注意的是,测试短距离的故障纤时候要接入适当长度的尾纤,以避开测试盲区,提高测量判定的精准度,一般长度为500米以上,根据现场情况来选定。

减小光纤接续损耗的措施

1.尽可能采购同批次制造的名优产品

工程建设对于光缆有一定的要求,同批次的光纤,其模场直径基本相同,因而在断开点熔接可使模场直径失配对光纤熔接损耗的影响降到最低程度。所以希望光缆生产厂家用同一批次的裸纤芯,按需要的长度连续生产,在每盘上顺序编号并分清A、B端、不得跳号。敷设光缆时须按编号沿事先确定的路由顺序布放,并保证前一盘光缆的B端要和后一盘光缆的A端相连,尽力保证接续时损耗值达到最小。

2. 按施工规范架设光缆

在光缆敷设施工中,严禁光缆打小圈及折、扭曲,3km的光缆需要80人以上参与施工,4km必须100人以上协同施工;另外“前走后跟,光缆上肩”的放缆方法,能够有效地防止打背扣的发生。牵引力不超过光缆允许的机械牵拉强度的80%,瞬间最大牵引力不超过100%,且牵引力应加在光缆的加强件上。敷放光缆应严格按光缆施工要求,从而最低限度地降低光缆施工中光纤受损伤的几率。

3.选配高素质的人员专职操作

因为现在熔接大多是熔接机自动熔接,但施工人员的操作经验与熟练程度,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图进行接续,并且熔接过程中应一边熔接一边用OTDR测试熔接点的接续损耗。不符合要求的应重新熔接,对熔接损耗值较大的点,反复熔接次数以3～4次为宜,多根光纤熔接损耗都较大时,可剪除一段光缆重新开缆熔接。

4.接续光缆应在整洁的环境中进行

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。如果特殊情况下,最好配备相对密封的折叠帐篷作为操作间。

5.利用高精度的光纤切割器来制备光纤端面

光纤端面的好坏直接影响到熔接损耗大小,切割的光纤应为平整的镜面,无毛刺、无缺损。光纤端面的轴线倾角应

6.正确合理使用熔接机

熔接机的功能就是把两根光纤熔接到一起,正确使用熔接机是降低光纤接续损耗的最为重要基础工作。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,并且在使用中和使用后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的清除。每次使用前应使熔接机在熔接环境中放置至少十五分钟,综合考虑操作场所当时的气压、温度、湿度等因素,按需合理设置熔接机的放电电压、放电位置及v型槽驱动器复位操作等。

光缆熔接施工注意点

1.剥缆的深度。需要熟练掌握操作技巧和力度。

2. 固定光缆端与开剥纤芯束管。

1)纤芯束管不能缠绞。

2)保留长度合适的加强件。

3)预留合适的束管长度。

3.余纤的保护。光纤熔接好后,还要及时用热缩管保护,还要对余纤进行盘留。(尾纤也同样注意操作规范)

1)光纤在盘纤过程中,盘纤弯曲半径不能太小,一般不能小于4mm。

2)在盘纤时,注意光纤的盘列方向,不得扭断光纤,盘完后将光纤全部放入收容盘的挡板下面,避免封装时损伤光纤。

4.接头盒的密封。在工程中接头盒直埋和架空较为常见,因而光缆接头盒的密封极为重要。