G 652單模光纖譜衰減截斷法影響因素的研究

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

隨著光纖技術的不斷發展，光纖產品已經成為高競爭力的產品之一，通信線纜市場逐漸被光纖光纜取代，產業發展前景良好。隨著通信產業的不斷發展，人們對光纖產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確值。為了更準確有效地得到測量值，該文就影響檢測值的相關因素做了實驗，對GB/T 15972.40—2008 中方法A-用截斷法測量衰減的特定要求進行研究，對該方法的具體實施過程進行闡述，并對其準確性及先決條件進行了分析，分析結果表明在消除相關影響因素的條件下可以準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、損耗和不連續點特性的測量。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，無法實現衰減譜的測量，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，將其帶入預先建立的譜衰減模型，從而計算出其他波長的衰減。該實驗采用光纖多參數測試儀（美國PK 公司PK2200光纖分析測試系統）的截斷法測試光纖衰減。截斷法是根據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（國際電信聯盟）建議光纖衰減的基準測試方法，被測樣品的標準繞線方法（又習慣稱為正常狀態）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行傳輸時，應該保持單模狀態，要求單模光纖的截止波長應該小于工作波長，而在多數情況下，截斷的2 m 光纖長度不足以保證光纖中傳輸的光信號為單模，因此需要通過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準。但是該方法在某些情況下，其破壞性是截斷法的一個缺點。

圖1 被測樣品標準繞線示意圖

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，所以該方法適合現場測量，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行測量，并取2 次結果的平均值作為光纖衰減的最終測量結果。該方法能夠對光纖整個長度進行分析，甚至可以鑒別分立的點，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內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品的指標規范中。

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。

第一種方法是由光纖或光纜提供者提供的該產品的特征矩陣，模型化譜衰減系數可以用矢量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提供一個修正因子的矢量e。

普通矩陣用于不同光纖設計或生產廠家的特征矩陣，它可以由標準體或借助標準體決定。每個光纖提供者可以同用戶或生產廠家比較他們的產品，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外，還與檢測儀表方面對其產生的影響有關：1）穩定的光源（標準為1 600 nm ≥26 000 dB）。2）信噪比（標準≥33 dB）。3）波長重復性（標準≤0.05 dB）等。下面實驗是在保證檢測儀表各項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對其的影響做了相關實驗。

實驗樣品：G652 標準單模光纖12 km，截止波長1 260 nm，衰減均勻無缺陷。

實驗步驟有3 個：1）正常狀態下與松散狀態下（取消正常狀態下φ6 cm 的圓）對波長衰減的影響。同一實驗樣品在正常狀態下與松散狀態下各檢測5 次，其中正常狀態下的5 次測量值高度重合，松散狀態下的測量值重復性很差；實驗數據結論如圖2 所示，2 種狀態下的繞線方法對波長衰減的影響十分明顯。松散狀態下的測量值會對1 270 nm 以下的波長衰減影響很大。如圖2 所示，松散狀態下的測量值在1 255 nm 處出現拐點，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。同一實驗樣品不同的圈徑各檢測2 次，分別取對應波長的平均衰減。結論：圈徑的大小對整個波長段的衰減都會產生較為明顯的影響，圈徑越小對波長衰減的影響越明顯，因此在檢測時應提供標準樣品繞線模板，以便于更準確有效地檢測。3）分別繞1 個φ28 cm、φ6 cm 的圓，實驗分別截斷不同長度L1、L2、L3（如圖4 所示）對波長衰減的影響。

同一實驗樣品不同截斷長度各檢測2 次，分別取對應波長的平均衰減。實驗數據結論（如圖5 所示）：截斷長度分別為1.5 m、2 m、4 m、4.5 m，當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，測量值重復性變差。為保證檢測值的準確性除人員操作方面的因素外還需要提供標準的繞線模板進行改善。4）分別繞1 個φ28 cm、φ6 cm 的圓，實驗桌面的穩定性對波長衰減的影響。

同一實驗樣品處在不同振幅與穩定狀態下對樣品進行衰減譜檢測并予以比較，實驗中分別設置2 個大小不一的振幅（振幅_“001”<振幅_“002”），實驗數據結論（如圖6所示）：在振幅較小的情況下，對短波長的影響很小，測量值的重復性也相對穩定，但是對長波長的影響相對短波長較為明顯。當振幅增大時表現為衰減的連續性、重復性變差。在檢測時應該避免桌面或儀表的振動，根據儀表所處環境如有必要儀表須放置在有減震材料的桌面上，以減小因震動產生的對檢驗值的影響。

圖2 波長衰減受6cm 圈徑影響示意圖

圖3 實驗步驟2 樣品繞線示意圖

圖4 實驗步驟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 桌面穩定性對波長衰減影響示意圖

3 結語

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、圈徑的大小、截斷后光纖長度、儀表所處狀態等有關，其相應關系如下：1）正常狀態下測量值重復性好，結果穩定、可靠，松散狀態下對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展。4）檢測值的重復性與穩定性同時受儀表所處環境的影響，當桌面處于不穩定的環境下工作時，衰減連續性較差。

通過實驗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，在實際測量過程中，需要對儀表所處環境進行評估，對測量人員要有嚴格的作業標準及規范來保證其測量值的準確性。實際生產中應消除因上述因素產生的對測量值的影響，以實現對質量控制的目的。