什么是光纤接续损耗

毫无疑问，光纤电缆是一种比主流铜缆更快、更轻、更灵活、更可靠的数据传输方式。随着对数据和高速通信的需求不断增长，光纤将变得无处不在。

然而，构建长距离光缆网络也面临着挑战。这种安装是通过用光缆连接器或熔接器连接两个光纤端部来实现的。当然，在有连接的地方，就会出现某种形式的光纤拼接衰减，即光信号损失。如果设计人员不小心，光纤中的接续损耗可能会成为网络性能的一大障碍。

本文将仔细研究光纤接续损耗现象，并解答相关问题。

什么是光纤接续？

在深入研究各种数字和方程之前，先来更清楚地了解光纤电缆的接续是什么。

光纤接续是指将两根光纤连接起来，使光信号形成更长的链路的过程。因此，光纤接续使长距离光纤通信成为可能。因此，光纤接续涉及耦合器，其中一个光纤束的末端和另一光纤束的始端相连。光纤接续的目标是确保任何穿过的光不会从拼接点反射回来。因此，只有当两个光纤束以适当的几何形状和强度排列在一起时，才能实现充分的拼接。

现在，有两种广泛的光纤接续类型或拼接方法：

熔接：是指将光纤电缆熔接在一起。这是一种最好的光纤拼接技术，可以产生永久的连接。熔接涉及使用电弧热连接光纤电缆端部。熔接的第一个步骤是在支架内正确对准和对接两根光纤。然后，电弧产生的热量熔化光纤的末端，将其永久地熔合在一起。聚乙烯外套覆盖烧焦区域以保护连接。

机械拼接：在机械拼接中，有两种可能的技术：V型槽拼接和弹性管拼接。在第一种方法中，使用V形基底将两根光纤固定在凹槽内，并使用粘合剂或折射率匹配凝胶将其粘合在一起。在第二种方法中，不同直径的光纤在孔径小得多的橡胶弹性材料内部利用对称力排列。

融合光纤拼接是设计人员和安装人员的首选拼接方法，因为其具有0.05-0.10 dB的低光损耗范围。这对于单模和多模光纤也同样有效。另一方面，机械拼接，尤其是V型槽拼接，由于其非永久性性质和轻微的偏离，会导致更大的拼接损耗。

现在，光纤连接中的拼接数量越多，接续损耗就越大。但光纤中的接续损耗到底是什么？

什么是光纤接续损耗？

正如已读到的，穿过光纤电缆芯的光纤束将逐渐失去其信号强度。这种现象称为衰减或光纤损耗。虽然发生的方式有很多种，但衰减也会以光纤接续损耗的形式发生。

光纤电缆中的衰减类型，包括接续损耗

光纤中的接续损耗定义为光功率中未通过拼接传输而是从光纤辐射出的部分。其以分贝(dB)为单位，公式为：

α拼接=10log 10 P in/P trans

其中：

α拼接=光纤接续损耗

Pin=拼接的总功率

Ptrans=通过拼接传输的光功率的所需部分

由于融合拼接的总功率总是大于其理想传输的功率，因此接续损耗始终为正。然而，在拼接技术中，这种损耗通常可以忽略不计，通常为0.05至0.1 dB。

发生接续损耗的两个主要原因是内部因素，也称为固有纤芯衰减，和外部因素，也称为外在光纤衰减。对于制造商和光纤安装人员来说，尽可能减少接续损耗非常重要。这样做可以更有效地在更长的距离上传输光信号。

如何测量光纤接续损耗？

知道什么是光纤接续和光纤接续损耗，那想知道其是如何测量的吗？答案是光时域反射仪（OTDR）。其通常用于测量接续损耗。

OTDR的操作很简单。在光纤测试过程中，其从光纤的一端向光纤中注入一系列光脉冲。然后，其从同一端提取任何背散射光，并测量其强度作为时间和光纤长度的函数。

因此，在拼接和OTDR测量过程中，当具有不同几何特性和MFD值的两根光纤被拼接时，OTDR捕获不同量的后向散射光。这会导致表面出现明显的增益或损耗伪影。下图对此进行了描述。

在确定实际接续损耗之前，还可以通过以下公式确定测得的接续损耗的误差分量：

αOTDR=10.log[ω1/ω2]

其中，ω1和ω2表示第一和第二光纤各自的光纤模场半径。

然后使用以下公式计算总单向OTDR测量的接续损耗：

测量的α=[αothers+αMFD]接续损耗+αOTDR

其中，α测量=单向OTDR损耗

αothers=磁芯到磁芯的偏移、倾斜和其他损耗机制

αOTDR=OTDR损耗的误差分量

现在，为了消除接续损耗测量中的误差分量，OTDR进行双向读数。在此方法中，从拼接光纤的两侧进行测量，从而测量拼接点处的阶跃或增益（A1和A2）。最终接续损耗通过取双向OTDR迹线的平均值来计算。公式如下：

接续损耗=[A1+A2]/2=[(Δω+δ)+(-Δω+δ)]/2=δ

其中，Δω=αOTDR

δ=[αothers+αMFD]接续损耗

控制光纤接续损耗的参数

在光纤的拼接中，光纤的接续损耗由两个主要参数控制：内在接续损耗和外在接续损耗。

内在：由于光纤光学特性的差异而导致的接续损耗，如孔径和纤芯直径。

外在：由于拼接不均匀而导致的接续损耗，如芯与芯的偏移、倾斜管理不当以及拼接点变形。

内在参数

假设正在拼接一组两个单模光纤。现在，由于内在参数处理由于光纤本身的特性而产生的损耗，因此可以观察到两种光纤之间的主要区别在于其不同的模场半径。

为了计算模态场半径，使用以下公式：

ω≈acore(0.65+1.6/v3/2)

其中，acore=纤芯半径

v=广义波数=(2π/λ)核心NA

最终，接续损耗是给定波长下两根光纤模态半径差异的结果。由于模态场直径(MFD)不匹配而导致的损耗由以下公式给出：

αMFD=-20 Log 10[2ω1ω2/ω1 2+ω2 2]

下图描述了当一根光纤的MFD保持恒定，而另一根光纤的MFD发生变化时的接续损耗变化。当MFD差为1µm时，内在接续损耗可高达0.05 dB。

另一方面，第二张图描绘了通过实验测量的G.652.D光纤的接续损耗，其中，具有固定MFD值的一根测试光纤拼接至具有一定范围MFD值的光纤。

控制光纤接续损耗的参数

除了常见的接续损耗之外，固有衰减还包括吸收损耗、色散损耗和散射损耗。

外在参数

光纤接续损耗还取决于拼接过程中出现的许多外在参数。这些包括：

横向和角度对齐

光纤端部污染

由于未优化的加热和压制而导致芯体变形

未优化的拼接参数，如下图所示，可以在两根相同的光纤中诱导高达0.04 dB的接续损耗。因此，使用熟练的拼接操作人员和自动化设备的重要性不容低估。

同样，为了获得可接受的接续损耗，重要的是要通过良好的切割来准备光纤端部以进行拼接。此处，已发现小于2度的切割角度会导致可接受的接续损耗。

除了光纤接续损耗之外，其他类型的外在损耗包括连接器损耗或插入损耗和弯曲损耗。

总结

光纤接续损耗是不可避免的，无论是内在的还是外在的。然而，必须始终进行尽职调查，以确保将其降至最低。这样，输出光功率就能被接收器很好地接收，同时也为随时间推移的任何性能下降留下误差范围。使用更优质的光纤和先进的拼接技术和技能至关重要。

常见问题解答

问：造成光纤损耗的原因有哪些？

答：与任何形式的能量或电力传输一样，光纤也会遭受许多损耗。在光纤中，光束通过光纤电缆的芯传输光信号。当光束通过电缆传播时，光束以及信号都会失去强度。这是由于一种称为衰减的现象造成的。衰减是由许多因素引起的，既有内在的，也有外在的。其还包括光的吸收、光的散射、光缆弯曲造成的损耗或光纤接续损耗。

问：光纤通信中有哪些损耗？

答：光纤通信中存在多种光信号损耗。其都会导致光纤信号的衰减，即输出功率相对于输入功率的减少。光纤通信中的各种损耗有：

吸收

散射

辐射损耗，包括宏观弯曲和微观弯曲

光纤接续损耗

色散损失

过度放大

衰减衰落

时序丢失

极化

辐射暴露

光缆缺陷

问：连接器上两个接头的对接可接受的损耗是多少？

答：在设计光纤时，平衡性能与光损耗非常重要。由于光损耗是不可避免的，因此各种过程中始终存在可接受的最低损耗水平。当连接器上的两个接头配对时，可接受的光纤接续损耗经计算约为每个连接器0.7至1.5 dB。在拼接中，每个拼接可接受的损耗降低至0.1至0.5 dB左右。因此，拼接技术在业界受到青睐也就不足为奇了。

问：光纤可接受的dB损耗是多少？

答：根据光纤协会(FOA)的规定，光纤可接受的dB损耗取决于光纤电缆的类型：多模光纤电缆或单模光纤电缆。对于850 nm光源，多模光纤损耗定义为每公里3 dB左右；对于1300 nm光源，多模光纤损耗定义为每公里1 dB左右。同样，对于1310 nm光功率源，单模光缆的可接受的光纤损耗约为每公里0.5 dB，对于1550 nm光功率源，单模光缆的可接受光纤损耗为每公里0.4 dB。

问：如何解决光纤损耗问题？

答：虽然光纤损耗（包括光纤中的接续损耗）无法完全降至零，但可以通过某些方法将其固定在可接受的程度。将规划、仔细安装、使用更优质的材料和组件以及强调定期测试相结合，可以帮助最大限度地解决光纤损耗问题。以下是修复光纤损耗的几种主要方法：

尽量减少弯曲

尽可能使用弯曲不敏感的光缆

切勿超过电缆的最大拉伸负载

使用最小应力安装光纤电缆

最大限度地减少拼接数量

问：OTDR损耗是如何计算的？

答：OTDR代表光时域反射计，即一种用于计算光纤接续损耗的仪器。总单向OTDR损耗使用以下公式计算：

测量的α=[αothers+αMFD]接续损耗+αOTDR

其中，α测量=单向OTDR损耗

αothers=磁芯到磁芯的偏移、倾斜和其他损耗机制

αOTDR=OTDR损耗的误差分量

其工作原理是不同的光纤会捕获不同的反向散射光，从而导致到达OTDR的信号不同。在这里，当两个不同MFD值的光纤连接并测量时，该方程支配OTDR损耗值。实际的OTDR接续损耗可以通过双向测量来测量。两个测量值的平均值给出了实际的OTDR接续损耗。