光纖應用損耗的研究及其對策

       光纖的傳輸損耗特性是決定光網(wǎng)絡傳輸距離、傳輸穩(wěn)定性和可靠性的最重要因素之一。光纖傳輸損耗的產(chǎn)生原因是多方面的，在光纖通信網(wǎng)絡的建設和維護中，最值得關注的是光纖使用中引起傳輸損耗的原因以及如何減少這些損耗。光纖使用中引起的傳輸損耗主要有接續(xù)損耗(光纖的固有損耗、熔接損耗和活動接頭損耗)和非接續(xù)損耗(彎曲損耗和其它施工因素和應用環(huán)境所造成的損耗)兩類。

       1、接續(xù)損耗及其解決方案

       1.1接續(xù)損耗

       光纖的接續(xù)損耗主要包括：光纖本征因素造成的固有損耗和非本征因素造成的熔接損耗及活動接頭損耗三種。

       (1)光纖固有損耗主要源于光纖模場直徑不一致；光纖芯徑失配；纖芯截面不圓；纖芯與包層同心度不佳四點；其中影響最大的是模場直徑不一致。

      (2)熔接損耗非本征因素的熔接損耗主要由軸向錯位；軸心(折角)傾斜；端面分離(間隙)；光纖端面不完整；折射率差；光纖端面不清潔以及接續(xù)人員操作水平、操作步驟、熔接機電極清潔程度、熔接參數(shù)設置、工作環(huán)境清潔程度等其他因素造成。

       (3)活動接頭損耗非本征因素的活動接頭損耗主要由活動連接器質量差、接觸不良、不清潔以及與熔接損耗相同的一些因素(如軸向錯位、端面間隙、折角、折射率差等)造成。

       1.2解決接續(xù)損耗的方案

       (1)工程設計、施工和維護工作中應選用特性一致的優(yōu)質光纖一條線路上盡量采用同一批次的優(yōu)質名牌裸纖，以求光纖的特性盡量匹配，使模場直徑對光纖熔接損耗的影響降到最低程度。

      (2)光纜施工時應嚴格按規(guī)程和要求進行

       配盤時盡量做到整盤配置(單盤≥500米)，以盡量減少接頭數(shù)量。敷設時嚴格按纜盤編號和端別順序布放，使損耗值達到最小。

       (3)挑選經(jīng)驗豐富訓練有素的接續(xù)人員進行接續(xù)和測試

       接續(xù)人員的水平直接影響接續(xù)損耗的大小，接續(xù)人員應嚴格按照光纖熔接工藝流程進行接續(xù)，嚴格控制接頭損耗，熔接過程中時刻使用光域反射儀(OTDR)進行監(jiān)測(接續(xù)損耗≤0.08dB/個)，不符合要求的應重新熔接。使用光時域反射儀(OTDR)時，應從兩個方向測量接頭的損耗，并求出這兩個結果的平均值，消除單向OTDR測量的人為因素誤差。

     (4)保證接續(xù)環(huán)境符合要求

      嚴禁在多塵及潮濕的環(huán)境中露天操作，光纜接續(xù)部位及工具、材料應保持清潔，不得讓光纖接頭受潮，準備切割的光纖必須清潔，不得有污物。切割后光纖不得在空氣中暴露時間過長尤其是在多塵潮濕的環(huán)境中。接續(xù)環(huán)境溫度過低時，應采取必要的升溫措施。

      (5)制備完善的光纖端面

       光纖端面的制備是光纖接續(xù)最為關鍵的工序。光纖端面的完善與否是決定光纖接續(xù)損耗的重要原因之一。優(yōu)質的端面應平整，無毛刺、無缺損，且與軸線垂直，光纖端面的軸線傾角應小于0.3度，呈現(xiàn)一個光滑平整的鏡面，且保持清潔，避免灰塵污染。應選用優(yōu)質的切割刀，并正確使用切割刀切割光纖。裸纖的清潔、切割和熔接應緊密銜接，不可間隔過長。移動光纖時要輕拿輕放，防止與其他物件擦碰而損傷光纖端面。

       (6)正確使用熔接機

       正確使用熔接機是降低光纖接續(xù)損耗的重要保證和關鍵環(huán)節(jié)。

       ①應嚴格按照熔接機的操作說明和操作流程，正確操作熔接機。

       ②合理放置光纖，將光纖放置到熔接機的V型槽中時，動作要輕巧。這是因為對纖芯直徑為10 nm的單模光纖而言，若要熔接損耗小于0.1dB，則光纖軸線的徑向偏移要小于0.8nm。

       ③根據(jù)光纖類型正確合理地設置熔接參數(shù)(預放電電流、時間及主放電電流、主放電時間等)。

        ④在使用中和使用后應及時去除熔接機中的灰塵(特別是夾具、各鏡面和v型槽內(nèi)的粉塵和光纖碎末)。

        ⑤熔接機電極的使用壽命一般約2000次，使用時間較長后電極會被氧化，導致放電電流偏大而使熔接損耗值增加。此時可拆下電極，用蘸酒精的醫(yī)用脫脂棉輕輕擦拭后再裝到熔接機上，并放電清洗一次。若多次清洗后放電電流仍偏大，則須重新更換電極。

       (7)盡量選用優(yōu)質合格的活動連接器，保證連接器性能指標符合相關規(guī)定活動接頭的插入損耗應控制在0.3 dB/個以下(甚至更低)，附加損耗不大于0.2 dB/個

       (8)活動接頭應接插良好、耦合緊密，防止漏光現(xiàn)象

       (9)保證活動連接器清潔

       施工、維護中應注意清洗插頭和適配器(法蘭盤)并保證機房和設備環(huán)境的清潔，嚴防插頭和適配器(法蘭盤)有污物和灰塵，盡量減少散射損耗。

      2、非接續(xù)損耗及其解決方案

       2.1非接續(xù)損耗

      光纖使用中引起的非接續(xù)損耗主要有彎曲損耗和其它施工因素及應用環(huán)境造成的損耗。

       (1)彎曲造成的輻射損耗當光纖受到很大的彎折，彎曲半徑與其纖芯直徑具有可比性時，它的傳輸特性會發(fā)生變化。大量的傳導模被轉化成輻射模，不再繼續(xù)傳輸，而是進入包層被涂覆層或包層吸收，從而引起光纖的附加損耗。光纖的彎曲損耗有宏彎曲損耗和微彎曲損耗兩種類型。

       ①宏彎損耗光纖的曲率半徑比光纖直徑大的多的彎曲(宏彎)引起的附加損耗，主要原因有：路由轉彎和敷設中的彎曲；光纖光纜的各種預留造成的彎曲(預留圈、各種拿彎、自然彎曲)；接頭盒中光纖的盤留、機房及設備內(nèi)尾纖的盤繞等。

      ②微彎損耗光纖軸產(chǎn)生μm級的彎曲(微彎)引起的附加損耗，主要原因有：光纖成纜時，支承表面微小的不規(guī)則引起各部分應力不均勻而形成的隨機性微彎；纖芯與包層的分界面不光滑形成的微彎；光纜敷設時，各處張力不均勻而形成的微彎；光纖受到的側壓力不均勻而形成的微彎；光纖遇到溫度變化，因熱脹冷縮形成的微彎。

       (2)其它施工因素和應用環(huán)境造成的損耗

       ①不規(guī)范的光纜上架引起的損耗。層絞式松套結構光纜容易產(chǎn)生此類損耗，原因在于，其一是光纜上架處多根松套管相互扭絞；其二是使用扎帶將松套管綁扎到接頭盒的容纖盤卡口時，使松套管出現(xiàn)急彎；其三是光纜上架時金屬加強構件與光纖松套管出現(xiàn)上下錯位。這些因素會引起損耗增大。

       ②熱縮不良的熱熔保護引起的損耗。原因主要有，其一是熱熔保護管自身的質量問題，熱熔后出現(xiàn)扭曲，產(chǎn)生氣泡；其二是熔接機的加熱器加熱時，加熱參數(shù)設置不當，造成熱熔保護管變形或產(chǎn)生氣泡；其三是熱縮管不干凈、有灰塵或沙礫，熱熔時對接續(xù)點有損傷，引起損耗增大。

       ③直埋光纜不規(guī)范施工引起的損耗。原因在于，其一是光纜埋深不夠，受到載重物體碾壓后受損；其二是光纜路由選擇不當，因環(huán)境和地形變化使光纜受到超出其容許負荷范圍的外力；其三是光纜溝底不平，光纜出現(xiàn)拱起、掛起現(xiàn)象，回填后有殘余應力；其四是其它原因造成光纜外護層受損傷而進水，造成氫損。

       ④架空光纜不規(guī)范施工引起的損耗。原因主要有，其一是在光纜敷設施工中，光纜打小圈、彎折、扭曲及打背扣，牽引時猛拉、出現(xiàn)浪涌，瞬間最大牽引力過大；其二是光纜掛鉤使用不當，卡掛方向不一致出現(xiàn)蛇行彎，間隔過于稀疏，光纜因垂度過大而受力；其三是盤留于桿上的光纜未固定牢固，光纜受到長期外力和短期沖擊力而遭到損傷；其四是光纜布防太緊，沒考慮光纜的自然伸長率；其五是其它原因造成光纜外護層受損傷而進水，造成氫損。

       ⑤管道光纜不規(guī)范施工引起的損耗。原因在于，其一是光纜采用網(wǎng)套法布防時，牽引速度控制不好，光纜出現(xiàn)打背扣、浪涌；其二是穿放光纜時，沒有布防塑料子管，光纜被擦傷；其三是其它原因造成光纜外護層受損傷而進水，造成氫損。

       ⑥機房、設備內(nèi)尾纖和光纖跳線綁扎、盤繞不規(guī)范，出現(xiàn)交叉纏繞等現(xiàn)象造成損耗。

       ⑦光纜接頭盒質量不良，接頭盒封裝、安裝不規(guī)范，因外界作用造成接頭盒受到損傷等，造成進水而出現(xiàn)氫損。

       ⑧光纜在架設過程中的拉伸變形，接續(xù)盒中夾固光纜壓力太大，容纖盤中熱熔管卡壓過緊，容纖盤中光纖盤繞不規(guī)范等引起的損耗。

      2.2解決非接續(xù)損耗的方案

      (1)工程查勘設計、施工中，應選擇最佳路由和線路敷設方式。

      (2)組建、選擇一支高素質的施工隊伍，保證施工質量，這一點至關重要，任何施工中的疏忽都有可能造成光纖損耗增大。

       (3)設計、施工、維護中，積極采取切實有效的光纜線路“四防”措施(防雷、防電、防蝕、防機械損傷)，加強防護工作。

       (4)使用支架托起纜盤布放光纜，不要把纜盤放倒后采用類似從線軸上放的辦法布放光纜，不要讓光纜受到扭力。光纜布放時，應統(tǒng)一指揮，加強聯(lián)絡，要采用科學合理的牽引方法。布防速度不應過快；連續(xù)布防長度不宜過長，必要時應采用倒“8”字，從中間向兩頭布放。在拐彎處等有可能損傷光纜的地方一定要小心并采取必要的保護手段。遇到在鬧市區(qū)布放光纜等需要臨時盤放光纜的情況時，使用8字形盤留，不讓光纜受到扭力。

       (5)光纜布放時，必須注意允許的額定拉力和彎曲半徑的限制，在光纜敷設施工中，嚴禁光纜打小圈及彎折、扭曲，防止打背扣和浪涌現(xiàn)象。牽引力不超過光纜允許的80%，瞬間最大牽引力不超過100%，牽引力應加在光纜的加強件上，特別注意不能猛拉和發(fā)生扭結現(xiàn)象。光纜轉彎時彎曲半徑應不小于光纜外徑的15～20倍。

       (6)不要使用劣質的，尤其是已經(jīng)彎曲變形的熱縮套管，這樣的套管在熱縮時內(nèi)部會產(chǎn)生應力，施加在光纖上使損耗增加。攜帶、存放套管時，注意清潔，不要讓異物進入套管。

        (7)在接續(xù)操作時，要根據(jù)收容盤的尺寸決定開剝長度，盡量開剝長一些，使光纖較從容的盤繞在收盤內(nèi)(盤留長度為60～100cm)。應該重視熔接后光纖的收容(光纖的盤纖和固定)，盤纖時，盤圈的半徑越大，弧度越大，整個線路的損耗越小，所以一定要保持一定的半徑(R≥40mm)，避免產(chǎn)生不必要的損耗，大芯數(shù)光纜接續(xù)的關鍵在收容。接續(xù)操作時，開纜刀切入光纜的深度要把握好，不要把松套管壓扁使光纖受力。采用合格接頭材料并按照規(guī)范和操作要求，正確封裝、安裝接頭盒。

       (8)機房內(nèi)盡量整潔，尾纖應該有圈繞帶保護，或單獨給尾纖使用一個線，不使尾纖之間或與其他連線之間交叉纏繞，也盡量不要把尾纖(即使是臨時使用)放在腳可以踩到的地方。光纜終端時注意避免跳線在走線中出現(xiàn)直角，特別是不應用塑料帶將跳線扎成為直角，否則光纖因長期受應力影響引起損耗增大。跳線在拐彎時應走曲線，彎曲半徑應不小于40mm。布放中要保證跳線不受力、不受壓，以避免跳線長期的應力疲勞。光纖成端操作(ODF)時，不要將尾纖捆扎太緊。

       (9)加強光纜線路的日常維護和技術維修工作。

       光纖入戶(FTTH)是信息時代發(fā)展的必然，光網(wǎng)絡互聯(lián)是數(shù)字地球的明天。伴隨著各級各類光纖通信網(wǎng)絡的大量建設和運行，正視和解決光纖使用中引起的傳輸損耗問題必將在光纖通信工程設計、施工、維護中極大地改善和優(yōu)化光纖通信網(wǎng)絡傳輸性能。