光纖應(yīng)用損耗的研究及其對(duì)策

       光纖的傳輸損耗特性是決定光網(wǎng)絡(luò)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(luò)的建設(shè)和維護(hù)中，最值得關(guān)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(dòng)接頭損耗)和非接續(xù)損耗(彎曲損耗和其它施工因素和應(yīng)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(dòng)接頭損耗三種。

       (1)光纖固有損耗主要源于光纖模場(chǎng)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(diǎn)；其中影響最大的是模場(chǎng)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(cuò)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(jī)電極清潔程度、熔接參數(shù)設(shè)置、工作環(huán)境清潔程度等其他因素造成。

       (3)活動(dòng)接頭損耗非本征因素的活動(dòng)接頭損耗主要由活動(dòng)連接器質(zhì)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(cuò)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(shè)計(jì)、施工和維護(hù)工作中應(yīng)選用特性一致的優(yōu)質(zhì)光纖一條線路上盡量采用同一批次的優(yōu)質(zhì)名牌裸纖，以求光纖的特性盡量匹配，使模場(chǎng)直徑對(duì)光纖熔接損耗的影響降到最低程度。

      (2)光纜施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)程和要求進(jìn)行

       配盤時(shí)盡量做到整盤配置(單盤≥500米)，以盡量減少接頭數(shù)量。敷設(shè)時(shí)嚴(yán)格按纜盤編號(hào)和端別順序布放，使損耗值達(dá)到最小。

       (3)挑選經(jīng)驗(yàn)豐富訓(xùn)練有素的接續(xù)人員進(jìn)行接續(xù)和測(cè)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(yīng)嚴(yán)格按照光纖熔接工藝流程進(jìn)行接續(xù)，嚴(yán)格控制接頭損耗，熔接過程中時(shí)刻使用光域反射儀(OTDR)進(jìn)行監(jiān)測(cè)(接續(xù)損耗≤0.08dB/個(gè))，不符合要求的應(yīng)重新熔接。使用光時(shí)域反射儀(OTDR)時(shí)，應(yīng)從兩個(gè)方向測(cè)量接頭的損耗，并求出這兩個(gè)結(jié)果的平均值，消除單向OTDR測(cè)量的人為因素誤差。

     (4)保證接續(xù)環(huán)境符合要求

      嚴(yán)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(yīng)保持清潔，不得讓光纖接頭受潮，準(zhǔn)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(shí)間過長(zhǎng)尤其是在多塵潮濕的環(huán)境中。接續(xù)環(huán)境溫度過低時(shí)，應(yīng)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(guān)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(zhì)的端面應(yīng)平整，無毛刺、無缺損，且與軸線垂直，光纖端面的軸線傾角應(yīng)小于0.3度，呈現(xiàn)一個(gè)光滑平整的鏡面，且保持清潔，避免灰塵污染。應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)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(yīng)緊密銜接，不可間隔過長(zhǎng)。移動(dòng)光纖時(shí)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(jī)

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

       ①應(yīng)嚴(yán)格按照熔接機(jī)的操作說明和操作流程，正確操作熔接機(jī)。

       ②合理放置光纖，將光纖放置到熔接機(jī)的V型槽中時(shí)，動(dòng)作要輕巧。這是因?yàn)閷?duì)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(shè)置熔接參數(shù)(預(yù)放電電流、時(shí)間及主放電電流、主放電時(shí)間等)。

        ④在使用中和使用后應(yīng)及時(shí)去除熔接機(jī)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(jī)電極的使用壽命一般約2000次，使用時(shí)間較長(zhǎng)后電極會(huì)被氧化，導(dǎo)致放電電流偏大而使熔接損耗值增加。此時(shí)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(jī)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(zhì)合格的活動(dòng)連接器，保證連接器性能指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)定活動(dòng)接頭的插入損耗應(yīng)控制在0.3 dB/個(gè)以下(甚至更低)，附加損耗不大于0.2 dB/個(gè)

       (8)活動(dòng)接頭應(yīng)接插良好、耦合緊密，防止漏光現(xiàn)象

       (9)保證活動(dòng)連接器清潔

       施工、維護(hù)中應(yīng)注意清洗插頭和適配器(法蘭盤)并保證機(jī)房和設(shè)備環(huán)境的清潔，嚴(yán)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(yīng)用環(huán)境造成的損耗。

       (1)彎曲造成的輻射損耗當(dāng)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(shí)，它的傳輸特性會(huì)發(fā)生變化。大量的傳導(dǎo)模被轉(zhuǎn)化成輻射模，不再繼續(xù)傳輸，而是進(jìn)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(zhuǎn)彎和敷設(shè)中的彎曲；光纖光纜的各種預(yù)留造成的彎曲(預(yù)留圈、各種拿彎、自然彎曲)；接頭盒中光纖的盤留、機(jī)房及設(shè)備內(nèi)尾纖的盤繞等。

      ②微彎損耗光纖軸產(chǎn)生μm級(jí)的彎曲(微彎)引起的附加損耗，主要原因有：光纖成纜時(shí)，支承表面微小的不規(guī)則引起各部分應(yīng)力不均勻而形成的隨機(jī)性微彎；纖芯與包層的分界面不光滑形成的微彎；光纜敷設(shè)時(shí)，各處張力不均勻而形成的微彎；光纖受到的側(cè)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(shí)，使松套管出現(xiàn)急彎；其三是光纜上架時(shí)金屬加強(qiáng)構(gòu)件與光纖松套管出現(xiàn)上下錯(cuò)位。這些因素會(huì)引起損耗增大。

       ②熱縮不良的熱熔保護(hù)引起的損耗。原因主要有，其一是熱熔保護(hù)管自身的質(zhì)量問題，熱熔后出現(xiàn)扭曲，產(chǎn)生氣泡；其二是熔接機(jī)的加熱器加熱時(shí)，加熱參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，造成熱熔保護(hù)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(shí)對(duì)接續(xù)點(diǎn)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(dāng)，因環(huán)境和地形變化使光纜受到超出其容許負(fù)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(yīng)力；其四是其它原因造成光纜外護(hù)層受損傷而進(jìn)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(shè)施工中，光纜打小圈、彎折、扭曲及打背扣，牽引時(shí)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(dāng)，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(zhǎng)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(zhǎng)率；其五是其它原因造成光纜外護(hù)層受損傷而進(jìn)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(shí)，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(shí)，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(hù)層受損傷而進(jìn)水，造成氫損。

       ⑥機(jī)房、設(shè)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(zhì)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(jìn)水而出現(xiàn)氫損。

       ⑧光纜在架設(shè)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(shè)計(jì)、施工中，應(yīng)選擇最佳路由和線路敷設(shè)方式。

      (2)組建、選擇一支高素質(zhì)的施工隊(duì)伍，保證施工質(zhì)量，這一點(diǎn)至關(guān)重要，任何施工中的疏忽都有可能造成光纖損耗增大。

       (3)設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)中，積極采取切實(shí)有效的光纜線路“四防”措施(防雷、防電、防蝕、防機(jī)械損傷)，加強(qiáng)防護(hù)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(shí)，應(yīng)統(tǒng)一指揮，加強(qiáng)聯(lián)絡(luò)，要采用科學(xué)合理的牽引方法。布防速度不應(yīng)過快；連續(xù)布防長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)，必要時(shí)應(yīng)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(hù)手段。遇到在鬧市區(qū)布放光纜等需要臨時(shí)盤放光纜的情況時(shí)，使用8字形盤留，不讓光纜受到扭力。

       (5)光纜布放時(shí)，必須注意允許的額定拉力和彎曲半徑的限制，在光纜敷設(shè)施工中，嚴(yán)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(yīng)加在光纜的加強(qiáng)件上，特別注意不能猛拉和發(fā)生扭結(jié)現(xiàn)象。光纜轉(zhuǎn)彎時(shí)彎曲半徑應(yīng)不小于光纜外徑的15～20倍。

       (6)不要使用劣質(zhì)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(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，施加在光纖上使損耗增加。攜帶、存放套管時(shí)，注意清潔，不要讓異物進(jìn)入套管。

        (7)在接續(xù)操作時(shí)，要根據(jù)收容盤的尺寸決定開剝長(zhǎng)度，盡量開剝長(zhǎng)一些，使光纖較從容的盤繞在收盤內(nèi)(盤留長(zhǎng)度為60～100cm)。應(yīng)該重視熔接后光纖的收容(光纖的盤纖和固定)，盤纖時(shí)，盤圈的半徑越大，弧度越大，整個(gè)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(guān)鍵在收容。接續(xù)操作時(shí)，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(jī)房?jī)?nèi)盡量整潔，尾纖應(yīng)該有圈繞帶保護(hù)，或單獨(dú)給尾纖使用一個(gè)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(shí)使用)放在腳可以踩到的地方。光纜終端時(shí)注意避免跳線在走線中出現(xiàn)直角，特別是不應(yīng)用塑料帶將跳線扎成為直角，否則光纖因長(zhǎng)期受應(yīng)力影響引起損耗增大。跳線在拐彎時(shí)應(yīng)走曲線，彎曲半徑應(yīng)不小于40mm。布放中要保證跳線不受力、不受壓，以避免跳線長(zhǎng)期的應(yīng)力疲勞。光纖成端操作(ODF)時(shí)，不要將尾纖捆扎太緊。

       (9)加強(qiáng)光纜線路的日常維護(hù)和技術(shù)維修工作。

       光纖入戶(FTTH)是信息時(shí)代發(fā)展的必然，光網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是數(shù)字地球的明天。伴隨著各級(jí)各類光纖通信網(wǎng)絡(luò)的大量建設(shè)和運(yùn)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(shè)計(jì)、施工、維護(hù)中極大地改善和優(yōu)化光纖通信網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。