什么是光纖接續損耗？ | 智能百科
毫無疑問，光纖電纜是一種比主流銅纜更快、更輕、更靈活、更可靠的數據傳輸方式。隨着對數據和高速通信的需求不斷增長，光纖將變得無處不在。
本文將仔細研究光纖接續損耗現象，並解答相關問題。
什么是光纖接續？
在深入研究各種數字和方程之前，先來更清楚地了解光纖電纜的接續是什么。
光纖接續是指將兩根光纖連接起來，使光信號形成更長的鏈路的過程。因此，光纖接續使長距離光纖通信成爲可能。因此，光纖接續涉及耦合器，其中一個光纖束的末端和另一光纖束的始端相連。光纖接續的目標是確保任何穿過的光不會從拼接點反射回來。因此，只有當兩個光纖束以適當的幾何形狀和強度排列在一起時，才能實現充分的拼接。
現在，有兩種廣泛的光纖接續類型或拼接方法：
- 熔接：是指將光纖電纜熔接在一起。這是一種最好的光纖拼接技術，可以產生永久的連接。熔接涉及使用電弧熱連接光纖電纜端部。熔接的第一個步驟是在支架內正確對准和對接兩根光纖。然後，電弧產生的熱量熔化光纖的末端，將其永久地熔合在一起。聚乙烯外套覆蓋燒焦區域以保護連接。
- 機械拼接：在機械拼接中，有兩種可能的技術：V型槽拼接和彈性管拼接。在第一種方法中，使用V形基底將兩根光纖固定在凹槽內，並使用粘合劑或折射率匹配凝膠將其粘合在一起。在第二種方法中，不同直徑的光纖在孔徑小得多的橡膠彈性材料內部利用對稱力排列。
融合光纖拼接是設計人員和安裝人員的首選拼接方法，因爲其具有0.05-0.10 dB的低光損耗範圍。這對於單模和多模光纖也同樣有效。另一方面，機械拼接，尤其是V型槽拼接，由於其非永久性性質和輕微的偏離，會導致更大的拼接損耗。
現在，光纖連接中的拼接數量越多，接續損耗就越大。但光纖中的接續損耗到底是什么？
什么是光纖接續損耗？
正如已讀到的，穿過光纖電纜芯的光纖束將逐漸失去其信號強度。這種現象稱爲衰減或光纖損耗。雖然發生的方式有很多種，但衰減也會以光纖接續損耗的形式發生。
光纖中的接續損耗定義爲光功率中未通過拼接傳輸而是從光纖輻射出的部分。其以分貝(dB)爲單位，公式爲：
其中：
α拼接=光纖接續損耗
Pin=拼接的總功率
Ptrans=通過拼接傳輸的光功率的所需部分
由於融合拼接的總功率總是大於其理想傳輸的功率，因此接續損耗始終爲正。然而，在拼接技術中，這種損耗通常可以忽略不計，通常爲0.05至0.1 dB。
發生接續損耗的兩個主要原因是內部因素，也稱爲固有纖芯衰減，和外部因素，也稱爲外在光纖衰減。對於制造商和光纖安裝人員來說，盡可能減少接續損耗非常重要。這樣做可以更有效地在更長的距離上傳輸光信號。
如何測量光纖接續損耗？
知道什么是光纖接續和光纖接續損耗，那想知道其是如何測量的嗎？答案是光時域反射儀（OTDR）。其通常用於測量接續損耗。
OTDR的操作很簡單。在光纖測試過程中，其從光纖的一端向光纖中注入一系列光脈衝。然後，其從同一端提取任何背散射光，並測量其強度作爲時間和光纖長度的函數。
因此，在拼接和OTDR測量過程中，當具有不同幾何特性和MFD值的兩根光纖被拼接時，OTDR捕獲不同量的後向散射光。這會導致表面出現明顯的增益或損耗僞影。下圖對此進行了描述。
在確定實際接續損耗之前，還可以通過以下公式確定測得的接續損耗的誤差分量：
其中，ω1和ω2表示第一和第二光纖各自的光纖模場半徑。
然後使用以下公式計算總單向OTDR測量的接續損耗：
其中，α測量=單向OTDR損耗
αothers=磁芯到磁芯的偏移、傾斜和其他損耗機制
αOTDR=OTDR損耗的誤差分量
現在，爲了消除接續損耗測量中的誤差分量，OTDR進行雙向讀數。在此方法中，從拼接光纖的兩側進行測量，從而測量拼接點處的階躍或增益（A1和A2）。最終接續損耗通過取雙向OTDR跡线的平均值來計算。公式如下：
其中，Δω=αOTDR
δ=[αothers+αMFD]接續損耗
控制光纖接續損耗的參數
在光纖的拼接中，光纖的接續損耗由兩個主要參數控制：內在接續損耗和外在接續損耗。
- 內在：由於光纖光學特性的差異而導致的接續損耗，如孔徑和纖芯直徑。
- 外在：由於拼接不均勻而導致的接續損耗，如芯與芯的偏移、傾斜管理不當以及拼接點變形。
內在參數
假設正在拼接一組兩個單模光纖。現在，由於內在參數處理由於光纖本身的特性而產生的損耗，因此可以觀察到兩種光纖之間的主要區別在於其不同的模場半徑。
爲了計算模態場半徑，使用以下公式：
其中，acore=纖芯半徑
v=廣義波數=(2π/λ)核心NA
最終，接續損耗是給定波長下兩根光纖模態半徑差異的結果。由於模態場直徑(MFD)不匹配而導致的損耗由以下公式給出：
下圖描述了當一根光纖的MFD保持恆定，而另一根光纖的MFD發生變化時的接續損耗變化。當MFD差爲1µm時，內在接續損耗可高達0.05 dB。
除了常見的接續損耗之外，固有衰減還包括吸收損耗、色散損耗和散射損耗。
外在參數
光纖接續損耗還取決於拼接過程中出現的許多外在參數。這些包括：
- 橫向和角度對齊
- 光纖端部污染
- 由於未優化的加熱和壓制而導致芯體變形
未優化的拼接參數，如下圖所示，可以在兩根相同的光纖中誘導高達0.04 dB的接續損耗。因此，使用熟練的拼接操作人員和自動化設備的重要性不容低估。
同樣，爲了獲得可接受的接續損耗，重要的是要通過良好的切割來准備光纖端部以進行拼接。此處，已發現小於2度的切割角度會導致可接受的接續損耗。
除了光纖接續損耗之外，其他類型的外在損耗包括連接器損耗或插入損耗和彎曲損耗。
總結
光纖接續損耗是不可避免的，無論是內在的還是外在的。然而，必須始終進行盡職調查，以確保將其降至最低。這樣，輸出光功率就能被接收器很好地接收，同時也爲隨時間推移的任何性能下降留下誤差範圍。使用更優質的光纖和先進的拼接技術和技能至關重要。
常見問題解答
問：造成光纖損耗的原因有哪些？
答：與任何形式的能量或電力傳輸一樣，光纖也會遭受許多損耗。在光纖中，光束通過光纖電纜的芯傳輸光信號。當光束通過電纜傳播時，光束以及信號都會失去強度。這是由於一種稱爲衰減的現象造成的。衰減是由許多因素引起的，既有內在的，也有外在的。其還包括光的吸收、光的散射、光纜彎曲造成的損耗或光纖接續損耗。
問：光纖通信中有哪些損耗？
答：光纖通信中存在多種光信號損耗。其都會導致光纖信號的衰減，即輸出功率相對於輸入功率的減少。光纖通信中的各種損耗有：
- 吸收
- 散射
- 輻射損耗，包括宏觀彎曲和微觀彎曲
- 光纖接續損耗
- 色散損失
- 過度放大
- 衰減衰落
- 時序丟失
- 極化
- 輻射暴露
- 光纜缺陷
問：連接器上兩個接頭的對接可接受的損耗是多少？
答：在設計光纖時，平衡性能與光損耗非常重要。由於光損耗是不可避免的，因此各種過程中始終存在可接受的最低損耗水平。當連接器上的兩個接頭配對時，可接受的光纖接續損耗經計算約爲每個連接器0.7至1.5 dB。在拼接中，每個拼接可接受的損耗降低至0.1至0.5 dB左右。因此，拼接技術在業界受到青睞也就不足爲奇了。
問：光纖可接受的dB損耗是多少？
答：根據光纖協會(FOA)的規定，光纖可接受的dB損耗取決於光纖電纜的類型：多模光纖電纜或單模光纖電纜。對於850 nm光源，多模光纖損耗定義爲每公裏3 dB左右；對於1300 nm光源，多模光纖損耗定義爲每公裏1 dB左右。同樣，對於1310 nm光功率源，單模光纜的可接受的光纖損耗約爲每公裏0.5 dB，對於1550 nm光功率源，單模光纜的可接受光纖損耗爲每公裏0.4 dB。
問：如何解決光纖損耗問題？
答：雖然光纖損耗（包括光纖中的接續損耗）無法完全降至零，但可以通過某些方法將其固定在可接受的程度。將規劃、仔細安裝、使用更優質的材料和組件以及強調定期測試相結合，可以幫助最大限度地解決光纖損耗問題。以下是修復光纖損耗的幾種主要方法：
- 盡量減少彎曲
- 盡可能使用彎曲不敏感的光纜
- 切勿超過電纜的最大拉伸負載
- 使用最小應力安裝光纖電纜
- 最大限度地減少拼接數量
問：OTDR損耗是如何計算的？
答：OTDR代表光時域反射計，即一種用於計算光纖接續損耗的儀器。總單向OTDR損耗使用以下公式計算：
其中，α測量=單向OTDR損耗
αothers=磁芯到磁芯的偏移、傾斜和其他損耗機制
αOTDR=OTDR損耗的誤差分量
其工作原理是不同的光纖會捕獲不同的反向散射光，從而導致到達OTDR的信號不同。在這裏，當兩個不同MFD值的光纖連接並測量時，該方程支配OTDR損耗值。實際的OTDR接續損耗可以通過雙向測量來測量。兩個測量值的平均值給出了實際的OTDR接續損耗。
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