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1、光纤施工与操作中需注意的几个问题五一前夕，某有线电视光纤网突然告急：两个光纤节点的大量用户反映说他们的电视图像信号太差， “雪花点”非常明显。正值“五一”文艺节目和世界杯预选赛中国国家足球队的小组赛，如果这些比赛和文艺节目收看质量不佳，肯定会影响我们有线电视网声誉。在应急检查中发现：这两个光节点的收信电平降低，且降低幅度较大（7-8dB） ，具体表现为接收机输出电信号减弱，用户端载噪比降低，屏幕出现大量噪点，无法正常收看。这两节点为同一光发射机的光信号由一个一分二光分路器分配而成。因为两处的光接收机同时出现同类故障的可能性非常小（在概率论中被称为极小概率事件） ，因此暂不考虑接收端的问题，故障
2、应该在发射端以及线路上。来到机房后，我们首先检查了故障线路上发射机的发光功率，该发射机的标称光功率和实测值基本吻合，问题集中在光线路上。在输入端送进信号，检查光分路器的输出端，衰落都很大，故障确定在分路器及其连接尾纤上。检查尾纤，发现输入侧的尾纤与其他连接线有较紧的交叉缠绕现象，松开缠绕，信号输出迅速恢复正常，困扰了48小时的故障排除了。上述故障非常简单，即光纤受到外力，在线路上产生莫名奇妙损耗的故障。但是，这种情况经常不被人们注意。并且，在光线路上可能遇到的故障几乎都是这一类的。因此本文从实际维护的角度说明在光纤施工和操作中应该注意哪些细节以防止类似的故障发生。这里不探讨关于外力对光纤的物理
3、性质产生了什么样的影响，我们不妨把光纤想象成为一条塑料水管，当用脚去踩它时（施加侧压力） ，管子中的水就会减慢甚至停止了流动，而当你折它到一定程度，也会有类似情况，一是光纤（或尾纤）受到压力，二是受到了折。很明显，它们都与外力有关。下面就这两种情况给出最简单的解释。首先，光纤受到压力时会产生形变，这种形变直接导致了损耗增大。因为光纤的材料是石英系玻璃（SiO2） ，有一定硬度，但在压力作用下，其几何形式会发生变化（例如包层不圆度增大）导致结构缺陷，使损耗增大。当这种压力大到一定程度时还会产生永久性的损伤。在一次线路改造中，就发生过由于热缩套管内有沙粒，在热缩后压迫光纤，至使熔接损耗在后逐渐增大
4、，并在若干个月后将光纤彻底压断的情况。其次，关于光纤弯曲的情况稍微复杂些。从电磁场理论解释，光纤可以近似为一根圆柱形的光波导、如果就这个问题从电磁场理论的角度展开讨论将是非常繁杂而艰深的，但前述那个关于水管的假想在此也不适用，不能把光纤在弯折后损耗的下降想象为水管中的水流，因为水管在弯折到一定程度后就漏水了。而当光纤受到很大的弯折，弯曲半径与其纤芯直径具有可比性的时候，它的传输特性就发生的变化。或者说，它成了另一种类型的波导（类似的，在光纤受压后，它变成了椭圆或其他形状的波导，同样是被改变了传输特性）不再适合传导原来所传的那个波长的光波。当适合原来光纤传输的波长的光穿过这样的光纤时，大量的传导
5、模被转化成辐射模，不再继续传输，而是进入包层被涂覆层或包层吸收。例如：西安市内某接续点损耗一直偏大，处理中，技术人员将接头盒打开，发现光纤收容较混乱，一些光纤弯曲半径较小，重新收容后，故障消失。综上所述，在施工中应该注意的细节有如下几点：1、不要使用劣质的，尤其是已经弯曲变形的热缩套管，这样的套管在热缩时内部会产生应力，可能施加在光纤上使之产生故障。2、在携带、存放套管时，注意清洁，不要让沙子进入套管。 3、在接续操作时，要根据收容盘的尺寸决定开剥长度，尽量开剥长一些，使光纤较从容的盘绕在收盘内。 （另外，应该重视熔接后光纤的收容，可以说，大芯数光缆接续的关键在收容）4、接续操作时，开剥刀切入
6、光缆的深度要把握好，不要把松套管压扁使光纤受力。5、遇到在闹市区布放光缆等需要临时盘放光缆的情况时，使用8字形盘留，不让光缆受到扭力。6、使用支架托起缆盘布放光缆，不要把缆盘放倒后采用类似从线轴上放的办法布放光缆，不要让光缆受到扭力。7、机房内尽量整洁，尾纤应该有圈绕带保护，或单独给尾纤使用一个线，不使尾纤之间或与其他连线之间交叉缠绕，也尽量不要把尾纤（即使是临时使用）放在脚可以踩到的地方。8、光纤成端操作（即做配线架）时，不要将尾纤捆扎的太紧。除上述8个细节外，在实际操作中，还有很多需要注意的地方，本文不再一一列举。只要认真细心，按规范操作，就能减少类似问题的发生。这对于整个网络的畅通，以及
7、维护我们广电网络的声誉也是有一定意义的。光纤及光纤通信系统的测量对光纤以及光纤通信系统的测量方法作了一些简单介绍，主要介绍了光纤测量：单模光纤模场直径、光纤损耗、光纤色散与带宽的测量；光纤通信系统测量：光发射机发送光功率、光源消光比、光接收机灵敏度、光接收机动态范围、眼图的测量。 光纤通信技术是近20年来迅猛发展的新兴技术，是世界新技术革命的重要标志，又是未来信息社会中高速信息网的主要传输工具。由于光纤的传光性能极其优良，因此光纤通信方式现己成为光通信的主流。在现存及设计的光纤通信系统中，我们必须对其进行测量以确定现存及设计的光纤通信系统是否能够达到系统要求。光纤通信的测量应包括光纤本身的测量
8、和光纤通信系统的测量。一、光纤参数的测量1.单模光纤模场直径的测量从理论上讲单模光纤中只有基模(LP0l)传输，基模场强在光纤横截面的存在与光纤的结构有关，而模场直径就是衡量光纤模截面上一定场强范围的物理量。对于均匀单模光纤，基模场强在光纤横截面上近似为高斯分布，通常将纤芯中场强分布曲线最大值1e 处所对应的宽度定义为模场直径。简单说来它是描述光纤中光功率沿光纤半径的分布状态，或者说是描述光纤所传输的光能的集中程度的参量。因此测量单模光纤模场直径的核心就是要测出这种分布。测量单模光纤模场直径的方法有：横向位移法和传输功率法。下面介绍传输功率法。取一段2米长的被测光纤，将端面处理后放入测量系统中
9、，测量系统主要由光源和角度可以转动的光电检测器构成。光纤的输入端应与光源对准。另外为了保证只测主模(LP01)而没有高次模，在系统中加了一只滤模器，最简单的办法是将光纤打一个直径60mm 的小圆圈。当光源所发的光通过被测光纤，在光纤末端得到远场辐射图，用检测器沿极坐标作测量，即可测得输出光功率与扫描角度间的关系，P 线如图2所示。然后，按模场直径的定义公式输入 P 和 值，由计算机按计算程序算出模场直径。2.光纤损耗的测量光纤损耗是光纤的一个重要传输参数。由于光纤有衰减，光纤中光功率随距离是按指数的规律减小的。但是，对于单模光纤或近似稳态的模式分布的多模光纤衰减系数 a 是一个与位置无关的常数
10、。若设 P(Z1)为 ZZ1处的光功率，即输入光功率。若设 P(Z2)为 Z2处的光功率，即这段光纤的输出功率。因此，光纤的衰减系数 a 定义为因此，只要知道了光纤长度 Z2-Z1和 Z2、Z1处的光功率 P(Z1)、P(Z2)，就可算出这段光纤的衰减系数 a。测量光纤的损耗有很多种办法，下面只介绍其中的两种办法。1)截断法截断法是一种测量精度最好的办法，但是其缺点是要截断光纤。这种测量方法的测量方框如图3所示。取一条被测的长光纤接入测量系统中，并在图中的“2”点位置用光功率计测出该点的光功率 P(Z2)。然后，保持光源的输入状态不变，在被测量光纤靠近输入端处“1”点将光纤截断，测量“l”点处
11、的光功率 P(Z1)。这个测量过程等于测了12两点间这段光纤的输入光功率 P(Z1)和输出光功率 P(Z2)，又知道“1”、 “2”点间的距离 Z2-2l，因此，将这些值代入即可算出这段光纤的平均衰减系数。在测量方框图中斩波器(又称截光器)是一种能周期断续光束的器件。例如是一个有径向开缝的转盘。它将直流光信号变为交变光信号，作为参考光信号送到锁相放大器中，与通过了被测光纤的光信号锁定，以克服直流漂移和暗电流等影响，以确保测量精度。2)背向散射法测量原理。用背向散射法测量光纤损耗的原理与雷达探测目标的原理相似。在被测光纤的输入端射入一个强的光脉冲，这个光窄脉冲在光纤内传输时，由于光纤内部的不均匀
12、性将产生瑞利散射(当然遇到光纤的接头及断点将产生更强烈的反射)。这种散射光有一部分将沿光纤返回向输入端传输，这种连续不断向输入端传输散射光称为背向散射光。从物理概念上看，这种背向散射光就将光纤上各点的“信息”送回了输入端。靠近输入端的光波传输损耗少，故散射回来的信号就强，离输入端远的地方光波传输损耗大，散射回来的信号就弱。人们就用这种带有光纤各点“信息”的背向散射对光纤的损耗等进行测量。这个测量仪器称为光时域反射仪，简写成 OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)。一条有代表性的测量曲线如图4所示。曲线上 A、D 两个很强的回波对应于光纤的输入端面和输出端
13、面引起的反射。曲线 B 点对应于一个光纤接头引起的散射回波。C 点可能对应于光纤中的一个气泡引起的散射回波。怎样利用光纤的瑞利散射对光纤进行测量，是关于从定量的角度进行讨论。由于现在利用 OTDR 机器对光纤链路的损耗进行测量时，能直观、直接从 OTDR 机器内读出所需数据，所以这里不作定量讨论。光时域反射仪原理方框图，如图5所示。这种仪表的工作原理是：首先用脉冲发生器调制一个光源使光源产生窄脉冲光波，经光学系统耦入光纤。光波在光纤中传输时出现散射，散射光沿光纤返回，途中经过光纤定向耦合器输入光电检测器，经光电检测器变为电信号，再经放大及信号处理送入显示器。其中对信号处理的原因是，背向散射光非
14、常微弱，淹没在一片噪声中，因此，要用取样积分器积分，在一定时间间隔对微弱的散射信号取样并求和。在这过程中，由于噪声是随机的，在求和时抵消掉了，从而将散射信号取了出来。用 OTDR 除了可以测量光纤的损耗以外，还可以观察光纤沿线的损耗情况，以及某损耗突然变化点的装置，光纤接头的插入损耗等。OTDR 还有一个工程上的重大用处，能够方便地找出光纤的断点。现在用 OTDR 测量光纤损耗是最常用的一种方法。优点是测量非破坏性，功能多，使用方便。但是，在使用时始终有一段盲区。另外用 OTDR 从光纤两端测出的衰减值有差别，通常取平均值。3.光纤色散与宽带的测量光纤的色散特性是影响光纤通信传输容量和中继距离
15、的一个重要因素。在数据信号通信中，如色散大，光脉冲展宽就严重，在接收端就可能因脉冲展宽而出现相邻脉冲的重叠，从而出现误码。为了避免出现这种情况，只好使码元间隔加大，或使传输距离缩短。显然这就使得传输容量降低，中继局距离变短，这是人们所不希望的。在模拟传输中，同样由于色散大，不同频率的模拟光信号频谱不相同，在接收端就会使模拟信号出现严重失真。同样为了避免出现这种情况，只好使传输模拟带宽下降，或传输距离缩短，这是人们所不希望的。为此，高码率、宽带宽模拟信号的光纤通信系统中对光纤的色散就要认真考虑。如同前面所述，因为光纤色散造成光脉冲的波形展宽，这是从时域观点分析的情况，若是从频域角度来看，光纤有色
16、散就表示光纤是有一定传输带宽的。因此脉冲展宽和带宽是从不同角度描述光纤传输特性的两个紧密联系的参量。从测量方法上与此对应也有两种方法。一种是从时域角度来测量光脉冲的展宽；另一种是从频域角度来测量光纤的基带宽度。1)用时域方法来测量脉冲展宽测量原理。首先为了使问题还不至于复杂，假设输入光纤和从光纤输出的光脉冲波形都近似成高斯分布的如图6所示。图6(a)是光纤输出光功率 Pin(t)的波形图，从最大值 A1降到 A1/2时的宽度为 1。图6（b)是光纤的输出光功率 Pout(t)的波形图，其幅度降为一半时的宽度为 2可以证明，脉冲通过光纤后的展宽 与其输入、输出波形宽度 1和 2的关系为:(1-1)由此可见， 不是 2与 1的简单相减的关系。所以，只要将测出来的 1和 2代入上式即可以算出脉冲展宽 。求出 以后，再根据脉冲的展宽 和相应的带宽 B 间的公式B0.44 (1-2)将 代入式中可求出相应的光纤每公里带宽。若 的单位用 ns，则 B 的单位是 MHz。
