淺析異型的單模光纖混用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

陳 潔

福建中移通信工程有限公司，福建 福州 350007

1 異型光纖對(duì)接的接續(xù)損耗問(wèn)題

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二種。本文只針對(duì)光纖本征因素模場(chǎng)直徑方面及熔接損耗方面對(duì)異型光纖對(duì)接的影響進(jìn)行分析研究。

所謂模場(chǎng)直徑就是單模光纖中光斑的大小，接續(xù)損耗可以使用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中：x、y表示對(duì)接異型光纖的模長(zhǎng)直徑，單位為nm

在實(shí)際操作中，某一次的熔接值可能會(huì)與原來(lái)的平均損耗值相差較大。任何光纖通信系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)都已經(jīng)將光纜富余度考慮在內(nèi)，這其中就包括了由于接頭所引起的損耗開(kāi)銷(xiāo)，另一方面接頭損耗與工作光纖的總衰耗相比所占的比重相對(duì)較小。這樣即使熔接損耗達(dá)到了0.6dB，整個(gè)鏈路的衰耗總開(kāi)銷(xiāo)也會(huì)在允許的范圍之內(nèi)。況且我們最關(guān)心的并不是光功率究竟損失在哪里，而是在接收端得到的光功率是否可以達(dá)到設(shè)備的要求。

2 色散對(duì)異型光纖對(duì)接的影響

色散是由于不同成分的光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)因?yàn)槿核俣炔煌a(chǎn)生不同的時(shí)間延遲引起的一種物理效應(yīng)，對(duì)于單模光纖，不存在模式色散，只有色度色散和偏振模色散。

2.1 色度色散

色度色散中，材料色散是主要的，波導(dǎo)色散相對(duì)較小。從對(duì)色散的定義和色散對(duì)系統(tǒng)的影響來(lái)看，對(duì)于兩段異型光纖的對(duì)接至少需要考慮以下兩個(gè)方面的因素：1）在特定波長(zhǎng)下對(duì)，光纖色散的大小對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用的影響；2）從色散的定義上看，在可變波長(zhǎng)范圍內(nèi)，色散本身大小是隨著波長(zhǎng)的變化而變化的，必須考慮在波分系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)的限制。

在特定波長(zhǎng)下，光纖的色散大小決定了光纖上所承載系統(tǒng)的傳輸速率和傳輸距離。由于不同類(lèi)型的光纖具有不同的色散系數(shù)，因此在在使用異型光纖對(duì)接后，必須對(duì)混合光纖的色散進(jìn)行重新計(jì)算，，在綜合色散發(fā)生明顯變化時(shí)必須考慮使用色散補(bǔ)償模塊，而合適的色散補(bǔ)償模塊取決于中繼段色散總量的大小。在高速率的DWDM系統(tǒng)，除要求光纖需具有低的衰減之外，還要求光纖具有小的色度色散、小的偏振模色散和工作波長(zhǎng)區(qū)的色度色散不能為零。當(dāng)G.652的光纖和G.655的光纖以及不同類(lèi)型的G.655光纖進(jìn)行對(duì)接的時(shí)候，色散對(duì)一個(gè)固定速率傳輸系統(tǒng)會(huì)有影響，但在波分中色散對(duì)系統(tǒng)的影響比起單速率的傳輸系統(tǒng)的影響要復(fù)雜得多，這主要是由于光纖在不同波長(zhǎng)下的色散系數(shù)是不一樣的，光纖的色散總是隨著波長(zhǎng)的變化而變化，當(dāng)不同斜率的異型光纖進(jìn)行對(duì)接時(shí)，得到的色散斜率可能發(fā)生了很大的變化，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中原有的色散補(bǔ)償模塊在不同波長(zhǎng)下對(duì)系統(tǒng)的色散補(bǔ)償不能達(dá)到DWDM系統(tǒng)的要求，不進(jìn)行色散補(bǔ)償模式的調(diào)整，可能導(dǎo)致色散對(duì)不同波上承載的系統(tǒng)造成不良的影響。

2.2 偏振模（PMD）色散

偏振模色散（PMD）又稱(chēng)光的雙折射:單模光纖只能傳輸一種基模的光?；?shí)際上是由兩個(gè)偏振方向相互正交的模場(chǎng)HE11x和HE11y所組成。若單模光纖存在著不圓度、微彎力、應(yīng)力等，HE11x和HE11y存在相位差，則合成光場(chǎng)是一個(gè)方向和瞬時(shí)幅度隨時(shí)間變化的非線性偏振，就會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，即x和y方向的折射率不同。因傳播速度不等，模場(chǎng)的偏振方向?qū)⒀毓饫w的傳播方向隨機(jī)變化，從而會(huì)在光纖的輸出端產(chǎn)生偏振色散。

3 折射率分布的不同對(duì)異型光纖對(duì)接的影響

光纖折射率分布描述的是從光纖纖芯到包層的折射率隨半徑的變化情況。歸一化頻率V是描述光纖特性的一個(gè)重要參數(shù)，理論上講他只與光纖的折射率分布有關(guān)，因此在折射率分布固定的情況下，光纖的截止波長(zhǎng)也是固定的，而截止波長(zhǎng)是單模光纖所特有的參數(shù)，是單模光纖的本征參量，也是單模光纖最基本的參數(shù)。在異型光纖進(jìn)行對(duì)接的系統(tǒng)中，由于折射率的分布的不同，不但會(huì)導(dǎo)致在接頭處產(chǎn)生額外的衰減，而且會(huì)對(duì)系統(tǒng)的截止波長(zhǎng)產(chǎn)生重要的影響。相比之下，由于折射率分布的不同導(dǎo)致接頭產(chǎn)生的附加衰減比由于模場(chǎng)直徑的差異導(dǎo)致的衰減要微弱得多，折射率分布的不同對(duì)異型光纖對(duì)接的影響主要表現(xiàn)在對(duì)截止波長(zhǎng)的限制上。截止波長(zhǎng)描述的是光纖從多模轉(zhuǎn)變?yōu)閱文５哪且慌R界波長(zhǎng)點(diǎn)。在ITU中建議色散非位移光纖（G.652）光纜的截止波長(zhǎng)應(yīng)不大于1260nm，非零色散位移光纖（G.655）光纜的截止波長(zhǎng)應(yīng)不大于1480nm。因此，G.652光纖可以使用傳統(tǒng)的1310nm波段傳輸設(shè)備，但是一些G.655光纖卻沒(méi)有這個(gè)能力。所以，在不同類(lèi)型的G.655光纖進(jìn)行對(duì)接的時(shí)候，需要對(duì)光纖的截止波長(zhǎng)進(jìn)行確認(rèn)

4 非線性效應(yīng)對(duì)異型光纖對(duì)接的影響

光纖的非線性效應(yīng)可分為兩類(lèi)：受激散射和折射率擾動(dòng)，受激散射有兩種形式：受激布里淵散射和受激拉曼兩種，而折射率擾動(dòng)又分為了自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制和四波混頻效應(yīng)。由于這些非線性效應(yīng)和光纖的有效面積、折射率分布和色度色散、偏振模色散等多種參數(shù)密切相關(guān)，具體評(píng)價(jià)混合光纖對(duì)系統(tǒng)的影響是很難的，因此，在應(yīng)用混合光纖進(jìn)行傳輸組網(wǎng)時(shí)，應(yīng)通過(guò)傳輸設(shè)備供應(yīng)商提供的比較保守的設(shè)計(jì)原則來(lái)決定。

雖然非線性效應(yīng)無(wú)法在理論上進(jìn)行比較準(zhǔn)確的推論，但是，在現(xiàn)網(wǎng)的應(yīng)用上異型光纖的對(duì)接時(shí)非線性效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用造成的影響還是比較有限的?？偠灾旌瞎饫w的非線性效應(yīng)會(huì)限制系統(tǒng)的容量和傳輸距離，而對(duì)于非線性效應(yīng)的控制重點(diǎn)應(yīng)放在光纖的有效面積、光輸入功率和色散等方面。

5 異型光纖對(duì)接對(duì)熔接機(jī)的要求

在諸多影響熔接質(zhì)量的因素中，熔接設(shè)備的影響很值得我們重視。異型光纖進(jìn)行熔接時(shí)，其程序或是設(shè)備的設(shè)置會(huì)有相應(yīng)的不同。特別是真波光纖的幾何特性與G.652光纖稍有不同，熔接機(jī)廠商在熔接機(jī)內(nèi)預(yù)先設(shè)置類(lèi)程序來(lái)優(yōu)化色散位移光纖的熔接性能。在接續(xù)真波光纖之前，應(yīng)與熔接機(jī)廠家聯(lián)系一確定熔接此種光纖的最優(yōu)程序，必要時(shí)應(yīng)升級(jí)熔接機(jī)的軟件，以獲得最佳的熔接效果。在熔接前，千萬(wàn)不要想當(dāng)然就認(rèn)為你所用的熔接機(jī)可以處理特殊光纖的熔接，最好在熔接前與光纖生產(chǎn)商和熔接機(jī)供應(yīng)商取得聯(lián)系。選擇成熟優(yōu)質(zhì)的熔接工具獲得工具供應(yīng)商的技術(shù)支持和培訓(xùn)，這些都將使你獲得更好的熔接質(zhì)量。

6 異型光纖對(duì)接造成OTDR測(cè)量時(shí)單向異常

光纖接續(xù)完,人們目前最常用OTDR儀表對(duì)接續(xù)效果進(jìn)行測(cè)量。光時(shí)域反射儀又稱(chēng)背向散射儀，由于光纖的模場(chǎng)直徑影響它的后向散射,因此在一根光纖中反射回來(lái)的能量多少依賴(lài)于該光纖的MFD，因此當(dāng)MFD不同的光纖連接在一起時(shí)，OTDR可能會(huì)產(chǎn)生異常的讀數(shù)。由此引起誤差，如果被連接的光纖（光纖2）的MFD（MFD2）比連接光纖（光纖1）的MFD（MFD1）大，則產(chǎn)生的OTDR誤差為正。這個(gè)正的誤差加上實(shí)際的連接損耗就會(huì)在OTDR上顯示為一個(gè)較大的虛假讀數(shù)。反之，當(dāng)被連接光纖（光纖2）的MFD比連接光纖（光纖1）的MFD小時(shí)，OTDR誤差為負(fù)。負(fù)的誤差加上實(shí)際的連接損耗在OTDR上被顯示為一個(gè)較小的虛假讀數(shù)，甚至在某些情況下，還可能出現(xiàn)增益而非衰減，這就是人們常說(shuō)的OTDR單向異常現(xiàn)象。

通過(guò)以上的分析，我們認(rèn)為在進(jìn)行異型光纖對(duì)接的時(shí)候，應(yīng)主要考慮的以下幾方面的因素：

1）接續(xù)損耗；

2）鏈路色散、PMD和鏈路色散斜率；

3）截止波長(zhǎng)限制問(wèn)題；

4）非線性效應(yīng):主要在系統(tǒng)測(cè)試中反映；

5）選擇合適的熔接工具和測(cè)試工具；

6）采用OTDR雙向測(cè)量法, 獲得真實(shí)的連接損耗。

通過(guò)本文的分析和在實(shí)際的應(yīng)用中，我們認(rèn)為在異型光纖對(duì)接中，G652異型光纖的對(duì)接對(duì)系統(tǒng)基本沒(méi)有影響，G655異型光纖的對(duì)接在衰耗方面也不存在太大問(wèn)題，色散和PMD也基本不會(huì)受到影響，應(yīng)特別值得注意的是截止波長(zhǎng)和非線性效應(yīng)，對(duì)接后截止波長(zhǎng)應(yīng)只滿(mǎn)足到兩者的交集部分，若要開(kāi)通超出部分的波長(zhǎng)將會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。而非線性效應(yīng)就比較復(fù)雜了，由于各影響因素互相作用，很難在實(shí)際中進(jìn)行量化，因此對(duì)于非線性效應(yīng)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在系統(tǒng)調(diào)測(cè)過(guò)程特別注意并進(jìn)行分析。另外從以上的分析也很容易看到G652和G655光纖的對(duì)接問(wèn)題是比較多的，無(wú)論在連接損耗、色散、PMD、截止波長(zhǎng)、非線性效應(yīng)等方面對(duì)系統(tǒng)的影響都是比較大的，因此在實(shí)際應(yīng)用中我們不建議這種方式的對(duì)接。

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