ODN光無源產(chǎn)品質(zhì)量分析

劉 健

（1.中國電信股份有限公司廣東研究院計量檢測中心 廣州510630；2.中國電信集團廣東省電信公司艾特實驗室 廣州510630）

1 引言

ODN（optical distribution network，光分配網(wǎng)絡）是位于OLT（optical line terminal，光線路終端）和 ONU（optical network unit，光網(wǎng)絡分配單元）之間所有網(wǎng)絡元素的總稱，將一個OLT和多個ONU連接起來，提供光信號的雙向傳輸。從網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)來看，ODN由饋線光纖、光器件和固定安裝布線設備組成。ODN光無源產(chǎn)品包括光纖光纜、光纖配線架、光纜交接箱、光分路器、光纜接頭盒、光纜分光分纖盒、光纖活動連接器、光纖現(xiàn)場連接器、機械式接續(xù)子、適配器、信息插座等。

隨著光纖到戶（fiber to the home，F(xiàn)TTH）在國內(nèi)的大規(guī)模實施，ODN光無源產(chǎn)品應用的大量增加，相關產(chǎn)品的質(zhì)量和長期可靠性將直接影響到ODN線路的性能和長久穩(wěn)定。因此各運營商逐漸加強了采購質(zhì)量保障工作，通過選型檢測、供應商考察、到貨檢測、季度抽檢、運行質(zhì)量監(jiān)督、供應商后評估等方式保證產(chǎn)品的質(zhì)量。各廠商在產(chǎn)品設計、生產(chǎn)工藝流程、入庫檢驗等方面也加強了對產(chǎn)品的質(zhì)量控制。

針對近年來實驗室所承接的大量光無源產(chǎn)品測試任務，結(jié)合通信行業(yè)相關標準（以下簡稱行標）和中國電信相關技術要求（以下簡稱電信企標），本文對部分光無源產(chǎn)品的質(zhì)量情況進行總結(jié)，并對檢測中發(fā)現(xiàn)的一些問題進行歸納和分析。

2 ODN光無源產(chǎn)品質(zhì)量

大部分光無源產(chǎn)品（機械型現(xiàn)場快速連接器、機械式接續(xù)子除外）的常態(tài)光性能指標在出廠時都能得到很好的控制，存在的主要質(zhì)量問題是使用材料、工藝細節(jié)造成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、機械性能、環(huán)境性能指標不能滿足行標或電信企標的要求。

下面對光纖活動連接器、光分路器、現(xiàn)場快速連接器、光纖光纜、架體類光無源產(chǎn)品在檢測中出現(xiàn)的問題稍做分析。

2.1 光纖活動連接器

光纖活動連接器是光纖通信系統(tǒng)中使用量最大的光無源產(chǎn)品，經(jīng)過多年的沉淀，其產(chǎn)品質(zhì)量基本能得到保證。生產(chǎn)廠商一般也會規(guī)定在入庫前必須對連接器成品的常溫插入損耗（IL）進行100%檢驗，所以目前在入圍選型和到貨驗收測試中，光纖活動連接器常溫插入損耗指標的合格率比較高，但也不排除個別樣品插入損耗過大的情況。如何保證光無源產(chǎn)品最關鍵的性能指標——插入損耗的測試數(shù)據(jù)準確無誤，下面做詳細介紹。

根據(jù)YD/T1272光纖活動連接器系列行業(yè)標準中規(guī)定的公共標準連接器法，光纖活動連接器的插入損耗通過標準跳線的插頭、標準適配器與被測光纖活動連接器相連，從而測量出光纖活動連接器的插入損耗。因此光纖活動連接器的插入損耗實際是被測跳線與標準跳線間的端接損耗，即被測光纖活動連接器的插入損耗是相對標準跳線、標準適配器而言的。

為了保證測試數(shù)據(jù)準確，測試中除了要保證測試用儀表的性能指標符合要求、測試人員專業(yè)嚴謹之外，還要特別注意以下兩點。

·保證標準跳線、標準適配器符合要求：采用高精度插針體的標準插頭和插入損耗低、重復性好的標準適配器（具體指標要求在相關行標中都有規(guī)定）。在大批量測試中，還要考慮標準跳線和標準適配器的使用壽命。

·測試過程中注意插針端面的清潔，經(jīng)過多次測量，排除由于端面不潔或連接不當?shù)扰既灰蛩卦斐傻?/p>

端接損耗過大的問題。

在規(guī)范了測試條件之后，插入損耗的大小主要取決于被測光纖活動連接器的質(zhì)量。

插入損耗過大的原因有很多：如纖芯尺寸、數(shù)值孔徑、纖芯/包層同心度和折射率分布失配。再如連接器加工裝配公差，即端面間隙、軸線傾角、橫向偏移和菲涅爾反射及端面加工精度等因素，都可能造成插入損耗過大。在光纖活動連接器從光纖預處理、穿件、配膠、烤膠、研磨直至組裝成品、入庫檢驗的整個生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)工藝的規(guī)范、自動化設備的準確度、生產(chǎn)工人的熟練程度和責任心都會影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，因此個別產(chǎn)品出現(xiàn)插入損耗過大的情況也是可能存在的。

在中國電信入圍選型或到貨驗收測試時出現(xiàn)樣品插入損耗過大的情況，有如下兩種可能：

· 電信企業(yè)標準對插入損耗的要求比行業(yè)標準高（企標要求≤0.2 dB，行標要求≤0.35 dB），出廠時的合格品如果只滿足行標要求，到貨驗收時插入損耗為0.2~0.35 dB的連接器就會被判定為不合格；

· 對于插入損耗測試結(jié)果超過行標要求 （0.35 dB）的連接器，可能是廠商未在入庫時進行100%檢驗或者檢驗時未及時將不合格品區(qū)分，導致其混在合格品中出廠。

上面所講的插入損耗的測試同樣適用于本文所提及的其他光無源產(chǎn)品，在下文中不再贅述。

實際上，對于光纖活動連接器而言，目前存在的不合格項主要體現(xiàn)在抗拉試驗上。由于紡綸線本身質(zhì)量、紡綸與插頭壓接工藝、護套與插頭粘接工藝的影響，部分樣品在試驗后會出現(xiàn)插入損耗增大，甚至出現(xiàn)光纖斷裂、光路不通的現(xiàn)象。而光纖活動連接器的環(huán)境性能在總體上能夠達標。

2.2 光分路器

光分路器主要采用熔融拉錐技術和平面波導技術。由于平面波導型光分路器具備插入損耗對光波長不敏感（可以滿足不同波長的傳輸需要）、分光均勻（可以將信號均勻分配給用戶）等優(yōu)點，在FTTH建設中主要采用該類型的光分路器，它是建立在以PON技術為基礎的ODN上的核心無源器件。工業(yè)和信息化部于2009年12月發(fā)布了《平面光波導集成光路器件第1部分：基于平面光波導（PLC)的光功率分路器》的行業(yè)標準（YD/T 2000.1-2009）。

目前，國內(nèi)宣稱能夠生產(chǎn)光分路器的廠商超過數(shù)百家，但實際上部分廠商只是將分路器主體買進，然后組裝上跳線和外殼作為光分成品。PLC光分路器芯片基本上還是依賴于國外進口，規(guī)模大一些的廠商逐漸具備了晶元切割技術，只有極個別的廠商正在研發(fā)自主生產(chǎn)晶元。

表1~表3列舉了Telcordia GR-12O9-CORE標準、YD/T2000.1-2009國家通信行業(yè)標準、Q/CT2295-2010中國電信企業(yè)標準中所規(guī)定的PLC光分路器的主要光學性能指標要求。從表中可以看出，電信企標對光分路器的插入損耗要求最嚴格，不僅體現(xiàn)在最大插入損耗的數(shù)值要求、端口間插入損耗均勻性限值，而且還增加了同一端口的波長間插入損耗均勻性的考核；行標對插入損耗的要求稍低，Telcordia標準較為寬松。

中國電信自2009年開始已經(jīng)連續(xù)4年開展光分路器入圍檢測，檢測指標從最初的常態(tài)插入損耗、回波損耗測試，到目前幾乎覆蓋全性能（工作波長、插入損耗、回波損耗、均勻性、方向性、環(huán)境性能、機械性能、環(huán)境壽命等）的測試。自2012年起，中國電信還對全國范圍內(nèi)集采的光分路器實施到貨抽檢。入圍和到貨檢測的結(jié)果基本上反映了當前光分路器產(chǎn)品的質(zhì)量情況和存在的問題。歷年檢測結(jié)果的比對分析，也從另一個側(cè)面反映出該產(chǎn)品的生產(chǎn)技術日趨成熟，產(chǎn)品質(zhì)量逐漸穩(wěn)定、提高。

表1 Telcordia GR-12O9-CORE標準對PLC光分路器（1∶32及以下）的光性能要求

表2 YD/T2000.1-2009中國通信行業(yè)標準對PLC光分路器（1∶32及以下）的光性能要求

表3 Q/CT2295-2010中國電信企業(yè)標準對PLC光分路器（1∶32及以下）的光性能要求

光分路器在檢測中出現(xiàn)的主要質(zhì)量問題如下。

（1）常態(tài)插入損耗、回波損耗不合格

芯片和光纖陣列的耦合對準精度、V型槽的精度不夠，一次封裝時芯片、FA端面的清潔不干凈，二次封裝時分路器輸入端及輸出端光纖盤纖的彎曲半徑過小，引出跳線質(zhì)量不穩(wěn)定，插針體端面研磨不充分，都有可能引起常態(tài)插入損耗、回波損耗指標不合格。

（2）端口間、波長間的插入損耗均勻性不合格

核心芯片分光不均勻、芯片和光纖陣列的耦合對準精度不夠、插頭端面質(zhì)量有差異等，都會造成光分路器產(chǎn)品不同支路或者同一支路在不同波段的插入損耗偏差較大。

（3）抗拉試驗不合格

光分路器的插頭側(cè)能否通過抗拉試驗與引出跳線插頭的紡綸線、光纜中的紡綸與插頭壓接、護套與插頭粘接質(zhì)量密切相關；封裝側(cè)能否通過抗拉試驗與其封裝方式、護套材料質(zhì)量相關。有的光分路器的封裝側(cè)僅依賴于光纖護套與盒體的粘接，顯然承受不住50 N外力的拉伸。

（4）環(huán)境試驗（高溫、低溫、高濕高熱、溫度循環(huán)）不合格

盒體/適配器材料選用不當，一次封裝和二次封裝過程中各種膠水的質(zhì)量 （如FA固化膠與光纖和水晶體的匹配性、FA與芯片的耦合膠與光纖的匹配性、外殼膠與硅材料以及金屬材料的匹配性）不穩(wěn)定，廠商未對膠水的粘接力、硬度、強度進行環(huán)境試驗驗證。

光分路器是ODN中的核心器件，其質(zhì)量直接影響到整條ODN鏈路；光分路器的使用壽命更是直接影響到ODN能否保證20~30年的可靠使用時限。因此，除了在產(chǎn)品的入圍和到貨檢測時選取必要的、足夠的測試項目，還應該：

·加強對廠商生產(chǎn)能力的調(diào)查，要求廠商提供主要原材料情況和生產(chǎn)設備、工藝流程和質(zhì)量控制的措施；

·加大到貨檢測力度，避免出現(xiàn)廠商入圍后供貨“以次充好”的現(xiàn)象；

·加強產(chǎn)品的后評估，通過調(diào)查現(xiàn)網(wǎng)使用情況收集產(chǎn)品實際應用質(zhì)量；

· 對入圍廠商進行現(xiàn)場考察，對其生產(chǎn)資質(zhì)及綜合能力進行評估，確認供應商的實際研發(fā)、生產(chǎn)、質(zhì)量管控及持續(xù)服務支撐的能力；

·對于現(xiàn)網(wǎng)應用最多、影響面最廣的光分路器型號，可嚴格按照環(huán)境壽命試驗的時間、條件要求實施抽樣檢測；

· 因環(huán)境壽命試驗耗時過長，也可考慮對光分路器進行高壓、高溫、高濕加速老化試驗。但由于高壓、高溫、高濕試驗僅適用于裸器件 （芯片、FA陣列、250μm尾纖），試驗前必須對樣品進行分離，分離過程中易造成測試數(shù)據(jù)的不確定性，因此對檢測人員有較高的要求。

2.3 現(xiàn)場快速連接器

由于現(xiàn)場快速連接器擁有巨大的市場需求，這一兩年來國內(nèi)快速連接器廠商數(shù)量急劇增加，市場上快速連接器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)各有特點，質(zhì)量也參差不齊。有的產(chǎn)品一次組裝成功率低、穩(wěn)定性差，給現(xiàn)網(wǎng)裝維工作帶來了很大的困擾，導致用戶報障和投訴數(shù)量增加。

現(xiàn)場連接器分為機械接續(xù)型和熱熔型兩大類?，F(xiàn)網(wǎng)機械接續(xù)型的用量比熱熔型的多，其中預埋型的用量又多于直通型的。由于機械型現(xiàn)場快速連接器采用冷接的方式，組裝人員對產(chǎn)品的熟悉程度會影響到組裝的質(zhì)量。廠商技術人員對自身的產(chǎn)品有深刻的理解和豐富的實際操作經(jīng)驗，可以最準確地反映產(chǎn)品本身的性能指標。因此，在入圍測試時，均由各廠商派出技術人員，在規(guī)定時間內(nèi)同時進行組裝，考核現(xiàn)場組裝時間、組裝成功率。這種方式還能夠識別出部分沒有相應的研發(fā)、生產(chǎn)、后續(xù)維護能力的廠商。在后續(xù)的到貨檢測中，為了更切合該產(chǎn)品在現(xiàn)網(wǎng)中的實際使用情況，體現(xiàn)產(chǎn)品的綜合性能，可以考慮由入圍廠商對檢測機構(gòu)或現(xiàn)網(wǎng)裝維人員進行培訓并發(fā)放證書，由擁有證書的人員進行組裝后再進入檢測流程。

現(xiàn)場連接器的核心部件是V型槽，V型槽的材料和精度直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。對預埋型光纖快速連接器來說，光纖匹配液的選擇也是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。綜合近兩三年來各電信運營商的選型測試、到貨驗收測試、廠商委托測試、產(chǎn)品認證測試的情況，該產(chǎn)品出現(xiàn)的主要質(zhì)量問題及分析如下。

（1）一次組裝成功率不達標

由于結(jié)構(gòu)特殊性、工藝一致性、操作通用性、組裝人員熟練性等因素的綜合影響，有相當一部分產(chǎn)品的一次組裝成功率仍然無法達到行標規(guī)定的92.5%，更不用說電信企標規(guī)定的95%。在現(xiàn)網(wǎng)使用中甚至出現(xiàn)過極端情況：為了完成一個用戶的放裝需要耗費6、7個快速連接器。

（2）插入損耗不合格

行標中規(guī)定IL的平均值≤0.3 dB，極限值≤0.5 dB；電信企標對插入損耗平均值提高了要求，規(guī)定IL平均值≤0.25 dB，極限值≤0.5 dB。實際檢測時，一組樣品中會有個別樣品插入損耗偏大；個別樣品在首次對接時插入損耗合格，但經(jīng)過幾次插拔之后性能變差；有極個別的樣品甚至在正常插拔時，發(fā)生插針體脫落的現(xiàn)象。顯然，這些都會影響到插入損耗平均值與極限值指標的合格判定。樣品組裝時切割刀已磨損、切割端面不平整，預埋光纖與現(xiàn)場光纖模場直徑（MFD）不匹配，現(xiàn)場光纖制作長度存在誤差、接續(xù)縫隙加大，或者光纖開剝時造成的微損傷、匹配液受污染等，都可能使樣品產(chǎn)生對接不良、損耗過大甚至光路不通的現(xiàn)象。

（3）抗拉試驗不合格

由于各廠商對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設計方式不同，如果連接器內(nèi)部對光纖的壓接點、連接器尾端鎖緊結(jié)構(gòu)件、皮線光纜固定方式、皮線光纜的尺寸等控制不好，就會在受外力拉扯時產(chǎn)生現(xiàn)場制作的光纖與預埋光纖對接點接續(xù)不好的現(xiàn)象，使其光學性能變差，甚至造成光纜直接脫出。現(xiàn)場連接器除了一部分用在光纖配線箱內(nèi)作為配線光纜與入戶皮線光纜的接續(xù)，還有大部分布放在用戶家中，直接插在ONU終端上，使用環(huán)境比較復雜，因此其抗拉性能必須得到保證。

（4）環(huán)境試驗（高溫、低溫、濕熱、溫度循環(huán)）不合格

高溫、濕熱及溫度循環(huán)試驗雖然不能完全反映產(chǎn)品的長期穩(wěn)定性和壽命，卻是目前用來體現(xiàn)產(chǎn)品使用壽命和可靠性的最有效方法。檢測中會發(fā)現(xiàn)有些產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)設計缺陷、材料（如V型槽材質(zhì)、外部結(jié)構(gòu)件）老化、性能不好、匹配液不穩(wěn)定，造成環(huán)境試驗后光性能指標下降，甚至光路不通的現(xiàn)象。總體上來講，相比高溫、濕熱及溫度循環(huán)試驗，低溫試驗的合格率明顯增高。

2.4 其他產(chǎn)品

光纜通信在我國已有20多年的使用歷史，經(jīng)過多年的整合，光纜廠商也從最多的200多家減少到目前的幾十家左右，光纜到貨抽檢的合格率比較高。但隨著新型光纜光纖的發(fā)展，在測試中發(fā)現(xiàn)，原有國家標準、行業(yè)標準所推薦的測試方法未及時修訂，會影響測試結(jié)果的準確性。

如測試G.657光纖的模場直徑時，如果按GB/T15972.45-2008的規(guī)定，測試樣品取長度為2 m的光纖，將其繞一半徑為30 mm的單圈進行測試，那么測試會造成部分光纖的MFD測試值偏小，達不到指標要求。這是由于以2 m光纖繞一半徑30 mm單圈的方式去除高階模，對常規(guī)的抗彎性能并不優(yōu)越的G.652光纖是合適的，但對于抗彎性能好的G.657光纖，繞半徑為30 mm的圈并不能濾去高階模。對于光纖截止波長λc低于工作波長（1 310 nm）的光纖，2 m光纖在工作波長上能單模工作，MFD測試值是準確的；但對于光纖截止波長λc大于工作波長（1 310 nm）的2 m光纖，在工作波長上不能單模工作，必須采用其他適當?shù)姆绞剑ㄈ缂哟髽悠烽L度，光經(jīng)過足夠長的光纖之后，高階模轉(zhuǎn)換為輻射模，不能繼續(xù)傳播）去除高階模，才能滿足標準所要求的測試必要條件（確保樣品在測量波長上能單模工作），否則測試數(shù)據(jù)并不是光纖真正的MFD值。因此，為了在測試G.657光纖的MFD時，能符合對去除高階模的要求，保證樣品處于單模工作狀態(tài)，以獲得正確的測試數(shù)據(jù)，建議對標準進行細化修訂，對模場直徑測試樣品的要求應等同光纜截止波長測試樣品的要求，即采用22 m長度的光纜，而不是采用2 m的光纖。

盒體、架體、柜體類產(chǎn)品（如光纜接頭盒、光纖配線架、光纜交接箱、分光分纖箱等）的質(zhì)量也存在或多或少的問題。光纜接頭盒由于盒體結(jié)構(gòu)設計不合格、塑料材質(zhì)性能差，容易造成抗沖擊性能不合格；密封安裝復雜度、所選用密封材料與密封性能、再密封性能之間存在一定的矛盾。光纖配線架、光纜交接箱普遍存在的問題是高壓防護接地裝置未與架體絕緣、噴塑后未保證電氣可靠導通、接地標識不符合要求、鹽霧試驗不合格等。分光分纖箱在通線孔數(shù)量、光分路器安裝空間、板材厚度、停泊位設置、密封性、門開啟角度等方面未達到要求。甚至有部分廠商未認真核對客戶的配置要求，交付架體、柜體類產(chǎn)品時，缺少一些必要的低值附件，如保護套管、保護襯墊、熱熔管等。

3 結(jié)束語

一方面，F(xiàn)TTH的發(fā)展促進了越來越多的企業(yè)進入ODN市場；另一方面，ODN光無源產(chǎn)品的通信行業(yè)標準和企業(yè)標準已經(jīng)日趨完善。因此，生產(chǎn)廠商應根據(jù)標準，控制產(chǎn)品質(zhì)量，加強產(chǎn)品的出廠檢驗；運營商應加強產(chǎn)品的入圍檢測和到貨抽檢力度，進一步保證無源光產(chǎn)品的質(zhì)量和長期可靠性，從而降低網(wǎng)絡傳輸故障，減少網(wǎng)絡后期的維護壓力，提升ODN的整體壽命。

1 YD/T 1272.1-2003.光纖活動連接器 第一部分：LC型,2003

2 YD/T 1272.3-2005.光纖活動連接器 第三部分：SC型,2005

3 YD/T 1272.4-2007.光纖活動連接器 第四部分：FC型,2007

4 YD/T 2000.1-2009.平面光波導集成光路器件 第1部分：基于平面光波導（PLC）的光功率分路器,2009

5 YD/T 2341.1-2011.現(xiàn)場組裝式光纖活動連接器 第1部分:機械型,2011

6 YD/T 1997-2009.接入網(wǎng)用蝶形引入光纜,2009

7 YD/T 1954-2009.接入網(wǎng)用彎曲損耗不敏感單模光纖特性,2009

8 GB/T15972.44-2008.光纖試驗方法規(guī)范 第44部分：傳輸特性和光學特性的測量方法和試驗程序——截止波長,2008

9 GB/T15972.45-2008.光纖試驗方法規(guī)范 第45部分：傳輸特性和光學特性的測量方法和試驗程序——模場直徑,2008

10 中國電信集團ODN產(chǎn)品檢測指導手冊

11 林學煌.光無源器件.北京:人民郵電出版社,2002