张作通 潘辰裕 杨亚军

（江苏永鼎光纤科技有限公司，江苏 苏州 215211）

0 引言

随着光纤技术的不断发展，光纤产品已经成为高竞争力的产品之一，通信线缆市场逐渐被光纤光缆取代，产业发展前景良好。随着通信产业的不断发展，人们对光纤产品的衰减特性提出了更高的要求，因此，我们必须掌握正确的测量方法以得到准确值。为了更准确有效地得到测量值，该文就影响检测值的相关因素做了实验，对GB/T 15972.40—2008 中方法A-用截断法测量衰减的特定要求进行研究，对该方法的具体实施过程进行阐述，并对其准确性及先决条件进行了分析，分析结果表明在消除相关影响因素的条件下可以准确有效地得到测试值，提高测量精度、减少测量误差。

1 衰减特性的测量方法

光纤衰减是指光纤传播时的光功率减小程度的一种度量，它取决于光纤的性质和长度，并受测量条件的影响。测量光纤衰减特性的方法包括截断法、插入法、后向散射法以及谱衰减模型法。截断法、插入法以及后向散射法适用于所有的A 类多模光纤和B 类单模光纤的衰减测量，后向散射法还可以用作光纤长度、损耗和不连续点特性的测量。谱衰减模型法仅适用于B 类光纤的测量。

1.1 截断法

截断法是衰减测量的基准方法，使用的单色仪能够测量700 nm～1 725 nm 衰减谱，覆盖石英光纤的完整波段。插入法与后向散射法使用的是单一波长光源，无法实现衰减谱的测量，但是可以通过使用后向散射法（光时域反射仪（OTDR））测量得到所需波长（3～5 个波长）的衰减后，将其带入预先建立的谱衰减模型，从而计算出其他波长的衰减。该实验采用光纤多参数测试仪（美国PK 公司PK2200光纤分析测试系统）的截断法测试光纤衰减。截断法是根据光纤衰减定义建立的测试方法，是在不改变注入条件的情况下， 测量出通过光纤横截面的光功率，从而计算光纤衰减，该方法是ITU（国际电信联盟）建议光纤衰减的基准测试方法，被测样品的标准绕线方法（又习惯称为正常状态）如图1 所示。

对单模光纤，波长大于1 300 nm 的光信号在光纤中进行传输时，应该保持单模状态，要求单模光纤的截止波长应该小于工作波长，而在多数情况下，截断的2 m 光纤长度不足以保证光纤中传输的光信号为单模，因此需要通过将样品绕一定大小的圆将高阶模滤除掉。在有测量争议时，因其测量精度高，也多采用此方法作为判断标准。但是该方法在某些情况下，其破坏性是截断法的一个缺点。

图1 被测样品标准绕线示意图

1.2 插入法

插入法是光纤衰减的替代测量方法，其基本原理类似于截断法。插入法的测量精度比截断法低，但是被测光纤和固定在光纤端头上的中断连接器具有非破坏性的特点，所以该方法适合现场测量，主要用于对链路光缆的测量。

1.3 后向散射法

后向散射法是光纤衰减的替代测量方法，该方法是一种单端测量方法，它是通过光纤中不同点后向散射值至该光纤始端的后向散射光功率来测量光纤的衰减。后向散射法对衰减的测量受光纤中光传输速度和光纤后向散射特性的影响，其结果可能不是十分精确，该方法需要分别从被试光纤的两端进行测量，并取2 次结果的平均值作为光纤衰减的最终测量结果。该方法能够对光纤整个长度进行分析，甚至可以鉴别分立的点，也可以用于光纤长度的测量。用双后散射曲线测量光纤衰减均匀性的方法目前在该行业内仍在不断研究的过程中，对光纤衰减均匀性的要求有望纳入光纤产品的指标规范中。

1.4 谱衰减模型法

谱衰减模型可以作为B 类光纤衰减的替代测量方法。光纤的谱衰减系数可以通过特征矩阵M 和矢量v 计算出来。矢量包括了在几个（3～5 个）预定波长（例如1 310 nm、1 550 nm、1 625 nm 或其他所需要的波长）上测量的衰减系数。

第一种方法是由光纤或光缆提供者提供的该产品的特征矩阵，模型化谱衰减系数可以用矢量w 表示，矢量w 由公式：w = M × v 计算。

第二种方法是，如果M 是普通矩阵，则光纤或光缆提供者应提供一个修正因子的矢量e。

普通矩阵用于不同光纤设计或生产厂家的特征矩阵，它可以由标准体或借助标准体决定。每个光纤提供者可以同用户或生产厂家比较他们的产品，其差别由矢量e 决定。

2 截断法影响因素研究

影响截断法测量值的主要因素除了样品所处状态外，还与检测仪表方面对其产生的影响有关：1）稳定的光源（标准为1 600 nm ≥26 000 dB）。2）信噪比（标准≥33 dB）。3）波长重复性（标准≤0.05 dB）等。下面实验是在保证检测仪表各项均符合条件且光纤两端切割端面无缺陷、仪表聚焦正常的前提下，就光纤样品本身所处状态对其的影响做了相关实验。

实验样品：G652 标准单模光纤12 km，截止波长1 260 nm，衰减均匀无缺陷。

实验步骤有3 个：1）正常状态下与松散状态下（取消正常状态下φ6 cm 的圆）对波长衰减的影响。同一实验样品在正常状态下与松散状态下各检测5 次，其中正常状态下的5 次测量值高度重合，松散状态下的测量值重复性很差；实验数据结论如图2 所示，2 种状态下的绕线方法对波长衰减的影响十分明显。松散状态下的测量值会对1 270 nm 以下的波长衰减影响很大。如图2 所示，松散状态下的测量值在1 255 nm 处出现拐点，此时在测试中需要绕1 个φ6 cm 的圆过滤除掉高阶模对其造成的影响，检测时如果未绕φ6 cm 的圆会引起1 285 nm～1 330 nm 波段最大衰减与1 310 nm 波长衰减相比损失增加而不合格的情况增加。2）绕1 个φ28 cm的圆，比较绕不同的圈径R1、R2、R3（如图3 所示）对波长衰减的影响。同一实验样品不同的圈径各检测2 次，分别取对应波长的平均衰减。结论：圈径的大小对整个波长段的衰减都会产生较为明显的影响，圈径越小对波长衰减的影响越明显，因此在检测时应提供标准样品绕线模板，以便于更准确有效地检测。3）分别绕1 个φ28 cm、φ6 cm 的圆，实验分别截断不同长度L1、L2、L3（如图4 所示）对波长衰减的影响。

同一实验样品不同截断长度各检测2 次，分别取对应波长的平均衰减。实验数据结论（如图5 所示）：截断长度分别为1.5 m、2 m、4 m、4.5 m，当被测样品截断长度不同时对1 400 nm之前的波长衰减影响较小但对1 400 nm之后的波长衰减影响较大，且检测值变大的概率大幅增加，测量值重复性变差。为保证检测值的准确性除人员操作方面的因素外还需要提供标准的绕线模板进行改善。4）分别绕1 个φ28 cm、φ6 cm 的圆，实验桌面的稳定性对波长衰减的影响。

同一实验样品处在不同振幅与稳定状态下对样品进行衰减谱检测并予以比较，实验中分别设置2 个大小不一的振幅（振幅_“001”<振幅_“002”），实验数据结论（如图6所示）：在振幅较小的情况下，对短波长的影响很小，测量值的重复性也相对稳定，但是对长波长的影响相对短波长较为明显。当振幅增大时表现为衰减的连续性、重复性变差。在检测时应该避免桌面或仪表的振动，根据仪表所处环境如有必要仪表须放置在有减震材料的桌面上，以减小因震动产生的对检验值的影响。

图2 波长衰减受6cm 圈径影响示意图

图3 实验步骤2 样品绕线示意图

图4 实验步骤3 样品绕线示意图

图5 截断不同长度对波长衰减影响示意图

图6 桌面稳定性对波长衰减影响示意图

3 结语

通过上述对光纤谱衰减测试影响因素的研究可知，其是否与处于松散状态、圈径的大小、截断后光纤长度、仪表所处状态等有关，其相应关系如下：1）正常状态下测量值重复性好，结果稳定、可靠，松散状态下对1 270 nm 以下波长衰减影响很大，极易引起1 285 nm～1 330 nm 波段最大衰减与1 310 nm 波长衰减相比损失增加而不合格的情况发生。2）圈径的大小对全波长衰减检测值均会影响，圈径越小，对波长衰减的影响越明显。3）截断后光纤的长度对1 400 nm 以后的波长衰减影响较大，随着截断长度的增加，衰减向变大的方向发展。4）检测值的重复性与稳定性同时受仪表所处环境的影响，当桌面处于不稳定的环境下工作时，衰减连续性较差。

通过实验表明在使用截断法测试谱衰减时，许多因素均会对其测量值造成影响，在实际测量过程中，需要对仪表所处环境进行评估，对测量人员要有严格的作业标准及规范来保证其测量值的准确性。实际生产中应消除因上述因素产生的对测量值的影响，以实现对质量控制的目的。