淺析異型的單模光纖混用時應注意的問題

陳 潔

福建中移通信工程有限公司，福建 福州 350007

1 異型光纖對接的接續損耗問題

光纖的接續損耗主要包括：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。本文只針對光纖本征因素模場直徑方面及熔接損耗方面對異型光纖對接的影響進行分析研究。

所謂模場直徑就是單模光纖中光斑的大小，接續損耗可以使用以下公式進行計算：

其中：x、y表示對接異型光纖的模長直徑，單位為nm

在實際操作中，某一次的熔接值可能會與原來的平均損耗值相差較大。任何光纖通信系統在設計時都已經將光纜富余度考慮在內，這其中就包括了由于接頭所引起的損耗開銷，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較小。這樣即使熔接損耗達到了0.6dB，整個鏈路的衰耗總開銷也會在允許的范圍之內。況且我們最關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到設備的要求。

2 色散對異型光纖對接的影響

色散是由于不同成分的光信號在光纖中傳輸時因為群速度不同產生不同的時間延遲引起的一種物理效應，對于單模光纖，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，波導色散相對較小。從對色散的定義和色散對系統的影響來看，對于兩段異型光纖的對接至少需要考慮以下兩個方面的因素：1）在特定波長下對，光纖色散的大小對系統應用的影響；2）從色散的定義上看，在可變波長范圍內，色散本身大小是隨著波長的變化而變化的，必須考慮在波分系統應用時的限制。

在特定波長下，光纖的色散大小決定了光纖上所承載系統的傳輸速率和傳輸距離。由于不同類型的光纖具有不同的色散系數，因此在在使用異型光纖對接后，必須對混合光纖的色散進行重新計算，，在綜合色散發生明顯變化時必須考慮使用色散補償模塊，而合適的色散補償模塊取決于中繼段色散總量的大小。在高速率的DWDM系統，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區的色度色散不能為零。當G.652的光纖和G.655的光纖以及不同類型的G.655光纖進行對接的時候，色散對一個固定速率傳輸系統會有影響，但在波分中色散對系統的影響比起單速率的傳輸系統的影響要復雜得多，這主要是由于光纖在不同波長下的色散系數是不一樣的，光纖的色散總是隨著波長的變化而變化，當不同斜率的異型光纖進行對接時，得到的色散斜率可能發生了很大的變化，這會導致系統中原有的色散補償模塊在不同波長下對系統的色散補償不能達到DWDM系統的要求，不進行色散補償模式的調整，可能導致色散對不同波上承載的系統造成不良的影響。

2.2 偏振模（PMD）色散

偏振模色散（PMD）又稱光的雙折射:單模光纖只能傳輸一種基模的光。基模實際上是由兩個偏振方向相互正交的模場HE11x和HE11y所組成。若單模光纖存在著不圓度、微彎力、應力等，HE11x和HE11y存在相位差，則合成光場是一個方向和瞬時幅度隨時間變化的非線性偏振，就會產生雙折射現象，即x和y方向的折射率不同。因傳播速度不等，模場的偏振方向將沿光纖的傳播方向隨機變化，從而會在光纖的輸出端產生偏振色散。

3 折射率分布的不同對異型光纖對接的影響

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重要參數，理論上講他只與光纖的折射率分布有關，因此在折射率分布固定的情況下，光纖的截止波長也是固定的，而截止波長是單模光纖所特有的參數，是單模光纖的本征參量，也是單模光纖最基本的參數。在異型光纖進行對接的系統中，由于折射率的分布的不同，不但會導致在接頭處產生額外的衰減，而且會對系統的截止波長產生重要的影響。相比之下，由于折射率分布的不同導致接頭產生的附加衰減比由于模場直徑的差異導致的衰減要微弱得多，折射率分布的不同對異型光纖對接的影響主要表現在對截止波長的限制上。截止波長描述的是光纖從多模轉變為單模的那一臨界波長點。在ITU中建議色散非位移光纖（G.652）光纜的截止波長應不大于1260nm，非零色散位移光纖（G.655）光纜的截止波長應不大于1480nm。因此，G.652光纖可以使用傳統的1310nm波段傳輸設備，但是一些G.655光纖卻沒有這個能力。所以，在不同類型的G.655光纖進行對接的時候，需要對光纖的截止波長進行確認

4 非線性效應對異型光纖對接的影響

光纖的非線性效應可分為兩類：受激散射和折射率擾動，受激散射有兩種形式：受激布里淵散射和受激拉曼兩種，而折射率擾動又分為了自相位調制、交叉相位調制和四波混頻效應。由于這些非線性效應和光纖的有效面積、折射率分布和色度色散、偏振模色散等多種參數密切相關，具體評價混合光纖對系統的影響是很難的，因此，在應用混合光纖進行傳輸組網時，應通過傳輸設備供應商提供的比較保守的設計原則來決定。

雖然非線性效應無法在理論上進行比較準確的推論，但是，在現網的應用上異型光纖的對接時非線性效應對系統的應用造成的影響還是比較有限的。總而言之，混合光纖的非線性效應會限制系統的容量和傳輸距離，而對于非線性效應的控制重點應放在光纖的有效面積、光輸入功率和色散等方面。

5 異型光纖對接對熔接機的要求

在諸多影響熔接質量的因素中，熔接設備的影響很值得我們重視。異型光纖進行熔接時，其程序或是設備的設置會有相應的不同。特別是真波光纖的幾何特性與G.652光纖稍有不同，熔接機廠商在熔接機內預先設置類程序來優化色散位移光纖的熔接性能。在接續真波光纖之前，應與熔接機廠家聯系一確定熔接此種光纖的最優程序，必要時應升級熔接機的軟件，以獲得最佳的熔接效果。在熔接前，千萬不要想當然就認為你所用的熔接機可以處理特殊光纖的熔接，最好在熔接前與光纖生產商和熔接機供應商取得聯系。選擇成熟優質的熔接工具獲得工具供應商的技術支持和培訓，這些都將使你獲得更好的熔接質量。

6 異型光纖對接造成OTDR測量時單向異常

光纖接續完,人們目前最常用OTDR儀表對接續效果進行測量。光時域反射儀又稱背向散射儀，由于光纖的模場直徑影響它的后向散射,因此在一根光纖中反射回來的能量多少依賴于該光纖的MFD，因此當MFD不同的光纖連接在一起時，OTDR可能會產生異常的讀數。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，則產生的OTDR誤差為正。這個正的誤差加上實際的連接損耗就會在OTDR上顯示為一個較大的虛假讀數。反之，當被連接光纖（光纖2）的MFD比連接光纖（光纖1）的MFD小時，OTDR誤差為負。負的誤差加上實際的連接損耗在OTDR上被顯示為一個較小的虛假讀數，甚至在某些情況下，還可能出現增益而非衰減，這就是人們常說的OTDR單向異常現象。

通過以上的分析，我們認為在進行異型光纖對接的時候，應主要考慮的以下幾方面的因素：

1）接續損耗；

2）鏈路色散、PMD和鏈路色散斜率；

3）截止波長限制問題；

4）非線性效應:主要在系統測試中反映；

5）選擇合適的熔接工具和測試工具；

6）采用OTDR雙向測量法, 獲得真實的連接損耗。

通過本文的分析和在實際的應用中，我們認為在異型光纖對接中，G652異型光纖的對接對系統基本沒有影響，G655異型光纖的對接在衰耗方面也不存在太大問題，色散和PMD也基本不會受到影響，應特別值得注意的是截止波長和非線性效應，對接后截止波長應只滿足到兩者的交集部分，若要開通超出部分的波長將會對系統產生較大影響。而非線性效應就比較復雜了，由于各影響因素互相作用，很難在實際中進行量化，因此對于非線性效應應根據現場實際情況，在系統調測過程特別注意并進行分析。另外從以上的分析也很容易看到G652和G655光纖的對接問題是比較多的，無論在連接損耗、色散、PMD、截止波長、非線性效應等方面對系統的影響都是比較大的，因此在實際應用中我們不建議這種方式的對接。

[1]原榮.光纖通信[M].電子工業出版社，2002.

[2]黃少山.關于幾種常用G.655光纖接頭損耗的統計分析[J].電信科學，2002，3.

[3]王光全.長途光纜骨干傳輸網光纖選型建議[J].電信科學，2002，2.

[4]段緒奎，楊彪.光纜接續損耗標準的探討[J].電信工程技術與標準化，2003，9.