ODN光無源產品質量分析

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，光分配網絡）是位于OLT（optical line terminal，光線路終端）和 ONU（optical network unit，光網絡分配單元）之間所有網絡元素的總稱，將一個OLT和多個ONU連接起來，提供光信號的雙向傳輸。從網絡結構來看，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、光纖現場連接器、機械式接續子、適配器、信息插座等。

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

針對近年來實驗室所承接的大量光無源產品測試任務，結合通信行業相關標準（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品的質量情況進行總結，并對檢測中發現的一些問題進行歸納和分析。

2 ODN光無源產品質量

大部分光無源產品（機械型現場快速連接器、機械式接續子除外）的常態光性能指標在出廠時都能得到很好的控制，存在的主要質量問題是使用材料、工藝細節造成的產品結構、機械性能、環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、現場快速連接器、光纖光纜、架體類光無源產品在檢測中出現的問題稍做分析。

2.1 光纖活動連接器

光纖活動連接器是光纖通信系統中使用量最大的光無源產品，經過多年的沉淀，其產品質量基本能得到保證。生產廠商一般也會規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。如何保證光無源產品最關鍵的性能指標——插入損耗的測試數據準確無誤，下面做詳細介紹。

根據YD/T1272光纖活動連接器系列行業標準中規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。

為了保證測試數據準確，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，經過多次測量，排除由于端面不潔或連接不當等偶然因素造成的

端接損耗過大的問題。

在規范了測試條件之后，插入損耗的大小主要取決于被測光纖活動連接器的質量。

插入損耗過大的原因有很多：如纖芯尺寸、數值孔徑、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過程中，生產工藝的規范、自動化設備的準確度、生產工人的熟練程度和責任心都會影響到產品的質量，因此個別產品出現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樣品插入損耗過大的情況，有如下兩種可能：

· 電信企業標準對插入損耗的要求比行業標準高（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在抗拉試驗上。由于紡綸線本身質量、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插入損耗增大，甚至出現光纖斷裂、光路不通的現象。而光纖活動連接器的環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。工業和信息化部于2009年12月發布了《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》的行業標準（YD/T 2000.1-2009）。

目前，國內宣稱能夠生產光分路器的廠商超過數百家，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自主生產晶元。

表1~表3列舉了Telcordia GR-12O9-CORE標準、YD/T2000.1-2009國家通信行業標準、Q/CT2295-2010中國電信企業標準中所規定的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，不僅體現在最大插入損耗的數值要求、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年開始已經連續4年開展光分路器入圍檢測，檢測指標從最初的常態插入損耗、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、環境性能、機械性能、環境壽命等）的測試。自2012年起，中國電信還對全國范圍內集采的光分路器實施到貨抽檢。入圍和到貨檢測的結果基本上反映了當前光分路器產品的質量情況和存在的問題。歷年檢測結果的比對分析，也從另一個側面反映出該產品的生產技術日趨成熟，產品質量逐漸穩定、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的主要質量問題如下。

（1）常態插入損耗、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，引出跳線質量不穩定，插針體端面研磨不充分，都有可能引起常態插入損耗、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、插頭端面質量有差異等，都會造成光分路器產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、護套與插頭粘接質量密切相關；封裝側能否通過抗拉試驗與其封裝方式、護套材料質量相關。有的光分路器的封裝側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）環境試驗（高溫、低溫、高濕高熱、溫度循環）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）不穩定，廠商未對膠水的粘接力、硬度、強度進行環境試驗驗證。

光分路器是ODN中的核心器件，其質量直接影響到整條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：

·加強對廠商生產能力的調查，要求廠商提供主要原材料情況和生產設備、工藝流程和質量控制的措施；

·加大到貨檢測力度，避免出現廠商入圍后供貨“以次充好”的現象；

·加強產品的后評估，通過調查現網使用情況收集產品實際應用質量；

· 對入圍廠商進行現場考察，對其生產資質及綜合能力進行評估，確認供應商的實際研發、生產、質量管控及持續服務支撐的能力；

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

· 因環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據的不確定性，因此對檢測人員有較高的要求。

2.3 現場快速連接器

由于現場快速連接器擁有巨大的市場需求，這一兩年來國內快速連接器廠商數量急劇增加，市場上快速連接器產品的結構和材質各有特點，質量也參差不齊。有的產品一次組裝成功率低、穩定性差，給現網裝維工作帶來了很大的困擾，導致用戶報障和投訴數量增加。

現場連接器分為機械接續型和熱熔型兩大類?，F網機械接續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。由于機械型現場快速連接器采用冷接的方式，組裝人員對產品的熟悉程度會影響到組裝的質量。廠商技術人員對自身的產品有深刻的理解和豐富的實際操作經驗，可以最準確地反映產品本身的性能指標。因此，在入圍測試時，均由各廠商派出技術人員，在規定時間內同時進行組裝，考核現場組裝時間、組裝成功率。這種方式還能夠識別出部分沒有相應的研發、生產、后續維護能力的廠商。在后續的到貨檢測中，為了更切合該產品在現網中的實際使用情況，體現產品的綜合性能，可以考慮由入圍廠商對檢測機構或現網裝維人員進行培訓并發放證書，由擁有證書的人員進行組裝后再進入檢測流程。

現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品的質量。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品質量的重要因素。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、產品認證測試的情況，該產品出現的主要質量問題及分析如下。

（1）一次組裝成功率不達標

由于結構特殊性、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，有相當一部分產品的一次組裝成功率仍然無法達到行標規定的92.5%，更不用說電信企標規定的95%。在現網使用中甚至出現過極端情況：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，發生插針體脫落的現象。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，預埋光纖與現場光纖模場直徑（MFD）不匹配，現場光纖制作長度存在誤差、接續縫隙加大，或者光纖開剝時造成的微損傷、匹配液受污染等，都可能使樣品產生對接不良、損耗過大甚至光路不通的現象。

（3）抗拉試驗不合格

由于各廠商對產品結構的設計方式不同，如果連接器內部對光纖的壓接點、連接器尾端鎖緊結構件、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生現場制作的光纖與預埋光纖對接點接續不好的現象，使其光學性能變差，甚至造成光纜直接脫出。現場連接器除了一部分用在光纖配線箱內作為配線光纜與入戶皮線光纜的接續，還有大部分布放在用戶家中，直接插在ONU終端上，使用環境比較復雜，因此其抗拉性能必須得到保證。

（4）環境試驗（高溫、低溫、濕熱、溫度循環）不合格

高溫、濕熱及溫度循環試驗雖然不能完全反映產品的長期穩定性和壽命，卻是目前用來體現產品使用壽命和可靠性的最有效方法。檢測中會發現有些產品由于結構設計缺陷、材料（如V型槽材質、外部結構件）老化、性能不好、匹配液不穩定，造成環境試驗后光性能指標下降，甚至光路不通的現象?？傮w上來講，相比高溫、濕熱及溫度循環試驗，低溫試驗的合格率明顯增高。

2.4 其他產品

光纜通信在我國已有20多年的使用歷史，經過多年的整合，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展，在測試中發現，原有國家標準、行業標準所推薦的測試方法未及時修訂，會影響測試結果的準確性。

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，對常規的抗彎性能并不優越的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，必須采用其他適當的方式（如加大樣品長度，光經過足夠長的光纖之后，高階模轉換為輻射模，不能繼續傳播）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），否則測試數據并不是光纖真正的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，以獲得正確的測試數據，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）的質量也存在或多或少的問題。光纜接頭盒由于盒體結構設計不合格、塑料材質性能差，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 結束語

一方面，FTTH的發展促進了越來越多的企業進入ODN市場；另一方面，ODN光無源產品的通信行業標準和企業標準已經日趨完善。因此，生產廠商應根據標準，控制產品質量，加強產品的出廠檢驗；運營商應加強產品的入圍檢測和到貨抽檢力度，進一步保證無源光產品的質量和長期可靠性，從而降低網絡傳輸故障，減少網絡后期的維護壓力，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.接入網用蝶形引入光纜,2009

7 YD/T 1954-2009.接入網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