淺析光纖熔接損耗產生的原因及降低損耗的措施

摘 要：本文對產生光纖熔接損耗的各種本征和非本征因素進行了詳細了分析，以模場直徑和軸芯錯位為例，分析了各種影響因素引起的熔接損耗的變化；總結了降低光纖熔接損耗的措施，對施工人員實現光纖低損耗熔接具有一定的指導意義。

關鍵詞：光纖；熔接損耗；產生原因；措施

Abstract：The intrinsic and non-intrinsic factors of splice loss for optical fiber are analyzed in this paper. With the mode field diameter and core axial offset as examples， analyses of the change of splice loss with the change of the mode field diameter or core axial offset； Finally， Measures for reducing the splice loss are summarized； these may be guides to get lower splicing loss.

key words：Optical Fiber；Splicing Loss；Cause Factor；Measure

1 引言

在光纖通信傳輸過程中，光纖損耗的高低直接影響到傳輸距離的遠近以及光通信傳輸質量，光纖損耗主要是由光纖自身的傳輸損耗和光纖接頭處的熔接損耗組成的。光纖自身的傳輸損耗與光纖的種類和成纜質量有關，光纜一經訂購，其光纖自身的損耗也基本確定。光纖接頭處的熔接損耗則與光纖本征因素造成的固有損耗及非本征因素造成的熔接損耗有關。文中以最常用的單模光纖為例， 分析了熔接損耗產生的原因， 總結了降低光纖熔接損耗的解決方法，對提高光纖熔接質量，提高整個通信系統通信距離與信號質量都有積極的意義。

2 影響光纖熔接損耗的因素分析

假設經過光纖熔接點前輸入光功率為Pin，經過熔接點后，輸出的光功率為Pout；熔接點損耗值為L，則可得出熔接點處損耗值為：L = 10×lg（Pout/Pin）。影響光纖熔接損耗的因素較多，大體可分為光纖本征因素和非本征因素兩類，以下分別對這兩種情況進行分析。

2.1 光纖本征因素對光纖熔接損耗的影響

光纖本征因素是指由于光纖自身因素而造成的熔接損耗，主要有五點：

a）模場直徑不一致

單模光纖的模場直徑表征了光纖中傳輸的單模光功率在橫截面上的分布，它對光熔接損耗有著重要的影響。單從光纖模場直徑對光纖熔接損耗的影響，對于兩根模場直徑分別為D1和D2的單模光纖熔接損耗L1計算公式為：

L1 = 20×lg[（D1/2D2）+ （D2/2D1）] 公式1

公式1中，D1—發射光纖的模場直徑，D2—接收光纖的模場直徑

圖1 模場直徑失配比與熔接損耗關系圖

隨著光纖制造技術的提高，目前各國生產的單模光纖模場直徑偏差都控制在CCITT建議的標準之內，即（9～10）±10%um。但即使每根光纖的模場直徑都在規定標準之內，假設一根被接光纖的模場直徑在標準的下限為9um，而另一根光纖的模場直徑在標準的上限為11um，兩根光纖的失配比達到22%，該兩種光纖進行接續時，損耗大于0.2dB。光纖模場直徑失配比與光纖接續損耗之間的關系如圖1所示。

b）光纖芯徑失配

芯徑失配，當光由較大的芯徑向較小的芯徑傳輸時，有一部分光在連熔接點處就會產生反射損耗等。根據有關研究實驗表明，單模光纖中纖芯直徑相對失配達2%時，所產生的連接損耗約0.02dB。

c）纖芯與包層同心度不良

光纖熔接的關鍵是將光纖對準而不是包層對準。由于有的光纖同心度不良，在熔接時會出現僅包層對準但纖芯未對準的情況，此時熔接后的芯連接成彎折形或根本未接上，從而引起接頭熔接損耗。

d）光纖纖芯截面的不圓

光纖的纖芯不圓度直接影響對接光纖的纖芯定位，從而影響著光纖熔接損耗的大小。光纖纖芯截面的不圓度越差，熔接損耗會越差。

e）折射率失配

兩種光纖的折射率差失配時，在熔接點也會因折射率不匹配而產生損耗。相對于其他四個影響因素，折射率失配造成熔接損耗相對較小。

2.2 光纖非本征因素對光纖接續損耗的影響

光纖非本征因素主要是由于熔接方式、熔接工藝以及熔接設備功能的不完善引起的，主要包括軸心錯位、軸心傾斜、端面分離以及端面質量等因素，如圖2所示。

圖2 光纖非本征因素造成的損耗

光纖軸心錯位 光纖軸心錯位引起的接續損耗如圖2（a）所示，假設兩根光纖的軸心錯位大小為，不考慮其它因素的影響，且兩根光纖的模場直徑完全匹配。則此兩根光纖進行接續時所產生的損耗計算公式如下：

公式2

公式2中，x—軸心錯位大小

d—光纖的模場直徑

對于工程中的光纖G652、G653以及G654光纖，軸心錯位引起的接續損耗如圖3所示。從圖3中可見，同樣的軸心錯位偏差，如果光纖的模場直徑越大，則熔接損耗越小。

光纖端面質量 端面質量的好壞直接影響到熔接損耗的大小，高質量的光纖端面應為平整的鏡面，無毛刺、無缺損并且與軸線垂直。端面質量差會產生較大損耗，甚至出現氣泡。

光纖端面分離 光纖端面分離引起的熔接損耗如圖2（c）所示，假設兩根光纖端面分開的縱向距離為z，不考慮其它因素的影響，且兩根光纖的模場直徑完全匹配，則當熔接機電弧放電電壓較低或者熔接推進量不足時，產生端面分離Z越大，熔接損耗L（z）則越大。

圖3 光纖軸心錯位與損耗關系曲線

光纖軸向傾斜 對于軸心傾斜，當光纖軸向斜角α= 1°時，約產生0.6 dB的熔接損耗。要想熔接損耗控制在0.1dB的范圍內，則單模光纖軸向傾角應該控制在0.3°以內，可見光纖軸向傾斜是影響熔接損耗的一個重要因素。光纖端面質量差、熔接機的對準機構受損、光纖壓腳或V型定位槽臟等因素都會造成熔接后的光纖軸向傾斜。

另外，光纖接續人員的操作水平、經驗水平、盤纖水平、熔接機中電極清潔程度、熔接參數設置、工作環境清潔程度等都是影響熔接損耗的重要因素。

3 降低熔接損耗的措施

針對本征因素中光纖模場直徑不一致、兩光纖芯徑不匹配和折射率失配等因素所引起的損耗，在同一條線路上盡量采用同一生產廠家、同一批次、同一型號的“三同”光纖。在工程建設和維護工作中，選擇模場直徑、纖芯直徑、折射率與同心度等特征一致性較好的光纖，因此，在熔接時可以盡可能減少其本征因素的差別性，從而使熔接損耗達到最小。

針對本征因素中纖芯與包層同心度不良和光纖纖芯截面的不圓等因素所引起的損耗，應選用具備纖芯對準功能的光纖熔接機進行光纖對接，避免出現僅包層對準但纖芯未對準的情況，此時熔接后的芯連接成彎折形或根本未接上，而引起的熔接損耗。

對于非本征因素引起的損耗采用如下措施來降低熔接損耗。對光纖熔接時產生的軸心錯位、軸心傾斜與端面分離等非本征損耗，應做到正確使用光纖切割器與光纖熔接機來提高熔接質量。光纖切割器屬于精密器械，除了按要求做日常的保養以使切割處于良好狀態外，切割光纖時要嚴格按照操作順序進行，動作要輕。制備好的端面應垂直于光纖軸、端面平整無損傷、邊緣整齊、無缺損、無毛刺，符合熔接要求。正確使用熔接機是降低光纖熔接損耗的重要保證和關鍵環節，根據光纖類型，合理設置熔接參數，并且在使用中和使用后及時清理熔接機的光纖定位機構上的灰塵。每次使用前應使熔接機在熔接環境中運行至少15分鐘，在環境差別較大的地方，還必須做放電試驗以使得放電電弧處于最佳狀態。

4 結束語

光纖接頭損耗對光纖線路的傳輸性能有著較大的影響， 降低光纖接頭損耗對提高其傳輸質量有著重要意義。只要對光纖接頭熔接損耗的各種不良因素綜合采取合理措施， 可最大程度地降低熔接損耗。光纖光纜熔接是一項技巧性強、質量要求高、細致嚴謹的工作，各個環節都要求操作者仔細觀察、周密考慮、規范操作。只有勤于總結和思考，通過不斷的動手操作實踐，才能提高光纜接續質量，降低接續損耗，從而使光纖通信系統的傳輸性能有良好的保證。

參考文獻

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作者簡介：尚守鋒，中國電子科技集團公司第四十一研究所，233001。