浅析异型的单模光纤混用时应注意的问题

陈 洁

福建中移通信工程有限公司，福建 福州 350007

1 异型光纤对接的接续损耗问题

光纤的接续损耗主要包括：光纤本征因素造成的固有损耗和非本征因素造成的熔接损耗二种。本文只针对光纤本征因素模场直径方面及熔接损耗方面对异型光纤对接的影响进行分析研究。

所谓模场直径就是单模光纤中光斑的大小，接续损耗可以使用以下公式进行计算：

其中：x、y表示对接异型光纤的模长直径，单位为nm

在实际操作中，某一次的熔接值可能会与原来的平均损耗值相差较大。任何光纤通信系统在设计时都已经将光缆富余度考虑在内，这其中就包括了由于接头所引起的损耗开销，另一方面接头损耗与工作光纤的总衰耗相比所占的比重相对较小。这样即使熔接损耗达到了0.6dB，整个链路的衰耗总开销也会在允许的范围之内。况且我们最关心的并不是光功率究竟损失在哪里，而是在接收端得到的光功率是否可以达到设备的要求。

2 色散对异型光纤对接的影响

色散是由于不同成分的光信号在光纤中传输时因为群速度不同产生不同的时间延迟引起的一种物理效应，对于单模光纤，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，波导色散相对较小。从对色散的定义和色散对系统的影响来看，对于两段异型光纤的对接至少需要考虑以下两个方面的因素：1）在特定波长下对，光纤色散的大小对系统应用的影响；2）从色散的定义上看，在可变波长范围内，色散本身大小是随着波长的变化而变化的，必须考虑在波分系统应用时的限制。

在特定波长下，光纤的色散大小决定了光纤上所承载系统的传输速率和传输距离。由于不同类型的光纤具有不同的色散系数，因此在在使用异型光纤对接后，必须对混合光纤的色散进行重新计算，，在综合色散发生明显变化时必须考虑使用色散补偿模块，而合适的色散补偿模块取决于中继段色散总量的大小。在高速率的DWDM系统，除要求光纤需具有低的衰减之外，还要求光纤具有小的色度色散、小的偏振模色散和工作波长区的色度色散不能为零。当G.652的光纤和G.655的光纤以及不同类型的G.655光纤进行对接的时候，色散对一个固定速率传输系统会有影响，但在波分中色散对系统的影响比起单速率的传输系统的影响要复杂得多，这主要是由于光纤在不同波长下的色散系数是不一样的，光纤的色散总是随着波长的变化而变化，当不同斜率的异型光纤进行对接时，得到的色散斜率可能发生了很大的变化，这会导致系统中原有的色散补偿模块在不同波长下对系统的色散补偿不能达到DWDM系统的要求，不进行色散补偿模式的调整，可能导致色散对不同波上承载的系统造成不良的影响。

2.2 偏振模（PMD）色散

偏振模色散（PMD）又称光的双折射:单模光纤只能传输一种基模的光。基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场HE11x和HE11y所组成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等，HE11x和HE11y存在相位差，则合成光场是一个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生双折射现象，即x和y方向的折射率不同。因传播速度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机变化，从而会在光纤的输出端产生偏振色散。

3 折射率分布的不同对异型光纤对接的影响

光纤折射率分布描述的是从光纤纤芯到包层的折射率随半径的变化情况。归一化频率V是描述光纤特性的一个重要参数，理论上讲他只与光纤的折射率分布有关，因此在折射率分布固定的情况下，光纤的截止波长也是固定的，而截止波长是单模光纤所特有的参数，是单模光纤的本征参量，也是单模光纤最基本的参数。在异型光纤进行对接的系统中，由于折射率的分布的不同，不但会导致在接头处产生额外的衰减，而且会对系统的截止波长产生重要的影响。相比之下，由于折射率分布的不同导致接头产生的附加衰减比由于模场直径的差异导致的衰减要微弱得多，折射率分布的不同对异型光纤对接的影响主要表现在对截止波长的限制上。截止波长描述的是光纤从多模转变为单模的那一临界波长点。在ITU中建议色散非位移光纤（G.652）光缆的截止波长应不大于1260nm，非零色散位移光纤（G.655）光缆的截止波长应不大于1480nm。因此，G.652光纤可以使用传统的1310nm波段传输设备，但是一些G.655光纤却没有这个能力。所以，在不同类型的G.655光纤进行对接的时候，需要对光纤的截止波长进行确认

4 非线性效应对异型光纤对接的影响

光纤的非线性效应可分为两类：受激散射和折射率扰动，受激散射有两种形式：受激布里渊散射和受激拉曼两种，而折射率扰动又分为了自相位调制、交叉相位调制和四波混频效应。由于这些非线性效应和光纤的有效面积、折射率分布和色度色散、偏振模色散等多种参数密切相关，具体评价混合光纤对系统的影响是很难的，因此，在应用混合光纤进行传输组网时，应通过传输设备供应商提供的比较保守的设计原则来决定。

虽然非线性效应无法在理论上进行比较准确的推论，但是，在现网的应用上异型光纤的对接时非线性效应对系统的应用造成的影响还是比较有限的。总而言之，混合光纤的非线性效应会限制系统的容量和传输距离，而对于非线性效应的控制重点应放在光纤的有效面积、光输入功率和色散等方面。

5 异型光纤对接对熔接机的要求

在诸多影响熔接质量的因素中，熔接设备的影响很值得我们重视。异型光纤进行熔接时，其程序或是设备的设置会有相应的不同。特别是真波光纤的几何特性与G.652光纤稍有不同，熔接机厂商在熔接机内预先设置类程序来优化色散位移光纤的熔接性能。在接续真波光纤之前，应与熔接机厂家联系一确定熔接此种光纤的最优程序，必要时应升级熔接机的软件，以获得最佳的熔接效果。在熔接前，千万不要想当然就认为你所用的熔接机可以处理特殊光纤的熔接，最好在熔接前与光纤生产商和熔接机供应商取得联系。选择成熟优质的熔接工具获得工具供应商的技术支持和培训，这些都将使你获得更好的熔接质量。

6 异型光纤对接造成OTDR测量时单向异常

光纤接续完,人们目前最常用OTDR仪表对接续效果进行测量。光时域反射仪又称背向散射仪，由于光纤的模场直径影响它的后向散射,因此在一根光纤中反射回来的能量多少依赖于该光纤的MFD，因此当MFD不同的光纤连接在一起时，OTDR可能会产生异常的读数。由此引起误差，如果被连接的光纤（光纤2）的MFD（MFD2）比连接光纤（光纤1）的MFD（MFD1）大，则产生的OTDR误差为正。这个正的误差加上实际的连接损耗就会在OTDR上显示为一个较大的虚假读数。反之，当被连接光纤（光纤2）的MFD比连接光纤（光纤1）的MFD小时，OTDR误差为负。负的误差加上实际的连接损耗在OTDR上被显示为一个较小的虚假读数，甚至在某些情况下，还可能出现增益而非衰减，这就是人们常说的OTDR单向异常现象。

通过以上的分析，我们认为在进行异型光纤对接的时候，应主要考虑的以下几方面的因素：

1）接续损耗；

2）链路色散、PMD和链路色散斜率；

3）截止波长限制问题；

4）非线性效应:主要在系统测试中反映；

5）选择合适的熔接工具和测试工具；

6）采用OTDR双向测量法, 获得真实的连接损耗。

通过本文的分析和在实际的应用中，我们认为在异型光纤对接中，G652异型光纤的对接对系统基本没有影响，G655异型光纤的对接在衰耗方面也不存在太大问题，色散和PMD也基本不会受到影响，应特别值得注意的是截止波长和非线性效应，对接后截止波长应只满足到两者的交集部分，若要开通超出部分的波长将会对系统产生较大影响。而非线性效应就比较复杂了，由于各影响因素互相作用，很难在实际中进行量化，因此对于非线性效应应根据现场实际情况，在系统调测过程特别注意并进行分析。另外从以上的分析也很容易看到G652和G655光纤的对接问题是比较多的，无论在连接损耗、色散、PMD、截止波长、非线性效应等方面对系统的影响都是比较大的，因此在实际应用中我们不建议这种方式的对接。

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