光纖連接損耗的初步分析

重慶電子工程職業(yè)學(xué)院通信工程系計算機通信教研室 王 波

1.引言

光纖通信技術(shù)已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一，在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用。也是未來信息社會中各種信息的主要傳送工具。光纜連接是光纜施工的一項重要內(nèi)容，連接質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到傳輸距離的長短和中繼站位置的設(shè)定，而光纖連接損耗是衡量光纜連接質(zhì)量好壞最為直接的技術(shù)指標(biāo)。本文就為各位讀者揭示造成光纖連接損耗的原因。

2.光纖連接的分類

2.1 固定連接

主要用于光纜線路中光纖間的永久性連接，大多借助專用自動熔接機在現(xiàn)場進行熱熔接，也有采用粘接和機械連接。特點是接頭損耗小，機械強度較高。設(shè)備需要熔接機，大概幾萬元人民幣。

2.2 活動連接

主要用于光纖與傳輸系統(tǒng)設(shè)備以及與儀表間的連接，主要是通過光連接器插頭進行連接。特點是接頭靈活較好，調(diào)換連接點方便，損耗和反射較大是這種連接方式的不足。

3.光纖連接損耗的分類

影響光纖對接時的耦合效率（或耦合損耗）的因素很多，這些因素基本上可分為兩大類。

一類是固有的本征因素。這類因素是連接光纖本身的特性參數(shù)的差異，如纖芯直徑、模場直徑、數(shù)值孔徑的差異、纖芯(或模場)的同心度偏差、纖芯隨圓度等。由這些因素所引起的光纖對接損耗，一般是無法通過連接技術(shù)來改善的；

另一類是外界因素。光纖連接時光纖的端面質(zhì)量、對中質(zhì)量和連接質(zhì)量等因素，具體來說就是光纖的端面切割質(zhì)量，光纖軸間的橫向錯位、端面間距、纖軸的角度傾斜、纖芯形變等因素。這類因素所引起的連接損耗可通過連接技術(shù)的改進得到改善。

4.光纖連接損耗的初步分析

4.1 光纖端面的菲涅爾反射損耗

兩根光纖對接時，端面之間可能沒有緊密接觸而留有一些空隙。間隙中介質(zhì)一般是空氣，其折射率n0與光纖纖芯的折射率n是不同的。這樣，在兩個光纖的端面上光傳輸時便會產(chǎn)生菲涅爾反射，引起光傳輸損耗。在一個光纖端面上，光傳輸時的耦合效率η為：

公式說明不考慮其它因素時，光纖對接因端面間隙處端面反射的存在而引起的耦合損耗。

一般空氣的折射率n0=1，光纖纖芯折射率n=1.46，所以在一個光纖端面上的光耦合效率η=0.93，即在一個光纖端面上產(chǎn)生反射損耗Lf：

光通過光纖接點傳輸，經(jīng)受在兩個端面上反射，一次從發(fā)射光纖到空氣；一次從空氣到接收光纖，所以在一個光纖接點上，由反射引起的損耗總是0.32dB。

這是個相當(dāng)大的損耗，在實際的光纖對接時應(yīng)設(shè)法避免或降低。減小這種反射損耗的途徑，一是設(shè)法使對接的兩個光纖端面緊密接觸（如光纖連接器中的物理接觸——PC），甚至干脆把兩根光纖熔融連接起來，這樣，兩個端面之間完全沒有了空氣間隙，也就消除了因端面反射引起的光傳輸損耗。這一點，在監(jiān)測光纖熔接過程中還可以用來判別光纖熔接質(zhì)量的好壞。在無法完全消除面之間的間隙時，應(yīng)在兩個對接光纖端面之間加注折射率匹配材料，因其折射率接近光纖纖芯的折射率，從公式可知，這樣可以大大降低端面反射所引起的光傳輸損耗。

4.2 光纖的橫向錯位引起的連接損耗

光纖在對接時，無論用微調(diào)架調(diào)節(jié)對準(zhǔn)還是用V型槽之類工具定位，都不可能使兩根光纖的纖軸完全平行并對準(zhǔn)，在兩根對接的光纖的軸線之間多少有一些偏離。光纖橫向錯位主要包括光纖纖軸的角度傾斜、光纖端面間隙。

當(dāng)要求因纖軸的橫向錯位X所引起的光纖連接耗小于0.1dB時，對于常規(guī)多模漸變光纖(2a=50μm，△=1%)，橫向錯位必須小于3.0μm；對于1300nm通信用單模光纖(2a=10μm，△=0.3%)，橫向錯位必須小于0.8μm。顯然，對單模光纖連接其對準(zhǔn)確精度比多模光纖要高得多。

4.3 光纖之間參數(shù)的差別引起的連接損耗

若連接的光纖不是同樣屬性的光纖，那末由于光纖本身特性參數(shù)的差異，也將引入連接損耗。對于多模光纖來說，主要看兩種光纖的纖芯直徑的差異，直徑相差越大，耦合效率越低。對于單模光纖來說，主要看兩種光纖的模場直徑的差異，相差越大，耦合效率越低。當(dāng)模場直徑失配20%時，將產(chǎn)生0.2 dB以上的損耗。盡可能使用模場直徑較小的光纖，對降低接續(xù)損耗具有重要的意義。

4.4 光纖端面情況不理想引起的連接損耗

光纖相連接時，光纖的端面都需經(jīng)過切割處理，所得的光纖端面與理想狀態(tài)總有一點差別。端面質(zhì)量不理想，造成了光纖連接時光傳輸損耗增大，特別是在對接(不是熔接)時，影響更大。

(1)光纖端面與纖軸不垂直(斜的端面)，對接時有一夾角θ，θ是兩個光纖的端面角θ1與θ2之和。這種光纖端面相對接時，在均勻模式功率分布時，在突變型光纖時耦合效率是：

式中，K是光纖折射率與端面間介質(zhì)折射率之比，△是光纖纖芯、包層相對折射率差。

式中d1、d2表示兩個端面的彎曲程度。突變型光纖，在均勻的模式功率分布情況下，其耦合效率為

[1]http://wenku.baidu.com/view/195679c06137ee06eff-9185a.html.百度文庫.

[2]楊小麗.光纖連接損耗的研究[J].紅外與激光工程,2007第S1期.

[3]李偉清.產(chǎn)生光纖連接損耗的幾個因素[J].電力系統(tǒng)通信,1999年第02期.