G652单模光纤衰减均匀性测试方法及精度浅析

G652单模光纤衰减均匀性测试方法及精度浅析

尚振峰 ,文登明

天津富通光纤技术有限公司，天津 南开 300384

摘要：G652单模光纤光纤衰减均匀性、衰减点不连续性、双向衰减系数端差等特性是光纤光缆制造厂家非常关心的问题，也是决定了终端用户使用的关键参数。本文试图搞清光纤衰减均匀性测试的问题，谈点粗浅看法。

关键词：光纤；衰减；测试；精度

引言

光纤衰减沿轴向均匀性的定义目前按照国标《GB∕T9771.3-2020通信用单模光纤第3部分：波长段扩展的非色散位移单模光纤》给出得定义为：在1310nm和1550nm波长上，光纤后向散射曲线任意2000m长度上，实测衰减系数与全段长平均衰减系数之差的最坏值应不大于0.05dB/km。国内招标书上（中国电信、中国移动、中国联通）对光纤衰减均匀性要求：衰减谱应具有很好的线性,没有台阶：用OTDR测试任一光纤，任意500长度上的在1310nm和1550nm实测衰减值应不大于（αmean+0.10dB）,αmean为全长光纤上平均衰减系数值。

现光纤厂使用衰减测试设备大部分OTDR，光纤衰减均匀性、衰减点不连续性、双向衰减系数端差等。一、基本概念、术语和定义

当用OTDR测试光纤衰减时,常会碰到以下几个方面的问题：用OTDR从一段光纤两端测得的衰减值并无差别,但有不连续点；用OTDR从一段光纤（一般为50km以内）两端测得的衰减值并无差别,但衰减系数在整个长度内能够局部改变,当把一长光纤分成若干短段时,短段光纤的衰减系数能够比全长光纤的平均衰减系数大或小；用OTDR从一段光纤两端测得的衰减值不一致。不连续点、短段光纤衰减系数与长光纤衰减系数不一致、两端测得的衰减值不一致等情况,都可以认为属于光纤衰减均匀性方面的问题。

光纤衰减均匀性,仅说明了短段光纤衰减系数与长光纤衰减系数不一致的情况,为了与国际标准提法一致,本文对以上提到的三种情况给出以下术语和定义,将以上三种情况分别称为光纤衰减局部不连续性点、光纤衰减均匀性、双向光纤衰减不对称性双向衰减差。

本文对以上提到的三种情况给出以下术语和定义：光纤衰减局部不连续性、光纤衰减均匀性、OTDR双向光纤衰减不对称性。

光纤衰减局部不连续性：后向散射测试曲线上的台阶。国标规定在1310nm和1550nm波长上，对一光纤连续长度不应有超过0.1dB/km的不连续点。

光纤衰减均匀性：当把一长光纤分成若干短段时，短段光纤的衰减系数可能与全长光纤的平均衰减系数不同，国标规定在1310nm和1550nm波长上，光纤后向散射曲线任意2000m长度上，实测衰减系数与全段长平均衰减系数之差的最坏值应不大于0.05dB/km。

OTDR双向光纤衰减不对称性：定义为用OTDR从两端测得的衰减值之差。尚未看到国际标准对这一特性要求的规定。

二、试验方法浅析

光纤衰减局部不连续性测量：不连续性测量是用方法GB/T15972.40中的后向散射法规定的程序进行。测试装置、试样制备及测试程序都应符合该方法的规定。

光纤衰减均匀性测：衰减均匀性测量提供光纤的衰减系数在整个长度内变化的特性。光纤衰减均匀性测量GB/T15972.40规定的程序进行。将每一光纤段的双向衰减与整根光纤的双向衰减平均值比较，计算出这些差值的绝对值,其中的最大值就定义为衰减均匀性。测试方法仍然是后向散射法。测试装置、试样制备及测试程序都应符合该方法的规定。下面主要介绍光纤衰减均匀性测试数据处理和计算方法。

衰减均匀性测试是基于双向背向散射技术。双向背向散射曲线用函数y（z）表示,y（z）为背向散射功率（单位dB），z为光纤长度方向位置（单位km）。对每一位置z,y（z）是通过计算两个单向曲线的差值而得到。实际光纤衰减是OTDR双向衰减测量的平均值。

衰减均匀性参数XA,根据滑动窗口规则定义,计算出光纤上固定的局部段长L（滑动窗口长度）的衰减系数值,理想的滑动是沿着光纤从一组位置每一个起点，，······开始。光纤在这些位置上的衰减系数值可用下式表示：

或者，单方向的衰减值也可采用最小二乘分析法（LSA）计算，用在确定位置拟合曲线的斜率代替A(;L)。

具体操作步骤是：在每个方向以固定的滑动窗口长度对光纤进行逐段的衰减测量分析。第一个滑动窗口开始点应刚刚超出盲区，第一个滑动窗口长度测试后，然后沿光纤长度方向将滑动窗口长度移动到第2个滑动窗口长度段，进行第2个滑动窗口长度段测量,二者之间有一定间隔（例如200m），即每隔固定间隔进行一次滑动窗口长度段测量,直到测完光纤全长。一个方向测量完成之后，按以上方式进行另一个方向的测量。每个滑动窗口长度段实际光纤衰减是双向衰减测量的平均值。

将每一光纤段的双向衰减与整根光纤的双向衰减平均值比较，计算出这些差值的绝对值。定义衰减均匀性参数是最大的A(;L)值与由端到端衰减系数α（λ）给出的全长光纤平均衰减系数之差，端到端衰减系数可由GB/T15972.40中的任一方法测得。

对于一给定光纤,的值取决于滑动窗口长度L和滑动窗口长度段间隔之间的距离。

OTDR双向光纤衰减不对称性的测量：对全长度光纤不对称性，进行从头至尾OTDR双向衰减系数测量,取测量值之差的绝对值。对局部长度光纤段不对称性,操作步骤同衰减均匀性测量，沿光纤长度方向取定的每一光纤段与从相反方向进行的测量段相匹配，从而求得该光纤段每个方向测量的单方向衰减值，计算出双向测量的衰减之差的绝对值。对于给定光纤，双向测量的衰减之差的绝对值的最大值就是最大局部不对称性。

三、测试精度浅析

精度是OTDR的测量值与参考值的接近程度，包括衰减精度和距离精度。衰减精度主要是由光电二极管的线性度决定的。距离精度依赖于折射率误差、时基误差以及取样分辨率。

为了让OTDR能够显示出精确的测试结果，必须正确选择一系列的测试参数。参数的设定可以通过人工进行，很多OTDR也提供几种自动的测试模式，可以自动的进行参数的设置以及测试。

设置的光脉冲宽度过大会产生较强的菲涅尔反射，会使盲区加大。较窄的测试光脉冲虽然有较小的盲区，但是测试光脉冲过窄时光功率肯定过弱，相应的背向散射信号也弱，背向散射信号曲线会起伏不平，测试误差大。设置的光脉冲宽度既要能保证没有过强的盲区效应，又要能保证背向散射信号曲线有足够的分辨率，能看清光纤沿线上每一点的情况。一般是根据被测光纤长度，先选择一个适当的测试脉宽，预测试一两次后，从中确定一个最佳值。

OTDR的量程是指OTDR的横坐标能达到的最大距离。测试时应根据被测光纤的长度选择量程，量程是被测光纤长度的1.5倍比较好。测试量程选择能使背向散射曲线大约占到OTDR显示屏的70%时，不管是长度测试还是损耗测试都能得到比较好的直视效果和准确的测试结果。

由于背向散射光信号极其微弱，一般采用多次统计平均的方法来提高信噪比。OTDR测试曲线是将每次输出脉冲后的反射信号采样，并把多次采样做平均化处理以消除随机事件，平均化时间越长，噪声电平越接近最小值，动态范围就越大。平均化时间为3min获得的动态范围比平均化时间为1min获得的动态范围提高0.8db。为了提高测试速度，缩短整体测试时间，测试时间可在0.5～3min内选择。在实际测试中，选择1.5min（90s）就可获得满意的效果。

四、衰减均匀性测试的几点看法

光纤衰减局部不连续性、光纤衰减均匀性、OTDR双向光纤衰减不对称性，对于长盘光纤和成缆光纤的情况不完全一样。对于长盘光纤和成缆光纤，由于光纤和光缆制造工艺的原因，都可以造成衰减局部不连续性点光纤及成缆光纤的衰减系数都是在整个长度上测试的，当把一长光纤分成若干短段时，短段光纤的衰减系数可能与全长光纤的平均衰减系数不一样，衰减均匀性对短段光纤一般较好，不成问题，而对长盘光纤衰减均匀性就很重要双向光纤衰减不对称性，对于长盘光纤，由于全长平均的作用，衰减不对称性不大，对短段成缆光纤双向衰减差就可能很大。因此，衰减局部不连续性、衰减均匀性、OTDR双向衰减不对称性,对于长盘光纤和成缆光纤的要求不能一样。

本文介绍了光纤衰减向均匀性方面的概念和测试方法及精度影响方便的浅析，同时提出了笔者的看法和建议，供业界人士参考和讨论，以求达到共识。