昊衡科技：不同種類光纖的連接損耗測量

  OFDR插損測量原理

  光頻域反射技術(OFDR)可通過背向散射法測量整段光纖的回損曲線，利用回損和插損之間的關系可以得到整條曲線各個點的損耗。

  圖1. 背向散射法測量原理

  如圖1所示，假定DUT前后測量位置為1、2，其對應的光功率分別為P1、P2，對應的散射系數分別為α1、α2，則其對應的反射光功率分別為：Pr1=P1×α1、Pr2=P2×α2。

      DUT的插損為：IL=-10lg (P₂/P₁)  

      1、2處的回損分別為：RL1=-10lg(Pr1/P0)、RL2=-10lg(Pr2/P0)。

  當1、2處光纖的散射系數相同時，可推導出IL=(RL1-RL2)/2背向散射法是反射式測量，光信號往返兩次經過DUT，因此需除以2。

  光纖連接損耗出現負值現象

  光纖連接處只能引起損耗而不能引起“增益”，OFDR是通過對比連接處前后位置的回損強度來對連接處的損耗進行計算，當連接處前面光纖的回損強度大于后面光纖的回損強度時，會引起連接處插損出現負值的現象，從而引起所謂的“偽增益”。

  如圖2所示，兩種不同的光纖熔接后，正向測試為-0.2dB的損耗(0.2dB的增益)，反向測為0.4dB的損耗，實際上連接處始終會存在損耗，不可能出現增益情況。

  圖2. 兩種不同光纖的熔接損耗圖

  導致“偽增益”的主要原因是由于連接處前后兩種光纖的瑞利散射系數、模場直徑和折射率等有差異，此種情況經常出現在不同型號的兩種光纖熔接在一起時。這種“偽增益”會導致使用OFDR測得的損耗不準確，為了準確測量連接處的損耗，昊衡科技做了以下測試。

  測試驗證：

  將單模光纖、保偏光纖、直徑125μm和80μm的聚酰亞胺光纖、特種光纖等五種光纖兩兩熔接在一起，如圖3所示，A、B為五種光纖中的任意兩種，使用雙向平均法測試連接點損耗。

  圖3. 光纖連接示意圖

  假設x表示瑞利散射強度差，y表示連接損耗。

  當正向測量時，熔接點處的插損為a，則x+y=a(公式1);

  當反向測量時，熔接點處的插損為b，公式變為-x+y=b(公式2)。

  通過公式1、2的加減，可以測出兩種損耗的真實大小。

  圖4、5為單模光纖與特種光纖連接時正向和反向測量得到的結果示意圖。

  圖4. 正向測量

  圖5. 反向測量

  5種光纖兩兩連接進行測量，每組測量5組數據，取其平均值，用上述公式進行計算，得到測量結果如下表1、2所示。

  同時，昊衡科技使用功率計測量兩兩光纖熔接時的真實損耗。首先將功率計直接連接設備出光口，測得出光口光功率為1.636mW，然后按圖6進行連接，這里例舉單模光纖和特種光纖。功率計測得光功率為1.012mW，通過公式10lg(Pout/Pin)計算出損耗為-2.086dB，由于鏈路中有兩個連接點，則一個連接點的損耗為-1.043dB，與表1中單模光纖和特種光纖連接損耗僅差0.106dB。

  圖6. 功率計測試連接點損耗示意圖

  由此得出，使用OFDR測量不同種類光纖連接損耗有兩種方法：

  1. 使用雙向平均法測量不同種類光纖的連接損耗，將兩次測量結果取平均后就是熔接處真實損耗;

  2. 通過提前測量不同種類光纖之間的瑞利散射強度差，然后用背向散射法測得的損耗減去(或加上)瑞利散射強度差，即可得到真實連接損耗。

  昊衡科技

  昊衡科技一家集研發、生產、銷售于一體的高科技公司，專業從事工業級自校準光學測量與傳感技術開發，也是國內唯一一家實現OFDR技術商用化的公司。目前，昊衡科技已推出多款高精度高分辨率產品，主要應用于光學鏈路診斷、光學多參量測量、高精度分布式光纖溫度和應變傳感測試。已與全球多個國家和地區企業建立良好的合作關系，并取得諸多成果。