光纤基础知识熔接与故障处理

一，光纤基本知识

1，光纤的历史：光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤通信技术是近30年迅猛发展起来的高新技术，给世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。

1966年，英籍华人高锟 (C·K·Kao)预见利用玻璃可以制成衰减为20dB／km的通信光导纤维(简称光纤)。当时，世界上最优秀的光学玻璃衰减达l000dB／km左右。1970年，美国康宁公司首先研制成衰减为20dB／km的光纤。从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤通信的研究。

----光纤的主要作用是引导光在光纤内沿直线或弯曲的途径传播。为了实现长距离的光纤通信，必须减小光纤的衰减。C·K·Kao 早就指出降低玻璃内的过渡金属杂质离子是降低光纤衰减的主要因素。另一方面，玻璃内的OH离子对衰减也有严重的影响。到了 1976年，人们设法降低OH含量后发现低衰减的长波长窗口有：1.31μm、1.55μm。1980年，光纤衰减已降低到 0.2dB／km (1.55μm)，接近理论值。这样，使得进行长距离的光纤通信成为可能。与此同时，为促进光纤通信系统的实用化，人们又及时地开发出适用于长波长的光源、激光器、发光管、光检测器。应运而生的光纤成缆。光无源器件和性能测试及工程应用仪表等技术日臻成熟。这都为光纤光缆作为新的通信传输媒介奠定了良好的基础。

1976年，美国西屋电气公司在亚特兰大成功地进行了世界上第一个 44.736Mbit／s 且传输110km 的光纤通信系统的现场实验，使光纤通信向实用化迈出了第一步。 历经近20年突飞猛进的发展，光纤通信速率由1978年的45Mbit／s 提高到目前的40Gbit／s。　　　　　　

--- 我国自70年代初就开始了光纤通信技术的研究。1977年，武汉邮电研究院研制成功中国第一根阶跃折射率分布的、波长为 0.85μm多模光纤。后来又研制成单模光纤和特殊光纤以及光通信设备。现在，我国光纤通信产业已初具规模，能够生产光纤光缆、光电器件、光端机及其他工程应用方面的配套仪表器件等。由此可见，中国已具有大力发展光纤通信的综合实力。

2. 光纤通信使用波段：光波与无线电波相似，也是一种电磁波，只是它的频率比无线电波的频率高得多。红外线、可见光和紫外线均属于光波的范畴。图1-1下图所示为电磁波波谱图。可见光是人眼能看见的光，其波长范围为0.39um1至0.76um1。红外线是人眼能看不见的光，其波长范围为 0.76um1至300um1。 一般分为：近红外区， 其波长范围为0.76um1至15um1；中红外区，其波长范围为15um1至25um1；远红外区，其波长范围为25um1至300um1。

光纤通信使用波段：目前光纤通信所用光波的波长范围为gs8-01=0.8～2.0um1，属于电磁波谱中的近红外区。其中0.8～1.0um1称为短波长段，1.0～2.0um1称为长波长段。目前光纤通信使用的波长有四个：0.85um1、1.31um1、1.49um1, 1.55um1。

3，光纤中的射线光学理论：光波长很短，但相对光纤的几何尺寸要大得多，因此从射线光学理论的观点出发，研究光纤中的光射线，可以直观认识光在光纤中的传播机理和一些必要的概念。本节用射线光学理论对阶跃型及渐变型多模光纤的传输特性进行分析。射线光学的基本关系式是有关其反射和折射的菲涅耳（Fresnel)定律。

首先，我们来看光在分层介质中的传播，如图2-3所示。图中介质1的折射率为gs22-07,介质2的折射率为gs22-08，设gs22-10 。当光线以较小的gs22-01角入射到介质界面时，部分光进入介质2并产生折射，部分光被反射。它们之间的相对强度取决于两种介质的折射率。

由菲涅耳定律可知：反射定律：θ3=θ1；折射定律Sinθ1/sinθ2=n1/n2

在n1 >n2 时，逐渐增大θ1，进入介质2的折射光线进一步趋向界面，直到θ2趋于90°。此时，进入介质2的光强显著减小并趋于零，而反射光强接近于入射光强。当θ2=90°极限值时，相应的θ1角定义为临界角θc。由于sin90°=1,所以临界角θc=arcsin(n2/n1）。

4、光纤的分类：根据折射率在横截面上的分布形状划分时，有阶跃型光纤和渐变型 (梯度型) 光纤两种。阶跃型光纤在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变，纤芯的折射率n1和包层的折射率n2是均匀常数。渐变型光纤纤芯的折射率nl随着半径的增加而按一定规律(如平方律、双正割曲线等) 逐渐减少，到纤芯与包层交界处为包层折射率n2，纤芯的折射率不是均匀常数。

根据光纤中传输模式的多少，可分为单模光纤和多模光纤两类。单模光纤只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在4μm～10μm范围内。而多模光纤可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺寸为50μm左右。例：50/125，62.5/125,9/125

按制造光纤所使用的材料分，有石英系列、塑料包层石英纤芯、多组分玻璃纤维、全塑光纤等四种。光通信中主要用石英光纤，以后所说的光纤也主要是指石英光纤。

5、光纤的色散：由于光纤中所传信号的不同频率成分， 或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。从机理上说，光纤色散分为材料色散， 波导色散和模式色散。 前两种色散由于信号不是单一频率所长的复合光信号，按不同光波长分开。前者称为合波器，后者称为光分波器。光合波器和光分波器可分为衍射光栅型，棱镜型,波导型等几种类型。

光分路器分为拉锥型与平面波导型，衰减：3.5+3.5+3.5+3.5.....

6、 掺铒光纤放大器

目前已实现的用于光纤通信的光放大器有半导体激光放大器，利用受激拉曼散射和受激布里渊散射的非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器。 综合比较这三种光放大器的增益、耦合损耗、噪声及稳定性指标，掺杂光纤放大器性能最为优良，所以掺铒光纤放大器在光纤通信中起着十分重要的作用。

掺铒光纤的激光特性和掺铒光纤放大器的工作原理性质密切相关。

7、常用知识我们现在常用光波长是1310，1490，1550纳米波长的光。1550，1490纳米的光对光纤弯曲敏感，维修时要注意。

尾纤头：FC/APC（黄色），FC/PC（黑色），SC/APC（草绿色），SC/PC（蓝色），LC，ST 桔色尾纤；标示/事物数据业务普遍采用PC头，而广电普遍采用APC头。

二，熔接

1，熔接机：常用的有280，280G，300T DVP，注意V形槽的清洁，电极棒的除杂，放电电流的大小（利用TEST键）

2，切割刀：高度调整，位置调整，切割面更换，切割刀导轨内有很细的滚珠，沾灰影响导轨，因此要保持清洁。当推动导轨有抖动感时就很不容易切好了。

3，熔接顺序：蓝 桔 绿 棕 灰 白（本）红 黑 黄 紫 青 粉（粉，青）

最远的排在前面，例如24芯光纤一条线去6个点蓝束始终对接 1234

注意事项：分路器位置尾纤不能留长，光缆剪裁一般长，便于盘线。小区规划时光缆不能太集中。光缆要压紧，不能垫粗东西，差一点最好缠胶布。

三，光缆故障处理

1，OTDR的原理与使用

目前现状：OTDR（光时域反射仪）主流品牌国产有中电34所的FS790、中电41所的AV6416，OPWILL的OTP6123，RQ-OTDR2000等，还有OT8600和OT8800。进口有日本安立MT9090A、日本横河AQ1200，加拿大EXFO，美国JDSU.国产OTDR的测试距离及测试精度已大大提高，在光纤到户FTTH验收测试中得到广泛使用。

工作原理：OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内,然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时，会由于光纤本身的性质，连接器，接合点，弯曲或其它类似的事件而产生散射，反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中。返回的有用信息由OTDR的探测器来测量， 从发射信号到返回信号所用的时间，再根据光在玻璃中的速度，就可以计算出距离。以下的公式就说明了OTDR是如何测量距离的。

d=ct/2n在这个公式里，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号（双程）的总时间（两值相乘除以2后就是单程的距离）。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以为了精确地测量距离，被测的光纤必须要指明折射率n（IOR）。IOR是由光纤生产商来标明。

OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小。

作为1550nm波长的OTDR，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nmOTDR的测试距离就必然受到限制。

OTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号，然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行，然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示，这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱。

盲区概念——事件盲区：事件盲区是 Fresnel 反射后 OTDR 可在其中检测到另一个事件的最小距离。换而言之，是两个反射事件之间所需的最小光纤长度。仍然以之前提到的开车为例，当您的眼睛由于对面车的强光刺激睁不开时，过几秒种后，您会发现路上有物体，但您不能正确识别它。转过头来说 OTDR，可以检测到连续事件，但不能测量出损耗（如图 4 所示）。OTDR 合并连续事件，并对所有合并的事件返回一个全局反射和损耗。为了建立规格，最通用的业界方法是测量反射峰的每一侧 -1.5 dB 处之间的距离（见图 5）。还可以使用另外一个方法，即测量从事件开始直到反射级别从其峰值下降到 -1.5 dB 处的距离。该方法返回一个更长的盲区，制造商较少使用。

使得 OTDR 的事件盲区尽可能短是非常重要的，这样才可以在链路上检测相距很近的事件。例如，在建筑物网络中的测试要求 OTDR 的事件盲区很短，因为连接各种数据中心的光纤跳线非常短。如果盲区过长，一些连接器可能会被漏掉，技术人员无法识别它们，这使得定位潜在问题的工作更加困难。

衰减盲区：衰减盲区是 Fresnel 反射之后，OTDR 能在其中精确测量连续事件损耗的最小距离。还使用以上例子，经过较长时间后，您的眼睛充分恢复，能够识别并分析路上可能的物体的属性。如图 6 所示，检测器有足够的时间恢复，以使得其能够检测和测量连续事件损耗。所需的最小距离是从发生反射事件时开始，直到反射降低到光纤的背向散射级别的 0.5 dB，如图 7 所示。

盲区的重要性：短衰减盲区使得 OTDR 不仅可以检测连续事件，还能够返回相距很近的事件损耗。例如，可以得知网络内短光纤跳线的损耗，这可以帮助技术人员清楚了解链路内的情况。

盲区也受其他因素影响：脉冲宽度。规格使用最短脉冲宽度是为了提供最短盲区。但是，盲区并不总是长度相同，随着脉冲变宽，盲区也会拉伸。使用最长的可能的脉冲宽带会导致特别长的盲区，然而这有不同的用途，下文会提到。

动态范围：动态范围是一个重要的 OTDR 参数。此参数揭示了从 OTDR 端口的背向散射级别下降到特定噪声级别时 OTDR 所能分析的最大光损耗。换句话说，这是最长的脉冲所能到达的最大 光纤长度。因此，动态范围（单位为 dB）越大，所能到达的距离越长。显然，最大距离在不同的应用场合是不同的，因为被测链路的损耗不同。连接器、熔接和分光器也是降低 OTDR 最大长度的因素。

2,测试要领：合理选择测试距离，脉冲宽度，脉冲宽测试距离远显示粗略，脉冲窄测试距离近，显示精细。

根据故障情况变换波长1310，1550 这样可以确定是熔接损耗还是光缆受伤。受伤不太严重的1550打不过去或衰减大，往往1310可以打过去，这样更便于分析故障。典型案例：去年桃花源汽枪把光缆打伤。

注意端口为PC头，要转接。

远距离测量时合理选择参考点，有接续盒的打开接续盒绕弯纤芯，离接续盒较远时对于细光缆可以绕弯光缆比较曲线变化情况。

有光信号时如何测量？典型案例杨溪桥查故障。

灵活延长光纤便于故障定位。

三，测试距离修正：根据光纤结构的不同（层绞式光缆和中心束管式光缆）测试距离和实际距离可能会有稍微的差别，注意修正。

四，穿透分路器：当OTDR功率足够时在短距离内可透过光分路器，可观察到分路器后各点的大致情况。

五，与大家分享：终端盒内尾纤盘线不要绕小圈；尾缆故障；皮线光纤的熔接处理；无源光电块。最低光功率-10DB