光纤跳线性能测试科普

news2024/11/29 0:39:05

光纤跳线是一种用于连接光纤设备或光纤网络的光学传输线路，它由两个光纤连接器和一段光纤组成。光纤跳线的质量直接影响着光信号的传输效率和稳定性，因此需要进行一些测试来保证其性能。

一、测试类型

光纤跳线性能测试主要有以下四种：

极性测试：测量极性以确保来自一端的Tx的数据可以通过光信号正确地传输到另一端的Rx。
IL和RL检测：测试光纤的插入损耗和回波损耗，以确保信号传输的可达性和稳定性。
3D干涉仪测试：用于检查光纤连接器端面形状和尺寸的测试，可以测量光纤连接器端面的曲率半径、顶点偏移和光纤高度等参数，确保其在预期范围内。
端面检测：检查连接器端面是否有划痕、缺陷和污染，以保持尖端清洁，从而提高通信质量和可靠性，并保持网络正常运行时间。

二、原理与方法

1. 极性测试

首先，什么是极性呢？一般一个光链路需要两根光纤才能完成整个传输过程。比如，光模块包括接受端和发射端，使用时，必须确保接收端和发射端是处于互联状态，而在光纤链路两端的发送端（TX）到接收端（Rx）的这种匹配就被称为极性。因此对于预端接、高密度的布线系统，如MTP/MPO连接系统，极性问题必须高度重视。

标准规定的极性方法有三种：

Type A：直通型
Type B：交错型
Type C：成对交错型

以12芯跳线为例，各类型线序如下：

测试过程如下：

极性测试

2. IL和RL检测

插入损耗（IL）是指在传输系统的某处由于某器件的插入而发生的信号功率的损耗。回波损耗（RL）是由于传输链路的不连续性导致部分信号传输时反射回到信号源所产生的功率损耗。

无论是制造过程还是安装过程，插入损耗和回波损耗的测试都是非常重要的。对于光缆供应商而言，所提供的光纤跳线的插入损耗和回波损耗都应该符合相应的标准。

TIA标准中明确规范了光纤跳线的最大插入损耗为0.75dB（也就是能接受的最大值）。对于市面上大多数的光纤跳线而言，其插入损耗的正常范围在0.3dB到0.5dB之间，一些低插损的范围在0.15dB到0.2dB之间。

光时域反射仪（OTDR）和光频域反射仪（OFDR）都是用来测量回波插损的常用仪器。

光时域反射仪（OTDR）

利用其激光光源向被测光纤发送一光脉冲，光脉冲在光纤本身及各特性点上会有光信号反射回OTDR，反射回来的光信号又通过一个定向耦合器耦合到OTDR的接收器，并在这里转换成电信号，通过相关数据分析，最终在显示器上显示出测试结果的曲线，OTDR的组成方框图如下所示：

各部分作用如下：

光源：将符合规定要求稳定的光信号发送到被测光纤；
脉冲发生器：控制光源发送的时间，控制数据分析和显示电路与光源同步工作，以得到正确的分析结果；
定向耦合器：将光源发出的光耦合到被测光纤，并将光纤沿线各点反射回的光耦合到光检测器；
光检测器：将被测光纤反射回的光信号转换为电信号；
放大器：将光检测器送来的电信号放大，整形；
数据分析及显示：将反射回的信号与发送脉冲比较，计算出相关数据，并配有分析电路，为曲线分析提供支持。

OTDR测试事件类型及显示

能用OTDR做些什么工作

观察整个光纤链路
定位端点和断点
定位连接头（故障点）
测试接头损耗
测试端到端损耗
测试反射值
测试回波损耗
建立事件点与地标的相对关系
数据归档

典型的OTDR曲线

光频域反射仪（OFDR）

基于光频域分析与光外差检测技术相结合，线性扫频激光器发出光并分送至信号臂和参考臂，信号臂光纤每一位置反射回来的光与参考光产生拍频干涉，由接收到的信号频率大小及强度判断事件发生位置及特征，还能通过光谱的漂移“感知”光纤沿线的应变、温度变化。

基本原理

由于采用了频域分析和相干检测，OFDR有效克服了OTDR空间分辨率与动态范围之间的矛盾，在距离上拥有极高的分辨能力，测量事件的盲区在亚微米级别，可以实现高精度、高灵敏度分布式测量。不同于OTDR用于长距离光纤网络测量，OFDR可用于器件级的故障定位与测试。

主要应用

光通信网络诊断
集成光路诊断
层析技术

优点

高灵敏度
高空间分辨率

OFDR测插损原理

通过背向散射法测量整段光纤的回损曲线，利用回损和插损之间的关系可以得到整条曲线各个点的损耗。

使用双向平均法测量不同种类光纤的连接损耗

3. 3D干涉仪测试

为了提高光纤连接和光信号传输效率，必须严格控制光纤连接器端面的几何尺寸以减少插入损耗和回波损耗，如果端面几何尺寸没有严格的控制，或几何尺寸不能达到要求，将面临系统连接失败的巨大风险，也就谈不上网络的长久可靠连接；除此之外，还可以根据端面检测结果对生产工艺进行改进和完善。

光纤端面3D参数

根据IEC标准，一般对PC型连接器规定了三个技术参数：曲率半径、顶点偏移和光纤高度。

曲率半径R（Radius of Curvature）：描述插芯轴线到端面的半径。
顶点偏移L（Apex offset）：插芯端面曲线的最高点到光纤纤芯的轴线距离。顶点偏移将增加光纤的有效偶合区，从而增加插入损耗和回波损耗。
光纤高度（Fiber Height ）：光纤端面到插芯端面的距离。

对APC型端面，除了上述3个参数外，还有2个参数需要测出： APC角度（APC Angle，一般以8度为标准）和定位键角度（Key Error）。

另外，多芯MTP/MPO光纤连接器测量光纤表面纤芯凹陷（Core Dip）有着重要意义。由于光纤的纤芯相对于包层材质较软，因此在研磨过程中更容易被切削，从而形成纤芯（相对于包层）的凹陷，称之为“Core Dip”。光纤纤芯的内凹陷会造成MTP/MPO产品端接时，光纤之间形成“Air Gap空隙间隙”，从而直接影响到系统“Return Loss回波损耗”指标。

检测系统及其原理

目前光纤端面的三维参数检测，常用的方式是光学干涉来进行测量。光学干涉就是根据相干光在空间相遇时，在某些区域始终增强，在某些区域始终减弱，形成稳定的强弱分布。实际测量所用到的3D干涉仪系统就是根据这个原理设计的，其结构如下所示：

3D干涉仪系统主要工作原理是由光源射出的光线经半透镜反射到干涉物镜，光线聚焦于被检测光线连接器的端面，经端面反射后与干涉物镜的反射面反射光线一同透过半透镜，成像于CCD摄像头。这时在CCD摄像头上可以观察到干涉条纹。CCD摄像头测得的图像经图像卡传送到计算机进行解析处理。就可以得到需要的测量结果。由计算机经过控制卡及控制回路控制的PZT压电纳米定位台/移相器用于移动干涉物镜以产生位相移动。

对于光纤端面形状的测量，一般采用的方式是解析精度较高的位相移法。位相移法的原理是，通过控制PZT压电纳米定位台/移相器移动干涉物镜产生位相移动，每移动一步后由CCD摄像头读取干涉条纹，根据干涉条纹的分布计算出端面形状。如下：