光纖跳線性能測試科普

光纖跳線是一種用於連接光纖設備或光纖網絡的光學傳輸線路，它由兩個光纖連接器和一段光纖組成。光纖跳線的質量直接影響着光信號的傳輸效率和穩定性，因此需要進行一些測試來保證其性能。

一、測試類型

光纖跳線性能測試主要有以下四種：

• 極性測試：測量極性以確保來自一端的Tx的數據可以通過光信號正確地傳輸到另一端的Rx。

• IL和RL檢測：測試光纖的插入損耗和回波損耗，以確保信號傳輸的可達性和穩定性。

• 3D干涉儀測試：用於檢查光纖連接器端面形狀和尺寸的測試，可以測量光纖連接器端面的曲率半徑、頂點偏移和光纖高度等參數，確保其在預期範圍內。

• 端面檢測：檢查連接器端面是否有劃痕、缺陷和污染，以保持尖部清潔，從而提高通信質量和可靠性，並保持網絡正常運行時間。

二、原理與方法

1. 極性測試

首先，什麼是極性呢？一般一個光鏈路需要兩根光纖才能完成整個傳輸過程。比如，光模組包括接受端和發射端，使用時，必須確保接收端和發射端是處於互聯狀態，而在光纖鏈路兩端 的發送端（TX）到接收端（Rx）的這種匹配就被稱為極性。因此對於預端接、高密度的布線系統，如MTP/MPO連接系統，極性問題必須高度重視。

標準規定的極性方法有三種：

• Type A：直通型

• Type B：交錯型

• Type C：成對交錯型

以12芯跳線為例，各類型線序如下：

測試過程如下：

2. IL和RL檢測

插入損耗（IL）是指在傳輸系統的某處由於某器件的插入而發生的信號功率的損耗。回波損耗（RL）是由於傳輸鏈路的不連續性導致部分信號傳輸時反射回到信號源所產生的功率損耗。

無論是製造過程還是安裝過程，插入損耗和回波損耗的測試都是非常重要的。對於光纜供應商而言，所提供的光纖跳線的插入損耗和回波損耗都應該符合相應的標準。

TIA標準中明確規範了光纖跳線的最大插入損耗為0.75dB（也就是能接受的最大值）。對於市面上大多數的光纖跳線而言，其插入損耗的正常範圍在0.3dB到0.5dB之間，一些低插損的範圍在0.15dB到0.2dB之間。

光時域反射儀（OTDR）和光頻域反射儀（OFDR）都是用來測量回波插損的常用儀器。

光時域反射儀（OTDR）

利用其激光光源向被測光纖發送一光脈衝，光脈衝在光纖本身及各特性點上會有光信號反射回OTDR，反射回來的光信號又通過一個定向耦合器耦合到OTDR的接收器，並在這裡轉換成電信號，通過相關數據分析，最終在顯示器上顯示出測試結果的曲線，OTDR的組成方框圖如下所示：

各部分作用如下：

• 光源：將符合規定要求穩定的光信號發送到被測光纖；

• 脈衝發生器：控制光源發送的時間，控制數據分析和顯示電路與光源同步工作，以得到正確的分析結果；

• 定向耦合器：將光源發出的光耦合到被測光纖，並將光纖沿線各點反射回的光耦合到光檢測器；

• 光檢測器：將被測光纖反射回的光信號轉換為電信號；

• 放大器：將光檢測器送來的電信號放大，整形；

• 數據分析及顯示：將反射回的信號與發送脈衝比較，計算出相關數據，並配有分析電路，為曲線分析提供支持。

OTDR測試事件類型及顯示

能用OTDR做些什麼工作

• 觀察整個光纖鏈路

• 定位端點和斷點

• 定位連接頭（故障點）

• 測試接頭損耗

• 測試端到端損耗

• 測試反射值

• 測試回波損耗

• 建立事件點與地標的相對關係

• 數據歸檔

典型的OTDR曲線

光頻域反射儀（OFDR）

基於光頻域分析與光外差檢測技術相結合，線性掃頻激光器發出光並分送至信號臂和參考臂，信號臂光纖每一位置反射回來的光與參考光產生拍頻干涉，由接收到的信號頻率大小及強度判斷事件發生位置及特徵，還能通過光譜的漂移“感知”光纖沿線的應變、溫度變化。

基本原理

由於採用了頻域分析和相干檢測，OFDR有效克服了OTDR空間分辨率與動態範圍之間的矛盾，在距離上擁有極高的分辨能力，測量事件的盲區在亞微米級別，可以實現高精度、高靈敏度分布式測量。不同於OTDR用於長距離光纖網絡測量，OFDR可用於器件級的故障定位與測試。

主要應用

• 光通信網絡診斷

• 集成光路診斷

• 層析技術

優點

• 高靈敏度

• 高空間分辨率

OFDR測插損原理

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係可以得到整條曲線各個點的損耗。

使用雙向平均法測量不同種類光纖的連接損耗

3. 3D干涉儀測試

為了提高光纖連接和光信號傳輸效率，必須嚴格控制光纖連接器端面的幾何尺寸以減少插入損耗和回波損耗，如果端面幾何尺寸沒有嚴格的控制，或幾何尺寸不能達到要求，將面臨系統連接失敗的巨大風險，也就談不上網絡的長久可靠連接；除此之外，還可以根據端面檢測結果對生產工藝進行改進和完善。

光纖端面3D參數

根據IEC標準，一般對PC型連接器規定了三個技術參數：曲率半徑、頂點偏移和光纖高度。

• 曲率半徑R（Radius of Curvature）：描述插芯軸線到端面的半徑。

• 頂點偏移L（Apex offset）：插芯端面曲線的最高點到光纖纖芯的軸線距離。頂點偏移將增加光纖的有效偶合區，從而增加插入損耗和回波損耗。

• 光纖高度（Fiber Height ）：光纖端面到插芯端面的距離。

對APC型端面，除了上述3個參數外，還有2個參數需要測出： APC角度（APC Angle，一般以8度為標準）和定位鍵角度（Key Error）。

另外，多芯MTP/MPO光纖連接器測量光纖表面纖芯凹陷（Core Dip）有着重要意義。由於光纖的纖芯相對於包層材質較軟，因此在研磨過程中更容易被切削，從而形成纖芯（相對於包層）的凹陷，稱之為“Core Dip”。光纖纖芯的內凹陷會造成MTP/MPO產品端接時，光纖之間形成“Air Gap空隙間隙”，從而直接影響到系統“Return Loss回波損耗”指標。

檢測系統及其原理

目前光纖端面的三維參數檢測，常用的方式是光學干涉來進行測量。光學干涉就是根據相干光在空間相遇時，在某些區域始終增強，在某些區域始終減弱，形成穩定的強弱分布。實際測量所用到的3D干涉儀系統就是根據這個原理設計的，其結構如下所示：

3D干涉儀系統主要工作原理是由光源射出的光線經半透鏡反射到干涉物鏡，光線聚焦於被檢測光線連接器的端面，經端面反射後與干涉物鏡的反射面反射光線一同透過半透鏡，成像於CCD攝像頭。這時在CCD攝像頭上可以觀察到干涉條紋。CCD攝像頭測得的圖像經圖像卡傳送到計算機進行解析處理。就可以得到需要的測量結果。由計算機經過控制卡及控制迴路控制的PZT壓電納米定位臺/移相器用於移動干涉物鏡以產生位相移動。

對於光纖端面形狀的測量，一般採用的方式是解析精度較高的位相移法。位相移法的原理是，通過控制PZT壓電納米定位臺/移相器移動干涉物鏡產生位相移動，每移動一步後由CCD攝像頭讀取干涉條紋，根據干涉條紋的分布計算出端面形狀。如下：

典型測試圖像

4. 端面檢測

光纖端面是否清潔僅憑肉眼是看不出的，需要藉助光纖顯微鏡。如下：

光纖端面清潔

如果通過光纖端面檢測儀發現端面存在臟污，需要對光纖端面進行清潔，例如光纖清潔筆，光纖清潔盒，清潔棉簽，光纖清潔紙等。