光纤连接损耗的初步分析

【摘要】在信息高速公路上，光纤起着至关重要的作用。没有光纤的支撑，信息高速公路就没与这么通畅。在光纤通信系统施工过程中，为了实现不同模块之间、不同设备之间灵活连接的需要，很多时候需要对两根或两根以上的光线进行连接。在连接过程中肯定会带来损耗。本文主要介绍了光纤连接损耗的分类，并分析了造成连接损耗的原因。

【关键词】光纤机械性能；测试方法；测试参数

1.引言

光纤通信技术已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。也是未来信息社会中各种信息的主要传送工具。光缆连接是光缆施工的一项重要内容，连接质量的好坏直接关系到传输距离的长短和中继站位置的设定，而光纤连接损耗是衡量光缆连接质量好坏最为直接的技术指标。本文就为各位读者揭示造成光纤连接损耗的原因。

2.光纤连接的分类

2.1 固定连接

主要用于光缆线路中光纤间的永久性连接，大多借助专用自动熔接机在现场进行热熔接，也有采用粘接和机械连接。特点是接头损耗小，机械强度较高。设备需要熔接机，大概几万元人民币。

2.2 活动连接

主要用于光纤与传输系统设备以及与仪表间的连接，主要是通过光连接器插头进行连接。特点是接头灵活较好，调换连接点方便，损耗和反射较大是这种连接方式的不足。

3.光纤连接损耗的分类

影响光纤对接时的耦合效率（或耦合损耗）的因素很多，这些因素基本上可分为两大类。

一类是固有的本征因素。这类因素是连接光纤本身的特性参数的差异，如纤芯直径、模场直径、数值孔径的差异、纤芯(或模场)的同心度偏差、纤芯随圆度等。由这些因素所引起的光纤对接损耗，一般是无法通过连接技术来改善的；

另一类是外界因素。光纤连接时光纤的端面质量、对中质量和连接质量等因素，具体来说就是光纤的端面切割质量，光纤轴间的横向错位、端面间距、纤轴的角度倾斜、纤芯形变等因素。这类因素所引起的连接损耗可通过连接技术的改进得到改善。

4.光纤连接损耗的初步分析

4.1 光纤端面的菲涅尔反射损耗

两根光纤对接时，端面之间可能没有紧密接触而留有一些空隙。间隙中介质一般是空气，其折射率n0与光纤纤芯的折射率n是不同的。这样，在两个光纤的端面上光传输时便会产生菲涅尔反射，引起光传输损耗。在一个光纤端面上，光传输时的耦合效率η为：

公式说明不考虑其它因素时，光纤对接因端面间隙处端面反射的存在而引起的耦合损耗。

一般空气的折射率n0=1，光纤纤芯折射率n=1.46，所以在一个光纤端面上的光耦合效率η=0.93，即在一个光纤端面上产生反射损耗Lf：

光通过光纤接点传输，经受在两个端面上反射，一次从发射光纤到空气；一次从空气到接收光纤，所以在一个光纤接点上，由反射引起的损耗总是0.32dB。

这是个相当大的损耗，在实际的光纤对接时应设法避免或降低。减小这种反射损耗的途径，一是设法使对接的两个光纤端面紧密接触（如光纤连接器中的物理接触——PC），甚至干脆把两根光纤熔融连接起来，这样，两个端面之间完全没有了空气间隙，也就消除了因端面反射引起的光传输损耗。这一点，在监测光纤熔接过程中还可以用来判别光纤熔接质量的好坏。在无法完全消除面之间的间隙时，应在两个对接光纤端面之间加注折射率匹配材料，因其折射率接近光纤纤芯的折射率，从公式可知，这样可以大大降低端面反射所引起的光传输损耗。

4.2 光纤的横向错位引起的连接损耗

光纤在对接时，无论用微调架调节对准还是用V型槽之类工具定位，都不可能使两根光纤的纤轴完全平行并对准，在两根对接的光纤的轴线之间多少有一些偏离。光纤横向错位主要包括光纤纤轴的角度倾斜、光纤端面间隙。

当要求因纤轴的横向错位X所引起的光纤连接耗小于0.1dB时，对于常规多模渐变光纤(2a=50μm，△=1%)，横向错位必须小于3.0μm；对于1300nm通信用单模光纤(2a=10μm，△=0.3%)，横向错位必须小于0.8μm。显然，对单模光纤连接其对准确精度比多模光纤要高得多。

4.3 光纤之间参数的差别引起的连接损耗

若连接的光纤不是同样属性的光纤，那末由于光纤本身特性参数的差异，也将引入连接损耗。对于多模光纤来说，主要看两种光纤的纤芯直径的差异，直径相差越大，耦合效率越低。对于单模光纤来说，主要看两种光纤的模场直径的差异，相差越大，耦合效率越低。当模场直径失配20%时，将产生0.2 dB以上的损耗。尽可能使用模场直径较小的光纤，对降低接续损耗具有重要的意义。

4.4 光纤端面情况不理想引起的连接损耗

光纤相连接时，光纤的端面都需经过切割处理，所得的光纤端面与理想状态总有一点差别。端面质量不理想，造成了光纤连接时光传输损耗增大，特别是在对接(不是熔接)时，影响更大。

(1)光纤端面与纤轴不垂直(斜的端面)，对接时有一夹角θ，θ是两个光纤的端面角θ1与θ2之和。这种光纤端面相对接时，在均匀模式功率分布时，在突变型光纤时耦合效率是：

式中，K是光纤折射率与端面间介质折射率之比，△是光纤纤芯、包层相对折射率差。

(2)凸形光纤端面。这种端面情况其耦合效率为：

式中d1、d2表示两个端面的弯曲程度。突变型光纤，在均匀的模式功率分布情况下，其耦合效率为：

参考文献

[1]http://wenku.baidu.com/view/195679c06137ee06eff-9185a.html.百度文库.

[2]杨小丽.光纤连接损耗的研究[J].红外与激光工程,2007第S1期.

[3]李伟清.产生光纤连接损耗的几个因素[J].电力系统通信,1999年第02期.

作者简介：王波，大学本科，重庆电子工程职业学院通信工程系计算机通信教研室助教，研究方向：无线通信、计算机网络。

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