光信號衰減測量：原理、方法與標準應用

一、光信號衰減的本質與測量意義

在光纖通信與傳感系統中，信號強度隨傳輸距離的增加而逐漸減弱的現象，稱為光信號衰減。精確測量這種衰減量對于保障系統性能至關重要：

• 系統設計與驗證： 在部署前驗證光纖鏈路損耗是否符合設計預期，確保設備發射功率與接收靈敏度匹配。
• 安裝與驗收： 施工完成后確認連接器、熔接點質量及光纖本身損耗是否在標準允許范圍內。
• 故障診斷與維護： 定位光纖斷裂、嚴重彎曲或連接器污染/損壞等導致異常高損耗的位置與原因。
• 性能監控： 周期性測量可監測光纖鏈路性能變化，預警潛在故障。

二、核心測量方法詳解

目前業界主要依賴兩類技術進行精確測量：

方法一：光源與光功率計聯合測試 (LLS)

• 原理： 最直觀的方法，直接比較光信號在傳輸前后的功率差。公式：鏈路損耗 (dB) = 注入光功率 (dBm) - 接收光功率 (dBm)。
• 設備：
  • 穩定光源： 發射特定波長（如1310nm, 1550nm）的連續光信號，功率需穩定且已知。
  • 光功率計： 高精度測量接收端光功率，量程與波長范圍需匹配光源。
• 步驟：
  1. 校準：用短跳線直接連接光源與光功率計，記錄參考功率 (P_ref)。
  2. 測試：將待測光纖鏈路接入光源與光功率計之間，記錄接收功率 (P_rec)。
  3. 計算：損耗 = P_ref (dBm) - P_rec (dBm)。
• 優勢： 操作簡單、成本較低、結果直接反映總鏈路損耗。
• 局限： 僅提供鏈路總損耗，無法定位損耗具體位置或事件點。

方法二：光時域反射測量技術 (OTDR)

• 原理： 向光纖注入高強度光脈沖，接收并分析沿光纖反向散射（瑞利散射）和反射（菲涅爾反射）回來的光信號。通過測量信號返回的時間與強度，計算距離與損耗。
• 設備： 光時域反射儀，核心參數包括動態范圍（決定最大可測距離）、脈沖寬度（影響距離分辨率與動態范圍）、采樣分辨率等。
• 結果解讀：
  • 距離軸： 橫坐標顯示光纖長度。
  • 損耗/事件軸： 縱坐標顯示相對光功率電平 (dB)。
  • 斜率： 代表光纖本身的均勻衰減系數 (dB/km)。
  • 下降臺階： 指示連接器或熔接點等事件點的損耗。
  • 反射尖峰： 通常由活動連接器或光纖端面引起。
  • 末端： 顯示光纖終點或斷點，其后信號急劇下降。
• 優勢： 提供整個鏈路的詳細“圖像”，可精確定位事件點位置、測量點對點損耗、鏈路總損耗及光纖長度。
• 局限： 設備成本較高，操作與分析需要專業知識，存在“盲區”（靠近OTDR端口處因強反射導致無法立即檢測后續事件），測試時間相對較長。

三、測量實施的關鍵環節

測試環境要求

• 清潔所有光纖端面（連接器）是獲得準確結果的首要條件。
• 選擇符合被測系統實際工作波長的光源（如單模光纖常用1310nm、1550nm）。
• 使用經過計量校準的設備，確保精度。

標準流程要點

1. 規劃： 明確測試標準（如TIA/EIA-568, IEC 61280-4-2, YD/T 3232）、波長、合格閾值。
2. 準備： 清潔光纖端面與適配器；檢查設備電量與設置（波長、量程、OTDR參數）。
3. 參考設置 (LLS)： 使用短跳線進行光源與光功率計校準。
4. 連接： 將待測鏈路穩定接入測試系統。
5. 執行測量： 記錄數據 (P_rec 或 OTDR曲線)。
6. 分析： 計算損耗 (LLS) 或解讀曲線事件、斜率、總損耗 (OTDR)。
7. 記錄： 詳細記錄測試條件、結果、事件位置/損耗值、測試人員、日期地點。

結果解讀與標準

• 將測得的總鏈路損耗、光纖衰減系數 (dB/km)、每個事件點損耗與相關標準（如行業規范、工程合同要求）進行比對。
• 典型單模光纖衰減系數：1310nm波長下約0.3~0.4 dB/km，1550nm波長下約0.2~0.25 dB/km。
• 活動連接器損耗通常要求小于0.3 dB（或按標準要求），熔接點損耗要求小于0.05~0.1 dB。
• OTDR曲線應平滑，事件點損耗值、反射峰大小需符合規范，末端反射峰清晰可見。

四、：精準測量的價值

光信號衰減測量是貫穿光纖網絡全生命周期的基礎性技術活動。深入理解其原理，熟練掌握LLS和OTDR兩種核心方法，嚴格遵守操作規范與標準，是確保測量結果可靠有效的關鍵。精確的衰減數據不僅是網絡開通驗收的通行證，更是實現高效運維、快速排障、保障業務長期穩定運行的基石。持續優化測量流程與技術應用，將持續提升光纖通信基礎設施的性能與可靠性。