光纤的弯曲损耗、抗弯曲光纤标准G.657及试验.ppt

1、光纤的弯曲损耗、光纤的弯曲损耗、抗弯曲光纤标准抗弯曲光纤标准G.657及试验及试验2007年年9月月 成都大唐线缆有限成都大唐线缆有限公司公司：电信科学技术第五研究所：电信科学技术第五研究所：薛梦驰薛梦驰引言引言 随着接入网光缆的布放和FTTH的迅速发展，室内和机房狭小的弯曲半径和存储空间，使得对光纤弯曲损耗的要求越来越高。在此背景下，抗弯曲光纤近期已成为ITU-TSG15组和SG6组的热点研究课题，G.657光纤因而应运而生。与此同时，光纤的弯曲也影响着光纤其他诸多的性能，例如截止波长、大功率注入、存储寿命等。本文主要介绍：q 光纤弯曲损耗的理论和计算q 弯曲与截止波长的关系q 弯曲对大功率

2、注入的影响qG.657抗弯曲光纤标准q 光纤弯曲损耗的对比测试q 接入网用多模光纤标准进展 光纤的弯曲损耗归根揭底是由于光不满足全内反射的条件而造成的。它可分为宏弯损耗和微弯损耗两种：宏弯损耗：宏弯损耗：当光纤弯曲时，光在弯曲部分中进行传输，当超过某个临界曲率时，传导模就会变成辐射模，从而引起光束功率的损耗。微微弯弯损损耗耗：微弯曲相应于光纤在其正常（直的）位置附近以微小偏移作随机振荡。尽管偏移量小（曲率半径可以和光纤的横截面尺寸相比拟），但振荡周期一般也很小，因而可能发生急剧的局部弯曲。微弯主要是由制造和安装过程中的应变、以及由于温度变化引起的光缆材料尺寸变化引起，例如受到侧压力或者套塑光纤

3、在温度变化时产生的微小不规则弯曲。一、一、光纤弯曲损耗的理论和计算光纤弯曲损耗的理论和计算1 1、宏弯损耗的计算：、宏弯损耗的计算：对折射率突变型单模光纤，设曲率半径为R，则每单位长度的弯曲损耗由下式给出1：.(1)由于Ac在式（1）的指数项外，故结果是足够好的。弯曲损耗随着弯曲半径的减小、折射率差的减小而迅速增大；弯曲损耗随着比值/cf的增大而迅速增大。一、一、光纤弯曲损耗的理论和计算光纤弯曲损耗的理论和计算近似公式当1/cf2时准确率（2）优于3%（3）优于10%从式(1)、(2)、(3)可以得到：按G.652光纤通常的应用条件，即=1550nm，cf=1300nm，再取=0.65%，R=

4、15mm，计算得到弯曲损耗c=0.054dB/m，折合每弯曲10圈宏弯损耗为0.051dB。再取R=10mm，计算得到弯曲损耗c=6.13dB/m，折合每弯曲10圈宏弯损耗为3.8dB，这比前者上升了75倍，这种非常急剧的增加明显是由于（1）式中的指数项引起的。此计算结果与实测值相比有比较好的近似程度。一、一、光纤弯曲损耗的理论和计算光纤弯曲损耗的理论和计算 针对给定的折射率差、工作波长和截止波长，可以定义一个临界曲率半径Rc，当实际曲率半径接近Rc时，弯曲损耗从可以忽略的程度急剧增加到不可容忍的数值。在通常波段(1000nm附近)，Rc近似公式为：.(4)因此，对于确定的光纤（即折射率差和截

5、止波长确定），就能用上式对给定的工作波长，近似估算出可接受的最小曲率半径；或对给定曲率半径，估算最大的工作波长。例如，按照=1550nm，cf=1300nm，=0.65%的应用条件，计算得Rc=15.6mm。可见，当普通G.652光纤的弯曲半径达到15mm以下时，其宏弯损耗将不可接受。请注意，当光纤的弯曲长度大于1m时，（4）式给出的Rc值要加倍才可靠。这是G652光纤弯曲半径规定为30mm的原因。一、一、光纤弯曲损耗的理论和计算光纤弯曲损耗的理论和计算2 2、微弯损耗的计算：、微弯损耗的计算：微弯损耗大小由下式求出：.(5)式中：N为随机微弯的个数；h为微弯突起的高度；表示统计平均符号；E是

6、涂料层的杨氏模量；Ef是光纤的杨氏模量；a为纤芯半径，b为光纤外半径；为光纤的相对折射率差。公式表明，对于给定的截止波长和工作波长（并因此给定a），微弯损耗与折射率差有很强的相依关系。按照每米1个高0.2mm微弯，a=5m,b=125m,=0.65%,计算得光纤可能产生的微弯损耗为0.22dB/m。一、一、光纤弯曲损耗的理论和计算光纤弯曲损耗的理论和计算二、二、光纤弯曲与截止波长的关系光纤弯曲与截止波长的关系 光纤的截止波长受诸多因素的影响（甚至包括测量条件）。同样，弯曲直径和光纤长度也影响单模光纤的截止波长，可表达为2：.(6)式中，c2和c1分别是在弯曲直径D2和长度L2与弯曲直径D1和长

7、度L1时的截止波长，C是长度相关常数，S是弯曲相关常数。研究证明，对于匹配包层光纤，其截止波长对弯曲的依赖性更大。由（6）式可以看出，弯曲半径减小，截止波长也将减小。二、二、光纤弯曲与截止波长的关系光纤弯曲与截止波长的关系 MAC=MFD/c，用于表征单模光纤弯曲（宏弯和微弯）灵敏度的特征，弯曲损耗随着MFD减小、c增加而减小，即MAC值越小对弯曲损耗越有利。G.650.1中提到：“光纤截止波长可以和模场直径结合起来评估光纤的弯曲敏感性。截止波长大而模场直径小的光纤更能耐受弯曲。这就是为什么常常想要规定较大的截止波长c,哪怕该参数的上限超过工作波长。但所有的实际安装技术和光缆设计都应确保缆截止

8、波长小于工作波长。”这句话很好地解释了大多数光纤厂家将光纤出厂的截止波长上限规定为1330nm甚至更高，以及G.655光纤的截止波长超出PK2200测试波长范围的原因。设计图：由于在截止附近，LP11模的衰减很大程度上受光缆几何尺寸的影响，故光纤成缆后由于微弯损耗等因素，一般要进一步降低截止波长。此外，绕在光缆盘上，由于其弯曲圈数较多，也会使截止波长降低。住友公司给出了其光纤和光缆截止波长的关系式，可供参考：.(7)光缆结构的松紧也影响截止波长（主要是由于引起微弯），一般而言，对于同一种光纤，松套光缆截止波长降低较小，带状光缆次之，紧套光纤成缆后其截止波长降低最大2。表2给出了试验结果。二、二

9、、光纤弯曲与截止波长的关系光纤弯曲与截止波长的关系表2 光纤光缆截止波长数据统计平均值光缆结构光纤cf（nm）光缆cc（nm）截止波长差（nm）松套光缆1251117675带状光缆1273119281紧套单芯缆12831174109 为了满足日益增长的传输容量的需求，分布式拉曼放大器(DRA)和远泵EDFA技术已被用于WDM系统，因此不可避免的大光功率和高泵浦功率将被引入到光纤等器件中，光功率密度达到几瓦，此时，必须考虑光纤熔化现象、单模连接器的大功率使用性能，必须弄清楚大功率光对光纤跳线的影响，已有大功率光对卷绕光纤跳线造成灾难性损坏的报道。通过WDM或分布式拉曼光放大（DRA）技术的应用。

10、q ITU-T SG15：定义了200mW以上为高功率激光。q ITU-T SG6：2006年2007年，新建议草案L.omhp承载高光功率的光缆网光缆维护支持、监测和测试系统中3，日本NTT对在WDM系统中，采用33 dBm（2000mW，1480nm）大功率泵浦激光注入1.1mm和1.7mm光纤跳线，对光纤弯曲部分造成的损坏及其损坏过程进行了实验，下图是实验中注入高功率光的卷绕光纤发生温度升高的情况。三、三、光纤弯曲对大功率注入的影响光纤弯曲对大功率注入的影响 (a).用于实验的卷绕尾纤；(b).在33dBm时图1在尾纤中注入高功率后的温度分布情况(b)表明由光泄漏造成跳线前几圈温度明显的

11、增加。模拟计算：按表6实测的10mm10圈宏弯损耗值约5.6dB，粗略计算可知注入2000mW功率将在弯曲处损耗掉近3/4，即有1450mW的泄漏光能将进入光纤包层、涂层和光缆护套中。假设泄漏光能的50%进入涂层和光缆护套中（另外50%通过包层传输）光能的50%转化为热能 热能的50%最终被涂层和光缆护套吸收而引起温度升高，则持续30min涂层和光缆护套将引收78卡的热量，可引起温度升高203（假设综合比热为0.4cal/g）。在33dBm的实验之后，光纤跳线的损耗恢复不到其初始损耗值。这是因为温度增加导致光纤跳线前几圈的严重损坏。q 在IEC SC86A/WG1中有一个项目，即：规定相应的测

12、试步骤，用于确定因承载高功率和减小弯曲半径而导致光纤受损的敏感性。一些早期的观察数据包括：受损敏感性依赖于光纤涂覆和护套材料；受损敏感性依赖于微弯损耗；受损敏感性依赖于转化为局部加热的能量。输入功率水平和波长。q 与L.50要求一致，在中心局的ODF上的测试光纤跳线的最小弯曲半径应该是30mm。对常规单模光纤（如在G.652中定义的）而言，如果保持至少30mm的最小弯曲半径，将不会对承载高光功率光纤的维护系统的光纤跳线造成损坏。SG15指出在接入网中，规定30mm弯曲半径为允许的最坏情况是过于保守的，因为即使在1625nm波长注入2000mW光功率，在30mm弯曲半径下卷绕1圈，也只会造成0.

13、5mW的功率损失。q SG15 Q5/15经讨论得出结论：对于用在测试尾纤和设备中的光纤，建议采用弯曲性能已经改进的光纤，其受大功率而损坏的情况会因此改善。三、三、光纤弯曲对大功率注入的影响光纤弯曲对大功率注入的影响 q在ITU建议L.13：“无源光接点的性能要求：在室外环境的接头密封”中，5.3.1节有下述规定：“光纤容纤盒的功能之一是：保证光纤弯曲半径通常不小于30mm，特殊情况下不小于20mm。为了保证网络有良好的机械稳定性和最小的衰减，每个光纤链路中承受这种小弯曲半径的光纤长度应不超过2m。”q但，由于接入网中经常出现小的弯曲半径，ITU-T在2006年12月发布了新的光纤建议书G.6

14、57适用于接入网的抗弯曲单模光纤4。q G.657中推荐了两类光纤：G.657A与 G.652光 纤 完 全 兼 容，可 用 于 O、E、S、C、L带（12601625nm），其传输指标和连接性能与G.652D光纤相同，其实是一种“改进型G.652光纤”，这种光纤只对G.652光纤进行了少量的修改，例如弯曲损耗、弯曲半径、寿命、几何尺寸容差等。G.657B与G.652光纤不兼容，其设计的主要目的是用于1310、1550、1625nm波长上的室内短距离传输。四、四、最新的抗弯曲光纤标准最新的抗弯曲光纤标准G.657G.657介绍介绍项目详细条件指标值及容差G.652DG.657AG.657B模场

15、直径1310nm8.6-9.5m，0.6m8.6-9.5m，0.4m6.3-9.5m，0.4m包层直径125.0m1.0m125.0m0.7m125.0m0.7m芯包同心度误差0.6m0.5m0.5m包层不圆度1.0%1.0%1.0%光缆截止波长1260nm1260nm1260nm宏弯损耗半径(mm)30mm15mm10mm15mm10mm7.5mm圈数10010110111550nm最大宏弯附加衰减(dB)0.250.750.030.10.51625nm最大宏弯附加衰减(dB)0.11.01.50.10.21.0注1：G.652光纤在15mm弯曲半径下，通常每弯10圈即有几个dB的附加衰减（

16、在1625nm）。注2：宏弯衰减测试方法可采用心轴缠绕法（IEC60793-1-47中方法A）。项目详细条件指标值及容差G.652DG.657AG.657B筛选张力0.69Gpa0.69Gpa0.69Gpa色散系数01300nm1324nm1300nm1324nm在研究中注3S00.092ps/nm2km0.092ps/nm2km在研究中注3PMD系数M20cables20cables在研究中注4Q0.01%0.01%MaximumPMDQ0.20ps/0.20ps/衰减系数13101625nm0.4dB/km注50.4dB/km注5不要求13833nm0.4dB/km0.4dB/km不要求1310nm0.5dB/km1550nm0.3dB/km0.3dB/km0.3dB/km1625nm0.4dB/km注3、4：对G.657B光纤，色散和PMD不是关键性指标，因为其只作短距离小弯曲半径的应用。零色散波长可被考虑为1300nm01420nm，零色散斜率相应地变为S00.10ps/nm2km。注5：波长下限可扩展到1260nm，衰减指标需增加0.07dB/km，光缆截止波长应不超过125