光纤链路质量测试和故障诊断方法快速入门 v1.0.pdf

1、光纤 链路 质量 检测和 故障 诊断 方法 快速 入门 福禄克 网络 公司 尹 岗 这是 一篇 光纤 测试零基础 入门 读物。如果你对光纤链路 质量 检测及 故障 诊断 感兴趣，那么本文可 助你快速 获得相应 的 基本 知识 。 文中 提及的衰减、损耗、插入损耗 等术语 含义 相 同。 光纤的 纤芯就像一根极 细的 玻璃 棒 ， 大量 的 光子 在 其中运动 传递 信息 ， (只要 角度不是很大 )光子 碰到棒壁 就会 被反射回来， 这样光信号 (数据通信通常 是 采用光 脉冲 )就被 限制 在 其中传输 。 角度 过大的光子 会 射 出 玻璃棒。 “ 玻璃棒 ” 的直径常见有三种： 单模 光

2、纤 纤芯 直径9 微米 ， 多模 光纤 是 50 和 62.5 微米， 其它规 格的 例如 200 微米不常见 。 光信号 就在 纤芯 中传输 ， 并有一定的损耗。 光纤 的 连接 点也 存在 损耗， 分 机械连接 损耗 和 熔接 损耗 。 如何衡量安装 好的光纤链路 的 质量 ？ 早期 都 是 靠 测试 链路 的衰减 量 来判断光纤 链路 的 质量 ， 以此 评估包括 链路 机械连接点 (即插头 插座 )、 熔接点和光纤本身 的总体安装 质量 。 多数 标准 还 同时要求 光纤 不能 超过规定 的 长度。 近年来 由于 高速链路 的普及 ， 发现 损耗 值达标 的 链路 仍 有少量 传输 出

3、错率高、 模块 端口频繁重启以及 丢包率 高 的问题 ， 因此 较新 的 标准 (例如ISO11801:2009)引 入了 OTDR(光时域反射计 )来 测试 、评估 链路中 光纤 、 连接器 及 熔接点 的质量 ， 帮助 区分 是设备 (或 光模块 )的 问题，还是 链路本身 存在 的 问题 ，定位 故障位置 。 上述两类测试被称作 “ 基本 测试 (一级测试 )” 和 “ 扩展 测试 (OTDR 测试 )” 。 一级 测试(Tier 1)就是 链路 衰减量 (及 长度 )测试 ； 一级测试 再 加上扩展 OTDR 测试 ， 并 给出判断结果 ，即 为 “ 二级测试 (Tier 2)”。 主

4、要目的 是 发现 光纤链路 中的各种 影响 高速传输性能的 质量 缺陷，并定位 其 物理位置 。 如此， 可知： “ T2 = T1 + OTDR + 判断 ” (一 )光纤 链路的 衰减值测试 (一级测试 ) 一级 测试 (T1 测试 )的 基本原理 见图一： 被测 光纤的一端 是 光源，另一端 是 光功率计。 常用 光的功率单位是 dB mW(或 dB W)。 光源 射出的光功率是 Po， 经过被测光纤后光功率 减弱 为 Pi，则 (Po-Pi)就是被测光纤链路的衰减值。实际测试时一般都需要 使用 “ 测试跳线 ” ， 如图四 所示。 这 是为了减少 测试 仪端口的插拔磨损 速度 ， 稳定

5、测试精度。使用跳线 时 插拔 磨损的是跳线 插头 而不是测试 仪 端口， 但 因为跳线本身存在 一定的 初始 损耗， 所以 必须 在测试完成后 将其 扣除 掉。 为了先 测出跳线的 初始损耗， 测试 前 先将 光源和光功率计开机 预热 5 分钟， 将两根 跳线 如图 二所示 连接 ， 测出 P0。 光 源 光功率 计 测试跳线 P0 测试跳线 光纤 耦合器 跳线插头 测试前将两根测试跳线对接测得初始 功率 P0值 图二 (衰减 = P0-Pi) 光 源 光功率计 被测光纤 Po Pi 图一 光纤损耗 测试原理 然后拿掉耦合器 (其中心类似 一个两通套筒 )，接入被测光纤 (如图三 )。 测出

6、Pi 后，则光纤链路的衰减量 (P0-Pi)。这种 测试方法叫 “ 方法 A” ，或称 2 跳线 归零法 。 方法 A 的 特征是：归零后 不加 补偿跳线，直接拆开耦合器进行测试。 为什么要 一定要用“ 测试跳线 ” 呢 ？ 这是因为 使用测试跳线 时 ， 光源和光功率计的测试插座 在 经过一定次数的插拔后 磨损 程度 会增加， 精度 和稳定性会 迅速下降 。举例来说 ， 如果光源的端口插拔 精度 寿命是 5000 次 ， 工程 验收时 每天 测试 1000 条 光纤， 则 每隔五天就要 送回 厂家 的服务中心 更换一次 仪器 端口， 更换端口 成本高 ， 且 影响 测试 进度 ， 工程 测试

7、 中 这是不可行的 。采用测试跳线 的好处是 ：测试跳线的 一端 与光源或 光功率计相连 ， 另一端与被测光纤链路相连 ， 在一 整 天或半天的测试工作中一般 测试跳线 不 会 从仪器上 拔下来 ， 这样被 频繁 磨损的 就 只 是测试跳线 另一 头 。 跳线 插头 磨损到一定程度后， 直接 更换测试跳线 就好 (费用比更换仪器插座 低得 多 ， 甚至 超过 100:1 以上 价差 )。更 重要 的是 ， 不影响 工程 进度 。 建议： 标记 测试跳线 插入仪器的那一端， 每次 测试 都 使用此端 ， 这样 可 减少 参数 漂移，保证 测试 精度。 福禄克 网络公司的 默认 测试跳线 两端 均

8、有 标记 (“ 红 ” 进 -“ 黑 ” 出 ) 上面 的 测试方法有一点小 小的不 便 -测试完毕需要 做一次减法运算 (P0-Pi)， 才能得出 被测 光纤 链路 的实际衰减值。 改进 办法 ： 采用 事先 “归零” 的 方法 可以免除减法计算。具体做法是： 在光源稳定后， 测得如图二 所示的 P0，然后将 P0强行 设 为“相对零” (一般 是 在光功率计上 按下“参考”键 ， 然后 按 保存键 )， 即 认为 P0 = 参考 “ 零 ” 功率 。 每次 测试 时 仪器 会自动 调用 事先 保存 的 P0做 (P0-Pi)运算，并 直接在 屏幕上 显示损耗值。 这个 在 测试前进行的 设

9、置“参考零”的 预备 操作 ， 常被称作“归零”、 “ 设 参考零” 或“设置基准值” 。 测试时 光功率计 上 显示 的 值就 直接 是光纤的衰减值 (P0-Pi)了 。 如果 事先还选择了损耗或长度的标准，则测试结果 经过 仪器自动比对后 标记 是否 “ 通过 ” 损耗测试 ，以及 余量是多少。 衰减值的单位通常用 dB(分贝 )来表示， 这个值可直接存入光功率计的测试 报告中 。 采用预先 设“参考零”值 的测试方法，非常 适合进行 大批量的光纤 工程 化 测试 。 实际操作 流程 ： 一般地 ，测试 前都要选择测试标准 (例如 TIA568C/ISO11801/IEC14763 /GB

10、50312 等 )， 接下来 按图二 的方法 连接仪器， 设置“参考零” (先 测得 P0， 然后按下 “参考”或“归零”键 ， 保存 P0)。 按图三 接 入 被测光纤 ， 按下 测试键 进行实际 损耗值 的 测试。测试 完毕按下 “ 保存 ” 键 (此时可能需要给 起个 代码 )。 被测 的光纤链路衰减值其实 是 由四 部分 构成 ： “被测 光纤 本身 的衰减 值 ” +“首端 连接器 的 衰减值 ” + “中间 连接器及 熔接点 衰减值 ” +“ 末端连接器 的 损耗 ” 。 但 细心的读者仔细观察图三 后 会发现一个问题： 在图二中设置“参考零”时 ， 已 将 2 根 测试 跳线 本

11、身 的 “光纤 段 衰减 值” 、 1 个 耦合器的 “耦合 衰减 ” 值 和 2 个 仪器插座的 “ 接口 连接 衰减 ” 值 共五部分 包含在了“参考零” P0当中。 所以， 图三的 测试结果 必须 扣除 图二 中的 这 五 部分损耗 值 (读者 可以自己 照图二 ， 将这五部分损耗值在图三 中 逐一 对应 扣除 )。 扣除后 的剩余部分就是被测光纤链路的损耗 -包含 了 “ 被测 光纤 段 ”衰减值 ” +“ 一端 连接 器 ”的 衰减 值 ， 而 另一端连接器的衰 值 减则 被 “归零” 掉 了 。 也就是说， 测出 的 衰减结果 是 “ 被测光纤 及其一 端 连接器 ” 的衰减 之和

12、 ， 这与用户预期 的“ 被测 光纤 及其 两端连接器 ”的衰减 之和 结果不符 。 因此 ，图三这种测试方法 是 不准 确 的。 进一步 可 请 参见图四和图五 对 扣除部分的 图 释 。 光 源 光功率计 测试跳线 Pi 测试跳线 被测光纤 光纤 连接 器 /法兰 接入被测光纤测得 Pi 光纤连接器 /法兰 图三 在光纤长度很长时，整个链路损耗中光纤本身衰减值占的比例大，连接器的衰减值相对比较小 (可忽略 )，此时可以近似地认为 图三 测得的衰减值接近 正确值 。但在光纤较短时，整个链路的 总 衰减值中两端连接器的衰减值占了相当大的比例，则这种测试就是不正确的。 在 被测链路一 端 加有跳

13、线时间，也可以用图三方式进行 测试， 测试结果 可认 为 不包含这段跳线的损耗。 这与 用户的预期相符 (用户正好 也不期望计算这天附加跳线的损耗 )。 所以 ，图三 的模式 (方法 A， 2 跳线 归零 )适合 一端是插座，而另一端 已经 是跳线插头的被测链路。为了比较准确地测试光纤链路的衰减 (一段 光纤 +两端 连接器结构 )， 测试 方法 需再做一点调整和改进，请参见图六。 图六 的测试方法是在 按图二方式设 好 “参考零” 后 ， 测试时 再加上 一根短的测试 “ 补偿跳线 ” (0.3 米左右 )。 这样一来， 扣除 五部分归零损耗值后， 测试结果就包含 了四部分衰减值 构成 ：

14、被测 光纤 的衰减 、 被测光纤 两端连接器 的衰减 、补偿 跳线 光纤 段 的衰减 。 补偿 跳线是多出来的一短 光纤， 其 损耗值 需要 扣除。 但 由于补偿跳线 很短， 其 (光纤段 本身的 )损耗值完全可以忽略不计 (0.3 米的长度对应的衰减值一般都 低于 0.002dB， 千分位 ， 而仪器的精度一般 取 在 0.01dB 左右 ， 百分位 )。图六所示的测试模式通常被称作 “ 改进的测试 方法 B” (注：方法 B 是指归零时只用一根跳线， 又称 1 跳线 归零法 ， 测试时 再 在光功率计上 须 补上一根测试跳线 )。 由于 “ 方法 B” 或 “ 改进的 方法 B” 其 测试

15、 结果 都 包含 了 被测试光纤两端 的 连接器 衰减值 (通常 这 两个连接器 就是 光纤配线架上的插座和用户面板上的插座 )，测试误差也最小，所以 工程上经常推荐使用 这种测试模式。 方法 B 也 用于光纤跳线损耗的测试。 B 类 方法的 特征 是：归零后加一根 补偿 跳线 ，再 进行测试 。 如果 只 希望了解被测 光纤 本身 的衰减值， 而 不包含 光纤 两端连接器的衰减 ，那么可以按光 源 光功率计 测试跳线 Pi 补偿跳 线 被测连接器 归零 耦合器 被测光纤 测试跳线 图六 被测连接器 光 源 光功率计 测试跳线 Pi 被测光纤 这 导致 实际被测试的是被测光纤及其“一端”连接器

16、的衰减 图五 已归零 测试跳线 光 源 光功率计 测试跳线 Po 测试跳线 归零 耦合器 设“参考零”时共包含三个连接器和两段光纤的五部分衰减 图四 已归零 被测连接器 归零时已包含了三个连接器和两段跳线的衰减 被测 连接器 图七“归零”， 照 图八 方式进行测试 。 被测光纤两端先安装插头，后进行测试。 此时 的测试结果包含短“归零”跳线造成的误差 (0.3 米 ，可 忽略 )。 但 因 此法 违规插拔了 光源端口， P0值 不 稳定，测试精度差。 只是 作为 方法 C 的 原理 被 描述 。实际 批量测试更不 能 采用此法 。 正常测试 应 先 按图九所示 归零 ， 再 按图十所示的方法

17、执行测试 。 这种测试模式 才是 正式的 “测试方法 C”，或称 3 跳线 归零法。 目的是为了使测试结果不含 两端 的 损耗 。 此法存在归零跳线 (通常 0.3 米 )引起的 微小误差 (可忽略之 )。被测光纤越短 ， 测试精度受耦合器精度波动的影响也越大 。 这是因为短 链路中光纤本身的衰减值 所占 比例 很小，耦合器的衰减值 占比大，其误差 所占的 比例 高。 由于测试时每次插拔 耦合器都有可能产生耦合器衰减值的微小波动，而这些微小波动相对于 光纤的衰减值来说是不能 忽略 的 。 因此，短光纤 本身 的衰减 值一般 不提倡用 “ 方法 C” 进行测试。 其它情形 ，如 被测链路 一端

18、已经 安装 了 跳线， 也 可以用方法 C-(结果 不 含 跳线 损耗 ， 参见图 十三 所示 )。 方法 C 的 特征是：归零后去掉一根 归零 跳线 ，再 进行测试。 实际的被测链路通常如图 十一和图十二 所示。 图十一 是 永久链路， 被测链路包含配架 模块和墙面板插座的 衰减。工程验收时经 常被测试的就是这种两路。图十二 的 被测链路 是 通道，包含用户跳线和设备跳线及其与光模块 端口 的 全部 连接衰减 (故障诊断时经常 这样 测试 )。 这两种方法都采用了 “改进的 方法 B” ， 即 “多跳线 归零 ” 后增加 一根 补偿跳线 再执行 测试 。光 源 光功率计 测试跳线 Pi 被测

19、光纤 实际被测试的是一段光 纤，不包含两端连接器的衰减 图十 测试跳线 归零 耦合器 归零 耦合器 批量测试光纤衰减：使用 0.3 米归零跳线， 三跳线归零 图九 光 源 光功率计 测试跳线 Po 0.3m 归零跳线 测试跳线 归零 耦合器 归零 耦合器 光 源 光功率计 被测光纤 Pi 只测试光纤的衰减，不包含两端连接器，衰减 =Pi(已归零 )， 不推荐 图八 光 源 光功率计 短跳线 Po 用短跳线归零 图七 这也是工程上能保证测试精度的最常推荐的测试方法 (模式 )之一 。 对于实际链路进行 故障 诊断时， 如果先尝试 清洁或更换跳线 后仍 无效， 则可 采 用 方法 C进行测试 (如

20、图 十 三， 须 先用短跳线归零 )。 此时假 设 前提是 新 跳线 默认 合格，不用 再 检查 ，被测链路不包含跳线的 损耗 在内 。也就是说，被测链路 包含 两端 配架 和面板插座 的 损耗，但不 包含跳线 的 插头 A 和插头 B 的 损耗 ， 且跳线 的 光纤段损耗 也 可被忽略 )。 “改进 的 方法 B” 需要使用三根测试跳线 (两根测试跳线，一根补偿 跳线 )，不是很方便，也不适合某些测试对象和场合 。考虑到归零后插拔光功率计上的测试跳线对测试结果 影响 甚微 ，所以可以采用 方法 B 来进行测试 ，如图十四、十五 所示 。 光 源 光功率计 测试跳线 A Pi 被测光纤 方法

21、B： 归零后添加“测试跳线 B”再进行测试 图十五 测试跳线 B 光 源 光功率计 测试跳线 A Po 图十四 方法 B： 先归零 (1 跳线 ) 光 源 光功率计 测试跳线 Pi 配线架插座 被测光纤 测试跳线 图十三 墙面板插座 方法 C：不含设备和用户跳线的实际被测光链路 设备跳线 用户跳线 A B 光 源 光功率计 测试跳线 Pi 补偿跳线 配线架插座 归零 耦合器 被测光纤 测试跳线 图十二 墙面板插座 改进的方法 B：已安装 跳线的实际被测光链路 (通道 ) 设备跳线 用户跳线 光 源 光功率计 测试跳线 Pi 补偿跳线 配线架插座 归零 耦合器 被测光纤 测试跳线 图十一 墙面板

22、插座 改进的方法 B：未安装跳线的实际被测光链路 (验收时常见 ) 归零 耦合器 归零 耦合器 【 损耗 测试 方法 /测试 模式 小结】 其实 ， 归零 用几 根 (段 )光纤 各标准并 未作 强制 规定 (多段 光纤 串联 也可视作 “ 一根 ” 光纤 )。 但 其归零 和测试 的核心特点是 ： 归零后 是否不加 跳线而直接测试 (零 )，还是加一根 跳线后再 测试 (加 )，或者去掉一根 补偿 跳线 后 再测试 (减 )-方便 记忆 简称“零、加、减”。 但 以 少 用 跳线 且长度 偏短 为佳 ， 有助于 减少 漂移，保证精度 。 方法 A： 归零 后直测 。结果 不含 一端损耗，适合

23、长距离或 可 不含一端损耗 的 场合。 方法 B： 归零 后加 一 。 结果含两端 损耗， 适合 短链路精确 测试 ， 或 含两端损耗 的 场合 。 方法 C： 归零 后减 一 。 结果不含两端损耗 。 适合 两端 已有跳线的 链路 ，或 光纤 进货 测试 。 助记 口诀 ： ABC，零加减 ， 二一三 。 为什么 需要 光纤链路 的 双 向测试 ？ 光纤链路由于 存在连接器的直径误差、角度偏差等原因，双向损耗测试的结果是不一样的，这是正常现象。但 如果 将不同直径 规格 的光纤连接到一起，则双向损耗可能非常明显，例 如将 50/62.5 两种规格错误 地相连接 (多半 是用错跳线，少量是布线

24、错误 )， 测得的 两个方向的损耗值 差别 很明显。 为了 发现这种误接，或排除光纤制造误差过大的情形 ，要求高的用户或者高级骨干链路一般会要求 提供“光纤 双向测试 ”报告 。 确保随时 都能双向使用光纤。 为什么 需要 双波长测试 ？ 光纤 链路刚装好时 ， 多半已知道 设备 的工作波长， 少数未确定 工作波长 。 另外， 系统交付 工作一段时间后可能面临更换设备或升级设备， 此时 也 可能 改变工作波长 (例如 选择新 型号 的光模块 或 设备 )。由于 光纤在不同波长的损耗值 不同 ， 此时 必须对新的波长 重新 进行损耗测试。 因此， 要求 较 高的用户或富有远见的用户 会在 损耗测

25、试时 要求 进行双波长 认证 测试，免除 今后升级或调换设备时 再次 认证 的不便 。 双向测试 不是强制标准。 为什么 测试 结果 会 出现“负损耗” ？ 负损耗 表示光纤链路不光没有损耗，反而还有 “ 增益 ” ，当然这是不 真实 的。主要原因均 来自 各种 偏差和误差。 其一 ， 在 光源 端口 ，光能量 不都是 100%射入 测试 跳线中 的 ，其 “ 耦合效率 ” 的 高低 与 端口结构 的 几何尺寸 和 偏差有关 ， 且 与 测试跳线 插头的 几何尺寸的 “ 偏差 ”也 有关 。 所以 ， 归零以后 一般 不允许 再 插拔测试跳线，否则 会 破坏 端口 耦合效率， 如若 不小心拔出

26、了跳线，则 必须重新归零，才能 避免 增大测试误差。 对短链路 而言 ， 归零后 插拔端口跳线 会 令 损耗增加或减少，甚至 出现“负损耗”。 其二 ， 如果 归零时跳线端面 附着 有 纤维屑或 灰尘 ，但归零后脱落，也会出现 “负损耗 ”。 第三 ，开机未 预热 就 归零， 因 工作参数 漂移 而出现 “ 负损耗 ”。 一般 建议预热 5 分钟 ，温差较大时 预热 10 分钟 。 第四 ， 归零时 跳线插拔不到位 (损耗 偏大 )。第五 ， 如果归零用的耦合器本身偏差较大 (比如轴向对准偏差较大 )，则归零后测试短链路也可能出现负损耗。 测试跳线两端的结构尺寸不一致 也 是常见现象， 同样

27、也会 造成双向损耗值测试不相同，所以测试 跳线 在“ 质量 预检 ” 时也需要双向测试， 其 双向损耗误差一般要求不超过 0.01dB。否则 在 测试短链路时也可能出现 微量 负损耗。 光功率计 内部 的 受光器件 (光电转换 器 )面积远远大于光纤 的 截面积， 使得 从 光纤 射入 受光器件 的 光束 即便角度有 较大 偏差， 光子 也会全部 照射 到光电转换器 的“靶面”上 ， 所 以 ，归零后插拔光功率计一端的测试跳线对测试结果 的 影响 甚微 ， 归零 后 增补 测试跳线 B 对测试结果的影响 也 很 微弱 。 当然，如果 图中 测试跳线 B 本身 不合格 (没有事先 通过“预检”

28、)，则测试结果也会超差甚至不合格。如果测试跳线 A 本身不合格 (比如端面有灰尘、污渍 、纤维 )，则测试结果会不稳定甚至为负损耗 (例如 因 端面 灰尘 、纤维 归零 后 脱落 )。 福禄克网络 的T1 测试仪 CFP 除了 测试速度快，还能 即时提示 并执行 “ 预检 ”。非 常 地 易懂易用。 关于光纤直径和 测试 用 光源。 被测试的光纤有两 大 类，一类是单模光纤，直径 只有 8.39 微米 (OS1/OS2)，衰减 值 和色散值 较小，适合长距离传输。另一类是多模光纤，直径常见的有 62.5 微米 (OM1 光纤 )和50 微米 (OM2/OM3/OM4 光纤 )两种规格。衰减 和

29、 色散值 都 较大， 适于 短距离传输。 光源和光功率计一般会随仪器成套提供，当然也可以单独提供。比如，有时只用光功率计去测量光模块的输出功率或者光接收模块前的输入功率，以此判断光模块发送端口发出的光信号强度是否复合要求，或者判断设备收到的光信号强 度是否复符合要求。维护人员也可依两者 的 功率差值来大致判断光纤损耗是否有问题，此时可不使用配套的测试光源。 通常使用激光光源配合单模光纤来远距离传输光信号； 使用 LED 光源 和 VCSEL 光源配合多模光纤来传输短距离的光信号。 在新的标准中， 测试 光纤损耗时 要求使用 EF 光源和配套 的 EF 跳线来测试高速光纤 (指 数据中心中常用的

30、 OM3/OM4 等 光纤 )。 与此相对应，测试用的光源有 激光光源和 LED光源，有时也称作单模光源和多模光源 (虽然是不准确的称谓，但却比较流行 )， 这两种光源 一般 情况下 是 不 混用 的 。 激光光源 (LD 光源 )的光束汇 聚性好 (光束发散角很小 )， 光 谱的 能量集中，适合于测试长距离单模光纤 链路 。计算机网络中选用的激光光源 有 两个典型的工作波长 - 1310 微米和 1550 微米 (当然还有其它波长 )； 而 LED 光源 的光束发散角大，能量分散， 多用于测试 短距离使用的 多模光纤 ，经常使用的 LED 光源也有两个典型工作波长 - 850 微米和 130

31、0 微米 (当然 也 还有其它波长 )。 VCSEL 激光 光源 与 LD 激光光源 相比 是一种准激光光源， 价格 相对便宜， 多 用于多模光纤 通信。 光束 发散角 只 比 LD 激光光源 略 大一些，适合在多模光纤 中 测试短距离高速光纤链路 时使用 。 由于 VCSEL 光源常用于千兆和万兆 以上 的 以太网设备 ，所以测试用的 VCSEL光源一般也用来对应测试这些 应用的光纤链路衰减值。 不同的光源测试的损耗结果是不一样的。欲获得 精确的测试结果需要测试光源和实际应用的光源一致。比如，测试 1G/10G 光纤链路宜使用 VCSEL 光源 (如福禄克 GFM-2 模块 )。 需要特别指

32、出的是 ： 由于 OM3/OM4 是 折射率渐变 光纤 ， 继续用 LED 光源 测试损耗会令其 重复测试时 的 结果不可信 (结果 波动 普遍 超过 40%以上 )。所以，针对 高速链路 测试 较 新的标准 (如 TIA568C/ISO11801:2009)已经放弃使用 VCSEL 激光光源 来 进行 OM3/OM4 多模光纤测试，改用 EF(Encircle Flux， 光环通量 )控制 光源进行测试。 EF 光源是 一种 改进的 LED光源， 它 对发 出 的 光 子 事先 进行了环通量 (EF)控制 优化， 再 配合专用 的 EF 测试跳线，可 提高 LED 光源测试 结果 的 稳定度

33、 (波动 10%)。 福禄克网络的 DTX 电缆分析仪配用的 EF 光源型号是 DTX-EFM2； Versiv 威测系列则是 CFP-100-Q 或 CFP-100-M)。 【 光纤 一级测试 小结】 光纤一级测试 (Tier 1)就是指损耗 /长度测试； 工程上 实施 测试 必须 使用跳线；测试光纤需要先归零 ， 归零后不能插拔 光源口 的测试跳线 ；测试方法 B 所得的测试结果是最准确的， 被重点 推荐 使用 ； 方法 B 的归零方法 最 常用 “一跳线归零” ，请 牢记归零后要 补 一根 预检 合格 的跳线 ，其它 如两 跳线 归零 的 “ 方法 A”， 三跳线归零 “ 方法 C” ，

34、助记口诀： ABC， 二一三 ， 零加减 ；单模光纤继续 使用 LD 激光光源进行测试， 低速 多模光纤 可 依旧 使用 “ LED 光源 +卷轴 方案” 进行测试 ， 高速 多模 光纤 则 使用 新的 “ EF 光源 +EF跳线 方案 ” 进行测试 (原先使用的 LED、 VCSEL 光源 也 已被新的标准放弃 )。 (二 )OTDR 测试 (扩展 测试 ) 光纤 多数 是 (高纯石英 玻璃 )晶格结构， 晶格 结构 实际上是不均匀的， 携带 信号能量的 光子 遇到它们 会 发生 方向 改变 (散射 )。 另外，光纤中还存在 着 一些杂质， 光子 遇到它们也会散射。 如果向光纤 中 注入一束

35、持续时间很短的光脉冲 (比如 0.01s)，那么此光脉冲能量在向前传输的过程中遇到这些不均匀的晶格结构和杂质微粒就会有极微弱能量四散奔逃 (瑞利散射 )，其中有一部分会沿“来路”完全反射回来 (逆向散射 )。由于所有光纤都存在损耗，因此光纤靠近端口处的逆向散射能量较大，而远离端口处逆向散射的能量则较小。逆向散射(backscatter)的数量级 约 为 1ppm 左右。如果我们把“沿途”的这些逆向反射能量都采样记录下来，就可以画成如图一所示的反射光能量曲线 (即光时域反射曲线，又称 OTDR 曲线、 逆向散射时域 曲线 。 这条 曲线 的 特点是左高右低 )。 曲线 的横坐标对应光纤长度 (或

36、距离， 米 )， 纵坐标是逆向散射的 相对 强度 (单位 是 dB)。逆向 散射 的光信号强度都很微弱，所以测试 用的光电转换器接收 灵敏度 很高， 这就要求被测光纤当中不能有 其它 光信号 存在 ， 例如 不能 有 对端 光卡发出的信号能量， 否则 测试仪 将会 被“致盲” 而 不 能 顺利 进行测试。 另外 ，如果 将 被测光纤 的 对端对准阳 光或强光源，也可能因为 此 干扰 光太强 而无法进行测试，此时可以 将 对端的防尘帽盖上 或者 进行适当遮挡。 OTDR仪器 在检测到 对端有光功率 时 一般会 给出 屏幕 告警 提示 ，要求 操作者停止测试。 图一 OTDR 曲线 (光时域反射曲

37、线 ) (OF) 注： 图中的 (OF)表示该 曲线图来自与福禄克网络公司的 OptiFiber 光纤 分析仪 ，下同 这个曲线有什么用处呢？图 一 中 0 米 的地方反射 较 强 (是 一个连接器， 反射峰 正好被基准 虚 线 挡住 ，需要仔细看 )。 反射峰左高右低 ， 左 高对应的纵坐标 高度 约 -0.3dB， 右低 对应的 纵坐标 高度 约为 -0.7dB)， 不计 这 0 米 处的 连接器 的话， 右低 -0.7dB 就可 算是 这条 被测 光纤链路的“起点 ” 了 ，而在 靠近 光纤末端 不远处 约 2040m 的地方， 逆向散射 较弱 (对应纵坐标 高度 约为 -6.5dB，

38、为此处反射峰的 “ 左高 ” )， 由此 我们算出这段长约 2040m 的光纤 段 本身 (不含 两端连接器 损耗 在内的 )损耗大约 为 ： -0.7-(-6.5)=5.8dB，可 折算为 2.9dB/km。 通常，我们可以用这个 5.8dB 的 损耗值来近似地代替这条光纤本身的 (前向传输 )损耗值，也就是我们常说的用 OTDR 测得的光纤 段 损耗。 图一 使用的是 850 波长 测试，类似的还有 多模 1300、单模 1310/1550 等 常用波长。 如果光脉冲 向前传输时 遇到连接器 (此 处存在 一个很窄的 空气隙 )， 由于 光子 前进遇到了介质突变 (玻璃 -空气 -玻璃 )

39、， 突变 面 就 有 不少光子 会 被反射回去 (称为 菲涅耳反射 )， 反射能量最大可达 (前向 传输 光 能量的 )8%， 这 比 1ppm 左右的 逆向散射 光能量要 大 得 多。 图中 0m 处和 2040m 等 处的 反射 尖峰就是 由 连接器 光纤端面的 “ 菲涅耳反射 ” 引起的。事实上， 2040m处 的 连接 点 的 质量不高， 所以 在反射 尖峰过后 曲线 上 还 出现了一个约 2dB 的跌落，这个跌落就是 由于 连接器 质量问题 或 脏污原因 引起的 “连接器 损 耗 ” 。 我们 用 此 左高右低 的约 2dB的 差 值 来近似代替 该 连接器 的 (前向 传输 )损耗

40、。 通常， 标准要求 连接器 损耗不能超过 0.75dB。 再 来 仔细观察 2040m 2095m 这段 约 55 米的短光纤，除了 左边 打头处 的 2dB 连接器损耗外， 55m 光纤 段 自身还有约 1dB 的损耗 (左高右低 落差， 即 横坐标 -8dB-(-9dB)=1dB)， 折合为 20dB/km 损耗 指标， 这显然 太大了 (怀疑是 误接了单模光纤 )。 随后 ， 在约 2095m 处出现了 很 强“反射峰”， 这个 典型的强反射峰 表示此处 是这条光纤链路的末端 或 断 点 。 由于 末端之后不存在光纤， 逆向散射消 失 ， 因此 OTDR 曲线 在 2095米处 迅速

41、跌落 至 靠近 “横轴”。 那么 ， 这条 光纤链路 有多长呢？ 末端对应的 2095m 长度值就是光纤的长度 ， 或者 就是 断纤的位置。 从上面介绍 的 OTDR 曲线中，我们可以轻松地学习 几个重要的参数： a) 这段光纤 长度 是 2095 米 也可能就是光纤 断点 的 位置 ； b) 在 2040 米出有一个连接器 质量不好 (连接器 损耗 达 2dB，属 损耗事件 )； c) 在 20402095 米 约 55 米的 光纤 段 损耗 损耗 高达 1dB， 怀疑是 误接 了 一段 单 模光纤 。 d) 整段光纤的 链路 总 损耗 太大 (5.8+2+1=8.8dB， 注： 不 计 0

42、m 和 2095m 两端 连接器损耗在内 )。结论： 问题 主要 出 在 20402095 米一段。 误接单 模 光纤的可能性 大。 这就是用 OTDR 测试曲线来判断问题的一个例子。 可以看到光纤长度、连接器损耗、光纤 段 损耗、链路总损耗等很有用的故障信息， 可 帮助定位故障。 下面我们再举几个案例。 如图 二 所示， 这是 一段约 224 米的 多模 光纤 (原先 运行千兆以太网 正常 )，在升级为万兆以太网时发现丢包率偏 高， 端口 出错 率 高 ， 用户反映 升级后 上网 速度不升反降。 现 测得 光纤链路的总损耗约为 3.5dB，超 标。维护人员需要迅速定位链路中引起 过量 损耗

43、的 故障点。 图 二 OTDR 测试曲线 (OF) 图三 OTDR 曲线 对应的事件表 (OF) 缺少 经验的 维护人员 一般 会首先 检查 交换机 /服务器 的 光模块 (激活 否？ 配置正确否 ？ )及其 光功率 是否 正常 ，或简单地 尝试 替换光模块 ； 然后 试着重新插拔 、 清洁 一下光纤跳线 、插座等 。接下来会 怀疑交换机 “ 主机 框 ” 或 服务器 的 操作系统、硬件平台 是否有问题， 尝试升级 交换机 或服务器光模块 软件 、 驱动程序 及 为 系统 打补丁等 。如果故障 依旧， 有经验的维护人员 接下来 会 考虑 测试一下这条光纤链路 的损耗值，并试着清洁一下光纤 链路

44、 中的每个连接器 、 更换 光 跳线 、 临时 借用 一根相邻光纤 或临时拉一根 直连 光纤 做 比较，确认是否光纤链路的问题 。 若 确定 是光纤链路的问题， 接下来 就需要使用 OTDR 测试仪 来 检查 定位 到底是哪个位置 出 了问题 。 现在我们就来看看图二所示的 OTDR 曲线提供了哪些 有用 的 “事件”信息。 上述 过程 动用 资源且耗时 过多 。其实 最 快捷 省事 的方法就是直接 执行 OTDR 测试 。 图二 中 OTDR 曲线 不一定所有人都能看得懂。 此时测试者 可 先 按下“ 察看事件 ” 菜单 ，屏幕 会 提供 一个 与曲线对应的“事件表”， 每个 事件 或许 就

45、是一个连接器、熔接点、光纤裂纹、弯曲过度点等。 看不懂 OTDR 曲线分析的一线维护人员 也 没关系，他 可以通过 此 “事件表” 迅速了解问题所在的物理位置 ， 如图 三 所示。 请读者对应 着 图三 的事件表 来 查看 图二的 曲线 ， 自我 练习 一下 将 图三 的 事件 表和 图二 的OTDR 曲线形状 及事件位置 相对应 。在 图三 中 102.21 米 处 是 一个 参数 正常的 反射事件 (即合格 连接器 )， 其 损耗值 为 0.19dB， 对应 图二中 102.21 米 处 的 (菲涅耳 )反射尖峰 的 幅度较低，说明连接 点 质量优良；在 图二 中 约 151.68 米的地

46、方有一个 反射 事件 (反射尖峰 )， 尖峰 的 幅度适中， 说明 反射不 很 强， 但连接器损耗 (即 图二 中 151.68 米 处 的 OTDR 曲线跌落 )高达 1.73dB，说明该 连接器 的 损耗较大 (存在污损 的可能性较大 )；在约 201.69 米的地方有一个连接器尖峰(反射 事件 )，损耗为 0.28，紧随其后有一段长约 2.4 米的短 跳线 (即 201.69 米 204.11 米的隐藏事件 ， 在图二中由于 此 跳线两端的连接器 靠 得 太紧，仅 2.4 米 ，所以 OTDR 曲线 看上去只是一个 “ 稍宽 ” 的反射峰 )，由于这段跳线的总损耗为 0.28dB，可以认

47、为质量尚可。在 214.11米处有一个损耗， 且 无反射尖峰， 判断其 最大的可能是一个光纤熔接点或者光纤过度弯曲 点(均为 损耗 事件 )。由于 其 左高右低 差值 就是 损耗值 ，且 高 达 0.72dB，被 认为超标 (标准 通常规定 熔接点 最大 损耗 不 应超过 0.3dB)， 故 判定 为不合格 。 此段 光纤总长为 223.63 米 。 什么叫 隐藏事件？ 图三中 201.69214.11 米 是一段 约 2.4 米 长的跳线 。 跳线 有 两个连接点，应该分别报告两个连接点的 衰减 值。但 因为 两个 点 距离较近，仪器存在着 衰减死区 (又叫衰减 盲区 )。短于衰减死区 的两

48、个 损耗将被 看作一个损耗事件 。 衰减死区 越小 ，说明仪器的测试能力越强。类似 地 ，还有一个指标叫 事件死区 (事件 盲区 )， 它是指仪器能分辨两个反射事件的最短距离。一般 来说 ，事件死区都比衰减死区短。 福禄克 网络的 OFP 光 纤 分析仪具有手持 OTDR 业界最短 的事件死区 (0.5 米 )和衰减死区 (2.5 米 )指标 ， 可 确保数据中心 一米 短 跳线的识别 。 什么 叫 光纤 的 (模式 )色散 ？ 多模光纤链路 有一个很重要的指标就是 (模式 )色散。 它 说的是同时 进入 光纤的众多光子因为 沿光纤 前进 时 的角度不同 会 不同时抵达 光纤 对端 。 也就是

49、 我们常说的同进不同出现象 ，有的 会 先到 (比如 角度小的 )， 有的会 后到 。 若要举例 来说的话 ， 这就 很 像抓一把 乒乓球 从 高楼楼顶 扔进 竖立的 雨水管里 ， 待 听到 一阵 乒乓作响以后，有的乒乓球 会 从 楼底的出口先出来，而 有的 则会 后出来 ， 其 关键 的 特征 就是 “同时进 但不 同时出 ” 。 你可以想象 ，角度最小的 那个 乒乓球会 不经 (与 雨水 管 管壁的 )碰撞或 仅 很少 的几次 碰撞 后 就率先 出来， 它 在雨水管中走的 “路” 最短。 而 角度最大的 那个 乒乓球会经过多次碰撞后 才 最后出来 ， 走的路最长 。 这种乒乓球 (光子 )同进不同出 的现象就叫模式 (角度 )色散 。 光子 角度越大 ， 即 模次越高。 多模光纤之 “ 多模 ” 的含义 就是指 多 种 模次 (角度 )的光子 都能在 其中传输。 所以 ，多模光纤的色散问题也就比较严重。 自然地 ，单模光纤 就是 指 只允许 低角度 (即 低模次 或 基模 )光子在里面传输的光纤， 高模次 (大角度 )光子 不能 在里面生存 ， 它会直接射出纤芯逃逸 。 色散 有什么危害？ 什么是多模光纤 的距离带宽积 (MBW)？ 我们 知道， 正常 的光脉冲信号是 一串密集 的方波 ，