责任编辑：匿名 (未验证)
2013/01/28
作者：柯旋 陆秉义 陈树彬，邹锋
一、前言
随着高速宽带网络发展和光纤到户政策的推进，对光缆的长距离高速传输要求越来越高。对于数据传输速率较低和距离较短时，光纤PMD的影响是非常微小的。但是当传输速率增大时，PMD对于传输距离的影响越来越大[1]，对于10Gbits以上的高速、超长距离传输单模光纤通信系统来说，光纤PMD却是重要影响因素。而光缆生产流程中第一道工序是光纤着色固化，该工序是直接影响到光纤的性能指标，其中也会影响到光纤的PMD值，PMD的微小变化对光纤传输性能产生了影响。本文主要研究在光纤着色固化工艺中，光纤几何参数对光纤偏振模散（PMD）变化的贡献。通过实验研究发现光纤几何参数中的包层不圆度参数对着色前后的光纤的PMD变化的影响比较大，而其它几何参数对光纤偏振模散（PMD）的影响不大。
二、光纤着色固化工艺对PMD的影响
光纤着色固化工艺是指在一次涂覆光纤外再涂覆一层颜色涂料，其成份中含有光引发剂，能够通过吸收一定剂量的紫外光产生化学反应，使涂料由液态变成固态，从而紧密牢固地附着在光纤上以便于光纤的识别和连接。光纤着色固化是光缆生产流程中的第一道工序，属于关键工序。着色工序和套塑工序是两个在光纤成缆过程中对PMD影响最大的工序，而绞缆、钢丝绕包和护套工序对光纤PMD的影响则较小[2]。其原因是着色和套塑工序的影响直接作用在光纤上，同时光纤所处的状态变化也较大，所以必然产生较大的影响[2]。本文选择光纤着色工序作为研究对象。
三、光纤几何参数对着色前后PMD的影响
着色固化工艺对PMD的贡献是比较大的，主要对光纤的非本征PMD产生影响比较大。非本征PMD是指光纤在受到各种作用力如侧向压力、弯曲、扭转以及光纤连接等情况下引起的PMD。着色固化工艺是直接作用在光纤上，会对光纤的状态产生微弯、微应力等影响，就会对光纤PMD产生影响。
本文不去讨论着色工艺中各因素对PMD影响，因为已有许多专家学者在这方面做了大量的研究。本文主要研究：在保证着色固化工艺质量前提下，探讨光纤本身特征即其几何参数对着色固化工艺后的光纤的PMD的影响。为此，选择了3个厂家的光纤进行着色固化前后的测试，为了更好地描述光纤几何参数对着色固化工艺后的光纤PMD变化的贡献，先确保光纤着色前的PMD差别不会太大，根据文献3的研究结果可知光纤的包层不圆度如能控制在一个较小的区间（如0.3%~0.4%），可以避免由此带来的对光纤PMD值的不良影响。本文选取的光纤包层不圆度的区间范围是0.15%~0.35% 。
四、PMD的测量方法的选取
目前PMD的测试方法主要有琼斯矩阵法（JME）、固定分析法（FA）、干涉法（IF）等[4]。而IEC 61280-4-4明确指出，在现场测试应用中，只有干涉法（IF）是建议的方法：其中传统干涉法（TINTY）有条件使用，扩展干涉法（GINTY）没有限制，适用于所有的测试条件。我们采用扩展干涉法（GINTY）进行测试。GINTY是光仪表供应商EXFO的PMD专利测试方法，这种方法在多方面改善了传统干涉测量TINTY模型。
五、在着色工艺中光纤几何参数对PMD影响的测试
1、着色前的光纤几何参数的测量
采用的光纤类型是G652D光纤，对3个厂家的光纤各100盘光纤的几何参数（光纤的包层直径、芯/包层同心度偏差、包层不圆度、涂覆层直径（未着色））进行测量，其结果见表1。表1为3个厂家100盘光纤几何参数平均值以及方差值比较。
图1~4分别表示为3个厂家光纤的包层直径、芯/包层同心度偏差、包层不圆度、涂覆层直径（未着色）的测量结果比较图。
图5到图9分别是3个厂家的光纤着色前后PMD变化比较图。
图5 厂家1光纤着色前后PMD变化情况
和0.03 ps/，有几个数值变化比较大，可能是测量产生的偏差，不列入考虑；厂家2光纤着色前PMD平均值与其他两个厂家相当，为0.04 ps/，着色后PMD平均值达到了0.14 ps/，方差为1.0×10-2 ps2/km，着色前后PMD平均值偏差值为0.1 ps/相差了2.5倍。
图8到图9反映的是3个厂家的光纤着色前后PMD值变化的总体比较，综合表2可以得出着色前3家的光纤PMD偏差不大，多集中在0.02 ps/到0.08 ps/之间，但着色后厂家2的PMD明显偏离了厂家1和3，多集中在0.1 ps/到0.3 ps/之间。综上所述，着色后厂家2的光纤PMD值普遍增大。
随着高速宽带网络发展和光纤到户政策的推进，对光缆的长距离高速传输要求越来越高。对于数据传输速率较低和距离较短时，光纤PMD的影响是非常微小的。但是当传输速率增大时，PMD对于传输距离的影响越来越大[1]，对于10Gbits以上的高速、超长距离传输单模光纤通信系统来说，光纤PMD却是重要影响因素。而光缆生产流程中第一道工序是光纤着色固化，该工序是直接影响到光纤的性能指标，其中也会影响到光纤的PMD值，PMD的微小变化对光纤传输性能产生了影响。本文主要研究在光纤着色固化工艺中，光纤几何参数对光纤偏振模散（PMD）变化的贡献。通过实验研究发现光纤几何参数中的包层不圆度参数对着色前后的光纤的PMD变化的影响比较大，而其它几何参数对光纤偏振模散（PMD）的影响不大。
二、光纤着色固化工艺对PMD的影响
光纤着色固化工艺是指在一次涂覆光纤外再涂覆一层颜色涂料，其成份中含有光引发剂，能够通过吸收一定剂量的紫外光产生化学反应，使涂料由液态变成固态，从而紧密牢固地附着在光纤上以便于光纤的识别和连接。光纤着色固化是光缆生产流程中的第一道工序，属于关键工序。着色工序和套塑工序是两个在光纤成缆过程中对PMD影响最大的工序，而绞缆、钢丝绕包和护套工序对光纤PMD的影响则较小[2]。其原因是着色和套塑工序的影响直接作用在光纤上，同时光纤所处的状态变化也较大，所以必然产生较大的影响[2]。本文选择光纤着色工序作为研究对象。
三、光纤几何参数对着色前后PMD的影响
着色固化工艺对PMD的贡献是比较大的，主要对光纤的非本征PMD产生影响比较大。非本征PMD是指光纤在受到各种作用力如侧向压力、弯曲、扭转以及光纤连接等情况下引起的PMD。着色固化工艺是直接作用在光纤上，会对光纤的状态产生微弯、微应力等影响，就会对光纤PMD产生影响。
本文不去讨论着色工艺中各因素对PMD影响，因为已有许多专家学者在这方面做了大量的研究。本文主要研究：在保证着色固化工艺质量前提下，探讨光纤本身特征即其几何参数对着色固化工艺后的光纤的PMD的影响。为此，选择了3个厂家的光纤进行着色固化前后的测试，为了更好地描述光纤几何参数对着色固化工艺后的光纤PMD变化的贡献，先确保光纤着色前的PMD差别不会太大，根据文献3的研究结果可知光纤的包层不圆度如能控制在一个较小的区间（如0.3%~0.4%），可以避免由此带来的对光纤PMD值的不良影响。本文选取的光纤包层不圆度的区间范围是0.15%~0.35% 。
四、PMD的测量方法的选取
目前PMD的测试方法主要有琼斯矩阵法（JME）、固定分析法（FA）、干涉法（IF）等[4]。而IEC 61280-4-4明确指出，在现场测试应用中，只有干涉法（IF）是建议的方法：其中传统干涉法（TINTY）有条件使用，扩展干涉法（GINTY）没有限制，适用于所有的测试条件。我们采用扩展干涉法（GINTY）进行测试。GINTY是光仪表供应商EXFO的PMD专利测试方法，这种方法在多方面改善了传统干涉测量TINTY模型。
五、在着色工艺中光纤几何参数对PMD影响的测试
1、着色前的光纤几何参数的测量
采用的光纤类型是G652D光纤，对3个厂家的光纤各100盘光纤的几何参数（光纤的包层直径、芯/包层同心度偏差、包层不圆度、涂覆层直径（未着色））进行测量，其结果见表1。表1为3个厂家100盘光纤几何参数平均值以及方差值比较。
表1 3个厂家100盘光纤几何参数平均值以及方差值比较
| 厂家 | 包层直径（μm） | 芯/包层同心度偏差（μm） | 包层不圆度（%） | 涂覆层直径（未着色）（μm） | ||||
| 平均值 | 方差值 | 平均值 | 方差值 | 平均值 | 方差值 | 平均值 | 方差值 | |
| 厂家1 | 125.0 | 1.9×10-2 | 0.215 | 9.2×10-3 | 0.196 | 1.4×10-2 | 242.1 | 0.87 |
| 厂家2 | 124.9 | 3.0×10-2 | 0.207 | 1.4×10-3 | 0.334 | 6.4×10-2 | 243.4 | 1.10 |
| 厂家3 | 124.8 | 9.8×10-3 | 0.140 | 5.4×10-3 | 0.177 | 1.1×10-2 | 242.2 | 0.91 |
图1 3个厂家光纤包层直径参数的比较
图2 3个厂家光纤芯/包层同心度偏差参数的比较
图3 3个厂家光纤包层不圆度参数的比较
图4 3个厂家光纤涂覆层直径（未着色）参数的比较
图3 3个厂家光纤包层不圆度参数的比较
图4 3个厂家光纤涂覆层直径（未着色）参数的比较
由表1中可得3个厂家的光纤的几何参数中包层不圆度的偏差比较大：厂家2光纤包层不圆度平均值为最大是0.334%，厂家1、2分别为0.196%和0.177%。其中光纤包层不圆度＞0.4%的盘数，厂家1为9盘光纤，厂家2为32盘，厂家3为3盘，分占光纤盘总数的比例分别为9%（厂家1），32%（厂家2），3%（厂家3）。其方差也是厂家2最大，说明其包层不圆度值的分散度比较大。由1可以得出光纤的其他几何参数（包层直径、芯/包层同心度偏差、涂覆层直径（未着色））的平均值是相差不大的。可以得到这3个厂家的光纤在包层不圆度的偏差较大，样品是符合本文研究的需要。
2、样品着色前后的光纤PMD参数测量结果
使用EXFO的FTB-5500B的PMD分析仪，对3个厂家各100盘光纤（盘号标记为1~100）进行着色前后的PMD测量，其测试结果见表2。
表2 3个厂家PMD 100盘光纤PMD平均值以及PMD方差| 纤别 | 工序 | PMD平均值（ps/） |
PMD方差（ps2/km） |
| 厂家1光纤 | 着色前 | 0.043 | 6.2×10-4 |
| 着色后 | 0.048 | 7.0×10-4 | |
| 厂家2光纤 | 着色前 | 0.04 | 2.6×10-4 |
| 着色后 | 0.14 | 1.0×10-2 | |
| 厂家3光纤 | 着色前 | 0.056 | 5.9×10-4 |
| 着色后 | 0.058 | 2.9×10-3 |
图5 厂家1光纤着色前后PMD变化情况
图6 厂家2光纤着色前后PMD变化情况
图7 厂家3光纤着色前后PMD变化情况
图8 3个厂家光纤着色前PMD值比较
图9 3个厂家光纤着色后PMD值比较
由表2可以得出厂家1和3的光纤着色前后的PMD值变化很小，而厂家2的PMD产生较大的变化。从图5到图7也可以可得出这个结论。另外，从图5到图7可以得出厂家1和厂家3各100盘光纤着色前后基本一样，偏差分别为0.05 ps/和0.03 ps/，有几个数值变化比较大，可能是测量产生的偏差，不列入考虑；厂家2光纤着色前PMD平均值与其他两个厂家相当，为0.04 ps/，着色后PMD平均值达到了0.14 ps/，方差为1.0×10-2 ps2/km，着色前后PMD平均值偏差值为0.1 ps/相差了2.5倍。图8到图9反映的是3个厂家的光纤着色前后PMD值变化的总体比较，综合表2可以得出着色前3家的光纤PMD偏差不大，多集中在0.02 ps/
到0.08 ps/之间，但着色后厂家2的PMD明显偏离了厂家1和3，多集中在0.1 ps/到0.3 ps/之间。综上所述，着色后厂家2的光纤PMD值普遍增大。 上述测试是在保证着色固化工艺质量的前提下进行的，可以认为着色工序对PMD的影响比较少，从表1比较可以得到厂家2光纤包层不圆度和其他厂家有比较大的变化。对比表1和2发现一个有意思的现象，随着光纤包层不圆度的增大，其着色后的PMD值也随之增大，着色前后PMD的偏差也变大。是否可以认为两者之间有着某种关系？本文从PMD的基本概念和着色概念进行分析，看两者是否存在联系。
在理想情况下，光纤的横截面是圆对称，材料和应力分布均匀，具有圆对称的折射率分布，就不会存在PMD问题。在现实中，光纤在制造过程中，光纤芯不可避免地产生一定的椭圆度，内应力分布不均等现象，这导致光纤会存在双折射，形成PMD现象。着色固化工艺是直接作用在光纤上，会对光纤包层产生影响，对于包层不圆度偏大的光纤来讲，会使包层所受到的应力分布不均，导致双折射现象加剧，最终使PMD加剧。这就是为什么包层不圆度偏大的光纤，在着色工艺后其PMD变化大的原因。而对于包层不圆度在合理范围的光纤来讲，其所受到的应力分布和着色前变化不大，其PMD值变化也不大。在着色工艺中，光纤包层不圆度会对PMD产生影响。
六、结束语
从统计分析结果来看，光纤包层不圆度对光纤着色后PMD有较为明显的影响，厂家2的光纤包层不圆度平均值达到0.334%，而光纤在着色前PMD平均值仅为0.04 ps/在理想情况下，光纤的横截面是圆对称，材料和应力分布均匀，具有圆对称的折射率分布，就不会存在PMD问题。在现实中，光纤在制造过程中，光纤芯不可避免地产生一定的椭圆度，内应力分布不均等现象，这导致光纤会存在双折射，形成PMD现象。着色固化工艺是直接作用在光纤上，会对光纤包层产生影响，对于包层不圆度偏大的光纤来讲，会使包层所受到的应力分布不均，导致双折射现象加剧，最终使PMD加剧。这就是为什么包层不圆度偏大的光纤，在着色工艺后其PMD变化大的原因。而对于包层不圆度在合理范围的光纤来讲，其所受到的应力分布和着色前变化不大，其PMD值变化也不大。在着色工艺中，光纤包层不圆度会对PMD产生影响。
六、结束语
，着色后达到了0.14 ps/，增大了2.5倍，而其他两个厂家着色前后PMD平均值基本没有变化。在对PMD值要求较为严格的场合，建议在着色前需要对光纤的几何参数进行测量，保证其几何参数中的包层不圆度不超过0.2%。