光纤连接器的反射系数漂移测试中的灵敏度和重复性研究

  ——EXFO公司测试方案介绍

简介

     对高性能 UPC 和 APC 连接器执行精确和可重复的反射系数测量始终是一个挑战。这些连接器产生的菲涅尔反射非常低（一般分别为 ?55 dB 到 ?70 dB 甚至更小）。传统的连续波反射计（光源、功率表和耦合器）已被与干涉有关的稳定性问题所困扰，而使用脉冲反射计（OTDR 的变体）则灵敏度较差，重复性也不好。由于这些原因，测量低反射连接器的反射值的变化和漂移几乎是不可能。

使用 IQS-12001B 测量反射系数

     EXFO的 IQS-12001B 光纤跳线测试系统，在反射系数测量的稳定性和重复性方面取得了显著的性能改进。基于高级时域技术，已开发了 IQS-3250B 损耗测试模块来执行无缠绕反射系数测量。在仪器的反射侧集成了内部反射参考、功率监视和 Rayleigh 反向散射 (RBS) 校正运算器。由于采用窄的脉冲宽度和快速的平均，大大改善了反射系数测量性能。

     在 IQS-12001B 系统的检验阶段，EXFO 工程师和计量学家在各种设备上执行了大量测量，以确定测量重复性。显而易见，在此测量中，被测器件具有稳定的反射是至关重要的，以保证被测器件不会在测试期间内发生变化。经过几次初始探索性测试后，我们得出的结论是：不能将刚刚适配的连接器马上用作稳定反射器。

    
图 1：UPC 连接器的反射系数测量

图 1中所示的数据说明在最初的 10 分钟内适配的连接器的反射系数有很大的漂移；实际上，经过 15 分钟后，观察到偏差为 ~ 4 dB。

    
图 2：五个 FC/UPC 连接器的反射系数测量

     在上述示例中，我们可以看到几乎在所有情况下，反射系数在连接后的前 5 分钟内变化显著。在某些情况下值提高，而在其它情况下，值稍有降低。使用不同波长和不同连接器进行的其它测试证实了这些观察。

反射系数初始漂移的重要性

     EXFO 尚未对该初始反射系数瞬态变化的来源进行大量研究，但我们确实知道 IQS-12001B 系统非常适合于此类型问题的调查研究。影响可能是许多不同变量的组合，如：
● 插针压缩—弹簧材料和力
● 插针直径公差
● 插针长度
● 适配器—套管材料和公差
● 适配的压缩力
● 端面清洁度
● 其它因素…

     光纤连接器和适配器制造商应该有关于本主题的大量信息。本应用说明的目的是提高光纤器件制造商对此潜在现象的认识，并从生产测试的观点来分析可能的影响。

     大多数生产测试工程师都不希望等待 5 分钟后才执行反射系数测量。但在生产线检验过程中，对此问题予以考虑并在可控条件下进一步评估其影响是非常重要的。如果考虑此瞬态现象，则可能在时间上需要测量保护时间带。根据以上数据，等待 30 到 60 秒会明显改善此状况，然而这显然不是一种可以达到高吞吐量测量的有效方法。

     在测量一些贵重设备，以检验其反射系数测量的准确性和精度时，等待标准稳定时间则显得非常重要。为了解决此问题，EXFO 已开发了一个反射系数测量校准套件 (CKT-30) 和专用软件程序，它可以用作质量保证程序的一部分，以确保测量系统符合规范。

测量重复性与连接重复性

     我们已经了解了关于适配的连接器的反射系数如何随时间变化,那么就知道如何去正确评估测量系统重复性。如果已经确认测量系统能够提供可重复的结果,我们就可以进一步确定连接器的重复性。我们将看到测量重复性和连接重复性之间存在很大的差异。

     
图 3：稳定设备 (FC/UPC) 10 次连续测量的数据 (dB)

      
   图 4：10 次连续测量的数据 (dB)，每次测量之前 (FC/UPC) 重新连接和清洁的

     
     图 5：10 次连续测量的数据 (dB)，每次测量之间 (FC/UPC) 重新连接的。
请注意，对于此系列数据，每次连接之间没有清洁光纤端面。

图 3、4 和 5 中的这三个系列的数据都是使用同一 FC/UPC 连接器对获取的。图 3 常见于 IQS-12001B 测量重复性，而图 4 和 5 则常见于连接重复性（即每次测量之间连接器未适配及重新适配的位置）。这说明了许多重要概念：
IQS-12001B 反射系数测量完全可以重复。
测量重复性和连接重复性之间存在差异。
IQS-12001B 系统能够测量小的反射率变化。
在每次适配时清洁连接器很重要，即使只是临时断开它们的连接。

结论

     测量低反射连接器是一个挑战。应对该挑战需要可靠的测试设备，同时能够深入地了解影响反射系数测量的原因。本文的目的并不是全面研究造成连接器反射系数发生变化的原因，而是说明 IQS-12001B 光纤跳线测试系统是进行连接器评估和检验以及对光跳线进行生产测试的极好工具。