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【White Paper】光纖問題疑難排解


光纖問題疑難排解

光纖問題的潛在原因


光纖連結出現問題可能是由於各種原因引起的,一個非常常見的問題是連接器未完全連接 - 在擁擠的線路配接板中往往難以察覺,或者可能是由於連接器本身的品質問題,例如:不符合IEC PAS 61755-3標準定義的參數,包括拋光角度、光纖高度、曲率半徑、或頂點偏移的不良端面幾何形狀。


更常見的原因是現場在終端處理不良,導致氣隙和插入損耗過高,或連接器端面出現刮痕、缺陷和污染;事實上,污染仍然是導致光纖故障的主要原因 - 灰塵、指紋和其他油質物質會導致過多損耗,有時還會對連接器端面造成永久性損壞。


問題也可能是由於故障的融接接頭、錯位或錯誤極性引起的,不良的纜線管理可能會對連接器施加壓力,造成錯位,或者連接器可能未正確安裝並與其對應物連接;連接器或轉接器上的插鎖機制磨損或損壞,有時也是問題的原因;在網路進行連結時,光纖可能出現微彎曲或宏彎曲,或者在光纖的某個位置斷裂而損壞。


整個纜線系統的設計,也可能是光纖連結出現插入損耗和性能問題的原因,即使所有連接器都是高品質的、沒有污染並且正確的端點接合,如果通道中的連接過多,損耗可能會超過特定應用的規格;同樣的情況也可能由於違反多模光纖的距離限制而產生,導致高模態色散。


視覺化呈現的故障定位器 (VFL)


最簡單的故障排除工具是視覺化的故障定位器,或稱為VFL(Visual Fault Locator),這是一種廉價的工具,幾乎應該存在於每位光纖技術人員的工具包中,VFL使用明亮的雷射光束(通常為紅色),這種光束可以被人眼輕易看到,不像系統中使用的無形紅外線光。


VFL非常適合從連結的一端到另一端測試連續性和極性,並找到纜線、連接器和融接點上的斷點,它也是一個很好的追蹤工具,可以用來定位機架內一條單獨接頭終端處理光纖的另一端,一些現場終端處理的連接器還包括一個VFL光孔,允許在終端處理後立即將VFL連接到連接器,以驗證終端處理是否正確 - 如果VFL的光溢出並出現在連接器的VFL光孔中,則連接器內的兩個光纖端面未被正確配對。


視覺化故障定位器(VFL)還可用於尋找斷裂、光纖彎曲造成的宏彎曲損耗以及不良融接點,VFL的紅色可見光足夠明亮,可以透過光纖護套在斷裂或宏彎曲位置被發現,尤其是在光線較暗的環境下,這也使得VFL用於識別融接盒內的不良融接點非常有用。


儘管相較於其他工具,視覺化故障定位器(VFL)被認為是一種較低級的故障排除工具,但它也是光時域反射儀(OTDR)的良好搭檔,因為它可以定位那些距離太近、使OTDR無法正確分離的故障,以及位於OTDR的「死區 (dead zone)」附近的故障,特別是對於使用融接短尾光纖的情況,VFL的使用對於識別不良融接點尤其有幫助,因為這些點靠近連結的末端。


視覺化故障定位器(VFL)



光源功率計(LSPM)和光纖損耗測試儀(OLTS)


光源功率計(LSPM)和光纖損耗測試儀(OLTS)主要用於一級認證和驗收測試,是量測損耗最準確的工具,同時也可用於故障排除;透過將連結的損耗與技術要求進行比較,可以確定光纖連結是否是問題的來源,它們還可用於驗證來自交換機等裝置的輸出功率、連續性和極性。


使用光源功率計(LSPM)或光纖損耗測試儀(OLTS)可以判定損耗是發生在單一光纖、還是整個纜線中,如果整個纜線的所有光纖都有損耗,這很可能是纜線損壞或彎曲的徵兆;如果只有單一光纖存在損耗,問題很可能與不良融接或連接器有關;需要注意的是,無論是光源功率計(LSPM)還是光纖損耗測試儀(OLTS),都無法識別或定位連結中的具體損耗事件,這就是故障定位器和光時域反射儀(OTDR)的作用所在。


光纖故障定位器


雖然視覺化故障定位器(VFL)在照亮不良連接和斷裂的裸露光纖段上表現良好,但在長纜線運行、纜線不可見、或無法進入、或激光光束無法穿透護套的情況下,它們的幫助有限;光時域反射儀(OTDR)可以提供纜線全長的圖形數據和分析,但它們價格昂貴且需要更多時間和技巧來操作;在故障排除方面,光纖故障定位器填補了VFL和OTDR之間的空白。


Fluke Networks的Fiber QuickMap這樣的光纖故障定位器,可以快速且高效地量測長度,並識別多模光纖上的高損耗事件和斷裂,範圍可達1,500米(4,921英尺);這種單端光纖故障定位器非常簡單易用,使用類似於光時域反射儀(OTDR)的技術,透過光纖發送雷射光脈衝,量測從高損耗連接和融接點、以及光纖末端反射的光功率和時間,它們非常適用於量測光纖連結中的高損耗融接點、連接和斷裂,以及連結的整體長度,QuickMap還可以在測試之前檢測到活動中的光訊號。


這個工具能夠快速量測光纖的長度,使其成為非常實用的工具;如果你在測試一根3公里長的光纖時,工具顯示的長度是1.2公里,那麼你就知道光纖斷裂了;此外,它在查找MPO連接時非常方便,尤其是當兩個連接都意外地未正確將針腳插入時,這是一個常見的問題,會導致連接完全失效;在配線面板上,這個問題很難檢測,因為你無法輕易或安全地直接觀察端口內的針腳是否存在。


這些裝置的操作非常簡單,在清潔連接後,將一根發射光纖連接到測試裝置上,使用發射光纖和接收光纖可以讓測試裝置找到靠近或在光纖連結末端的事件;然後,使用者按下「測試」按鈕,幾秒鐘後,裝置顯示在光纖連結上檢測到的事件數量,這些事件包括:連接器、融接點、和光纖連結的末端,事件被定義為超過可程式化的損耗或反射限制的事件,使用者可以滾動瀏覽每個事件,並查看其距離和損耗量,請參考圖3範例。

圖3:光學故障檢測器可以識別出沿著光纖連結距離的反射事件。
圖3:光學故障檢測器可以識別出沿著光纖連結距離的反射事件。

進階故障排除與光時域反射儀(OTDR)


雖然您可能能夠使用光視覺故障檢測器(VFL)或光學故障檢測器定位問題,但有時候您可能需要更多的訊息;光時域反射儀(OTDR)基於檢測到的反射光或背散射量來計算訊號損耗,利用這項技術,OTDR 可以用於定位光纖斷裂、彎曲、融接點和連接器,並且可以量測這些特定事件的損耗,使用 OTDR 可以獲得對光纖安裝和施作整體品質的完整了解;OTDR 的價格比 VFL、光功率計和光學故障檢測器高,並且需要一定的專業知識,但由於它們能夠量測個別事件的位置、損耗和特性,因此被視為最終的故障排除工具。


OTDR(光時域反射儀)是光纖領域中的光學等效物,它透過向待測光纖注入一系列光脈衝,然後從同一端接收到光纖上各點散射(雷利散射)或反射回來的光,所收集到的散射或反射光被用於呈現光纖的特性,這種量測方式,相當於電子時域反射計量測因待測電纜阻抗變化而引起的反射,回波脈衝的強度根據時間進行量測和積分,並根據光纖的長度繪製圖表。


散射線 (Scatter Line) 或軌跡 (Trace) 用於根據雷利散射 (Raleigh Backscatter) 訊號的強度下降推斷損耗,如果沒有雷利散射的存在,那麼光時域反射儀將永遠不會被設計出來;雷利散射發生在所有光纖纜線中,不是所有光能都能被光纖纜線核心中的玻璃分子吸收,因此未被吸收的光在所有方向上散射,只有一小部分光注入光纖後被反射回光時域反射儀,這就是散射線 (Backscatter) 的含義,有時稱為散射 (Scatter)。


當光通過光纖纜線時,遇到與光纖密度不同的材料(例如空氣),最多8%的光會反射回源端,而其餘的光則繼續進入新的材料,這種現象稱為費涅爾反射 (Fresnel Reflection),並顯示了連接點的位置,透過比較連接器之前和之後的軌跡線,可以推斷連接器的損耗和反射程度。


發射和接收纜線及補償


量測中返回到OTDR的散射訊號只是測試脈衝中的一小部分,因此,OTDR接收電路需要非常敏感,OTDR中的連接器會產生大量反射,使OTDR接收器達到飽和,傳感器需要一些時間來從這個大反射中恢復過來,就像你的眼睛在明亮的閃光後需要時間恢復一樣,時間等於距離,所以在OTDR和第一個連接器之間添加一根發射纜線,使傳感器有足夠的時間來恢復,準備好看到連接體中的反射;發射光纖的長度需要足夠長,以支援測試光纖長度所需的最大脈衝寬度;通常使用足夠長的發射光纖(通常為100米或更長),在第一個事件之前和之後都會有散射線,從而可以量測第一個連接器。


當光脈衝達到連接中的最後一個位置時,由於光從玻璃到空氣的界面轉換,會產生一個大的反射,由於連接結束後沒有光纖,因此沒有了返回的散射訊號,量測值會下降到OTDR感應器的雜訊水平;透過使用接收纜線(有時稱為跳接光纖)延長了返回散射,因此在最後一個事件之前和之後都有返回的散射訊號,這使技術人員能夠量測並納入最後一個連接的損耗在測試中。

圖 4. 若無接收或「跳接光纖」,將無法觀察到最後一個連接器的性能。
圖 4. 若無接收或「跳接光纖」,將無法觀察到最後一個連接器的性能。

圖 5. 在光纖纜線的遠端添加發射和接收光纖,使得 OTDR 可以量測連接線路中第一個和最後一個連接器的損耗。
圖 5. 在光纖纜線的遠端添加發射和接收光纖,使得 OTDR 可以量測連接線路中第一個和最後一個連接器的損耗。

技術人員和接受測試結果的人,不希望在他們的報告中包含發射和接收光纖的量測結果,然而,OTDR 可以進行補償(實際上是移除)發射和接收光纖的部分,因此報告中只包含被測試網路的結果。

圖6。追蹤包括在被測試網路的起點和終點處的發射和接收光纖,右側的事件圖使用發射補償來從測試結果中移除它們的影響。
圖6。追蹤包括在被測試網路的起點和終點處的發射和接收光纖,右側的事件圖使用發射補償來從測試結果中移除它們的影響。

了解OTDR測試結果


當您使用OTDR進行故障排除時,您會得到一個代表網路在其長度上的損耗的圖形標示,儘管OTDR追蹤可能看起來有些令人不知所措,但每個下降或突波都揭示了事件的類型,它向您講述了被測試網路的故事。


圖 7. OTDR測試結果
圖 7. OTDR測試結果

有經驗的OTDR使用者會辨識出測試器連接器、發射纜線、連接器、機械接頭、熔接接頭、不匹配的光纖以及網路結束等反射事件,他們也知道,在網路結束後看到的小波峰是虛假事件,不是真正需要關注的事件。


但如果你不是一位追蹤分析專家,不用擔心,OptiFiber Pro OTDR 還使用先進的邏輯來解讀追蹤結果,並提供一個事件地圖(EventMap)以描述實際事件,而有問題的事件將以紅色圖示突出顯示,這樣你可以更快地找到問題所在。


在事件地圖的左下方,可以透過一個幫助圖示輕鬆存取,OptiFiber Pro OTDR 甚至提供了解決問題的建議修復措施。


當解決具有多個問題事件的網路時,一個好的原則是首先處理最接近光時域反射儀的事件,一旦這些事件被解決,光時域反射儀將對下游的事件具有更好的可視性。

圖 8. 可透過事件地圖(EventMap)查看說明與建議
圖 8. 可透過事件地圖(EventMap)查看說明與建議

現代的 OTDR 通常會自動化許多 OTDR 的功能,使得幾乎任何人都能像專家一樣進行分析;然而,在某些情況下,進一步的專業知識可以用於更深入地分析光纖並獲得更多訊息,下面的兩個部分將討論進階的 OTDR 設定和追蹤分析。


進階 OTDR 設定 - 脈衝寬度


調整脈衝寬度可以讓操作者能夠測量更長的光纖,並且能夠識別光纖上的離散事件之間做出權衡;為了確保長距離的散射光返回到 OTDR,測試儀需要透過將光保持亮燈的時間延長,來向光纖輸入更多能量 - 增加脈衝寬度;然而,脈衝寬度越長,死區越大 - 死區是指 OTDR 可識別的事件之間的最小距離,由於光在光纖中的傳播速度約為每奈秒0.2米,一個窄的3奈秒脈衝無法“看到”相距不到0.6米的兩個事件;一個寬的1000奈秒脈衝只有在它們相距超過200米時才能看到兩個獨立的事件。

圖 9. 脈衝寬度較窄的輸入脈衝能夠識別更靠近的事件。
圖 9. 脈衝寬度較窄的輸入脈衝能夠識別更靠近的事件。

圖 9. 脈衝寬度較窄的輸入脈衝能夠識別更靠近的事件。


多波長測試


進行多波長測試時,即使應用僅使用較低波長進行傳輸,在使用 OTDR 進行故障排除時,最好測試多個波長;對於多模光纖,建議在 850 和 1300nm 進行測試;而對於單模光纖,建議在 1300 和 1550nm 進行測試,通常情况下,較高波長會顯示較低的損耗,但如果光纖受到應力,較高波長將顯示顯著較高的損耗,並且問題將更容易檢測到。


請注意,波長是「限定」的,這表示上述提到的波長已足夠用於測試,即使在實際操作中使用其他波長,如果問題發生在融接尾纖上,您可能需要使用視覺化光纖檢測器 (VFL) 來確定問題是否是發生光纖斷裂或彎曲,而不僅僅是尾纖連接器,因為故障事件在測試結果中通常顯示出與連接器距離相符的位置,OptiFiber Pro 配備了一個便捷的內置 VFL,可用於這種情況下的檢測。


閥值和平均值


在某些故障排除情況下,可能需要手動調整 OTDR 的設定,例如:當正確執行時,融接點的損耗可以小於 0.1dB,如果您需要定位一個損耗非常低的融接點,而損耗閾值高於融接點的損耗,它可能不會在 OTDR 上顯示出來;Fluke Network 的 OptiFiber Pro 在損耗閾值方面的自動設置為 0.15dB,這表示它只會找到等於或高於此水平的事件,可以手動將損耗閾值設置得更低,以找到非常低損耗的融接點。


請注意,較小的閾值表示測試儀器進行更多的量測、或使用更寬的脈衝寬度,這可能會增加測試時間、或測試結果中的死區;損耗閾值小於 0.15dB 也可能導致 OTDR 在光纖本身固有不完美性的情況下,檢測到虛假事件;改變平均時間也有助於定位融合融接點,平均時間將多個量測數據進行平均,以產生最終的測試結果 - 較長的時間可以降低雜訊,顯示更多詳細訊息,如:非反射式融合融接點事件;在故障排除長距離連結時,可能需要增加 OTDR 的動態範圍以量測至光纖的末端,這表示需要更寬的脈衝寬度,從而增加測試時間和死區。


進階追蹤分析


追蹤顯示出一個略微下降的趨勢線,表示隨著光纖長度增加,由於損耗而導致的反射訊號逐漸減弱;連接器會以一個特徵性的「尖峰」顯示出來,這是由反射引起的,接著從趨勢線下降,這表明連接器引起的損耗(衰減)的大小。

圖10. 趨勢線的下降表示連接器的損耗
圖10. 趨勢線的下降表示連接器的損耗

非反射事件


非反射事件是指光返回散射訊號的強度下降,但沒有顯示連接器所呈現的 "尖峰",其中一個例子是 "隱藏 (Hidden)" 事件,它是由於兩個連接器彼此非常接近,處於 OTDR 的事件死區內而引起的。


另一個例子是"虛假 (ghosts) 事件",它是由於高度反射連接引起的返回訊號,在連接器之間來回反射;大多數虛假事件將在光纖結束後顯示為反射事件,然而,有些可能在追蹤中出現,這些虛假事件可以透過它們是反射事件且沒有損耗來識別,OptiFiber Pro可以檢測虛假事件並識別其來源,從而輕鬆解決根本原因。


圖11. "虛假事件"是由於實際事件產生的強反射訊號而產生的不存在的事件。
圖11. "虛假事件"是由於實際事件產生的強反射訊號而產生的不存在的事件。

即時追蹤


即時追蹤是光纖的反射訊號追蹤線的持續更新顯示,通常用於即時監控光纖連接的反射訊號變化,以確保在運輸過程中沒有損壞;另一種用途是 "搖晃測試 (Wiggle Test)" - 當懷疑存在鬆動的連接、或損壞的連接器時,技術人員可以在搖晃連接器、或向連接器施加壓力時使用即時追蹤,以查看連接是否恢復或永久中斷。


光纖跳線的除錯


光纖跳線在任何光纖網路中都扮演著重要的角色。無論是在資料中心中連接光纖配線區和交換機,還是在區域網路中連接光纖到桌面應用的終端設備,都離不開光纖跳線的使用。


很不幸的是,光纖跳線通常是網路中最脆弱的環節,它們比其他元件更常被操作和處理,因此更容易受到損壞;而且,光纖跳線通常被視為普通商品,一些終端用戶為了節省成本,可能會從較不知名的通用供應商購買,這些供應商可能在品質和合規性方面存在缺陷。


在進行永久網路測試後(不包括光纖跳線),這被認為是最新的安裝的最佳做法,後續的通道測試可能會發現問題,使用光損耗測試儀(OLTS)如Fluke Networks的CertiFiber Pro可以進行單個跳線的故障排除,這可以透過使用單跳線參考方法設定參考值,並使用轉接器將跳線連接到測試參考線上來實現;首先,使用一個跳線連接器將參考線和跳線相連接,設定這個連接為參考值;然後,使用適配器將跳線連接到測試參考線,這樣,只測試參考線和跳線之間的連接損耗;反轉跳線後,可以測試跳線另一端的連接器,這樣可以進行單獨跳線的故障排除,檢查連接器的性能;單跳線參考方法可以幫助確定跳線本身是否存在任何問題或故障。


文章來源:Fluke Network

翻譯與整理:翔宇科技量測事業群


關於 Fluke Networks


Fluke Networks 是全球領先的網路纜線基礎設施認證、故障排除、和安裝工具的儀器裝置供應商,專為安裝和維護關鍵網路纜線基礎設施的專業人士提供服務,無論是在安裝最先進的資料中心,還是在最惡劣的天氣中恢復服務,我們憑藉無以倫比的可靠性和卓越的性能確保工作能高效完成;公司的旗艦型產品包括創新的 LinkWare Live,這是全球領先的雲端接纜線認證解決方案,迄今已上傳超過 1,400 萬份測試結果。


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