摘要：目前，电力传输网络与信息传输网络融合，电力特种光纤的应用更加广泛，同时对传输稳定性的要求也更高。针对电力光纤网络在传输中出现的衰减和损耗问题，通过分析与研究光纤内部材质和外界环境所带来的信息传输中的衰减与干扰，同时根据理论对电力特种光纤的衰减设计测试方案进行测试，通过对测试结果进行分析及对比来寻找造成损耗的影响因素和测试方法。对此，文章重点就电力光纤损耗及测试方法进行研究分析，以供参考和借鉴。
关键词：电力光纤；损耗；测试方法；研究
近年来，随着我国科技的发展，信息传输技术在通信行业得到了广泛的应用，特别是对于光纤线路传输技术来说，已成为整个信息基础网络组成部分，并得到了很好的发展。光纤线路传统比较于电缆或微波等方面的传输方式具有很多优点，如现代通信系统中的长途通信一般采用光纤线路进行传输，同时随着用户对可视电话、电视会议、网络互联等业务的需求增大，光纤通信起到举足轻重的作用。
1电力光纤损耗类型分析
1.1光纤的散射损耗
光纤内部的散射，会使光纤的传输功率变小，从而使光纤在传输过程中产生损耗。在所有的散射中，瑞利散射是最重要，光纤材料在加热过程中，由于热搅动，它的产生是由光纤材料内部的密度和成份变化而引起的，使材料中原子得到不平衡的压缩，从而使其折射率产生不均匀性，该材料的密度是不统一的。当热搅动完成后，光纤材料的折射率就被固定下来，这样就使得光波的波长要比光纤的长。光在传输时遇到这些波长小的介质时，产生散射，引起损耗，改变了传输方向，带有随机起伏的不均匀物质，同时由于光纤材料中还含有一些非均匀的杂质，这些同样会引起光在传输中的散射，导致损失。
1.2光纤的弯曲损耗
在实际操作中，对光纤进行弯曲变形，使得光纤的曲率半径远大于使用中光纤直径的弯曲，这就将造成一部分的附加损耗，即光纤的宏观弯曲损耗。光纤的宏观弯曲损耗的产生是由于光纤弯曲产生的空间滤波、模式泄漏及模式耦合，最主要的是空间滤波效应所造成的损耗。空间滤波是一种物理效应，光纤中光波的传播是依赖于光纤的全反射条件，由于光纤弯曲导致这种条件的破坏，使进入光纤弯曲部分的光从高阶模折射到包层中，而其所携带的能量也将被辐射出去。空间滤波效应的存在，使得光纤直线部分所承载的模式数大于光纤弯曲部分所承载的模式数，故而当其弯曲程度变大时，这种效应也将变得十分明显，从而造成光纤传输损耗。
1.3光纤的吸收损耗
光纤的吸收损耗导致光纤中部分的光功率转换所带来的传输损耗，主要是由于量子跃迁所带来的热量损失，它的吸收损耗的三种形式，即本征吸收损耗、杂质吸收损耗和原子吸收损耗。由于紫外波段和红外波段的电子跃迁与振动的存在，光纤的本征吸收是难以避免的。当波段吸收带达到一定的程度时，其尾端可延伸到0.7～1.1 的光纤通信波段。相对于杂志吸收损耗和原子吸收损耗而言，本征吸收的损耗一般约为0.01～0.05dB/km，还是比较小的。杂质吸收是一种过渡金属离子和氢氧根阴离子所引起的吸收，主要原因是由包含在光纤材料中的电子跃迁，通过复杂的光纤制备过程中，我们可以将光纤材料中的杂质清除。当过渡金属含量减少到小于10～9幅度，由金属离子引起的杂质吸收就可基本解决。氢氧化杂质包含在光纤中是难以消除的，其分子的振动过渡到形成在某个频带的吸收峰，而在一些其他波段的吸收非常小，特别是在1.55 的波段吸收最小，形成一个良好的通信窗口。
1.4光纤制造损耗
光纤制造损耗主要由光纤中不纯成分的吸收和光纤的结构缺陷引起，是在制造光纤的工艺过程中产生的，杂质吸收中其中OH-离子的影响比较大，对光纤通信系统影响较大，对各种过渡金属离子和OH-离子导致的光的损耗。吸收峰分别位于950nm、1240nm和1390nm。随着光纤制造工艺的日趋完善，过渡金属的影响已不显著，甚至小到可忽略不计的程度，可以使OH-离子在1390nm处的损耗降低到0.04dB/km，是目前的最好的工艺。此外，光纤结构的不完善也会带来散射损耗。
2电力光纤损耗的测试方法
2.1剪断法
在实验研究中，通常使用的一个测试电力光纤损耗的办法是剪断法，其测试方式会将光纤进行剪断，所以测试结果相对准确度较高，但会造成对光纤的破坏。在对电力光纤损耗的精确测量过程中，可考虑使用该种办法，具体方式如图1所示。
图1剪断法测量损耗
图1中将需要测量的光纤与测试装备相连接，同时将光源输出的功率P2调至最大，保持光源的输出功率不变，在距其2～3m处将电力光缆剪断，此时对短的光缆所输出的功率P1重新进行测试。对比两次测试的结果，能得到光缆的衰减功率如下式：
其中，对应的衰减常数为：
2.2后向散射法
将通过采用光在时域的反射仪进行测试的办法称为后向散射法，该种方法的原理是根据Fresnel反射原理和光纤中光线的后向散射现象来设计的。激光在进入到分光板后，要测量的电力光纤便进入了入射光。由于其散射作用，光纤自身内部的一些缺点会造成Fresnel反射，而后向散射光则向着光线进入的方向传播，在光线通过了分光板部件之后，往后方向的散射光便抵达了接收部分，使用固定的采样速度给这些散射后的信号进行采样，然后将得到的信号进行量化编码，便可获取到后续散射光的光强，继而能够得出光缆的损耗值。
2.3插入法
图2为使用插入法来测量光源的功率原理图，此处测出的功率为P1。
图2插入法原理图
首先加工出待测光缆两端的端面，然后将其一端放进连接器1的右边，另一端放入连接器2的左边，如图3就是插入法测光缆的损耗示意图。
图3插入法测量光纤损耗
结束语
综上所述，光纤通信作为现代通信的主要支柱之一，在现代电力通信网中起着重要的作用。光波在光纤中传输将会产生一时损耗，光纤的传输线路损耗直接关系到光纤通信系统传输距离的长度，必须使用有效的损耗措施，以确保光纤通信系统的传输质量和系统的可靠性。
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论文作者:李亮
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/7
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