短距离单模数据中心应用将回波损耗（反射）推上关注焦点

我们大多数人都知道，插入损耗是光纤应用中的关键参数，尤其是在损耗预算严格的多模应用中。虽然插入损耗在传统的长距离单模应用中一直以来不太受关注，但在短距离单模应用中情况已不再如此——这些应用的损耗预算更为紧张，且同样依赖于反射（回波损耗）性能。

严格插入损耗预算

随着速率不断提升，多模应用中的插入损耗要求和链路长度限制都变得更加严格。例如，OM4 多模光纤 上 10G 传输 400 米（10GBASE‑SR） 的最大插入损耗为 2.9 dB，而 400G 传输 100 米（400GBASE‑SR4） 的最大插入损耗仅为 1.8 dB。相比之下，长距离单模应用 的损耗预算要大得多——10 公里（LR） 应用为 6.3 dB，40 公里（ER） 应用则介于 15 至 18 dB 之间。然而，较新的 短距离单模应用（DR 和 FR） 的插入损耗预算已与多模应用相当。而且，对这些应用而言，不仅插入损耗至关重要，反射（回波损耗）同样需要重点关注。

短距离单模应用 在数据中心链路中日益普及，这类链路需要的传输距离超过多模光纤支持的 100 米，但又无需使用昂贵、高功率激光收发器的长距离单模方案。相反，短距离单模应用采用更低成本、更低功耗 的收发器，支持 500 米或 2000 米 的传输距离。这些高性价比的应用对插入损耗的容限更为严格，如下表所示。

面对这些更低的插入损耗限值，多个连接点可能成为问题。如今在选择单模连接方案时，设计人员必须将插入损耗纳入考量，并选用低损耗组件以确保不超出预算。一个 0.75 dB 的标准连接器 已无法满足要求。（简单计算一下便知，在短距离 DR 链路中，4 个 0.75 dB 的连接器加上线缆自身的损耗，就会使总损耗超出预算。）

对于这些新的短距离单模应用，不仅需要注意其更严格的损耗预算，还必须关注反射（回波损耗）。事实上，这些应用的插入损耗限值本身就与反射性能相关。

反射率及其对短距离单模应用的重要性

在讨论为什么反射率在短距离单模应用中如此重要之前，让我们先退一步，回顾一下反射率的基本概念。

反射率衡量的是从连接器或线缆末端反射回收发器的信号功率与注入信号功率之比，其值始终为负。反射率本质上与回波损耗（Return Loss） 互为倒数关系：回波损耗测量的是注入信号功率与返回（反射）信号功率之比，其值始终为正。对于反射和回波损耗而言，数值越远离零（绝对值越大）性能越好。

在光纤连接器中，两根光纤之间存在着微小的空气间隙。玻璃与空气之间的折射率差异会导致光的反射。此外，端面污染、抛光不良、纤芯错位、光纤裂纹、光纤断口以及制造杂质等也会引起反射。

多模收发器对反射的容忍度较高，但单模收发器则不然——尤其是在更高波长下。事实上，对于高功率单模激光器，过强的反射甚至可能损坏收发器。这就是为什么 APC 连接器 在长距离单模应用中广泛使用的原因。APC 连接器的端面呈 8 度斜角，能将反射光导入包层而非直接返回收发器，从而提供更优的反射（及回波损耗）性能。需要注意的是，虽然 UPC LC 连接器 也能实现良好的反射性能，但所有多纤芯 MPO 单模连接器 均采用 APC 端面，因为采用平面 UPC 端面的 MPO 连接器无法满足所需的反射要求。

新的反射率要求

虽然单模收发器历来对反射敏感，但短距离单模应用中使用的低成本、低功耗收发器对反射更为敏感。TIA 568.3 光纤布线标准虽规定了连接器回波损耗（正值），但并未要求在一级（Tier 1）测试中进行该项测试。然而，IEEE 802.3 以太网应用标准则明确规定了反射（负值）指标。此外，二级（Tier 2）测试所需的 OTDR 报告的是反射，而非回波损耗。

对于短距离单模应用，IEEE标准根据通道内的连接器对数规定了反射率要求。如果反射值无法满足，则必须降低通道的最大插入损耗，这进一步支持了使用APC连接器的必要性。如下表所示，如果连接器的反射值为 -37 dB，则短距离单模通道中只能使用 1个 连接器；而若反射值改善至 -49 dB，则通道中可容纳 10个 连接器。

为确定最大通道损耗，IEEE 规定了插入损耗与离散反射数量之间的关系，如下表所示。

• - 在 400GBASE‑DR4 应用中，若使用 4 个反射值为 -50 dB 的连接器，且不存在反射值介于 -35 dB 至 -45 dB 之间的连接，则插入损耗为 3.0 dB（表中以红色高亮显示）。

• - 如果这 4 个连接器的反射值为 -40 dB，则最大插入损耗将降至 2.7 dB（表中以黄色高亮显示）。

• - 请记住，反射值越远离零（即数值更负）性能越好。

设计时应该以什么为标准？

由于大多数单模 LC 和 MPO 连接器的反射值通常可达约 -55 dB（性能优异），乍一看似乎可以轻松设计出插入损耗为 3.0 dB 的链路。但请注意：反射值会随时间推移而恶化，因为日常插拔跳线会使灰尘和碎屑积聚在连接器端面上。连接器在第一天有 -55 dB 的反射值，并不意味着能永远保持这个水平。端面上的灰尘和碎屑在单模连接器中尤其值得关注——单模光纤的纤芯尺寸（9 微米）远小于多模光纤（50 微米），因此微小的灰尘颗粒更容易遮挡光信号。

即使连接器在安装初期的 Tier 2 OTDR 测试中测得 -55 dB 的反射值，考虑到反射值未来可能劣化，明智的做法是在设计中预留一定余量。例如，在包含四个连接器的短距离单模应用中，这可能意味着按 2.7 dB 而非 3.0 dB 来设计插入损耗预算。

需要注意的是，即使你的链路通过了Tier 1（插入损耗）测试且有较大余量，过大的反射仍然可能使链路无法使用。这正是像福禄克网络、Fluke Networks OptiFiber™ Pro这样的OTDR工具发挥作用的地方——它是准确测量连接反射率的唯一方法。OptiFiber Pro 甚至会自动解析结果，并在直观的图形事件地图上显示所有连接的详细反射率。

OptiFiber Pro 在直观的图形事件地图上显示反射值。

别忘了黄金法则：检查所有连接器

短距离单模应用（或任何光纤应用）的另一个关键考量是正确的端面检测。即使制造商声称连接器的反射值为 -55 dB，也不意味着从包装中取出时就能保持这一性能。因此，在连接前对每个连接器进行检测，并在必要时进行清洁，至关重要。

由于跳线拔插时，连接器可能会变得脏，检查和清洁不应只在第一天进行——尤其是短距离单模应用，反射率性能下降会影响插入损耗和整体通道性能。

如果你用像Fluke Networks FI-700 FiberInspector™ Pro或FI-500 FiberInspector Micro这样的方案检查APC连接器，别忘了使用APC探针头（单独购买）来适应斜8度角，确保正确观察。