光纜施工第5章

1、第5章 光纜通信工程中常用儀表介紹 5.1光纖通信中的無(wú)源光器件光纖通信中的無(wú)源光器件 5.1.1 用途與分類 光衰減器是對(duì)光信號(hào)進(jìn)行衰減 的器件。 光衰減器有兩種類型，即可變 光衰減器和固定光衰減器。 5.1.2 原理 衰減光功率的方法有：反射一部分光， 吸收一部分光，在空間遮擋一部分光， 用偏振片選擇光的偏振面等。 圖5.1 可變光衰減器的原理結(jié)構(gòu) 5.1.3 使用方法 1以MN924A光衰減器為例，說(shuō)明其使用方法， 其面板結(jié)構(gòu)及各部分的名稱如圖5.2 所示。 2DB-2900 圖5.2 MN924A光衰減器面板圖 圖5.3 DB-2900面板圖 5.2 常 用 光 源 光源是光纖測(cè)試的主

2、要組成部分，是光 特性測(cè)試不可缺少的信號(hào)源。 5.2.1 用途與分類 光纖通信測(cè)量中使用的光源有三種：穩(wěn) 定光源、白色光源（即寬譜線光源）及可 見(jiàn)光光源。 5.2.2 原理 1發(fā)光二極管式穩(wěn)定光源 發(fā)光二極管是比較穩(wěn)定的半導(dǎo)體發(fā)光 器件，只要工作環(huán)境溫度保持一定，其 輸出光功率就可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。 圖5.4 發(fā)光二極管式穩(wěn)定光源 2激光二極管式穩(wěn)定光源 圖5.5示出了實(shí)現(xiàn)輸出光功率穩(wěn)定的激 光二極管式穩(wěn)定光源的原理框圖。 圖5.5 激光二極管式穩(wěn)定光源 5.2.3 使用方法 1M921A光源 2LP-5250光源 圖5.6 MG921A穩(wěn)定化光源面板圖 圖5.7 LP5250光源的面板圖

3、 5.3 光 功 率 計(jì) 5.3.1 用途及分類 光功率計(jì)是用來(lái)測(cè)量光功率大小、線路 損耗、系統(tǒng)富裕度及接收機(jī)靈敏度等的儀 表，是光纖通信系統(tǒng)中最基本，也是最主 要的測(cè)量?jī)x表。 光功率計(jì)的種類很多： 根據(jù)顯示方式的不同，可分成模擬顯 示型和數(shù)字顯示型兩類； 根據(jù)可接收光功率大小的不同，可分 成高光平型（測(cè)量范圍為10 40dBm）、中光平型（范圍為0 55dBm）和低光平型（范圍為：0 90dBm）三類； 根據(jù)光波長(zhǎng)的不同，可分為長(zhǎng)波長(zhǎng)型 （范圍為1.01.7m）、短波長(zhǎng)型（范 圍為0.41.1m）和全波長(zhǎng)型（范圍為 0.71.6m）三類； 此外，根據(jù)接收方式的不同，還可將 光功率計(jì)分成連接器

4、式和光束式兩類。 5.3.2 原理 光功率計(jì)一般都由顯示器（又稱指示 器，屬于主機(jī)部分）和檢測(cè)器（探頭） 兩大部分組成 。 圖5.8 數(shù)字顯示式光功率計(jì)原理框圖 5.3.3 使用方法使用方法 1ML93A 2LP-5025 圖5.9 ML93A光功率計(jì)面板圖 圖5.10 LP-5025光功率計(jì)面板圖 圖5.11 光源光功率計(jì)測(cè)試連線示意圖 5.4 光時(shí)域反射儀（OTDR） 光時(shí)域反射儀（OTDR），又稱后向散 射儀或光脈沖測(cè)試器，光纖光纜的生產(chǎn)、 施工及維護(hù)工作中不可缺少的重要儀表， 被人稱為光通信中的“萬(wàn)用表”。 5.4.1 用途 可用來(lái)測(cè)量光纖的插入損耗、反射損 耗、光纖鏈路損耗、光纖長(zhǎng)度

5、、光纖故 障點(diǎn)的位置及光功率沿路由長(zhǎng)度的分布 情況（即P-L曲線）等。 5.4.2 原理及相關(guān)術(shù)語(yǔ) 1原理 圖5.12 OTDR原理框圖 2基本術(shù)語(yǔ) 在OTDR光纖測(cè)試中經(jīng)常用到的幾個(gè) 基本術(shù)語(yǔ)為背向散射、非反射事件、反 射事件和光纖尾端。 （1）背向散射 光纖自身反射回的光信號(hào)稱為背向散 射光（簡(jiǎn)稱背向散射）。 （2）非反射事件 光纖中的熔接頭和微彎都會(huì)帶來(lái) 損耗，但不會(huì)引起反射。由于它們的 反射較小，我們稱之為非反射事件。 （3）反射事件 活動(dòng)連接器、機(jī)械接頭和光纖中 的斷裂點(diǎn)都會(huì)引起損耗和反射，我們 把這種反射幅度較大的事件稱之為反 射事件。 圖5.13 OTDR測(cè)試事件類型及顯示 （4

6、）光纖末端 第一種情況為一個(gè)反射幅度較高 的菲涅爾反射。 第二種情況光纖末端顯示的曲線 從背向反射電平簡(jiǎn)單地降到OTDR噪 聲電平以下。 圖5.14 兩種光纖末端及曲線顯示示意圖 圖5.15 幾種光纖末端的識(shí)別示意圖 5.4.3 性能參數(shù)、常見(jiàn)問(wèn)題及使用方法 1OTDR的性能參數(shù) OTDR的性能參數(shù)一般包括OTDR的 動(dòng)態(tài)范圍、盲區(qū)、距離精確度、OTDR接 收電路設(shè)計(jì)和光纖的回波損耗、反射損 耗。 （1）動(dòng)態(tài)范圍 定義：把初始背向散射電平與噪聲 電平的差值（dB）定義為動(dòng)態(tài)范圍。 動(dòng)態(tài)范圍的作用：動(dòng)態(tài)范圍可決定 最大測(cè)量長(zhǎng)度 。 動(dòng)態(tài)范圍的表示方法：有峰-峰值 （又稱峰值動(dòng)態(tài)范圍）和信噪比（S

7、NR 1）兩種表示方法。 圖5.16 OTDR動(dòng)態(tài)范圍示意圖 動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用 動(dòng)態(tài)范圍大小決定儀器可測(cè)量光纖的 最大長(zhǎng)度。 圖5.17 動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用示意圖 表 5-2 需要信噪比電平值 熔接衰耗 需要的信噪比電平 0.1dB 8.5dB 0.05dB 10.0dB 0.02dB 12.0dB 測(cè)量范圍與動(dòng)態(tài)范圍的關(guān)系 初始背向散射電平與一定測(cè)量精度下 的可識(shí)別事件點(diǎn)電平的最大衰減差值被 定義為測(cè)量范圍 。 圖5.18 動(dòng)態(tài)范圍與測(cè)量范圍關(guān)系示意圖 表 5-3 動(dòng)態(tài)范圍與測(cè)量范圍關(guān)系對(duì)照表 測(cè) 量 范 圍 動(dòng)態(tài)范圍 （SNR1） 熔接損耗（0.5dB） 動(dòng)態(tài)范圍6.0dB 衰減系數(shù) 動(dòng)態(tài)范圍6

8、.0dB 非反射光纖末端 動(dòng)態(tài)范圍4.0dB 反射光纖末端 動(dòng)態(tài)范圍2.5dB 注：動(dòng)態(tài)范圍是指 SNR1 時(shí)的動(dòng)態(tài)范圍。 距離刻度 距離刻度是表示OTDR測(cè)量光纖的長(zhǎng) 度指標(biāo)，是OTDR的主要參數(shù)。 （2）盲區(qū) 定義 由活動(dòng)連接器和機(jī)械接頭等特征點(diǎn)產(chǎn)生 反射（菲涅爾反射）后，引起OTDR接收 端飽和而帶來(lái)的一系列“盲點(diǎn)”稱為盲 區(qū)。 衰減盲區(qū) 事件盲區(qū) 圖5.19 事件、衰減盲區(qū)示意圖 盲區(qū)和動(dòng)態(tài)范圍間的關(guān)系 盲區(qū)：決定OTDR橫軸上事件的精確 程度。 動(dòng)態(tài)范圍：決定OTDR縱軸上事件的損耗 情況和可測(cè)光纖的最大距離。 影響動(dòng)態(tài)范圍和盲區(qū)的因素： a脈寬的影響 b平均時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的影響 c

9、反射對(duì)盲區(qū)的影響 圖5.20 脈沖寬度對(duì)測(cè)試的影響 圖5.21 平均時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的影響 （3）距離精度 距離精度是指測(cè)試長(zhǎng)度時(shí)儀表的準(zhǔn) 確度（又叫一點(diǎn)分辨率）。 OTDR的距離精度與儀表的采樣間隔、 時(shí)鐘精度、光纖折射率、光纜的成纜因 素和儀表的測(cè)試誤差有關(guān)。 圖5.22 采樣間隔對(duì)測(cè)試的影響 圖5.23 分段設(shè)置折射率示意圖 2常見(jiàn)問(wèn)題 （1）光纖類型不匹配 （2）增益現(xiàn)象 （3）盲區(qū)的影響消除 （4）幻峰（又叫鬼點(diǎn)） 圖5.24 偽增益現(xiàn)象及產(chǎn)生原因 圖5.25 用接入光纖消除盲區(qū)示意圖 圖5.26 用接入光纖測(cè)試第一個(gè)活動(dòng)連接器示意圖 3OTDR的操作和應(yīng)用 （以HP8147為例加以說(shuō)

10、明） 圖5.27 HP8147OTDR前面板示意圖 圖5.28 統(tǒng)一設(shè)置參數(shù)概覽示意圖 圖5.29 游標(biāo)B確定示意圖 圖5.30 添加界標(biāo)示意圖 圖5.31 雙向測(cè)量示意圖 圖5.32 減測(cè)量顯示示意圖 5.5 光 纖 熔 接 機(jī) 5.5.1 用途與分類 光纖熔接機(jī)是完成光纖固定連接接頭的 專用工具 。 光纖熔接機(jī)可根據(jù)被接光纖的類型不 同分為單模光纖熔接機(jī)和多模光纖熔接 機(jī)； 根據(jù)操作方式的不同，可分為人工 （或半自動(dòng)）熔接機(jī)和自動(dòng)熔接機(jī)； 根據(jù)一次熔接光纖芯數(shù)的不同分為單 纖熔接機(jī)和多纖熔接機(jī)； 根據(jù)接續(xù)過(guò)程中監(jiān)控方式的不同，可 分為遠(yuǎn)端監(jiān)控方式（RIDS，屬第一代） 熔接機(jī)，本地監(jiān)控方式

11、（LIDS，屬第二 代）熔接機(jī)和纖芯直視方式（PAS，屬 第三代）熔接機(jī)。 5.5.2 工作原理 1纖芯直視法（DCM法）熔接機(jī) 圖5.33 DCM法示意圖 2本地監(jiān)控方式熔接機(jī) 圖5.34 本地監(jiān)控光纖熔接機(jī)原理結(jié)構(gòu) 5.5.3 使用方法 1TYPE-35SE熔接機(jī)的特點(diǎn)熔接機(jī)的特點(diǎn) 2注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 3操作方法操作方法 圖5.35 TYPE-35SE面板 圖5.36 TYPE-35SE側(cè)面端口示意圖 （1）鍵盤(pán)說(shuō)明 （2）參數(shù)設(shè)置 設(shè)定外形的操作步驟 對(duì)芯方式的操作步驟 圖5.37 TYPE35SE初始畫(huà)面 圖5.38 進(jìn)入外形項(xiàng)顯示畫(huà)面 圖5.39 第三層菜單畫(huà)面 外徑選擇的操作步驟

12、數(shù)據(jù)顯示與存入 圖5.40 對(duì)芯方式選擇畫(huà)面 圖5.41 數(shù)據(jù)顯示與存入畫(huà)面 圖5.42 接頭箱畫(huà)面 放電試驗(yàn) 時(shí)間 （3）方式選擇 圖5.43 放電試驗(yàn)顯示畫(huà)面 圖5.44 時(shí)間菜單顯示畫(huà)面 圖5.45 方式選擇畫(huà)面 自 動(dòng) 手 動(dòng) 分 步 通 信 參 數(shù) 檢 查 圖5.46 檢查方式畫(huà)圖 圖5.47 電機(jī)檢查顯示畫(huà)面 圖5.48 電極狀態(tài)顯示畫(huà)面 光纖名 加熱條件 圖5.49 光纖名畫(huà)圖 圖5.50 加熱條件顯示畫(huà)面 圖5.51 加熱參數(shù)顯示畫(huà)面 （4）熔接機(jī)自動(dòng)熔接操作流程 （5）光纖熔接點(diǎn)的補(bǔ)強(qiáng) 圖5.52 光纖熔接機(jī)自動(dòng)熔接流程圖 圖5.53 良好實(shí)例：保護(hù)套管端部未收縮示意圖 圖5

13、.54 良好實(shí)例：被覆部位附有氣泡示意圖 圖5.55 不良實(shí)例：進(jìn)入保護(hù)套管的被覆光纖的長(zhǎng)度不夠 圖5.56 不良實(shí)例：裸纖部位上附有小氣泡示意圖 圖5.57 不良實(shí)例：熔接部光纖彎曲示意圖 （6）熔接質(zhì)量評(píng)估 表 5-4 熔接質(zhì)量不好情況 屏幕上顯示圖形 形成原因及處理方法 由于端面塵埃、結(jié)露、切斷角不良以及放電時(shí)間 過(guò)短引起。熔接損耗很高，需要重新熔接 由于端面不良或放電電流過(guò)大引起，需重新熔接 熔接參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，引起光纖間隙過(guò)大。需要重 新熔接 端面污染或接續(xù)操作不良。選按“ARC”追加放 電后，如黑影消失，推算損耗值又較小，仍可認(rèn) 為合格。否則，需要重新熔接 表 5-5 熔接質(zhì)量正常情

14、況 屏幕顯示圖形 形成原因及處理方法 白線 光學(xué)現(xiàn)象，對(duì)連接特性沒(méi)有影響 模糊細(xì)線 光學(xué)現(xiàn)象，對(duì)連接特性沒(méi)有影響 包層錯(cuò)位 兩根光纖的偏心率不同。推算損 耗較小，說(shuō)明光纖仍已對(duì)準(zhǔn)，屬質(zhì)量 良好 包層不齊 兩根光纖外徑不同。若推算損耗 值合格，可看做質(zhì)量合格 污點(diǎn)或傷痕 應(yīng)注意光纖的清潔和切斷操作， 不影響傳光 4熔接過(guò)程中的異常情況及處理 表 5-6 熔接過(guò)程中的異常情況及處理 屏幕顯示異?，F(xiàn) 象 可能的原因 處 理 方 法 ZLF ZRF 極限 光纖相距太遠(yuǎn)， 不在 V 型槽中 重新放置光纖， 重新調(diào)好壓鉗 桿，檢查切斷長(zhǎng)度是否太短 端面不良 端面不好；有灰 重新處理端面，清掃反光鏡 MSX

15、， Y （F， R） 極限 復(fù)位重新固定光纖， 關(guān)斷電源 重新開(kāi)機(jī)，檢查驅(qū)動(dòng)時(shí)間 畫(huà)面太暗、 發(fā)黑 光纖擋住照明燈 重新固定光纖， 檢查光纖長(zhǎng)度 無(wú)故障暫停 復(fù)位、斷電重新起動(dòng) 外觀不良 重新接續(xù)，調(diào)整光纖推進(jìn)量 5.6 WDM中的光儀表與光器件 5.6.1 WDM中的無(wú)源器件 圖5.58 進(jìn)行光功率復(fù)合和分解的基本星形耦合器的概念 122光纖耦合器 通常使用器件的根據(jù)輸入和輸出端口 進(jìn)行表征命令。比如具有兩個(gè)輸入和兩 個(gè)輸出的器件稱為“22耦合器”，通 常，NM耦合器具有N個(gè)輸入和M個(gè)輸 出。 圖5.59 熔融光纖耦合器的橫截面， 它包括長(zhǎng)為W的耦合區(qū)域和兩個(gè)長(zhǎng)為l的錐形區(qū)域，耦合器總的拉伸

16、長(zhǎng)度為 L=2l+W 222波導(dǎo)耦合器 圖5.60 雙向波導(dǎo)耦合器的剖面圖 3星形耦合器 星形耦合器的主要作用是將N個(gè)輸入 功率復(fù)合后再平均分配到M個(gè)輸出端口。 圖圖5.61 通過(guò)將四根光纖扭絞、加熱和拉伸，通過(guò)將四根光纖扭絞、加熱和拉伸， 使他們?nèi)廴谠谝黄鹬谱鞒傻钠胀ㄊ顾麄內(nèi)廴谠谝黄鹬谱鞒傻钠胀?4熔融光纖星形耦合器熔融光纖星形耦合器 在理想的星形耦合器中，任意輸入端 口輸入的光功率都應(yīng)均勻分配給所有的 輸出端口，耦合器的總損耗包括分路損 耗和通過(guò)星形的每一個(gè)通路的附加損耗， 使用分貝表示的分路損耗的為 分路損耗=-10lg N 1 =10lgN 對(duì)單一輸入功率Pin和N個(gè)輸出功率， 使用分

17、貝表示的附加損耗為 光纖星形耦合器附加損耗=10lg N i i P P 1 ,out in 圖5.62 由12個(gè)22耦合器形成的88星形耦合器 由圖5.62可以推導(dǎo)出，構(gòu)成NN星形 耦合器所需3dB耦合器的數(shù)量為 Nc= 2 N log2N= 2 N 2lg lgN 附加損耗=-10lg N T F 2 log 總損耗=分路損耗+附加損耗=-10lg N F N T 2 log =-10NFN FN T T lg)lg322. 31 (10lg 2lg lglg （5-6-5） 5.6.2 WDM中的有源光器件（光儀表） 1可調(diào)諧光源 圖5.63給出了一個(gè)注入可調(diào)的三段 DBR激光器調(diào)諧范圍

18、的例子。其調(diào)諧范 圍Dltune可用下式計(jì)算 tune = eff eff n n 圖5.63 注入可調(diào)的三段DBR激光器的調(diào)諧范圍 圖5.64 調(diào)諧范圍、信道間隔和光源譜寬之間的關(guān)系 圖5.65 制造于同一晶片上的陣列可調(diào)MQW-DFB激光器和一個(gè)光功率合成器 2可調(diào)諧濾波器 圖5.66顯示了可調(diào)光濾波器的基本概 念。其中濾波器的工作頻率范圍是Dn， 可以采用電調(diào)諧來(lái)允許一個(gè)光頻帶通過(guò)。 圖5.66 可調(diào)諧光濾波器示意圖 圖5.67給出了一個(gè)多電極非對(duì)稱方向 耦合器置于LiNbO3晶體之上，其中一個(gè) 臂比另一個(gè)臂薄。 圖5.67 多電極可調(diào)諧的非對(duì)稱方向耦合器 電光調(diào)諧可實(shí)現(xiàn)8信道50GHz光頻間 隔（在1 550nm波長(zhǎng)處為0.4nm），調(diào)諧 時(shí)間小于50ns。這是通過(guò)級(jí)聯(lián)三個(gè)可調(diào) 諧MZI來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖5.68所示。 圖5.68 三級(jí)可調(diào)MZI濾波器 圖5.69給出了一個(gè)可調(diào)諧光纖法布里- 珀羅濾波器的例子。 圖5.69 光纖法布里-珀羅腔可調(diào)諧濾波器 圖5.70解釋了這一概念，這種結(jié)構(gòu)采 用兩個(gè)三端口環(huán)行器，并將N個(gè)串聯(lián)的電 可調(diào)光纖反射光柵置于二者之間。 圖5.70 多個(gè)可調(diào)光纖光柵同兩個(gè)光環(huán)行器結(jié)合，用以對(duì)N個(gè)不同波長(zhǎng)進(jìn)行自由分接和插入 聲光可調(diào)諧濾波器（AOTF）的原理 是