第5章光纜通信工程中常用儀表介紹

1、光衰減器是對光信號進行衰減光衰減器是對光信號進行衰減的器件。的器件。光衰減器有兩種類型，即可變光衰減器有兩種類型，即可變光衰減器和固定光衰減器。光衰減器和固定光衰減器。 衰減光功率的方法有：反射一部分光，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。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) 圖5.2 MN924A光衰減器面板圖 圖5.3 DB-2900面板圖 光源是光纖測試的主要組成部分，是光源是光纖測試的主要組成部分，是光特性測試不可缺少的信號源。光特性測試不可缺少的信號源。光纖通信測量中使

2、用的光源有三種：光纖通信測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）及穩(wěn)定光源、白色光源（即寬譜線光源）及可見光光源?？梢姽夤庠础０l(fā)光二極管是比較穩(wěn)定的半導體發(fā)光發(fā)光二極管是比較穩(wěn)定的半導體發(fā)光器件，只要工作環(huán)境溫度保持一定，其輸器件，只要工作環(huán)境溫度保持一定，其輸出光功率就可以在長時間內(nèi)保持穩(wěn)定。出光功率就可以在長時間內(nèi)保持穩(wěn)定。 圖5.4 發(fā)光二極管式穩(wěn)定光源 圖圖5.5示出了實現(xiàn)輸出光功率穩(wěn)定的激示出了實現(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。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 圖5.6 MG921A穩(wěn)定化光源面板圖 圖5.7 LP525

3、0光源的面板圖 光功率計是用來測量光功率大小、線光功率計是用來測量光功率大小、線路損耗、系統(tǒng)富裕度及接收機靈敏度等的路損耗、系統(tǒng)富裕度及接收機靈敏度等的儀表，是光纖通信系統(tǒng)中最基本，也是最儀表，是光纖通信系統(tǒng)中最基本，也是最主要的測量儀表。主要的測量儀表。光功率計的種類很多：光功率計的種類很多：根據(jù)顯示方式的不同，可分成模擬顯根據(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；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，可分根據(jù)可接收光功率大小的不同，可分成高光平型（測量范圍為成高光平型（測量范圍為1040dBm）、）、中光平型（范圍為中光平型（范圍為055dBm）和低光平型和低光平型

4、（范圍為：（范圍為：090dBm）三類；三類；根據(jù)光波長的不同，可分為長波長型根據(jù)光波長的不同，可分為長波長型（范圍為（范圍為1.01.7 m）、）、短波長型（范圍短波長型（范圍為為0.41.1 m）和全波長型（范圍為和全波長型（范圍為0.71.6 m）三類；三類；此外，根據(jù)接收方式的不同，還可將此外，根據(jù)接收方式的不同，還可將光功率計分成連接器式和光束式兩類。光功率計分成連接器式和光束式兩類。 光功率計一般都由顯示器（又稱指示光功率計一般都由顯示器（又稱指示器，屬于主機部分）和檢測器（探頭）兩器，屬于主機部分）和檢測器（探頭）兩大部分組成大部分組成 。圖5.8 數(shù)字顯示式光功率計原理框圖 圖

5、5.9 ML93A光功率計面板圖 圖5.10 LP-5025光功率計面板圖 圖5.11 光源光功率計測試連線示意圖 光時域反射儀（光時域反射儀（OTDR），），又稱后向又稱后向散射儀或光脈沖測試器，光纖光纜的生產(chǎn)、散射儀或光脈沖測試器，光纖光纜的生產(chǎn)、施工及維護工作中不可缺少的重要儀表，施工及維護工作中不可缺少的重要儀表，被人稱為光通信中的被人稱為光通信中的“萬用表萬用表”。 可用來測量光纖的插入損耗、反射損可用來測量光纖的插入損耗、反射損耗、光纖鏈路損耗、光纖長度、光纖故障耗、光纖鏈路損耗、光纖長度、光纖故障點的位置及光功率沿路由長度的分布情況點的位置及光功率沿路由長度的分布情況（即（即P-

6、L曲線）等。曲線）等。圖5.12 OTDR原理框圖 在在OTDR光纖測試中經(jīng)常用到的幾個光纖測試中經(jīng)常用到的幾個基本術(shù)語為背向散射、非反射事件、反射基本術(shù)語為背向散射、非反射事件、反射事件和光纖尾端。事件和光纖尾端。 光纖自身反射回的光信號稱為背向散光纖自身反射回的光信號稱為背向散射光（簡稱背向散射）。射光（簡稱背向散射）。 光纖中的熔接頭和微彎都會帶來光纖中的熔接頭和微彎都會帶來損耗，但不會引起反射。由于它們的損耗，但不會引起反射。由于它們的反射較小，我們稱之為非反射事件。反射較小，我們稱之為非反射事件。活動連接器、機械接頭和光纖中活動連接器、機械接頭和光纖中的斷裂點都會引起損耗和反射，我們

7、的斷裂點都會引起損耗和反射，我們把這種反射幅度較大的事件稱之為反把這種反射幅度較大的事件稱之為反射事件。射事件。 圖5.13 OTDR測試事件類型及顯示 第一種情況為一個反射幅度較高第一種情況為一個反射幅度較高的菲涅爾反射。的菲涅爾反射。第二種情況光纖末端顯示的曲線第二種情況光纖末端顯示的曲線從背向反射電平簡單地降到從背向反射電平簡單地降到OTDR噪聲噪聲電平以下。電平以下。 圖5.14 兩種光纖末端及曲線顯示示意圖 圖5.15 幾種光纖末端的識別示意圖 OTDR的性能參數(shù)一般包括的性能參數(shù)一般包括OTDR的的動態(tài)范圍、盲區(qū)、距離精確度、動態(tài)范圍、盲區(qū)、距離精確度、OTDR接接收電路設計和光纖

8、的回波損耗、反射損耗。收電路設計和光纖的回波損耗、反射損耗。 定義：把初始背向散射電平與噪聲定義：把初始背向散射電平與噪聲電平的差值（電平的差值（dB）定義為動態(tài)范圍。定義為動態(tài)范圍。 動態(tài)范圍的作用：動態(tài)范圍可決定動態(tài)范圍的作用：動態(tài)范圍可決定最大測量長度最大測量長度 。 動態(tài)范圍的表示方法：有峰動態(tài)范圍的表示方法：有峰-峰值峰值（又稱峰值動態(tài)范圍）和信噪比（又稱峰值動態(tài)范圍）和信噪比（SNR1）兩種表示方法。兩種表示方法。 圖5.16 OTDR動態(tài)范圍示意圖 動態(tài)范圍大小決定儀器可測量光纖的動態(tài)范圍大小決定儀器可測量光纖的最大長度。最大長度。 圖5.17 動態(tài)范圍的應用示意圖 表 5-2

9、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 測量范圍與動態(tài)范圍的關系測量范圍與動態(tài)范圍的關系初始背向散射電平與一定測量精度下初始背向散射電平與一定測量精度下的可識別事件點電平的最大衰減差值被定的可識別事件點電平的最大衰減差值被定義為測量范圍義為測量范圍 。圖5.18 動態(tài)范圍與測量范圍關系示意圖 表 5-3 動態(tài)范圍與測量范圍關系對照表 測 量 范 圍 動態(tài)范圍 （SNR1） 熔接損耗（0.5dB） 動態(tài)范圍6.0dB 衰減系數(shù) 動態(tài)范圍6.0dB 非反射光纖末端 動態(tài)范圍4.0dB 反射光纖末端 動態(tài)范圍2.5

10、dB 注：動態(tài)范圍是指 SNR1 時的動態(tài)范圍。 距離刻度距離刻度距離刻度是表示距離刻度是表示OTDR測量光纖的長測量光纖的長度指標，是度指標，是OTDR的主要參數(shù)。的主要參數(shù)。 由活動連接器和機械接頭等特征點產(chǎn)生反由活動連接器和機械接頭等特征點產(chǎn)生反射（菲涅爾反射）后，引起射（菲涅爾反射）后，引起OTDR接收端接收端飽和而帶來的一系列飽和而帶來的一系列“盲點盲點”稱為盲區(qū)。稱為盲區(qū)。圖5.19 事件、衰減盲區(qū)示意圖 盲區(qū)：決定盲區(qū)：決定OTDR橫軸上事件的精確橫軸上事件的精確程度。程度。動態(tài)范圍：決定動態(tài)范圍：決定OTDR縱軸上事件的損耗縱軸上事件的損耗情況和可測光纖的最大距離。情況和可測光

11、纖的最大距離。影響動態(tài)范圍和盲區(qū)的因素：影響動態(tài)范圍和盲區(qū)的因素： a脈寬的影響脈寬的影響b平均時間對動態(tài)范圍的影響平均時間對動態(tài)范圍的影響 c反射對盲區(qū)的影響反射對盲區(qū)的影響 圖5.20 脈沖寬度對測試的影響 圖5.21 平均時間對動態(tài)范圍的影響 距離精度是指測試長度時儀表的準距離精度是指測試長度時儀表的準確度（又叫一點分辨率）。確度（又叫一點分辨率）。OTDR的距離精度與儀表的采樣間的距離精度與儀表的采樣間隔、時鐘精度、光纖折射率、光纜的成纜隔、時鐘精度、光纖折射率、光纜的成纜因素和儀表的測試誤差有關。因素和儀表的測試誤差有關。 圖5.22 采樣間隔對測試的影響 圖5.23 分段設置折射率

12、示意圖 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 用接入光纖測試第一個活動連接器示意圖 圖5.27 HP8147OTDR前面板示意圖 圖5.28 統(tǒng)一設置參數(shù)概覽示意圖 圖5.29 游標B確定示意圖 圖5.30 添加界標示意圖 圖5.31 雙向測量示意圖 圖5.32 減測量顯示示意圖 光纖熔接機是完成光纖固定連接接頭光纖熔接機是完成光纖固定連接接頭的專用工具的專用工具 。光纖熔接機可根據(jù)被接光纖的類型不光纖熔接機可根據(jù)被接光纖的類型不同分為單模光纖熔接機和多模光纖熔接機；同分為單模光纖熔接機和多模光纖熔接機；根據(jù)操作方式的不同，可分為人工根據(jù)操作方式的

13、不同，可分為人工（或半自動）熔接機和自動熔接機；（或半自動）熔接機和自動熔接機；根據(jù)一次熔接光纖芯數(shù)的不同分為單根據(jù)一次熔接光纖芯數(shù)的不同分為單纖熔接機和多纖熔接機；纖熔接機和多纖熔接機；根據(jù)接續(xù)過程中監(jiān)控方式的不同，可根據(jù)接續(xù)過程中監(jiān)控方式的不同，可分為遠端監(jiān)控方式（分為遠端監(jiān)控方式（RIDS，屬第一代）熔屬第一代）熔接機，本地監(jiān)控方式（接機，本地監(jiān)控方式（LIDS，屬第二代）屬第二代）熔接機和纖芯直視方式（熔接機和纖芯直視方式（PAS，屬第三代）屬第三代）熔接機。熔接機。 圖5.33 DCM法示意圖 圖5.34 本地監(jiān)控光纖熔接機原理結(jié)構(gòu) 圖5.35 TYPE-35SE面板 圖5.36 T

14、YPE-35SE側(cè)面端口示意圖 圖5.37 TYPE35SE初始畫面 圖5.38 進入外形項顯示畫面 圖5.39 第三層菜單畫面 圖5.40 對芯方式選擇畫面 圖5.41 數(shù)據(jù)顯示與存入畫面 圖5.42 接頭箱畫面 圖5.43 放電試驗顯示畫面 圖5.44 時間菜單顯示畫面 圖5.45 方式選擇畫面 數(shù)數(shù) 檢檢查查圖5.46 檢查方式畫圖 圖5.47 電機檢查顯示畫面 圖5.48 電極狀態(tài)顯示畫面 圖5.49 光纖名畫圖 圖5.50 加熱條件顯示畫面 圖5.51 加熱參數(shù)顯示畫面 圖5.52 光纖熔接機自動熔接流程圖 圖5.53 良好實例：保護套管端部未收縮示意圖 圖5.54 良好實例：被覆部

15、位附有氣泡示意圖 圖5.55 不良實例：進入保護套管的被覆光纖的長度不夠 圖5.56 不良實例：裸纖部位上附有小氣泡示意圖 圖5.57 不良實例：熔接部光纖彎曲示意圖 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間過短引起。熔接損耗很高，需要重新熔接 由于端面不良或放電電流過大引起，需重新熔接 熔接參數(shù)設置不當，引起光纖間隙過大。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，仍可認為合格。否則，需要重新熔接 表 5-5 熔接質(zhì)量正常情況 屏幕顯示圖形 形成原因及處理方法 白線 光學現(xiàn)象

16、，對連接特性沒有影響 模糊細線 光學現(xiàn)象，對連接特性沒有影響 包層錯位 兩根光纖的偏心率不同。推算損耗較小，說明光纖仍已對準，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 污點或傷痕 應注意光纖的清潔和切斷操作，不影響傳光 表 5-6 熔接過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，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， Y （F， R）極限 復位重新固定光纖， 關斷電源重新開機，檢查驅(qū)動時間 畫面太暗、 發(fā)黑

17、光纖擋住照明燈 重新固定光纖， 檢查光纖長度 無故障暫停 復位、斷電重新起動 外觀不良 重新接續(xù)，調(diào)整光纖推進量 圖5.58 進行光功率復合和分解的基本星形耦合器的概念 通常使用器件的根據(jù)輸入和輸出端口通常使用器件的根據(jù)輸入和輸出端口進行表征命令。比如具有兩個輸入和兩個進行表征命令。比如具有兩個輸入和兩個輸出的器件稱為輸出的器件稱為“22耦合器耦合器”，通常，通常，NM耦合器具有耦合器具有N個輸入和個輸入和M個輸出。個輸出。圖5.59 熔融光纖耦合器的橫截面，它包括長為W的耦合區(qū)域和兩個長為l的錐形區(qū)域，耦合器總的拉伸長度為L=2l+W222波導耦合器波導耦合器圖5.60 雙向波導耦合器的剖面

18、圖 星形耦合器的主要作用是將星形耦合器的主要作用是將N個輸入個輸入功率復合后再平均分配到功率復合后再平均分配到M個輸出端口。個輸出端口。 圖圖5.61 通過將四根光纖扭絞、加熱和拉伸，通過將四根光纖扭絞、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，任意輸入端在理想的星形耦合器中，任意輸入端口輸入的光功率都應均勻分配給所有的輸口輸入的光功率都應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出端口，耦合器的總損耗包括分路損耗和通過星形的每一個通路的附加損耗，使用通過星形的每一個通路的附加損耗，使用分貝表示

19、的分路損耗的為分貝表示的分路損耗的為 分路損耗=-10lgN1=10lgN 對單一輸入功率對單一輸入功率Pin和和N個輸出功率，個輸出功率，使用分貝表示的附加損耗為使用分貝表示的附加損耗為 光纖星形耦合器附加損耗=10lgNiiPP1,outin 圖5.62 由12個22耦合器形成的88星形耦合器 由圖由圖5.62可以推導出，構(gòu)成可以推導出，構(gòu)成NN星形星形耦合器所需耦合器所需3dB耦合器的數(shù)量為耦合器的數(shù)量為Nc=2Nlog2N=2N2lglgN 附加損耗=-10lgNTF2log 總損耗=分路損耗+附加損耗=-10lgNFNT2log =-10NFNFNTTlg)lg322. 31 (10

20、lg2lglglg （5-6-5） 圖圖5.63給出了一個注入可調(diào)的三段給出了一個注入可調(diào)的三段DBR激光器調(diào)諧范圍的例子。其調(diào)諧范圍激光器調(diào)諧范圍的例子。其調(diào)諧范圍Dltune可用下式計算可用下式計算 tune=effeffnn 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激光器和一個光功率合成器 圖圖5.66顯示了可調(diào)光濾波器的基本概顯示了可調(diào)光濾波器的基本概念。其中濾波器的工作頻率范圍是念。其中濾波器的工作頻率范圍是Dn，可可以采用電調(diào)諧來允許一個光頻帶通過。以采用電調(diào)諧來允許一個光頻帶通過。 圖5.66 可調(diào)諧光濾波器示意圖 圖圖5.67給出了一個多電極非對稱方向給出了一個多電極非對稱方向耦合器置于耦合器置于LiNbO3晶體之上，其中一個臂晶體之上，其中一個臂比另一個臂薄。比另一個臂薄。 圖5.67 多電極可調(diào)諧的非對稱方向耦合器 電光調(diào)諧可實現(xiàn)電光調(diào)諧可實現(xiàn)8信道信道50GHz光頻間光頻間隔（在隔（在1 550nm波長處為波長處為0.4nm），），調(diào)諧時調(diào)諧時間小于間小于5