光纖特征參數(shù)的測(cè)量ppt課件

1、7.光纖特征參數(shù)的丈量光纖特征參數(shù)的丈量引言引言v實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法v光纖丈量的重要意義：光纖丈量的重要意義：v完善實(shí)際完善實(shí)際v改良工藝改良工藝 vCCITT建議的測(cè)試方法建議的測(cè)試方法v 參數(shù)參數(shù) RTM ATMv 衰減損耗衰減損耗 剪斷法剪斷法 背向散射法、介入損耗法背向散射法、介入損耗法v 基帶呼應(yīng)基帶呼應(yīng) 頻域法、時(shí)域法頻域法、時(shí)域法v 色散色散 相移法相移法 脈沖時(shí)延法、干涉法脈沖時(shí)延法、干涉法v 截止波長(zhǎng)截止波長(zhǎng) 傳輸功率法傳輸功率法 模場(chǎng)直徑與波長(zhǎng)關(guān)系法模場(chǎng)直徑與波長(zhǎng)關(guān)系法v 折射率分布折射率分布 折射近場(chǎng)法折射近場(chǎng)法 近場(chǎng)掃描法近場(chǎng)掃描法v 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑 折射近場(chǎng)法折射近場(chǎng)

2、法 近場(chǎng)光強(qiáng)法近場(chǎng)光強(qiáng)法v 幾何尺寸幾何尺寸 折射近場(chǎng)法折射近場(chǎng)法 傳輸近場(chǎng)法傳輸近場(chǎng)法主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、光纖丈量常用的儀器二、光纖的特征參量丈量損耗丈量帶寬丈量 色散丈量截止波長(zhǎng)丈量光纖丈量常用的儀器光纖丈量常用的儀器v光源光源v光纖熔接機(jī)光纖熔接機(jī)v光譜分析機(jī)光譜分析機(jī)v光功率計(jì)光功率計(jì)v光波長(zhǎng)計(jì)光波長(zhǎng)計(jì)v光時(shí)域反射計(jì)光時(shí)域反射計(jì)光源光源v穩(wěn)定光源穩(wěn)定光源v光源性能：光源性能：v 光源的帶寬光源的帶寬v 時(shí)間穩(wěn)定性時(shí)間穩(wěn)定性v 功率穩(wěn)定性功率穩(wěn)定性v 波長(zhǎng)穩(wěn)定性波長(zhǎng)穩(wěn)定性v常見(jiàn)的光源：常見(jiàn)的光源：LED/LDLED適用于低速、短間隔通訊適用于低速、短間隔通訊種類(lèi)：種類(lèi)：邊發(fā)光二極管邊發(fā)

3、光二極管面發(fā)光二極管面發(fā)光二極管超輻射發(fā)光二極管超輻射發(fā)光二極管任務(wù)特性：任務(wù)特性： 光譜特性光譜特性 電光轉(zhuǎn)換特性電光轉(zhuǎn)換特性 耦合特性耦合特性 溫度特性溫度特性L(fǎng)D寬帶光源寬帶光源光纖熔接機(jī)光纖熔接機(jī)光譜分析儀光譜分析儀光功率計(jì)光功率計(jì)光波長(zhǎng)計(jì)光波長(zhǎng)計(jì)光檢測(cè)器光檢測(cè)器光檢測(cè)器光檢測(cè)器對(duì)數(shù)變換對(duì)數(shù)變換顯示顯示IF干涉薄膜濾光片型波長(zhǎng)計(jì)的根本組成框圖干涉薄膜濾光片型波長(zhǎng)計(jì)的根本組成框圖偏偏振振器器A偏偏振振器器B晶體旋光器晶體旋光器光功率計(jì)光功率計(jì)晶體旋光型光波長(zhǎng)計(jì)的根本組成框圖晶體旋光型光波長(zhǎng)計(jì)的根本組成框圖偏偏振振器器A偏偏振振器器B晶體撥片晶體撥片光功率計(jì)光功率計(jì)波片型光波長(zhǎng)計(jì)的根本組成

4、框圖波片型光波長(zhǎng)計(jì)的根本組成框圖光時(shí)域反射計(jì)光時(shí)域反射計(jì)半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器平均處置器平均處置器 定向耦合器定向耦合器探測(cè)器探測(cè)器放大器放大器顯示器顯示器檢測(cè)缺點(diǎn)原理框圖檢測(cè)缺點(diǎn)原理框圖光纖的特性參數(shù)光纖的特性參數(shù)v幾何特性纖芯與包層的直徑、偏心度、非圓率v光學(xué)特性折射率分布、數(shù)值孔徑、模場(chǎng)直徑和截止波長(zhǎng)v傳輸特性損耗、帶寬、色散光纖幾何特征特征參數(shù)丈量光纖幾何特征特征參數(shù)丈量v纖芯直徑纖芯直徑v包層直徑包層直徑v纖芯、包層不圓度纖芯、包層不圓度v纖芯包層同心度誤差纖芯包層同心度誤差maxmin2dddmaxmin2DDDmaxmin100%ddedmaxmin100%

5、DDED100%xCd丈量注入條件丈量注入條件v穩(wěn)態(tài)注入穩(wěn)態(tài)注入v滿(mǎn)態(tài)注入滿(mǎn)態(tài)注入典型丈量方法典型丈量方法v折射近場(chǎng)法折射近場(chǎng)法v傳輸近場(chǎng)法傳輸近場(chǎng)法n1n3n2光源光源光學(xué)光學(xué)放大放大檢測(cè)器檢測(cè)器放大放大處置處置注入系統(tǒng)注入系統(tǒng)擾模擾模剝模剝模光纖折射率分布丈量光纖折射率分布丈量v折射近場(chǎng)法折射近場(chǎng)法v丈量原理丈量原理rz1234Lnrn0n012sinsinrnn304sinsinLnn222222122222222433sinsincossinsincosrrrLLLnnnnnn0203coscosrLn kn k222223coscosrrnn222241sinsinrLnn222rr

6、LNAnn22r2214PsinsinrLcnnPv丈量方法丈量方法v近場(chǎng)掃描法近場(chǎng)掃描法v丈量原理丈量原理光纖折射率分布丈量光纖折射率分布丈量22222222(r)P(r)(r)(0)(0)(0)nnNAPNAnn222222rrrNAnnnn2rrnnn22222P(r)(0)(0)rnnPnn12g(0) 12 ( )rrnna 2221222121( )nrnnnmnnn2222212(r)P(r)1( )(0)gnnrPnna v丈量方法丈量方法光源光源光注入系統(tǒng)光注入系統(tǒng)光檢測(cè)系統(tǒng)光檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)處置器信號(hào)處置器顯示器顯示器222222(r)P(r)(r,z)(0)(0)nnCPnn

7、(r,z)C120,(r,z)(1)2rzCa1,(r,z)1zC光纖數(shù)值孔徑丈量光纖數(shù)值孔徑丈量v遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑/20.05maxmaxsin1 0.05geffpaNANAkNAg1.01.52.02.510ka0.8810.9460.9750.9881.001.00g與與ka的關(guān)系值的關(guān)系值光纖數(shù)值孔徑丈量光纖數(shù)值孔徑丈量max2,0.975effgNANA當(dāng)maxmaxmaxmaxmaxmaxmaxmax(850)0.985(633)(1310)0.979(633)(850)0.960(633)(1310)0.955(633)NAnmNAnmNAnmNAnmN

8、AnmNAnmNAnmNAnmv典型的丈量方法典型的丈量方法v折射近場(chǎng)法折射近場(chǎng)法v遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)法遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)法v遠(yuǎn)場(chǎng)光斑法遠(yuǎn)場(chǎng)光斑法光源光源光注入系統(tǒng)光注入系統(tǒng)剝模器剝模器光檢測(cè)器光檢測(cè)器光光纖纖光光纖纖遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)丈量圖遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)丈量圖遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)隨角度分布表示圖遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)隨角度分布表示圖p光光源源測(cè)試光纖測(cè)試光纖屏屏注入光器件注入光器件光斑法測(cè)試原理圖光斑法測(cè)試原理圖NAk d光纖衰減丈量光纖衰減丈量光纖衰減機(jī)理光纖衰減機(jī)理1210( )lg,(dB/ km)PLP 典型丈量方法典型丈量方法截?cái)喾ń財(cái)喾ú迦霌p耗法插入損耗法背向散射法背向散射法一、損耗丈量一、損耗丈量v剪斷法v插入法v背向散射法 剪斷法剪斷法

9、v剪斷法是根本丈量方法，運(yùn)用儀器簡(jiǎn)單，剪斷法是根本丈量方法，運(yùn)用儀器簡(jiǎn)單，測(cè)試精度高，但具有破壞性，因此不能在測(cè)試精度高，但具有破壞性，因此不能在現(xiàn)場(chǎng)丈量中運(yùn)用?，F(xiàn)場(chǎng)丈量中運(yùn)用。 v 測(cè)試原理測(cè)試原理 ：v 損耗系數(shù)損耗系數(shù) (dB/km) (dB/km)oiPPLlg10剪斷法剪斷法光源光源單色儀單色儀注入器注入器檢測(cè)器檢測(cè)器鎖相鎖相放大器放大器處置處置顯示顯示斬波器斬波器光光纖纖剪斷法丈量衰減譜的丈量安裝剪斷法丈量衰減譜的丈量安裝插入法插入法 插入法是在注入安裝的輸出和光檢測(cè)器插入法是在注入安裝的輸出和光檢測(cè)器的輸入之間用的輸入之間用1 12m2m長(zhǎng)的短光纖直接銜接，長(zhǎng)的短光纖直接銜接，測(cè)

10、出光功率測(cè)出光功率PiPi，然后在兩者間插入被測(cè)光，然后在兩者間插入被測(cè)光纖，再測(cè)出光功率纖，再測(cè)出光功率PoPo，據(jù)此計(jì)算損耗系數(shù)。，據(jù)此計(jì)算損耗系數(shù)。光注入光注入系統(tǒng)系統(tǒng)光光 源源光纖光纖功率計(jì)功率計(jì)活動(dòng)接頭活動(dòng)接頭活動(dòng)接頭活動(dòng)接頭待測(cè)光纖待測(cè)光纖插入損耗法丈量安裝圖插入損耗法丈量安裝圖 背向散射法測(cè)試原理背向散射法測(cè)試原理(az/10)0(z)10PP(az/10)2(az/10)0(z)(z) (z)10(z)10bzPPPg0R(z)(V T / 2)Q0(0)(0)bzPP(0)5(0)0 z,lglg(0)(0)bsbsPzP(0)5(0)(z),lg(0)bsbsPzP光源光源

11、光纖耦合光纖耦合光檢測(cè)器光檢測(cè)器放大、信息處置放大、信息處置顯示器顯示器背向散射法丈量安裝圖背向散射法丈量安裝圖測(cè)試光纖測(cè)試光纖模場(chǎng)直徑丈量模場(chǎng)直徑丈量v模場(chǎng)直徑定義模場(chǎng)直徑定義v模場(chǎng)模場(chǎng)光纖中的基模光纖中的基模LP01的單模電場(chǎng)在空間的單模電場(chǎng)在空間的強(qiáng)度分布的強(qiáng)度分布-bb-aa0rE(r)鉛芯鉛芯包層包層基模近場(chǎng)功率分布圖基模近場(chǎng)功率分布圖光纖截面圖光纖截面圖v1.用遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布定義模場(chǎng)直徑用遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布定義模場(chǎng)直徑v2.用可變孔徑法定義模場(chǎng)直徑用可變孔徑法定義模場(chǎng)直徑123200222(q)dq/(q)dqWq FqF120224(X)qdqWamax(X)1(X)/ PaP tanX

12、Dv遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法光源光源注入器注入器光檢測(cè)器光檢測(cè)器光放大器光放大器信號(hào)處置信號(hào)處置及顯示及顯示量角儀量角儀遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法丈量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法丈量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖v可變孔徑法可變孔徑法光源光源 注入器注入器光檢光檢測(cè)器測(cè)器透鏡系統(tǒng)透鏡系統(tǒng)鎖相放大、信號(hào)處置、顯示鎖相放大、信號(hào)處置、顯示測(cè)試光纖測(cè)試光纖可變孔徑法丈量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖可變孔徑法丈量系統(tǒng)簡(jiǎn)圖二、色散丈量二、色散丈量v 測(cè)試方法測(cè)試方法 ： 相移法是丈量單模光纖的色散的方法。相移法是丈量單模光纖的色散的方法。v 相移法丈量原理相移法丈量原理 v 用角頻率為用角頻率為的正弦信號(hào)調(diào)制的光波，經(jīng)長(zhǎng)度為的正弦信號(hào)調(diào)制的光波，經(jīng)長(zhǎng)度為L(zhǎng) L的單模光纖傳輸

13、后，其時(shí)延取決于光波長(zhǎng)的單模光纖傳輸后，其時(shí)延取決于光波長(zhǎng)oo。不同時(shí)。不同時(shí)延產(chǎn)生不同的相位延產(chǎn)生不同的相位，用波長(zhǎng)為，用波長(zhǎng)為11和和22的受調(diào)制光波，的受調(diào)制光波，分別經(jīng)過(guò)被測(cè)光纖，有產(chǎn)生的時(shí)延差為分別經(jīng)過(guò)被測(cè)光纖，有產(chǎn)生的時(shí)延差為，相移為，相移為，那么長(zhǎng)度為，那么長(zhǎng)度為L(zhǎng) L的光纖總色散為的光纖總色散為光纖色散系數(shù)為光纖色散系數(shù)為L(zhǎng)C)()()(LC相移法丈量系統(tǒng)框圖 光纖帶寬是色散在頻域的反映，多光纖帶寬是色散在頻域的反映，多模光纖的帶寬主要由方式色散引起。模光纖的帶寬主要由方式色散引起。帶寬的測(cè)試方法主要有時(shí)域法和頻域帶寬的測(cè)試方法主要有時(shí)域法和頻域法。法。三、帶寬丈量三、帶寬丈量v時(shí)域法又稱(chēng)脈沖展寬法。丈量經(jīng)過(guò)光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖寬度確定光纖的帶寬。v頻域法又稱(chēng)掃頻法，丈量經(jīng)過(guò)光纖的頻率呼應(yīng)來(lái)丈量帶寬，此法多用于多模光纖的丈量。時(shí)域法測(cè)試系統(tǒng)框圖頻域法測(cè)試系統(tǒng)框圖頻域法測(cè)試曲線(xiàn)頻域法測(cè)試曲線(xiàn)四、截止波長(zhǎng)丈量四、截止波長(zhǎng)丈量 測(cè)試原理測(cè)試原理：對(duì)常規(guī)光纖，經(jīng)過(guò)對(duì)折射率分布的丈量，確定纖芯半徑：對(duì)常規(guī)光纖，經(jīng)過(guò)對(duì)折射率分布的丈量，確定纖芯半徑a和纖芯與包層的折射率和纖芯與包層的折射率n1和和n2，由下式就可計(jì)算出截止波長(zhǎng)，