光纖通信測(cè)量-2教材

1、第2章 光纖特性的測(cè)量 2014-2015學(xué)年第一學(xué)期光纖通信測(cè)量要解決的問(wèn)題 n一、光纖的參數(shù)測(cè)量n二、光端機(jī)主要性能的測(cè)量n三、光纖通信系統(tǒng)的測(cè)量光纖特性測(cè)試的重要意義n影響光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸特性光纖的實(shí)用特性參數(shù) n一、幾何特性和光學(xué)特性、幾何特性和光學(xué)特性 n與耦合連接損耗有著密切的關(guān)系。主要包括光纖包層直徑、纖芯直徑、包層不圓度、纖芯不圓度、芯包同心誤差，多模光纖的折射率分布和數(shù)值孔徑、單模光纖的模場(chǎng)直徑、模場(chǎng)同心誤差、截止波長(zhǎng)等。 光纖的實(shí)用特性參數(shù)n二、傳輸特性二、傳輸特性 n與中繼距離和通信容量有關(guān)。主要包括光纖的衰減系數(shù)、多模光纖的帶寬和單模光纖的色散特性等。光纖的實(shí)用特性參

2、數(shù)n三、光纖的機(jī)械特性和溫度特性三、光纖的機(jī)械特性和溫度特性n光纖(光纜)在實(shí)際的工程應(yīng)用中，不僅要經(jīng)受較強(qiáng)的機(jī)械拉力、壓力，還需要適應(yīng)各種不同的環(huán)境變化，如溫度、濕度變化等。這些因素都有可能影響光纖的傳輸特性。為了保證光纖傳輸?shù)姆€(wěn)定性能，還需要分析光纖的機(jī)械特性和溫度特性。 2.1光纖光學(xué)特性的測(cè)量光纖光學(xué)特性的測(cè)量光纖的折射率分布測(cè)量n在多模光纖中，這一分布對(duì)?；?、帶寬具有決定性的影響，分布最佳，帶寬最高 n單模光纖中，它決定著截止波長(zhǎng)、模場(chǎng)直徑和色散特性。 nITU-T推薦了折射近場(chǎng)法為基準(zhǔn)測(cè)試方法，近場(chǎng)法為替代測(cè)試方法。最簡(jiǎn)單的方法是反射法。折射近場(chǎng)法（RNF） n折射近場(chǎng)法是測(cè)量光

3、纖的折射率分布和幾何參數(shù)的一種方法，可用來(lái)測(cè)量單模、多模光纖的折射率分布，折射率差值以及幾何參數(shù)。 折射近場(chǎng)法測(cè)試原理示意圖折射模折射模和泄漏模擋板會(huì)聚透鏡待測(cè)光纖匹配液傳導(dǎo)模和泄漏模匹配液盒大孔徑透鏡He-Ne 激光束n匹配液：浸油折射率比光纖包層折射率略高 n大孔徑透鏡 ：將擴(kuò)展了的He-Ne激光束會(huì)聚為一小光斑（約為1m） n注入到光纖端面上的光束將激勵(lì)起三種類(lèi)型的模式：較小入射角的光線將在光纖中激勵(lì)起導(dǎo)模并傳到輸出端；較大入射角的光線僅激勵(lì)起折射模，逸向包層外面；入射角介于上述兩者之間的光線則可形成泄漏模，一部分隨導(dǎo)模一起傳到輸出端，一部分與折射模一樣輻射到包層外面。 n當(dāng)入射光斑沿光

4、纖直徑掃描時(shí)，由于n(r)變化，各點(diǎn)的本地?cái)?shù)值孔徑NA(r)不同，對(duì)應(yīng)各處的折射模功率亦不同，折射模功率分布與折射率分布相似。測(cè)得折射模功率分布就可求出折射率分布。折射近場(chǎng)法就是通過(guò)測(cè)量從光纖泄漏出來(lái)的折射模來(lái)實(shí)現(xiàn)的。n擋光板屏蔽掉輻射角較小的那部分泄漏模，被檢測(cè)的只有折射模 n折射率分布只有徑向變化，所以波矢量的軸向分量處處守恒，即 nL為液體的折射率，n(r)為入射光在光纖表面r處光纖的折射率，j是遮光圓盤(pán)擋住部分對(duì)應(yīng)的出射角 q, j為光在光纖中及匹配液中與光纖軸線的夾角。 00coscosLn r kn kqjn由折射定律有：n由上可得 n還可表示為 qqcoscos000knkrnj

5、jcoscos000knknL jq22122sinsinLnrn )(sinsin22222rNAnrnLjqn若光強(qiáng)是朗伯型（各輻射方向光強(qiáng)度都相等的電光源），則射入立體角內(nèi)的入射光功率為：n進(jìn)行積分可得到檢測(cè)器接收到的光功率為：n由（2-4）可得qmin與遮光角度jS的關(guān)系為： jqqqddIdposincosqqqj20sinsin22min2)(sin2)(ddIrPo)sin(sinmin22qqoI SLnrnjq222min2sinsinn可得：n當(dāng)入射光射向包層時(shí)，則探測(cè)到的光功率為：nPc為包層光功率，n(r)=nL。n 由上兩式合并，得 )(sinsin)(2222LSo

6、nrnIrPjq)sin(sin22SocIPjq )(22LocnrnIPrPn可見(jiàn)P(r)與n2(r)成正比。在弱導(dǎo)近似下（ n(r)nL ）： n式中 ，則可得到：n即在弱導(dǎo)近似下，P與n(r)成正比。 SLccnrnPrPPjq2222sinsin)( )(222rnnnrnLL Lnrnrn)( rnnPPSLcjq22sinsin2n將（2-11）可改寫(xiě)為：n 為比例系數(shù) n測(cè)得P(r)n=n(r)-nL。n對(duì)q和jS測(cè)量的精度必須很高，K難以高精度計(jì)算 ，常用校準(zhǔn)測(cè)量來(lái)確定K值。 rnnnrnPPKLLc2)(22SKjq22sinsinn利用折射率已知且為常數(shù)的普通玻璃纖維代替

7、被測(cè)光纖，若已知折射率為np（npnL），由前式可得：nP：普通纖維代替被測(cè)光纖時(shí)測(cè)得的光功率，注意：普通實(shí)心纖維不存在包層，由折射率匹配液來(lái)起包層的作用，計(jì)算K。 )( )(22rpPnnPKcLpcPPnKrncL2)(nA為比例系數(shù),可通過(guò)移動(dòng)圓盤(pán)位置來(lái)校準(zhǔn)確定 ( )( )n rA p r n比例系數(shù)A可轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)Z的大小來(lái)校準(zhǔn)。校準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備的幾何示意圖Dzz0zrnL匹配液盒圓盤(pán)022cossinsinLZDZnqqq折射近場(chǎng)法測(cè)試系統(tǒng)框圖激光器1/4波長(zhǎng)片透鏡組I透鏡組II液體盒檔盤(pán)檢測(cè)器放大器X-Y記錄儀M電動(dòng)機(jī)電子測(cè)微計(jì)燈透鏡50m小孔被測(cè)光纖優(yōu)點(diǎn)：n直接給出光纖的絕對(duì)折射率分

8、布n可測(cè)多模光纖和單模光纖n測(cè)量精度高，空間分辨率小。n對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一次校正近場(chǎng)法（近場(chǎng)法（NFP） n近場(chǎng)法：測(cè)量光纖出射端面上導(dǎo)模功率的空間分布（即近場(chǎng)分布）來(lái)確定光纖的折射率分布。nITU-T定為多模光纖折射率分布的替代測(cè)試法。 n測(cè)試系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，但需要修正泄漏模 。 n光源的輻射區(qū)可分為近場(chǎng)輻射和遠(yuǎn)場(chǎng)輻射：n遠(yuǎn)場(chǎng)輻射是在離光源很遠(yuǎn)處觀察到的輻射，遠(yuǎn)場(chǎng)輻射中光功率的空間分布保持不變，遠(yuǎn)場(chǎng)分布由于光纖的尺寸較小的緣故，一般2-3cm即可。n近場(chǎng)輻射是在光源附近的輻射，光纖測(cè)量中的近場(chǎng)一般指光纖的出射端面。n檢測(cè)器放在針孔后緊靠光纖端面，沿光纖端面的直徑運(yùn)動(dòng)，即可進(jìn)行近場(chǎng)掃描n簡(jiǎn)單方法：先產(chǎn)生

9、光纖端面的像，然后在透鏡的像平面上對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行掃描。 近場(chǎng)法n注入條件：用非相干的朗伯光源激勵(lì)光纖 ，導(dǎo)模都是均勻激勵(lì) ，衰減相同，且無(wú)模間耦合，則在光纖的輸出端面上，導(dǎo)模的功率分布與光纖的折射率分布相似。 n由光源的面積元dxdy射入立體角d中的功率為： dxdyddIdpjqqqsincos0n折射定律：n光纖中導(dǎo)模傳輸條件：k0n2 k0n1frnnqqsin)(sin0fdnrnddqqqqq22022sin)2/ )()(sin21sincosn傳導(dǎo)光線的最大允許角度：n可得到自半徑r處的小面積Ad到達(dá)檢測(cè)器的功率為：n在弱導(dǎo)近似下，P(r)與折射率差成正比。2cos)(nrncq)(

10、)(sin2)()(22220sin020022020nrnnAdIddnrAdnIrPcfqqjn光纖的局部NA可定義為：nn(r)為照射到光纖端面r處的折射率，qc(r)為局部接收角 n光纖中距纖芯軸線為r處傳輸?shù)墓夤β蔖(r)： 12222( )( )sin( )( )cNA rn rrn rnq222222( )( )( )( )(0)(0)(0)(0)( )NA rn rn aP rPPNAnn an在弱導(dǎo)近似下： nPm為接收到的最大光功率，nm為纖芯中的最大折射率。 )()(2rnnrn)(2)(2222rnnnnPrPmmn多模光纖n假設(shè)每個(gè)模衰減相同，無(wú)模間耦合，通過(guò)測(cè)量光強(qiáng)

11、分布圖(NFP)，即P(r)，求得折射率分布(r/a)g。 1 21212,0( ),grnran ranra ( )1(0)gp rrpa n缺點(diǎn)：不能直接給出光纖的絕對(duì)折射率分布；漏模影響不能完全消除；測(cè)量精度低；對(duì)模式少的光纖不適用，因此不能測(cè)量單模光纖。 透鏡測(cè)試光纖針孔放大器X-Y記錄儀掃描儀光電探測(cè)器NFP測(cè)量系統(tǒng)漏模修正nC(r,z)修正因子，當(dāng)z=0時(shí)，全部漏模沒(méi)有衰減掉n當(dāng) 時(shí)，無(wú)漏模C(r,z)=1n當(dāng) 時(shí)， C(r,z)近似為1 222222( )( , )mmnrnp rC r zpnn122( , )1 ( ) rC r zaz 1Lm反射法反射法 n菲聶耳公式（由于

12、材料表面的反射率與周?chē)橘|(zhì)和材料的折射率有關(guān)），即當(dāng)光垂直照射時(shí)：nR(r)表示光纖端面r處的反射率nPi和Pr(r)分別表示入射到樣品上的入射光功率和從樣品表面反射回來(lái)的反射光功率。nn0為周?chē)橘|(zhì)（空氣或匹配液）的折射率，n(r)為光纖端面r處的折射率n測(cè)得Pi和Pr(r)，則可獲得光纖的折射率分布n(r)。 200( )( )( )( )rin rnP rR rPn rnn注意：光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚光束，提高測(cè)量精度和空間分辨率，使光束到達(dá)樣品表面時(shí)，光斑盡可能的小。但此時(shí)到達(dá)樣品表面的光束并不完全為垂直入射光束，大部分光線為斜入射。 在n=1.5的玻璃界面上菲涅耳反射率曲線 n由圖可看出：（一

13、）在入射角i2Wb/l。n單模光纖遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布有一旁瓣，為了能探測(cè)到旁瓣的功率，測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍要大，至少50dB。如果探測(cè)器測(cè)得的最大掃描光功率為100nW，則此接收系統(tǒng)還應(yīng)能夠測(cè)出1pW以下的微弱光功率，而且探測(cè)接收系統(tǒng)應(yīng)在這個(gè)范圍內(nèi)保持良好的線性關(guān)系。 n測(cè)量時(shí)，將光纖的注入端與入射光束對(duì)準(zhǔn)，光纖輸出端對(duì)準(zhǔn)合適的探測(cè)器，以固定程序啟動(dòng)掃描探測(cè)器，特別要保證掃描探測(cè)器通過(guò)模場(chǎng)中心，探測(cè)器將各個(gè)角度上探測(cè)到的光功率轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由放大器放大后送入信號(hào)處理部分，與相應(yīng)的測(cè)角儀的角信號(hào)進(jìn)行處理后送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)由測(cè)得的遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度F2(q)及按定義式(2.22)編制好的積分程序進(jìn)行計(jì)算，得出光纖

14、的模場(chǎng)直徑。 可變孔徑法測(cè)量模場(chǎng)直徑 n對(duì)光源、注入條件及探測(cè)器的要求與遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法基本上一致。主要差別是在光纖端面與透鏡之間，裝有一個(gè)與光學(xué)系統(tǒng)光軸垂直的轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)上開(kāi)有至少12個(gè)以上的直徑不同的圓孔，要求這些圓孔半徑對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)場(chǎng)半張角的數(shù)值孔徑覆蓋0.020.25的范圍（對(duì)G.653光纖，要求覆蓋的范圍為0.020.40）。n測(cè)量時(shí)，將被測(cè)光纖放入測(cè)試系統(tǒng)，依次轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，測(cè)量通過(guò)每一個(gè)孔徑x的光功率P(x)，求出透射互補(bǔ)函數(shù)a(x)=1- P(x)/Pmax，式中Pmax為經(jīng)過(guò)最大圓孔的光功率。算出a(x)后，即可根據(jù)定義式，計(jì)算出模場(chǎng)直徑。 光源濾模包層模剝除器微調(diào)器透鏡系統(tǒng)檢測(cè)器鎖相放大器

15、計(jì)算機(jī)可變孔徑法測(cè)試裝置示意圖 刀口掃描法測(cè)量模場(chǎng)直徑v刀刃PDxS(z)P(x、y、z)P(x)vzy被測(cè)光纖刀口掃描法測(cè)試原理示意圖n在被測(cè)光纖的輸出端與匯聚透鏡之間的與光軸垂直的X-Y平面內(nèi)放置一刀片，刀片的作用是用來(lái)?yè)踝∫徊糠止夤β?，未?jīng)刀片擋住的光由會(huì)聚透鏡會(huì)聚到光電探測(cè)器上。當(dāng)?shù)镀豖軸移動(dòng)掃描時(shí)（圖中v所指方向），就可以測(cè)得刀口光功率透射函數(shù)k(x)，由定義式（2.28）計(jì)算可得模場(chǎng)直徑。n近場(chǎng)掃描法測(cè)量模場(chǎng)直徑 光纖幾何參數(shù)測(cè)量中的近場(chǎng)法不需要進(jìn)行全屏掃描，只需沿著一直徑掃描測(cè)出近場(chǎng)光強(qiáng)分布f 2(r)即可，然后用式（2.29）計(jì)算出模場(chǎng)直徑。遠(yuǎn)場(chǎng)掩模法 n它是將一塊特制的遮光

16、玻璃板插入到光纖出射端面與集光系統(tǒng)之間，由測(cè)量接收光功率的變化來(lái)確定模場(chǎng)直徑的方法 。n遮光區(qū)由兩個(gè)底部相對(duì)的桃形金屬膜構(gòu)成，圖案的對(duì)稱(chēng)性有助于調(diào)節(jié)它的中心與遠(yuǎn)場(chǎng)分布的中心重合，掩模的邊界滿足一定的數(shù)學(xué)方程，從而可進(jìn)行定義的積分計(jì)算，因此又叫光學(xué)積分法。 n掩模板是在透明玻璃片上鍍制了一層不透明的金屬模而成。 n金屬模的形狀像兩個(gè)并蒂桃，邊界是Fermat螺線的一部分，滿足下列方程：LPIN顯示光學(xué)系統(tǒng)掩模板微調(diào)架光源遠(yuǎn)場(chǎng)掩膜法測(cè)試裝置示意圖22Rjn測(cè)量時(shí)，將掩模板插入到光路中，調(diào)整微調(diào)架，使圖形中心與模場(chǎng)中心重合，測(cè)出探測(cè)器所收集的光功率P，然后拿掉掩模板(Mask)，測(cè)出相應(yīng)的功率P0，

17、令h為兩次功率的比值：n由ITU-T對(duì)于模場(chǎng)直徑定義的積分公式出發(fā)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，在掩模測(cè)試條件下， 可得：0PPh122()22TTLWRTThlhn式中l(wèi)為工作波長(zhǎng)，R為掩模半徑，L為光纖端面到掩模板的距離，T1和T2分別為掩模板上透明區(qū)和掩模區(qū)的透光率，以上參數(shù)是系統(tǒng)的固有參數(shù)。因此，只要測(cè)出h，即P0和P就可計(jì)算出模場(chǎng)直徑。n特點(diǎn)：一是操作方便，測(cè)試速度快；二是計(jì)算簡(jiǎn)單，不需進(jìn)行積分；三是不需要復(fù)雜龐大的設(shè)備，可以做成輕便的儀表。模場(chǎng)直徑的大小和容差范圍 n光纖的模場(chǎng)直徑越小，它的抗彎特性越小，而要使光纖的模場(chǎng)直徑減小，就得增加光纖的相對(duì)折射率差，但這又會(huì)增加光纖的衰減，因此，模

18、場(chǎng)直徑的選擇即不能太大，也不能太小，應(yīng)折衷。 光纖類(lèi)型 波長(zhǎng)波長(zhǎng)(nm) 模場(chǎng)直徑標(biāo)稱(chēng)值(m)容差 G652G6521310nm1550nm9107.08.3 10%10%n模場(chǎng)直徑的容差還直接影響著光纖的接頭損耗，研究表明，兩根模場(chǎng)直徑分別為2W1和2W2的單模光纖的接頭損耗可用下式表示：n當(dāng)W1=W2時(shí)，兩根光纖的模場(chǎng)直徑相同，接頭損耗as=0，這里計(jì)算條件為在理想的熔接情況下。在ITU-T給定的最大容差下，若標(biāo)稱(chēng)值為W，W1=W-10%；W2=W+10%，則由式計(jì)算as=0.17dB。 22121220lg2sWWWWa單模光纖截止波長(zhǎng)及其測(cè)量 n截止波長(zhǎng)是單模光纖所特有的另一個(gè)重要參數(shù)

19、，它給出了單模運(yùn)行時(shí)的光波長(zhǎng)范圍，是保證光纖實(shí)現(xiàn)單模傳輸?shù)谋匾獥l件，常用lc表示。當(dāng)lc小于傳輸波長(zhǎng)時(shí)，該光纖為單模光纖，只能傳輸基模；反之就不是單模光纖了。顯然單模光纖是相對(duì)于使用的工作波長(zhǎng)而言的。 截止波長(zhǎng)的物理概念和定義 n根據(jù)波動(dòng)理論，多模光纖中傳導(dǎo)有限個(gè)分離的模：基模LP01 (HE11)、次低階模LP11（TE01、TM01、HE21）及高階模等。模的數(shù)目可以從求解波動(dòng)方程得出。對(duì)于折射率為冪律分布的光纖，近似計(jì)算公式為： 222VNaa22212221llannnaVn計(jì)算的截止波長(zhǎng)僅與光纖的剖面指數(shù)a、半徑a和相對(duì)折射率差決定，與光纖的長(zhǎng)度和狀態(tài)無(wú)關(guān)，稱(chēng)之為理論截止波長(zhǎng)，記作l

20、ct。 n其中，Vc=2.40483為階躍單模光纖實(shí)現(xiàn)單模傳輸?shù)臍w一化截止頻率，對(duì)于折射率為冪次分布的光纖，歸一化截止頻率Vc與剖面指數(shù)a有關(guān)， 22121222cccaannnVVl1222.40483 1cVanITU-T規(guī)定了兩種有用的截止波長(zhǎng)：2m長(zhǎng)預(yù)涂覆光纖的截止波長(zhǎng)，一般用lc表示；成纜光纖的截止波長(zhǎng)，用lcc表示。 n1） 2m長(zhǎng)預(yù)涂覆光纖的截止波長(zhǎng)lc n根據(jù)ITU-T規(guī)定，大于lc的波長(zhǎng)l可沿打有一個(gè)60圈的2m長(zhǎng)度的光纖單模傳輸，lc可看作相應(yīng)于幾米長(zhǎng)的短光纖的截止波長(zhǎng)。 n對(duì)1310nm零色散的G.652光纖，取值規(guī)定為：1100nmlc1280nm n2、成纜光纖的截止

21、波長(zhǎng)lcc nITU-T規(guī)定為在22m長(zhǎng)的光纜上進(jìn)行相應(yīng)的彎曲之后，所測(cè)得的LP11模的截止波長(zhǎng)n lctlc lcc n對(duì)G.652光纖推薦lcc最大值是1260nm或1270nm。n對(duì)于跳線光纜，考慮到最壞情況，光纜最大截止波長(zhǎng)應(yīng)不高于1240nm。 截止波長(zhǎng)的測(cè)量 n傳輸功率法是一種由光纖的傳導(dǎo)功率與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線來(lái)確定截止波長(zhǎng)的方法，測(cè)量精度可達(dá)0.005m (5nm) n在截止波長(zhǎng)附近，LP11模僅受到微弱的導(dǎo)引，因而由光纖的彎曲所引起的輻射會(huì)使傳輸功率產(chǎn)生顯著的損耗。當(dāng)工作波長(zhǎng)稍低于理論截止波長(zhǎng)時(shí)，光纖中激勵(lì)的LP11模急劇衰減，傳輸功率法就是利用這個(gè)位置來(lái)決定截止波長(zhǎng)的 n取2m

22、長(zhǎng)的待測(cè)光纖做樣品，將其傳輸功率譜同參考傳輸功率譜相比較則可定出截止波長(zhǎng)。 計(jì)算機(jī)繪圖儀檢測(cè)器被測(cè)光纖鎖相放大器波長(zhǎng)控制參考信號(hào)斬光器單色儀注入系統(tǒng)包層模剝除器傳輸功率法的典型測(cè)試裝置鹵燈n獲得參考傳輸功率的方法 ： (1)將待測(cè)光纖樣品打一直徑為60的圈作參考光纖 (2)用一根12m長(zhǎng)的多模光纖作為參考光纖。 設(shè)備要求：光源：鹵燈，寬帶光源 ，光源要求在測(cè)試過(guò)程中應(yīng)保持位置、強(qiáng)度和波長(zhǎng)的穩(wěn)定。波長(zhǎng)應(yīng)在所要求的較寬范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，F(xiàn)WHM（半幅值全寬）不超過(guò)10nm n注入系統(tǒng)：基本上均勻地激勵(lì)起LP01模和LP11模，可用與多模光纖連接或用一適當(dāng)大光斑大數(shù)值孔徑的光學(xué)系統(tǒng)注入 n包層模剝除器

23、 n探測(cè)放大系統(tǒng)：收集來(lái)自光纖的全部光功率，光譜響應(yīng)與光源的譜特性一致n探測(cè)器光敏面均勻且具有良好的線形靈敏度n放大系統(tǒng)也應(yīng)有足夠的線性度和線性范圍。 實(shí)驗(yàn)步驟： n1）將2m長(zhǎng)的待測(cè)光纖接入測(cè)量系統(tǒng)中，打一個(gè)=280mm的圈，整根光纖上要避免出現(xiàn)半徑小于140mm的任何彎曲。改變波長(zhǎng)，記錄輸出光功率譜P1(l)曲線。n2）在同樣的波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)出參考光纖的傳輸功率譜。參考光纖的選取，可采用以下兩種方法：第一，用待測(cè)光纖，保持激勵(lì)狀態(tài)不變，將光纖至少打一個(gè)小圈，一般打一個(gè)60mm的小圈，這樣有利于濾除LP11模，測(cè)出傳導(dǎo)輸出功率譜P2(l)。第二， 取12m的多模光纖，在同樣的波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)出傳導(dǎo)

24、輸出功率譜P3(l)。一般選取第一種方法。n）數(shù)據(jù)處理：利用上面的P1(l)與P2(l)的比值的對(duì)數(shù)作彎曲衰減函數(shù)R(l)。 )()(lg10)(21lllPPR單模光纖作參考光纖的典型R(l)曲線預(yù)涂覆光纖截止波長(zhǎng)的測(cè)試方法 n預(yù)涂覆光纖截止波長(zhǎng)的基準(zhǔn)測(cè)試法是傳輸功率法 nG.650定義：截止波長(zhǎng)是在各次模大體均勻激勵(lì)的條件下，注入的包括高次模在內(nèi)的總光功率與基模光功率的比隨波長(zhǎng)變化減小到0.1dB以下時(shí)，對(duì)應(yīng)的較長(zhǎng)的波長(zhǎng)值，即：n n測(cè)量樣品長(zhǎng)2m，制備好光纖端面，與注入系統(tǒng)和探測(cè)器相連。先將光纖彎成一個(gè)280的圈，在估計(jì)的lc附近足夠?qū)挼姆秶鷥?nèi)進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，記錄P1(ll曲線。將待測(cè)光纖

25、打一個(gè)60的小圈，在同樣的波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)P2(l，求R(l)=10lg P1(l/P2(l，作R(ll曲線，則R(l)=10lg P1(l/P2(l=0.1時(shí)對(duì)應(yīng)的較大波長(zhǎng)即為截止波長(zhǎng)。 1 . 0)()(lg1021llPP成纜光纖截止波長(zhǎng)的測(cè)試 n成纜光纖截止波長(zhǎng)lcc的基準(zhǔn)測(cè)試方法也為傳輸功率法 nlcc的樣品為22m長(zhǎng)的光纜，將光纜每端各剝開(kāi)1m，將露出的光纖各打一個(gè)80的圈，用以模擬接續(xù)構(gòu)件的影響，20m的光纜部分的放置應(yīng)平整，不應(yīng)有任何影響測(cè)量值的小彎曲 n將制備好的端面分別與光源和探測(cè)器耦合，先測(cè)出光纖輸出功率P1(l與l的關(guān)系曲線，然后將光纖打一個(gè)小于60的圈，測(cè)量P2(l，根據(jù)

26、P1(l和P2(l算出彎曲函數(shù)R(l)。作R(ll曲線，0.1dB橫線與R(l曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的最大波長(zhǎng)為lcc。20m1m1m2X2X光纜 用成纜光纖測(cè)量截止波長(zhǎng)的cc使用條件n成纜光纖截止波長(zhǎng)的替代測(cè)試法 n測(cè)量樣品所用未成纜光纖為一次涂覆光纖或二次套塑光纖（如果有的話）。光纖長(zhǎng)度仍是22m 2X2X2rN圈1圈1圈22m(包括環(huán)長(zhǎng)) 用未成纜光纖測(cè)量截止波長(zhǎng)的cc使用條件光纖幾何參數(shù)的測(cè)量n傳輸性能和機(jī)械性能 n連接損耗 n光纖制造的尺寸依據(jù) n光纖制造中嚴(yán)格控制的指標(biāo) n判別光纖產(chǎn)品合格與否的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) n多模光纖的幾何參數(shù)包括纖芯直徑、包層直徑、芯不圓度、包層不圓度、纖芯、包層同心度等

27、 n單模光纖的幾何尺寸參數(shù)包括包層直徑、包層不圓度、纖芯、包層同心度誤差（當(dāng)用模場(chǎng)直徑作參數(shù)時(shí)，應(yīng)是模場(chǎng)、包層同心度誤差） 折射近場(chǎng)法折射近場(chǎng)法 n多模光纖幾何特性測(cè)試的基準(zhǔn)測(cè)試方法，是單模光纖幾何特性測(cè)試的替代方法 n1n2n3n4(a)(b) 由折射率分布確定芯徑幾何參數(shù)定義n(1)、多模光纖n包層是光纖橫截面上最外面折射率為常數(shù)的區(qū)域 n芯區(qū)是折射率（排除任何折射率凹坑）超過(guò)最大折射率n1與最里層折射率均勻區(qū)域n2之差乘以一定比例系數(shù)k后得到的n3以?xún)?nèi)的區(qū)域nk為一常數(shù)，一般取作0.05 3212nnk nnn纖芯、包層區(qū)域的最大直徑定義為纖芯直徑和包層直徑，分別用d和D表示。 d0D0

28、dmaxdminDmaxDminX光纖幾何尺寸和同心度定義n纖芯直徑n包層直徑n纖芯不圓度n包層不圓度n同心度 2minmaxdddmaxmin2DDDmaxmin100%ddd芯maxmin100%DDD包100%xCdnx為纖芯中心到包層中心之間的距離 n單模光纖 ： 基本上與多模光纖一樣，纖芯直徑一般不要求。 k值通常取作0.5。可用纖芯、包層同心度誤差替代模場(chǎng)、包層同心度誤差，這時(shí)用纖芯、包層中心間距離的絕對(duì)值x表示（單位m）。 折射近場(chǎng)法 n對(duì)光纖整個(gè)橫截面進(jìn)行全屏掃描，得到折射率的兩維分布圖 n取折射率的一定高度為纖芯、包層交界的點(diǎn)得到芯輪廓，多模取值5%，單模取值50%；用同樣的

29、方法取包層和匹配液交界的點(diǎn)得到包層輪廓 n按照定義，計(jì)算出纖芯、包層的直徑、不圓度、同心度等 近場(chǎng)法近場(chǎng)法n單模光纖幾何特性的基準(zhǔn)測(cè)試方法和多模光纖幾何特性的替代測(cè)試方法 n單模光纖與多模光纖近場(chǎng)測(cè)量裝置的主要差別是所用的光源。多模光纖近場(chǎng)法使用的是非相干的短波長(zhǎng)光源；單模光纖測(cè)量用的是1310nm（對(duì)G.652光纖）或1550 nm（G.653、 G.654）波長(zhǎng)光源，譜特性要防止光纖處于多模狀態(tài)。且使用了濾模器，以移去LP11模 實(shí)驗(yàn)裝置n光源 ：強(qiáng)度穩(wěn)定可調(diào)，波長(zhǎng)穩(wěn)定 n第二光源(可見(jiàn)光) ：為了光纖輸出端照明包層，譜特性不得引起像的散焦效應(yīng)n包層模剝除器 ：移除包層中的光功率,僅測(cè)量包

30、層的幾何尺寸時(shí)，可以不用 n光學(xué)放大裝置 ：使光纖輸出近場(chǎng)放大后再聚焦到掃描探測(cè)器平面上。光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑和分辨能力應(yīng)與所要求的測(cè)量精度相一致，N.A0.3，放大倍數(shù)應(yīng)選得與所希望的空間分辨率相匹配。 n光探測(cè)器 (1)、具有針孔的掃描光探測(cè)器(2)、具有固定針孔和光探測(cè)器的掃描鏡 (3)、掃描電視攝像管，電荷耦合器件等n要求探測(cè)器在測(cè)量的光強(qiáng)度范圍內(nèi)線性好 n整個(gè)系統(tǒng)光路要對(duì)準(zhǔn)為減小因掃描散焦像而引起的尺寸誤差，應(yīng)以極高的精度完成聚焦。n最后根據(jù)所測(cè)光纖的類(lèi)型，按照定義計(jì)算出所要的幾何參數(shù)。n定標(biāo)方法是對(duì)一個(gè)具有合適精度的已知尺寸標(biāo)準(zhǔn)樣品的聚焦像進(jìn)行掃描，從而確定光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。光源注

31、入系統(tǒng)擾模器包層模剝除器光纖放大光學(xué)系統(tǒng)檢測(cè)器 放大器數(shù)據(jù)處理 近場(chǎng)法測(cè)試光纖幾何尺寸裝置n國(guó)內(nèi)外使用的幾何參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)多是PK公司的2400和YORK公司的S-20。芯區(qū)照明光源都是850nmLED，因此對(duì)單模光纖只能測(cè)出纖芯、包層同心度誤差，而不能測(cè)量模場(chǎng)同心度誤差。 2a=8.5mD=125.2m芯=1.36%包=0.12%同心度=0.23m -125.0 -50 0.0 +50 +125.0 芯徑r(m)用2400測(cè)得的一根光纖的近場(chǎng)強(qiáng)度分布側(cè)視法n對(duì)單模光纖，ITU-T還規(guī)定了側(cè)視法為幾何尺寸參數(shù)的第二替代測(cè)試方法。側(cè)視法的測(cè)量原理是通過(guò)測(cè)量光纖中折射光的光強(qiáng)分布來(lái)確定光纖的尺寸參數(shù)

32、 顯微鏡法 n一般使用分辨率為0.5m的讀數(shù)顯微鏡，測(cè)量重復(fù)性約為1m。該方法操作簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格便宜，適于批量產(chǎn)品的檢驗(yàn)。需要注意的是，當(dāng)測(cè)量纖芯時(shí)，必須經(jīng)常與折射率分布曲線確定的幾何尺寸對(duì)比定標(biāo)。 “四圓容差場(chǎng)”法 n里面兩個(gè)直徑分別為d-4m和 d+4m，供測(cè)芯徑時(shí)用；外面兩個(gè)圓的直徑分別為D-5m和 D+5m，供測(cè)包層直徑用。 Dcor- DcorDcor+ DcorDcor推薦芯標(biāo)稱(chēng)值 Dcor=4m芯徑公差DRr推薦參考表面外徑標(biāo)稱(chēng)值 DRr=5m參考表面外徑公差DRr- DRrDRr+ DRr “四圓容差法”樣板多模光纖的數(shù)值孔徑及其測(cè)量 n數(shù)值孔徑N.A(Numerical

33、 Aperture) n表征多模光纖集光能力的大小以及與光源耦合難易的程度，同時(shí)，對(duì)連接損耗、微彎損耗及衰減溫度特性、傳輸帶寬等都有影響。 n1、最大理論數(shù)值孔徑N.AmaxtnN.Amaxt的物理意義是光纖最大可能接受角的正弦值，反映了光纖收集光線的能力n2、遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度有效數(shù)值孔徑N.A(或N.Aff)n定義為光纖遠(yuǎn)場(chǎng)輻射圖上光強(qiáng)下降到最大值5%處的半張角P0.05的正弦值。ITU-T規(guī)定的數(shù)值孔徑就是這種數(shù)值孔徑，推薦值是（0.180.24）0.02。 22max121.2tN Annnn3 、N.A與N.Amaxt之間的關(guān)系n式中，是折射率分布指數(shù)； k為與有關(guān)的比例系數(shù)（表1中給出了不同

34、取值時(shí)k的值）。一般情況下，梯度光纖接近拋物線分布，=2，則N.A=0.975N.Amaxt。n 1.0 1.5 2.0 2.5 10 nk 0.881 0.946 0.975 0.988 1.00 1.00n數(shù)值孔徑的波長(zhǎng)特性 20.05maxmax.sin1 0.05.PttN AN Ak N Aaaqmaxmaxmaxmaxmaxmax.(850)0.985 .(633).(1310)0.975 .(633). (850)0.960.(633). (1310)0.955 .(633)ttttttN AN AN AN AN AN AN AN A數(shù)值孔徑的測(cè)量數(shù)值孔徑的測(cè)量 遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)法 IT

35、U-T規(guī)定遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布法為G.651多模光纖數(shù)值孔徑的基準(zhǔn)測(cè)試方法。遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布法測(cè)量原理是先測(cè)量出光纖遠(yuǎn)場(chǎng)角輻射光強(qiáng)分布，再利用遠(yuǎn)場(chǎng)分布法N.A的定義式，計(jì)算出光纖的數(shù)值孔徑。 n光源為強(qiáng)度可調(diào)的非相干光源，它能在光纖試樣端面上產(chǎn)生基本恒定的輻射（光強(qiáng)變化10%）面。光源的強(qiáng)度、波長(zhǎng)和位置應(yīng)保持穩(wěn)定。n探測(cè)器應(yīng)為線性的。 n被測(cè)光纖2m左右，兩端面制備要整潔、平整光滑，與光纖軸垂直，端面角2。為避免彎曲產(chǎn)生模轉(zhuǎn)換和模輻射，樣品要擺直。 光源光纖cc檢測(cè)器注入光器件包層模剝除器Ld 典型的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布法測(cè)試系統(tǒng)原理圖n注入條件必須采用滿注入（即遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)值孔徑大于0.3，近場(chǎng)光斑大于70m）。樣品

36、輸出端到探測(cè)器的距離必須大于芯直徑，取幾厘米即可。測(cè)出遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)隨角度的分布P()，然后從遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布圖上找出最大值的5%處的點(diǎn)，然后計(jì)算出該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)場(chǎng)角的正弦值，即為所要求的數(shù)值孔徑N.A。 遠(yuǎn)場(chǎng)光斑法 n類(lèi)似于遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)法 ，簡(jiǎn)單易行 He-Ne被測(cè)光纖50cmp 遠(yuǎn)場(chǎng)光斑法測(cè)試系統(tǒng)原理圖n不是掃描光強(qiáng)分布，可直接用相干光源（如He-Ne激光器） n測(cè)量時(shí)，在暗室中將光纖出射遠(yuǎn)場(chǎng)投影到有坐標(biāo)格的屏幕上，用數(shù)格子的辦法測(cè)出光斑直徑d，通過(guò)下式算出數(shù)值孔徑： dkAN.折射近場(chǎng)法 n用來(lái)測(cè)量最大理論數(shù)值孔徑，是替代測(cè)試法 n首先用近場(chǎng)法測(cè)出光纖的折射率分布曲線，然后從曲線上求出纖芯中心最大折射率

37、n1和包層折射率n2，根據(jù)式（2.18）計(jì)算出光纖的最大理論數(shù)值孔徑N.Amaxt。 2.3光纖的傳輸特性及測(cè)量 n衰減和衰減系數(shù)的定義 n光在光纖中傳播的平均光功率沿光纖長(zhǎng)度方向呈指數(shù)規(guī)律減少，即：nP(Z)和和P(0)分別為軸向距離分別為軸向距離Z處和處和Z=0處的光功處的光功率；率；a a是衰減系數(shù)，定義為單位長(zhǎng)度光纖引起是衰減系數(shù)，定義為單位長(zhǎng)度光纖引起的光功率衰減，單位是的光功率衰減，單位是dB/km。 10/100ZPZPan當(dāng)Z=L時(shí)，nal表示在波長(zhǎng)l處的衰減系數(shù) n注意 ：n（1）假定光纖沿軸向是均勻的，即al與軸向距離無(wú)關(guān)。n（2）對(duì)多模光纖，必須達(dá)到平衡模分布。 )0()

38、(lg10)(PZPLla衰減系數(shù)測(cè)試方法 n對(duì)制造長(zhǎng)度所規(guī)定的衰減值應(yīng)在室溫下測(cè)量，即1035之間，ITU-T的G.650、G.651都規(guī)定截?cái)喾榛鶞?zhǔn)測(cè)試方法，后向散射法和插入法為替代測(cè)試法。 截?cái)喾?n截?cái)喾ㄊ且粋€(gè)直接利用衰減系數(shù)定義來(lái)測(cè)試衰減的一種測(cè)試方法。在不改變注入條件的情況下，分別測(cè)出長(zhǎng)光纖的輸出功率P(L)和剪斷后約2m長(zhǎng)度左右短光纖的輸出功率P(0)，按定義式計(jì)算光纖的單位長(zhǎng)度衰減值al，該方法的測(cè)試精度最高。 截?cái)喾ǘúㄩL(zhǎng)衰減測(cè)試系統(tǒng)裝置截?cái)喾ㄋp譜測(cè)試系統(tǒng)裝置濾模器被測(cè)光纖檢測(cè)器放大器電平測(cè)量包層模剝除器偏置電路光源注入系統(tǒng)光源單色儀斬波器參考信號(hào)波長(zhǎng)控制控制器繪圖儀鎖相

39、放大器檢測(cè)器被測(cè)光纖包層模剝除器濾模器注入系統(tǒng)n光源 ：激光器或發(fā)光二極管 ，保持光源強(qiáng)度、波長(zhǎng)和位置的穩(wěn)定 n光功率計(jì)：光檢測(cè)器譜響應(yīng)要與光源的譜特性相匹配，靈敏度線性要好 n注入系統(tǒng) ：有效的激勵(lì)起基模(LP01模) n要求：(1)測(cè)試系統(tǒng)的高度穩(wěn)定。如光源輸出功率的恒定。(2)合適的注入條件。(3)長(zhǎng)短被測(cè)光纖與光檢測(cè)器兩次耦合接頭損耗一致性好。 插入法 n用帶活接頭的連接軟纖代替短纖進(jìn)行參考測(cè)量，計(jì)算在預(yù)先相互連接的注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間（參考條件）由于插入被測(cè)光纖引起的功率損耗。 n有非破壞性不需剪斷和操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn) ，適用與中繼段長(zhǎng)總衰減的測(cè)量 (a)(b)被測(cè)光纖被測(cè)光纖參考系統(tǒng)

40、MFMF包層模剝除器參考條件1 221檢測(cè)器測(cè)量系統(tǒng)包層模剝除器光源注入系統(tǒng)注入系統(tǒng)光源調(diào)制器檢測(cè)器測(cè)量系統(tǒng)典型的插入損耗法測(cè)量裝置調(diào)制器n（a）首先將注入系統(tǒng)的光纖與接收系統(tǒng)的光纖相連，測(cè)出功率P1；然后將待測(cè)光纖連到注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間，測(cè)出功率P2，則被測(cè)光纖段的總衰減A可由下式計(jì)算nCr、C1、C2分別是在參考條件下、試驗(yàn)條件下光纖輸入端、輸出端連接器的標(biāo)稱(chēng)平均損耗值n（b）首先將參考系統(tǒng)連在注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間，測(cè)出功率P1；然后測(cè)出功率P2，則被測(cè)光纖段的總衰減由下式給出n 2121)()(lg10CCCPPArll)()(lg1021llPPA 后向散射法 n后向散射法是通過(guò)

41、光纖中后向散射光信號(hào)來(lái)提取光纖衰減及其它信息，例如光纖光纜的光學(xué)連續(xù)性、物理缺陷、接頭損耗和光纖長(zhǎng)度等，是一種間接地測(cè)量均勻樣品衰減的方法。 n將光功率為P0、脈沖寬度為T(mén)0的窄光脈沖信號(hào)注入光纖，由于光纖的衰減，光脈沖信號(hào)在傳輸距離Z后，在Z處的光功率為P(Z) n由于瑞利散射，原注入端出射的后向散射光功率為： )10/(010)(ZPZPa)10/(20)10/(10)(10)()()(ZZbsZPZPZZPaan(Z)是光脈沖在Z處的光纖的瑞利后向散射系數(shù)，定義(Z)為：naR是瑞利散射系數(shù)，Vg是光在光纖中的群速度，S代表后向散射功率與瑞利散射總功率之比，它與光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)（芯徑、相對(duì)折

42、射率差）有關(guān) n設(shè)Z=0處的后向散射光功率為 STVZRga2/)(0)0()0(0PPbsn得到0Z間的平均衰減系數(shù)為:n如果光纖軸向不均勻，不是常數(shù)， n假定光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)沿軸向均勻時(shí)，(0)=(Z)，0Z間的平均衰減系數(shù)為 n )()0(log)()0(log5ZZPPZbsbsa)()0(log5ZPPZbsbsa被測(cè)光纖示波器數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)信號(hào)處理系統(tǒng)放大器光檢測(cè)器光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)耦合器件光學(xué)系統(tǒng)光源背向散射法測(cè)試系統(tǒng)OTDR(Optical Time Domain Reflectometer) nOTDR送出一窄脈沖，功率為P0，又會(huì)在同一點(diǎn)接收由光纖各處后向散射回來(lái)的光脈沖信號(hào)，其功

43、率為Pbs(Z)，并將Pbs(Z)與Z的關(guān)系經(jīng)過(guò)取樣積分器處理后記錄下來(lái)，得到后向散射曲線。 )(21)(BABAVVAlLAan若光脈沖從起點(diǎn)入射到尾端反射，再返回到起點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間為t0，則光纖的長(zhǎng)度可用下式計(jì)算 n對(duì)純SiO2，N1=1.4616(1310nm)，對(duì)常規(guī)單模光纖，N1=1.467（0.4%） 012tNCL n1）光纖輸入端耦合器件產(chǎn)生的菲涅爾反射；n2）斜率為一常數(shù)的區(qū)間；n3）由于局部缺陷、連接或耦合造成的不連續(xù)性；n4）由于介電波導(dǎo)本身的缺陷引起的反射；n5）光纖尾端的菲涅爾反射。典型的OTDR曲線長(zhǎng)度單模光纖彎曲損耗的測(cè)量 n1）對(duì)G.652光纖，用半徑為37.5

44、mm松繞100圈，在1550nm波長(zhǎng)測(cè)得的損耗增加應(yīng)小于1dB。n2）對(duì)G.653光纖，用半徑為37.5mm松繞100圈，在1550nm波長(zhǎng)測(cè)得的損耗增加應(yīng)小于0.5dB。n說(shuō)明：一是上述100圈大約相當(dāng)于典型中繼距離所有接頭盒中采用的總?cè)?shù)；二是彎曲半徑37.5mm則是考慮在光纖長(zhǎng)期運(yùn)用的條件下不致產(chǎn)生靜態(tài)疲勞的廣泛可接受的最小彎曲半徑。 n測(cè)量時(shí)，將幾十米被測(cè)光纖偶合到測(cè)試系統(tǒng)中，保持注入狀態(tài)和接收端耦合狀態(tài)不變的情況下，分別測(cè)出松繞100圈前后的輸出功率P1 和P2，彎曲損耗ab可由下式計(jì)算出來(lái) n測(cè)試系統(tǒng)高度穩(wěn)定，保持光纖松繞過(guò)程中不受到任何附加的應(yīng)力。1210lgbPPa多模光纖的帶

45、寬及其測(cè)量多模光纖的帶寬及其測(cè)量n限制光纖通信系統(tǒng)的傳輸碼速和最大通信容量n基帶頻響 21()()mmmP fHfP f 21()()0(0)mmmH fPfHfHPn當(dāng)時(shí) 的調(diào)制頻率為光纖的帶寬n總帶寬 nBm為?；儙?；Bc為波長(zhǎng)色散帶寬n假定光源譜特性為高斯分布，波長(zhǎng)色散帶寬可用下式表示： n （MHz） ()0.50mH fH1222TmcBBB 16100.44cBDLll n模畸變帶寬n （MHz） n每單位長(zhǎng)度（km）的帶寬B與全長(zhǎng)帶寬的關(guān)系為 n （MHzkm）n對(duì)一個(gè)單元光纜段，由于接頭造成的模耦合和其他影響，總的模畸變帶寬與各根?；儙捴g不是線性關(guān)系，而是通常用下式表

46、示 122621010.44mTDLBBllTBBL11nmTmiiBB帶寬的測(cè)量 n脈沖響應(yīng)g(t) ，頻率響應(yīng)G(f) n基帶響應(yīng)測(cè)試方法既可用頻域的方法，也可用時(shí)域的方法。 ITU-T G.651規(guī)定，最后結(jié)果必須以頻率形式給出 。( )( )exp(2)G fg tjft dtn頻域法就是利用頻率連續(xù)可變的正弦波調(diào)制光源作為注入信號(hào)，通過(guò)注入系統(tǒng)耦合到被測(cè)光纖中，測(cè)量并記錄幅頻函數(shù)P2(fm)；然后在距注入端2m處剪斷光纖，保持注入條件不變的情況下，測(cè)量并記錄短光纖（參考信號(hào)）的輸出P1(fm)；利用式（2.56）得到基帶頻響特性曲線，曲線上-6dB電功率處對(duì)應(yīng)的頻率即為光纖的帶寬。

47、包含擾模器的注入系統(tǒng)擾模器試驗(yàn)光纖包層模剝除器檢測(cè)器 記錄系統(tǒng)被調(diào)制的LD光源多模光纖帶寬測(cè)試裝置0-20050010006dB帶寬：554MHz 長(zhǎng)度：1.06km基帶幅度響應(yīng)電平dB實(shí)測(cè)的基帶頻響曲線n時(shí)域法利用的是脈沖調(diào)制。按照對(duì)脈沖信號(hào)采集及數(shù)學(xué)處理方法的不同，又分脈沖展寬法、快速傅立葉變換法和頻譜分析法。n脈沖展寬法就是分別測(cè)出長(zhǎng)短光纖的輸出脈沖P2(t)和P1(t)，當(dāng)脈沖形狀近似高斯分布時(shí)，分別測(cè)出它們的半幅全寬2和1，然后按照下面的公式求出帶寬： 22210.441BnG.651規(guī)定，時(shí)域函數(shù)變?yōu)轭l域函數(shù)，變換方法：對(duì)長(zhǎng)短光纖輸出脈沖P2(t)和P1(t)分別進(jìn)行快速傅立葉變換

48、（FFT），求出響應(yīng)的幅頻函數(shù)P2(f)和P1(f)。像頻域法一樣，基帶頻響曲線上的-6dB點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率就是被測(cè)光纖的總帶寬。n光源：功率、中心波長(zhǎng)和譜寬穩(wěn)定 ，譜寬窄 n850nm波長(zhǎng)，l5nm；1300nm波長(zhǎng)，l10nm n注入方法，一是均勻模分布注入（滿注入），就是注入光斑有比纖芯大的均勻空間分布和在被測(cè)光纖數(shù)值孔徑之內(nèi)的郎伯角分布；二是接近實(shí)際穩(wěn)態(tài)的穩(wěn)態(tài)注入，在滿注入條件下，采用擾模器、濾模器和包層模剝除器來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡模分布。 單模光纖的波長(zhǎng)色散及其測(cè)量單模光纖的波長(zhǎng)色散及其測(cè)量n單模光纖的色散決定著光纖所能傳輸?shù)乃俾?、距離、容量，對(duì)于超長(zhǎng)距離、超大容量、超高速率的通信系統(tǒng)有極為重要

49、的意義 n測(cè)量方法：相移法、干涉法和脈沖時(shí)延法 相移法 n假定有波長(zhǎng)l1ln的n個(gè)光源，分別用頻率為f的正弦電信號(hào)調(diào)制，光纖輸入端信號(hào)的初始相位是q1qn，用1 n表示傳輸群時(shí)延，則通過(guò)被測(cè)光纖后的相位分別為：n q1+2f1 qn+2fn n假定通過(guò)一段光纖每一波長(zhǎng)的參考信號(hào)的時(shí)延都一樣，且用0表示則測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)相比后，每一波長(zhǎng)的相位差分別為：n f1=2f(1-0) fn=2f(n-0) n相應(yīng)的時(shí)延表示分別為：n 1=f1/2f+0 n=fn/2f+0 n 測(cè)量時(shí)，為了消除相位旋轉(zhuǎn)數(shù)目的影響，使用的調(diào)制頻率f必須滿足：n (2N-1)f1，fn(2N+1)n式中N為相位旋轉(zhuǎn)數(shù)目，于

50、是，相差f1fn可重新表示為： n f1=f1 2N fn=fn 2N n 相應(yīng)的延遲時(shí)間重新表示為：n 1= f1 2N/2f+0 n n= fn 2N)/2f+0 n從測(cè)得的相移量f1 fn就能計(jì)算得到不同波長(zhǎng)間的相對(duì)群時(shí)延，而不受初始相位和相位旋轉(zhuǎn)數(shù)目的影響。根據(jù)(li)得到最佳擬合群時(shí)延(l)，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算進(jìn)一步得到光纖的色散特性曲線D(l)。n D(l)=d/dl n當(dāng)D(l)=0時(shí)，就稱(chēng)之為零色散波長(zhǎng)l0 測(cè)試裝置 信號(hào)通道光檢測(cè)器試驗(yàn)光纖包層模剝除器延遲檢測(cè)器信號(hào)處理單元計(jì)算機(jī)時(shí)延發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器波長(zhǎng)選擇器光源參考通道 單模光纖波長(zhǎng)色散測(cè)試系統(tǒng)n光源采用激光器陣列 n波長(zhǎng)選擇器可用光開(kāi)關(guān) n光探測(cè)器要求有低的噪聲，波長(zhǎng)響應(yīng)要同光源的波長(zhǎng)范圍相匹配，可選用PIN-FET或APD-FET組件 n參考信道可以是電信號(hào)線，也可以是光信號(hào)線，配置一適當(dāng)?shù)臅r(shí)延發(fā)生器 ，也可用試驗(yàn)光纖本身作參考通道線 n時(shí)延檢測(cè)器用來(lái)測(cè)量參考信號(hào)與被測(cè)信號(hào)間的相移，一般使用一個(gè)矢量電壓表。矢量電壓表是一種即能測(cè)量正弦信號(hào)的幅度又能測(cè)量相對(duì)于參考信號(hào)的相位差的電壓表。 測(cè)試和計(jì)算 n測(cè)試時(shí)，將被測(cè)光纖耦合到測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)量l1ln被測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)間的相移，由相移得到時(shí)