光纖技術(shù)課件 第四章光纖色散測量

光纖傳感技術(shù)FiberOpticalSensor第四章光纖色散測量MeasurementofFiberDispersion

光纖傳感技術(shù)FiberOpticalSensor第四章

內(nèi)容一、時域法

二、頻域法

三、時域法和頻域法的比較

內(nèi)容一、時域法

二、頻域法光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘枺S傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時延t不同引起的脈沖展寬的物理效應(yīng)。色散主要影響系統(tǒng)的傳輸容量，也對中繼距離有影響。光纖的色散(Dispersion)光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?，隨傳輸距離增加，由于不同成色散引起的脈沖展寬色散引起的脈沖展寬模式色散：多模光纖中，不同模式的光沿著不同的路徑傳輸，各模式群速度不同，因此由多個導(dǎo)膜組成的光脈沖就分解成許多脈沖而產(chǎn)生色散。色散分類模內(nèi)色散模間色散材料色散：材料對不同頻率光的折射率不同而產(chǎn)生的色散波導(dǎo)色散：同一模式下,不同頻率光的群速不同而產(chǎn)生的色散模式色散：多模光纖中，不同模式的光沿著不同的路徑傳輸，各模式光纖的色散可以從光纖的時域特性和頻域特性兩個方面來描述．光脈沖波形在時間上發(fā)生了展寬是從時域特性來描述了光纖的色散效應(yīng)．而光纖的頻域特性，則是把光纖看作一個傳輸“網(wǎng)絡(luò)”．由于網(wǎng)絡(luò)總是有一定帶寬的，所以就用光纖的頻帶寬度來從頻域特性描述光纖的色散效應(yīng)．色散的時域和頻域描述光纖的色散可以從光纖的時域特性和頻域特性兩個方面來描述．光從光纖的時域特性看，色散使光脈沖沿著光纖行進(jìn)一段距離后脈沖變寬。時域描述從光纖的時域特性看，色散使光脈沖沿著光纖行進(jìn)一段距離后脈沖變鐘形函數(shù)2sAf(t)t（高斯分布函數(shù)）鐘形函數(shù)2sAf(t)t（高斯分布函數(shù)）傅立葉變換可見鐘形函數(shù)的傅氏變換也是鐘形函數(shù)傅立葉變換可見鐘形函數(shù)的傅氏變換也是鐘形函數(shù)傅立葉變換

傅立葉變換從光纖的頻域特性來描述,是把光纖看作一個有一定帶寬B的傳輸“網(wǎng)絡(luò)”．通常把調(diào)制信號經(jīng)過光纖傳播后，光功率下降一半(即3dB)時的頻率(fc)的大小，定義為光纖的帶寬(B)。光纖的頻域描述光纖頻率傳遞函數(shù)H(w)從光纖的頻域特性來描述,是把光纖看作一個有一定帶寬B的傳輸Po(w)

＝Pi(w)H(w)H(w)-wcwcH(w)X(w)Y(w)色散的頻域描述當(dāng)一個光脈沖通過光纖這個“網(wǎng)絡(luò)”時，這個光脈沖的頻率成分就受這個“網(wǎng)絡(luò)”的限制，在這個“網(wǎng)絡(luò)”帶寬以外的頻率成分將被抑制掉，從而光脈沖出現(xiàn)了失真或H(w)

＝Po(w)/Pi(w)Po(w)＝Pi(w)H(w)H(w)-wcwcH(w)X帶寬和色散的關(guān)系可用下式表示：光纖的色散和帶寬的關(guān)系式中，Dt為光脈沖通過單位長度光纖后的展寬(ps)。對于模內(nèi)色散，Dt＝

s（l）Dl，s（l）(單位ps/km·nm)為色散系數(shù),Dl為光源半功率點(diǎn)的譜線寬度。帶寬和色散的關(guān)系可用下式表示：光纖的色散和帶寬的關(guān)系式中，光纖色散的測量是測量光纖對信號展寬的程度。由上可知，光纖帶寬與脈沖展寬在實(shí)質(zhì)上是一致的。光脈沖變寬是色散在時域的反映。光纖帶寬是色散在頻域的反映。因此，色散的測試方法有時域法和頻域法兩種。色散的測量方法光纖色散的測量是測量光纖對信號展寬的程度。由上可知，光纖帶寬時域法——又稱脈沖展寬法。利用測量通過光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖寬度確定光纖的色散。頻域法——又稱掃頻法，通過光纖的頻率響應(yīng)測量帶寬，然后確定色散系數(shù)。此方法采用頻率連續(xù)可調(diào)的正弦被調(diào)制光源做為測試信號源，故也稱為正弦波法或相移法。時域法——又稱脈沖展寬法。利用測量通過光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖注入有兩種方式：滿注入和限制注入．所謂滿注入就是要均勻地激勵起所有的傳導(dǎo)模式，而限制注入就是只激勵起較低損耗的低階模，而適當(dāng)?shù)囊种茡p耗較大的高階模。當(dāng)測量光纖的色散時，采用滿注入方式。滿注入條件是具有均勻空間分布的入射光束近場光斑直徑大于被測光纖的纖芯直徑，遠(yuǎn)場輻射角的數(shù)值孔徑大于被測光纖的數(shù)值孔徑。色散測量的光激勵測量色散多模光纖的注入條件注入有兩種方式：滿注入和限制注入．所謂滿注入就是要均勻地激勵階躍型多模光纖光源透鏡色散測量多模光纖的光注入要求階躍型多模光纖光源透鏡色散測量多模光纖的光注入要求為了使接收端的穩(wěn)態(tài)功率分布符合滿注入條件，應(yīng)使用擾模器、濾模器和包層模剝除器來實(shí)現(xiàn)。濾模器和包層模剝除器應(yīng)在距離待測光纖始端約1m處使用。經(jīng)過擾模、濾模和包層模剝除后，離注入端約2m處待測光纖的理想近場和遠(yuǎn)場分布圖應(yīng)與長光纖或接續(xù)光纖終端的近場和遠(yuǎn)場分布圖相似。穩(wěn)態(tài)模功率分布模擬裝置色散測量的光激勵為了使接收端的穩(wěn)態(tài)功率分布符合滿注入條件，應(yīng)使用擾模器、濾模一、時域法一、時域法光纖模內(nèi)色散與模間色散的測量一、光纖模內(nèi)色散的測量由于單模光纖只傳輸一種模式，因而它不存在模間色散，只有模內(nèi)色散，即材料色散和波導(dǎo)色散。通常材料色散比波導(dǎo)色散大兩個量級。但是，在零色散區(qū)，材料色散與波導(dǎo)色散值大致相當(dāng)，只是兩者符號相反。即：l0＝1.3mm處，材料色散近似為零。因而稱l0為零色散點(diǎn)。（注：1.55μ附近，是光纖的最低損耗點(diǎn)）

時域法光纖模內(nèi)色散與模間色散的測量一、光纖模內(nèi)色散的測量由于單模光若在波長l下單位長度的群時延為t(l)，則色散的程度可用色散系數(shù)s(l)來評定。其定義如下:模內(nèi)色散或頻率色散系數(shù)對譜寬為Dl的光源．單位長度光纖的脈沖展寬為:時域法若在波長l下單位長度的群時延為t(l)，則色散的程度可用色散模內(nèi)色散測量方法：s(l)單模光纖的模內(nèi)色散，它是波長的函數(shù)。從原理上講，測量s(l)時，只要觀察脈沖到達(dá)的時間和波長的關(guān)系，即可由上式計算出s(l)。進(jìn)行時域測量，需要一系列可以使用的單色光源或一個波長連續(xù)可調(diào)的光源，還需要一個能測量時間延遲的裝置。時域法模內(nèi)色散測量方法：s(l)單模光纖的模內(nèi)色散，它是波長的函數(shù)時域脈沖延遲測量裝置時域法演示時域脈沖延遲測量裝置時域法演示光纖傳輸延遲與波長的關(guān)系B-3光纖是含有三氧化二硼的梯度光纖，GB-4到GB-6是含有少量三氧化二硼而含有較多的二氧化鍺的梯度光纖，雜質(zhì)含量從GB－4到GB－6逐步增加。時域法零色散點(diǎn)光纖傳輸延遲與波長的關(guān)系B-3光纖是含有三氧化二硼的梯度光纖多模光纖材料色散和波長的關(guān)系時域法零色散多模光纖材料色散和波長的關(guān)系時域法零色散二、模間色散的測量對于多模光纖，模間色散通常占主導(dǎo)地位。通過觀察脈沖展寬可以測量模間色散。脈沖展寬由下式計算：輸入脈沖輸出脈沖時域法二、模間色散的測量對于多模光纖，模間色散通常占主導(dǎo)地位。輸光脈沖要求：窄脈沖且波形接近高斯分布。光注入要求：采用“滿注入”方式。首先用一短光纖將“1”、“2”兩點(diǎn)相連，這時從示波器中得到的波形相當(dāng)于Pin(t)，并測量其寬度Dti,然后再將被測光纖連到“1”，“2”兩點(diǎn)之間，此時從示波器得到Pout(t)波形，并測量它的寬度Dto。由下式計算脈沖的展寬：脈沖展寬測量裝置光脈沖要求：窄脈沖且波形接近高斯分布。脈沖展寬測量裝置二、脈沖展寬的測量誤差分析時域法光脈沖影響測量誤差因素：光源噪聲光電探測器噪聲電路噪聲示波器噪聲讀書誤差二、脈沖展寬的測量誤差分析時域法光脈沖影響測量誤差因素：二、頻域法用正弦波調(diào)制光波來測量光纖色散的方法二、頻域法用正弦波調(diào)制光波來測量光纖色散的方法模內(nèi)色散測量常采用相移法。不同波長的信號經(jīng)過相同光纖傳輸后，因時延Dt不同而導(dǎo)致相位移動不同(wDt或2pfDt)。相移法就是通過測量經(jīng)同一正弦信號調(diào)制后的不同波長的光信號，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的相移差別來確定群時延與波長的關(guān)系，進(jìn)而導(dǎo)出色散系數(shù)的一種方法。頻域法1、模內(nèi)色散測量模內(nèi)色散測量常采用相移法。頻域法1、模內(nèi)色散測量相位法特點(diǎn)：要求的測試設(shè)備較簡單，且正弦信號可采用窄帶濾波放大，有利于提高信噪比，測量準(zhǔn)確度高，因此已被廣泛應(yīng)用。相移法可采用一組發(fā)光二極管作光源，也可采用一組激光器作光源。頻域法相位法特點(diǎn)：頻域法設(shè)正弦調(diào)制信號的頻率為f，被測光纖長度為L，輸入信號的波長分別為l1，l2，…，li(i＝1，2，…)為了測量方便，設(shè)一個參考光波長為lr，則對于輸入不同波長的信號經(jīng)過光纖傳輸后產(chǎn)生的相移差是相對于參考波長而言。設(shè)li和lr間經(jīng)光纖傳輸后的時延差為Dti,相移差為Dfi,通過測量得到Dfi。測量原理所以因?yàn)轭l域法設(shè)正弦調(diào)制信號的頻率為f，被測光纖長度為L，輸入信號的波長分進(jìn)而由s(l)=dt/dl求得該光纖的色散系數(shù)st=A+Bl-4+Cl-3+Dl-2+El4這樣，通過測量不同波長li的Dfi，由上式計算出一組ti—li值，然后進(jìn)行多項式曲線擬合，得出t(l)曲線。*******lt頻域法進(jìn)而由s(l)=dt/dl求得該光纖的色散系數(shù)st=A+B（1）發(fā)光二極管（LED）型測量系統(tǒng)圖是采用一組發(fā)光二極管作光源的測量系統(tǒng)矢量電壓表是能同時測量信號幅度和相位的測量儀器相移法測量系統(tǒng)框圖單色儀信號發(fā)生器LED（1）發(fā)光二極管（LED）型測量系統(tǒng)矢量電壓表是能同時測量信探測器(APD)的波長響應(yīng)要同光源相匹配，這里選用Ge—APD。為了防止不同光功率在探測器中引起的相移，利用可變衰減器使各波長下探測器接收到的光功率大致相等。矢量電壓表的分辨率一般是0.1o,由它測出不同波長下正弦信號的相對相位差。當(dāng)調(diào)制頻率f為30MHz時，該系統(tǒng)的分辨率約為9ps；當(dāng)f為100MHz時，約為3ps。探測器(APD)的波長響應(yīng)要同光源相匹配，這里選用Ge—AP發(fā)光二權(quán)管由頻率f＝30MHz的正弦信號進(jìn)行調(diào)制。寬光譜的調(diào)制光直接經(jīng)尾纖耦合進(jìn)待測單模光纖(也可經(jīng)透鏡耦合)。出射光由單色儀分出Dl=6nm，中心波長為li單色光再經(jīng)透鏡會聚到探測器的光敏面。探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大器放大后送到矢量電壓表。參考信號取自信號發(fā)生器，矢量電壓去測得的fi(l)數(shù)據(jù)送入計算機(jī)。利用式(4—33)擬合這些數(shù)據(jù)得出曲線。由式(4—34)可得到s(l)曲線。通過色散系數(shù)s(l)曲線可確定零色散波長。測量過程發(fā)光二權(quán)管由頻率f＝30MHz的正弦信號進(jìn)行調(diào)制。寬光譜的相對時延與被長的關(guān)系和相應(yīng)的色散系數(shù)曲線L=1360m相對時延與被長的關(guān)系和相應(yīng)的色散系數(shù)曲線L=1360m

2、激光器型測量系統(tǒng)激光器型裝置的特點(diǎn)是用一組半導(dǎo)體激光器作為光源。激光器的譜寬很小，一般小于6nm，因此，不需要單色儀選取波長。其測量原理和數(shù)據(jù)處理方法完全與發(fā)光二極管型相同。

2、激光器型測量系統(tǒng)（2）激光器型相移法測量系統(tǒng)圖（2）激光器型相移法測量系統(tǒng)圖2、模間色散測量通過連續(xù)改變調(diào)制信號的頻率并測定光纖輸入和輸出的信號幅度，可以得到光纖的頻率響應(yīng)，對光電探測器輸出的電信號進(jìn)行測量時，通常使用頻譜分析儀或矢量電壓表。頻譜分析儀可測量光纖基帶響應(yīng)的幅頻特性，矢量電壓表可同時測量光纖基帶響應(yīng)的幅頻和相頻特性。2、模間色散測量通過連續(xù)改變調(diào)制信號的頻率并測定光纖輸入和輸切斷法光纖帶寬掃頻測試系統(tǒng)切斷法光纖帶寬掃頻測試系統(tǒng)圖4－17并與第二步的長光纖掃頻測量結(jié)果相減。其差值由寄存器輸出，并由x—y函數(shù)記錄儀繪出基帶頻響的幅頻曲線。幅頻曲線的－6dB(電帶寬)點(diǎn)對應(yīng)的頻率為測得的光纖帶寬B。測量步驟：第一、用一段短光纖連接E／O與O／E，以便調(diào)節(jié)發(fā)射功率使接收設(shè)備工作在線性范圍內(nèi)。第二、接入被測光纖并進(jìn)行同步掃頻測量。掃頻范圍應(yīng)超過被測光纖的帶寬。頻譜儀測量的結(jié)果以分貝數(shù)存儲在寄存器中。第三、保持注入條件不變，在距注入端約2米處截斷光纖，并對此短光纖進(jìn)行同樣的掃頻測量。頻譜分析的結(jié)果送入寄存器，圖4－17并與第二步的長光纖掃頻測量結(jié)果相減。其差值由寄存器光纖頻率傳遞函數(shù)H(f)帶寬和色散的關(guān)系Dt的單位ps光纖頻率傳遞函數(shù)H(f)帶寬和色散的關(guān)系Dt的單位ps插入法光纖帶寬掃頻測試系統(tǒng)插入法光纖帶寬掃頻測試系統(tǒng)時域法和頻域法的比較時間延遲脈沖展寬測光纖的基帶響應(yīng)極窄的脈沖可調(diào)信號源時域法和頻域法的比較時間延遲脈沖展寬測光纖的基帶響應(yīng)極窄的脈（1）時域法測光纖色散是觀察脈沖光信號通過光纖后的時間延遲或脈沖展寬。頻域法是使用不同頻率的正弦波調(diào)制光信號．測得光纖的基帶響應(yīng)。（2）時域法要求產(chǎn)生和探測極窄的脈沖，而頻域法需要一個從低頻到高頻的可調(diào)信號源用以驅(qū)動激光器或發(fā)光管。（3）在測量準(zhǔn)確度方面，頻域法優(yōu)于時域法。在實(shí)際測量中，由于輸入脈沖本身或光輸出探測器等原因，檢測到的脈沖不可能很窄。因此，如用頻域法來測量，只要根據(jù)H(w)＝Po(w)／Pi(w),測量在光纖輸入端和輸出端的頻率響應(yīng)，并求它們的商，就可以得到光纖的基帶響應(yīng)的幅值。時域法和頻域法的比較（1）時域法測光纖色散是觀察脈沖光信號通過光纖后的時1、光纖損耗的測量是測量光波沿光纖傳輸時，每公里光功率的衰減減情況。測量方法有截斷法、插入法和后向散射法。對于單模光纖與多模光纖來說．測量時的注入系統(tǒng)是不同的．單模光纖需要濾模器．當(dāng)光纖的涂敷層折射率低于包層的折射率時．還需要包層模剝除器．多模光纖除需上述器件外，還需擾模器。2、光纖色散的測量是測量光纖對信號展寬的程度。多模光纖中模式色散起主要作用，且色散程度較大。通過測量多模光纖的帶寬或脈沖展寬來測量多模光纖的色散程度。它的測量方法有時域法和頻域法．單模光纖中只存在材料色散和波導(dǎo)色散，色散程度要比多模光纖小的多，可以通過測量單模光纖的色散系數(shù)來確定單模光纖的色散程度．它的測量方法有相移法和脈沖時延法。光纖參數(shù)的測量小結(jié)1、光纖損耗的測量是測量光波沿光纖傳輸時，每公里光功率的衰減3、當(dāng)測量光纖的損耗時，采用限制注入方式，因?yàn)閾p耗較大的高階模的注入，會由于被測光纖長度不同而使輸出光功率不同，從而產(chǎn)生測量誤差；當(dāng)測量光纖的色散時，則采用滿注入方式，因?yàn)樯⒌臏y量是由光脈沖通過光纖傳輸后脈沖時間的展寬來確定的，如果采用限制注入，會使功率在不同模式上的分布產(chǎn)生較大變化，致使光脈沖的展寬程度不同，測量結(jié)果就不準(zhǔn)確．3、當(dāng)測量光纖的損耗時，采用限制注入方式，因?yàn)閾p耗較大的高階第四章思考題1、從物理概念來看，色散、脈沖展寬、光纖帶寬三者之間的關(guān)系是什么?2、在測量光纖的損耗和色散時，光注入方式上有什么不同，為什么？3、試比較測量光纖色散的時域法和頻域法。第四章思考題1、從物理概念來看，色散、脈沖展寬、光纖帶通常感興趣的波長范圍是1.2—1.6mm，這里選用了兩個InGaAsP／InP發(fā)光二極管．其峰值波長分別為1.33mm和1.47mm，譜線半寬Dl均為0.1mm左右。用兩個發(fā)光二極管就可覆蓋1.27—1.37mm，1.4—1.57mm的波長范圍，滿足了1.3mm和1.55mm兩個最感興趣的波長范圍。發(fā)光二極管（LED）

返回通常感興趣的波長范圍是1.2—1.6mm，這里選用了兩個In調(diào)制頻率為30MHz。如果采用側(cè)面發(fā)光二極管。正弦調(diào)制信號頻率f可達(dá)90~100MHz．則更有利于提高分辨率。溫度變化可能引起發(fā)光二極管調(diào)制信號的相位變化因此，要將發(fā)光二極管放在恒溫槽中。信號發(fā)生器返回調(diào)制頻率為30MHz。如果采用側(cè)面發(fā)光二極管。正弦調(diào)制信號單色儀工作原理棱鏡式單色儀光學(xué)系統(tǒng)圖F--入射狹縫O1--第一準(zhǔn)直鏡F′--出射狹縫O2--第二準(zhǔn)直鏡M-平面反射鏡P-三棱鏡返回單色儀工作原理棱鏡式單色儀光學(xué)系統(tǒng)圖F--入射狹縫返回相位法相位法相位法返回相位法返回l1t(l1)時延差測量示意參考脈沖l1t(l1)時延差測量示意參考脈沖l2t(l2)時延差測量示意參考脈沖l2t(l2)時延差測量示意參考脈沖l3t(l3)時延差測量示意返回參考脈沖l3t(l3)時延差測量示意返回參考脈沖喇曼效應(yīng)當(dāng)光照射到物質(zhì)上時會發(fā)生非彈性散射，散射光中除有與激發(fā)光波長相同的彈性成分（瑞利散射）外，還有比激發(fā)光波長長的和短的成分，后一現(xiàn)象統(tǒng)稱為喇曼效應(yīng)。由分子振動、固體中的光學(xué)聲子等元激發(fā)與激發(fā)光相互作用產(chǎn)生的非彈性散射稱為喇曼散射，一般把瑞利散射和喇曼散射合起來所形成的光譜稱為喇曼光譜。由于喇曼散射非常弱，所以一直到1928年才被印度物理學(xué)家喇曼等所發(fā)現(xiàn)。喇曼效應(yīng)當(dāng)光照射到物質(zhì)上時會發(fā)生非彈性散射，散射光中除光纖傳感技術(shù)FiberOpticalSensor第四章光纖色散測量MeasurementofFiberDispersion

光纖傳感技術(shù)FiberOpticalSensor第四章

內(nèi)容一、時域法

二、頻域法

三、時域法和頻域法的比較

內(nèi)容一、時域法

二、頻域法光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘枺S傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時延t不同引起的脈沖展寬的物理效應(yīng)。色散主要影響系統(tǒng)的傳輸容量，也對中繼距離有影響。光纖的色散(Dispersion)光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?，隨傳輸距離增加，由于不同成色散引起的脈沖展寬色散引起的脈沖展寬模式色散：多模光纖中，不同模式的光沿著不同的路徑傳輸，各模式群速度不同，因此由多個導(dǎo)膜組成的光脈沖就分解成許多脈沖而產(chǎn)生色散。色散分類模內(nèi)色散模間色散材料色散：材料對不同頻率光的折射率不同而產(chǎn)生的色散波導(dǎo)色散：同一模式下,不同頻率光的群速不同而產(chǎn)生的色散模式色散：多模光纖中，不同模式的光沿著不同的路徑傳輸，各模式光纖的色散可以從光纖的時域特性和頻域特性兩個方面來描述．光脈沖波形在時間上發(fā)生了展寬是從時域特性來描述了光纖的色散效應(yīng)．而光纖的頻域特性，則是把光纖看作一個傳輸“網(wǎng)絡(luò)”．由于網(wǎng)絡(luò)總是有一定帶寬的，所以就用光纖的頻帶寬度來從頻域特性描述光纖的色散效應(yīng)．色散的時域和頻域描述光纖的色散可以從光纖的時域特性和頻域特性兩個方面來描述．光從光纖的時域特性看，色散使光脈沖沿著光纖行進(jìn)一段距離后脈沖變寬。時域描述從光纖的時域特性看，色散使光脈沖沿著光纖行進(jìn)一段距離后脈沖變鐘形函數(shù)2sAf(t)t（高斯分布函數(shù)）鐘形函數(shù)2sAf(t)t（高斯分布函數(shù)）傅立葉變換可見鐘形函數(shù)的傅氏變換也是鐘形函數(shù)傅立葉變換可見鐘形函數(shù)的傅氏變換也是鐘形函數(shù)傅立葉變換

傅立葉變換從光纖的頻域特性來描述,是把光纖看作一個有一定帶寬B的傳輸“網(wǎng)絡(luò)”．通常把調(diào)制信號經(jīng)過光纖傳播后，光功率下降一半(即3dB)時的頻率(fc)的大小，定義為光纖的帶寬(B)。光纖的頻域描述光纖頻率傳遞函數(shù)H(w)從光纖的頻域特性來描述,是把光纖看作一個有一定帶寬B的傳輸Po(w)

＝Pi(w)H(w)H(w)-wcwcH(w)X(w)Y(w)色散的頻域描述當(dāng)一個光脈沖通過光纖這個“網(wǎng)絡(luò)”時，這個光脈沖的頻率成分就受這個“網(wǎng)絡(luò)”的限制，在這個“網(wǎng)絡(luò)”帶寬以外的頻率成分將被抑制掉，從而光脈沖出現(xiàn)了失真或H(w)

＝Po(w)/Pi(w)Po(w)＝Pi(w)H(w)H(w)-wcwcH(w)X帶寬和色散的關(guān)系可用下式表示：光纖的色散和帶寬的關(guān)系式中，Dt為光脈沖通過單位長度光纖后的展寬(ps)。對于模內(nèi)色散，Dt＝

s（l）Dl，s（l）(單位ps/km·nm)為色散系數(shù),Dl為光源半功率點(diǎn)的譜線寬度。帶寬和色散的關(guān)系可用下式表示：光纖的色散和帶寬的關(guān)系式中，光纖色散的測量是測量光纖對信號展寬的程度。由上可知，光纖帶寬與脈沖展寬在實(shí)質(zhì)上是一致的。光脈沖變寬是色散在時域的反映。光纖帶寬是色散在頻域的反映。因此，色散的測試方法有時域法和頻域法兩種。色散的測量方法光纖色散的測量是測量光纖對信號展寬的程度。由上可知，光纖帶寬時域法——又稱脈沖展寬法。利用測量通過光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖寬度確定光纖的色散。頻域法——又稱掃頻法，通過光纖的頻率響應(yīng)測量帶寬，然后確定色散系數(shù)。此方法采用頻率連續(xù)可調(diào)的正弦被調(diào)制光源做為測試信號源，故也稱為正弦波法或相移法。時域法——又稱脈沖展寬法。利用測量通過光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖注入有兩種方式：滿注入和限制注入．所謂滿注入就是要均勻地激勵起所有的傳導(dǎo)模式，而限制注入就是只激勵起較低損耗的低階模，而適當(dāng)?shù)囊种茡p耗較大的高階模。當(dāng)測量光纖的色散時，采用滿注入方式。滿注入條件是具有均勻空間分布的入射光束近場光斑直徑大于被測光纖的纖芯直徑，遠(yuǎn)場輻射角的數(shù)值孔徑大于被測光纖的數(shù)值孔徑。色散測量的光激勵測量色散多模光纖的注入條件注入有兩種方式：滿注入和限制注入．所謂滿注入就是要均勻地激勵階躍型多模光纖光源透鏡色散測量多模光纖的光注入要求階躍型多模光纖光源透鏡色散測量多模光纖的光注入要求為了使接收端的穩(wěn)態(tài)功率分布符合滿注入條件，應(yīng)使用擾模器、濾模器和包層模剝除器來實(shí)現(xiàn)。濾模器和包層模剝除器應(yīng)在距離待測光纖始端約1m處使用。經(jīng)過擾模、濾模和包層模剝除后，離注入端約2m處待測光纖的理想近場和遠(yuǎn)場分布圖應(yīng)與長光纖或接續(xù)光纖終端的近場和遠(yuǎn)場分布圖相似。穩(wěn)態(tài)模功率分布模擬裝置色散測量的光激勵為了使接收端的穩(wěn)態(tài)功率分布符合滿注入條件，應(yīng)使用擾模器、濾模一、時域法一、時域法光纖模內(nèi)色散與模間色散的測量一、光纖模內(nèi)色散的測量由于單模光纖只傳輸一種模式，因而它不存在模間色散，只有模內(nèi)色散，即材料色散和波導(dǎo)色散。通常材料色散比波導(dǎo)色散大兩個量級。但是，在零色散區(qū)，材料色散與波導(dǎo)色散值大致相當(dāng)，只是兩者符號相反。即：l0＝1.3mm處，材料色散近似為零。因而稱l0為零色散點(diǎn)。（注：1.55μ附近，是光纖的最低損耗點(diǎn)）

時域法光纖模內(nèi)色散與模間色散的測量一、光纖模內(nèi)色散的測量由于單模光若在波長l下單位長度的群時延為t(l)，則色散的程度可用色散系數(shù)s(l)來評定。其定義如下:模內(nèi)色散或頻率色散系數(shù)對譜寬為Dl的光源．單位長度光纖的脈沖展寬為:時域法若在波長l下單位長度的群時延為t(l)，則色散的程度可用色散模內(nèi)色散測量方法：s(l)單模光纖的模內(nèi)色散，它是波長的函數(shù)。從原理上講，測量s(l)時，只要觀察脈沖到達(dá)的時間和波長的關(guān)系，即可由上式計算出s(l)。進(jìn)行時域測量，需要一系列可以使用的單色光源或一個波長連續(xù)可調(diào)的光源，還需要一個能測量時間延遲的裝置。時域法模內(nèi)色散測量方法：s(l)單模光纖的模內(nèi)色散，它是波長的函數(shù)時域脈沖延遲測量裝置時域法演示時域脈沖延遲測量裝置時域法演示光纖傳輸延遲與波長的關(guān)系B-3光纖是含有三氧化二硼的梯度光纖，GB-4到GB-6是含有少量三氧化二硼而含有較多的二氧化鍺的梯度光纖，雜質(zhì)含量從GB－4到GB－6逐步增加。時域法零色散點(diǎn)光纖傳輸延遲與波長的關(guān)系B-3光纖是含有三氧化二硼的梯度光纖多模光纖材料色散和波長的關(guān)系時域法零色散多模光纖材料色散和波長的關(guān)系時域法零色散二、模間色散的測量對于多模光纖，模間色散通常占主導(dǎo)地位。通過觀察脈沖展寬可以測量模間色散。脈沖展寬由下式計算：輸入脈沖輸出脈沖時域法二、模間色散的測量對于多模光纖，模間色散通常占主導(dǎo)地位。輸光脈沖要求：窄脈沖且波形接近高斯分布。光注入要求：采用“滿注入”方式。首先用一短光纖將“1”、“2”兩點(diǎn)相連，這時從示波器中得到的波形相當(dāng)于Pin(t)，并測量其寬度Dti,然后再將被測光纖連到“1”，“2”兩點(diǎn)之間，此時從示波器得到Pout(t)波形，并測量它的寬度Dto。由下式計算脈沖的展寬：脈沖展寬測量裝置光脈沖要求：窄脈沖且波形接近高斯分布。脈沖展寬測量裝置二、脈沖展寬的測量誤差分析時域法光脈沖影響測量誤差因素：光源噪聲光電探測器噪聲電路噪聲示波器噪聲讀書誤差二、脈沖展寬的測量誤差分析時域法光脈沖影響測量誤差因素：二、頻域法用正弦波調(diào)制光波來測量光纖色散的方法二、頻域法用正弦波調(diào)制光波來測量光纖色散的方法模內(nèi)色散測量常采用相移法。不同波長的信號經(jīng)過相同光纖傳輸后，因時延Dt不同而導(dǎo)致相位移動不同(wDt或2pfDt)。相移法就是通過測量經(jīng)同一正弦信號調(diào)制后的不同波長的光信號，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的相移差別來確定群時延與波長的關(guān)系，進(jìn)而導(dǎo)出色散系數(shù)的一種方法。頻域法1、模內(nèi)色散測量模內(nèi)色散測量常采用相移法。頻域法1、模內(nèi)色散測量相位法特點(diǎn)：要求的測試設(shè)備較簡單，且正弦信號可采用窄帶濾波放大，有利于提高信噪比，測量準(zhǔn)確度高，因此已被廣泛應(yīng)用。相移法可采用一組發(fā)光二極管作光源，也可采用一組激光器作光源。頻域法相位法特點(diǎn)：頻域法設(shè)正弦調(diào)制信號的頻率為f，被測光纖長度為L，輸入信號的波長分別為l1，l2，…，li(i＝1，2，…)為了測量方便，設(shè)一個參考光波長為lr，則對于輸入不同波長的信號經(jīng)過光纖傳輸后產(chǎn)生的相移差是相對于參考波長而言。設(shè)li和lr間經(jīng)光纖傳輸后的時延差為Dti,相移差為Dfi,通過測量得到Dfi。測量原理所以因?yàn)轭l域法設(shè)正弦調(diào)制信號的頻率為f，被測光纖長度為L，輸入信號的波長分進(jìn)而由s(l)=dt/dl求得該光纖的色散系數(shù)st=A+Bl-4+Cl-3+Dl-2+El4這樣，通過測量不同波長li的Dfi，由上式計算出一組ti—li值，然后進(jìn)行多項式曲線擬合，得出t(l)曲線。*******lt頻域法進(jìn)而由s(l)=dt/dl求得該光纖的色散系數(shù)st=A+B（1）發(fā)光二極管（LED）型測量系統(tǒng)圖是采用一組發(fā)光二極管作光源的測量系統(tǒng)矢量電壓表是能同時測量信號幅度和相位的測量儀器相移法測量系統(tǒng)框圖單色儀信號發(fā)生器LED（1）發(fā)光二極管（LED）型測量系統(tǒng)矢量電壓表是能同時測量信探測器(APD)的波長響應(yīng)要同光源相匹配，這里選用Ge—APD。為了防止不同光功率在探測器中引起的相移，利用可變衰減器使各波長下探測器接收到的光功率大致相等。矢量電壓表的分辨率一般是0.1o,由它測出不同波長下正弦信號的相對相位差。當(dāng)調(diào)制頻率f為30MHz時，該系統(tǒng)的分辨率約為9ps；當(dāng)f為100MHz時，約為3ps。探測器(APD)的波長響應(yīng)要同光源相匹配，這里選用Ge—AP發(fā)光二權(quán)管由頻率f＝30MHz的正弦信號進(jìn)行調(diào)制。寬光譜的調(diào)制光直接經(jīng)尾纖耦合進(jìn)待測單模光纖(也可經(jīng)透鏡耦合)。出射光由單色儀分出Dl=6nm，中心波長為li單色光再經(jīng)透鏡會聚到探測器的光敏面。探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大器放大后送到矢量電壓表。參考信號取自信號發(fā)生器，矢量電壓去測得的fi(l)數(shù)據(jù)送入計算機(jī)。利用式(4—33)擬合這些數(shù)據(jù)得出曲線。由式(4—34)可得到s(l)曲線。通過色散系數(shù)s(l)曲線可確定零色散波長。測量過程發(fā)光二權(quán)管由頻率f＝30MHz的正弦信號進(jìn)行調(diào)制。寬光譜的相對時延與被長的關(guān)系和相應(yīng)的色散系數(shù)曲線L=1360m相對時延與被長的關(guān)系和相應(yīng)的色散系數(shù)曲線L=1360m

2、激光器型測量系統(tǒng)激光器型裝置的特點(diǎn)是用一組半導(dǎo)體激光器作為光源。激光器的譜寬很小，一般小于6nm，因此，不需要單色儀選取波長。其測量原理和數(shù)據(jù)處理方法完全與發(fā)光二極管型相同。

2、激光器型測量系統(tǒng)（2）激光器型相移法測量系統(tǒng)圖（2）激光器型相移法測量系統(tǒng)圖2、模間色散測量通過連續(xù)改變調(diào)制信號的頻率并測定光纖輸入和輸出的信號幅度，可以得到光纖的頻率響應(yīng)，對光電探測器輸出的電信號進(jìn)行測量時，通常使用頻譜分析儀或矢量電壓表。頻譜分析儀可測量光纖基帶響應(yīng)的幅頻特性，矢量電壓表可同時測量光纖基帶響應(yīng)的幅頻和相頻特性。2、模間色散測量通過連續(xù)改變調(diào)制信號的頻率并測定光纖輸入和輸切斷法光纖帶寬掃頻測試系統(tǒng)切斷法光纖帶寬掃頻測試系統(tǒng)圖4－17并與第二步的長光纖掃頻測量結(jié)果相減。其差值由寄存器輸出，并由x—y函數(shù)記錄儀繪出基帶頻響的幅頻曲線。幅頻曲線的－6dB(電帶寬)點(diǎn)對應(yīng)的頻率為測得的光纖帶寬B。測量步驟：第一、用一段短光纖連接E／O與O／E，以便調(diào)節(jié)發(fā)射功率使接收設(shè)備工作在線性范圍內(nèi)。第二、接入被測光纖并進(jìn)行同步掃頻測量。掃頻范圍應(yīng)超過被測光纖的帶寬。頻譜儀測量的結(jié)果以分貝數(shù)存儲在寄存器中。第三、保持注入條件不變，在距注入端約2米處截斷光纖，并對此短光纖進(jìn)行同樣的掃頻測量。頻譜分析的結(jié)果送入寄存器，圖4－17并與第二步的長光纖掃頻測量結(jié)果相減。其差值由寄存器光纖頻率傳遞函數(shù)H(f)帶寬和色散的關(guān)系Dt的單位ps光纖頻率傳遞函數(shù)H(f)帶寬和色散的關(guān)系Dt的單位ps插入法光纖帶寬掃頻測試系統(tǒng)插入法光纖帶寬掃頻測試系統(tǒng)時域法和頻域法的比較時間延遲脈沖展寬測光纖的基帶響應(yīng)極窄的脈沖可調(diào)信號源時域法和頻域法的比較時間延遲脈沖展寬測光纖的基帶響應(yīng)極窄的脈（1）時域法測光纖色散是觀察脈沖光信號通過光纖后的時間延遲或脈沖展寬。頻域法是使用不同頻率的正弦波調(diào)制光信號．測得光纖的基帶響應(yīng)。（2）時域法要求產(chǎn)生和探測極窄的脈沖，而頻域法需要一個從低頻到高頻的可調(diào)信號源用以驅(qū)動激光器或發(fā)光管。（3）在測量準(zhǔn)確度方面，頻域法優(yōu)于時域法。在實(shí)際測量中，由于輸入脈沖本身或光輸出探測器等原因，檢測到的脈沖不可能很窄。因此，如用頻域法來測量，只要根據(jù)H(w)＝Po(w)／Pi(w),測量在光纖輸入端和輸出端的頻率響應(yīng)，并求它們的商，就可以得到光纖的基帶響應(yīng)的幅值。時域法和頻域法的比較（1）時域法測光纖色散是觀察脈沖光信號通過光纖后的時1、光纖損耗的測量是測量光波沿光纖傳輸時，每公里光功率的衰減減情況。測量方法有截斷法、插入法和后向散射法。對于單模光纖與多模光纖來說．測量時的注入