(高清版)GBT 15972.45-2021 光纖試驗(yàn)方法規(guī)范 第45部分：傳輸特性的測量方法和試驗(yàn)程序 模場直徑

光纖試驗(yàn)方法規(guī)范第45部分：傳輸特性的測量方法和試驗(yàn)程序Measurementmethodsandtestprocedures—Modefielddiameter,MOD)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T15972.45—2021 Ⅲ 1 1 1 2 36試驗(yàn)程序 3 3 5附錄A(資料性附錄)本部分與IEC60793-1-45:2017相比的結(jié)構(gòu)變化情況 6附錄B(規(guī)范性附錄)方法A——用直接遠(yuǎn)場法測量模場直徑的特定要求 7附錄C(規(guī)范性附錄)方法B——用遠(yuǎn)場可變孔徑法測量模場直徑的特定要求 9附錄D(規(guī)范性附錄)方法C——用近場掃描法測量模場直徑的特定要求 附錄E(規(guī)范性附錄)方法D——用光時域反射計(jì)測量模場直徑的特定要求 附錄F(資料性附錄)采樣數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果 Ⅲ——第10部分～第19部分：測量方法和試驗(yàn)程序總則(對應(yīng)IEC60793-1-10至IEC60793-1--—第20部分～第29部分：尺寸參數(shù)的測量方法和試驗(yàn)程序(對應(yīng)IEC60793-1-20至IEC60793-——第30部分～第39部分：機(jī)械性能的測量方法和試驗(yàn)程序(對應(yīng)IEC60793-1-30至IEC60793-——第40部分～第49部分：傳輸特性的測量方法和試驗(yàn)程序(對應(yīng)IEC60793-1-40至IEC60793-——第50部分～第59部分：環(huán)境性能的測量方法和試驗(yàn)程序(對應(yīng)IEC60793-1-50至IEC60793-——第40部分：傳輸特性的測量方法和試驗(yàn)程序衰減；——第41部分：傳輸特性的測量方法和試驗(yàn)程序——第42部分：傳輸特性的測量方法和試驗(yàn)程序——第43部分：傳輸特性的測量方法和試驗(yàn)程序——第44部分：傳輸特性的測量方法和試驗(yàn)程序 ——第47部分：傳輸特性的測量方法和試驗(yàn)程序宏彎損耗；——第49部分：傳輸特性的測量方法和試驗(yàn)程序微分模時延。本部分為GB/T15972的第45部分。本部分代替GB/T15972.45—2008《光纖試驗(yàn)方法規(guī)范第45部分：傳輸特性和光學(xué)特性的測量方法和試驗(yàn)程序模場直徑》。本部分與GB/T1-—增加了試驗(yàn)裝置的概述(見4.1);——增加了高階模剝除器中對B6光纖的試樣要求(見4.6);——修改了B1.1至B6類型光纖的試樣長度要求(見5.1,2008年版的5.1);——增加了附錄B中的計(jì)算機(jī)章節(jié)(見B.1.3);——增加了附錄C中對測量B6類光纖的裝置要求(見C.1.2.2);-—刪除了對B3類光纖的裝置要求(見2008年版的B.1.2.2),——修改了表F.1、表F.2及表F.3中的數(shù)據(jù)(見附錄F,2008年版的表E.1、表E.2及表E.3)。本部分使用重新起草法修改采用IEC60793-1-45:2017《光纖第45部分：測量方法和試驗(yàn)程序本部分與IEC60793-1-45:2017相比在結(jié)構(gòu)上有較多調(diào)整，附錄A中列出了本部分與IEC60793-●刪除了IEC60793-2(見IEC文件的第2章);●用修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)的GB/T15972.40—2008代替IEC60793-1-40:2001(見第2章);——刪除了IEC文件第3章“術(shù)語和定義”內(nèi)容和第5章基準(zhǔn)測第3章和第5章); ——將名稱修改為《光纖試驗(yàn)方法規(guī)范第45部分：傳輸特性的測量方法和試驗(yàn)程序模場直1光纖試驗(yàn)方法規(guī)范第45部分：2規(guī)范性引用文件GB/T15972.40—2008光纖試驗(yàn)方法規(guī)范第40部分：傳輸特性和光學(xué)特性的測量方法和試驗(yàn)強(qiáng)分布f2(r)來測定。不同試驗(yàn)方法之間的數(shù)學(xué)等效性如圖1所示?！椒˙:遠(yuǎn)場可變孔徑法；2—方法C:近場掃描法；方法A是測量單模光纖模場直徑的基準(zhǔn)試驗(yàn)方法(RTM)。它直接按照彼得曼第二定義，通過測方法B是測量單模光纖模場直徑的替代試驗(yàn)方法(ATM)。它通過測量光功率穿過不同尺寸孔徑方法C是測量單模光纖模場直徑的替代試驗(yàn)方法(ATM)。它通過測量光纖徑向近場圖計(jì)算出單方法D不適合用作測量未知類型和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)光纖的模場直徑。以上四種方法均適用于工作在1310nm波段或1550nm波段的B類單模光纖。對于方法A、方法B和方法C,應(yīng)采用合適的相對于方法D,見附錄E中的要求。對于方法A、方法B和方法C,所用光注入裝置對于方法D,見附錄E中的要求。應(yīng)采用一種方法濾除大于或等于試樣截止波長范圍內(nèi)的高階模。例如，將被試光纖繞一半徑為30mm的單圈對于大多數(shù)B1.1至B6類型光纖來說通常是足夠的。對于有些彎曲性能更好的B6類光34(1)所示： (1)2Wo——模場直徑，單位為微米(μm);P?(θ)——遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布；用遠(yuǎn)場法測量單模光纖的模場直徑分兩個步驟。首先測量出光纖的遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布，然后根據(jù)Pe-termannⅡ遠(yuǎn)場定義式，用采集到的遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)程序進(jìn)行積分運(yùn)算，計(jì)算模場直徑。附錄F中提供了用直接遠(yuǎn)場掃描法測量時的一組采樣數(shù)據(jù)和模場直徑的計(jì)算結(jié)果。采樣數(shù)據(jù)以疊合遠(yuǎn)場輻射功率Pr(θ)和相應(yīng)的角度函數(shù)θ的形式給出，用這組數(shù)據(jù)可校驗(yàn)已建立的積分運(yùn)算程序的計(jì)算結(jié)果。7.3方法B——遠(yuǎn)場可變孔徑法由遠(yuǎn)場可變孔徑法測得的互補(bǔ)孔徑功率傳輸函數(shù)α(x)確定模場直徑(2W?)的等效式如公式(2) (2)α(x)——互補(bǔ)孔徑功率傳輸函數(shù)，其計(jì)算式如公式(3)所示： (3)P(x)——透過孔徑光闌的光功率，其孔徑半徑為x,或者遠(yuǎn)場測量角為0;P(max)——透過最大孔徑的光闌的光功率。 (4)公式(2)的另一個等效表達(dá)式如公式(5)所示： (5)用遠(yuǎn)場可變孔徑法測量單模光纖的模場直徑分兩個步驟：首先測量出透過不同尺寸孔徑光闌的遠(yuǎn)場輻射光功率，然后用這些遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)程序計(jì)算模場直徑。計(jì)算模場直徑的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是基于公式(1)的彼得曼第二定義。公式(2)和公式(5)可以由公式(1)積分推導(dǎo)求出。7.4方法C——近場掃描法由近場光強(qiáng)分布確定模場直徑(2W?)的等效表達(dá)式如公式(6)所示：5計(jì)算模場直徑的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是基于公式(1)的彼得曼第二定義。近場f(r)和遠(yuǎn)場F(θ)形成一個漢克爾對。通過漢克爾變換和公式Pp=F2(08結(jié)果8.1測量結(jié)果報告6(資料性附錄)本部分與IEC60793-1-45:2017相比的結(jié)構(gòu)變化情況本部分與IEC60793-1-45:2017相比在結(jié)構(gòu)上有部分調(diào)整，具體章條對照情況見表A.1。表A.1本部分與IEC60793-1-45:2017的章條編號對照情況11223468附錄A附錄B附錄A附錄C附錄B附錄D附錄E附錄F7附錄B描述了除第4章規(guī)定要求之外的設(shè)備。直接遠(yuǎn)場掃描法的典型試驗(yàn)裝置如圖B.1所示。尾纖光伏模式的PIN光電二極管，由電流輸入測器光敏面離光纖輸出端面的距離至少要為10mm并保證光檢測器光敏面的遠(yuǎn)場張角不過大。為了B.1.3計(jì)算機(jī)8將準(zhǔn)備好的光纖試樣放入試驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行對中，其輸出端對準(zhǔn)檢測器組件并獲得最大功率。啟動掃描裝置，以不大于0.5°的等距步進(jìn)量進(jìn)行掃描，記錄每一個遠(yuǎn)場角度0;處所對應(yīng)的遠(yuǎn)場光功率P(0?),i為角度的位置序號。根據(jù)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算彼得曼第二定義的積分值，并按7.2中定義式(1)和B.3中的方法，計(jì)算被測試樣的模場直徑。B.3.1疊合遠(yuǎn)場輻射功率數(shù)據(jù)的確定在0≤0;≤0mx的角度范圍內(nèi)，對兩邊相應(yīng)角度數(shù)據(jù)取平均得到疊合遠(yuǎn)場輻射功率，如公式(B.1)所示：式中：Pg(0?)——疊合遠(yuǎn)場輻射功率；P(0;)——作為角度函數(shù)的遠(yuǎn)場輻射功率，0;為弧度值，第i個角度記為0;。B.3.2計(jì)算定義公式(1)中的積分項(xiàng)用數(shù)值近似積分方法計(jì)算公式(1)中的積分項(xiàng)，公式(B.2)和公式(B.3)是用矩形法近似積分的計(jì)算式，采用其他積分方法時的計(jì)算精度不得低于該方法。式中：T——頂端積分值；B——底端積分值；Pp(0?)—疊合遠(yuǎn)場輻射功率；0;——第i個徑向掃描位置上的遠(yuǎn)場測量角(弧度值),其中，dθ=0;+1-0;。B.3.3計(jì)算結(jié)果模場直徑的計(jì)算結(jié)果如公式(B.4)所示。B.4采樣數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果如表F.1所示。9附錄C描述了除第4章規(guī)定要求之外的設(shè)備。遠(yuǎn)場可變孔徑法的典型試驗(yàn)裝置如圖C.1所示。單色儀或單色儀或(必要時)0由不同尺寸圓形孔徑組成的裝置(如孔徑輪)離光纖輸出端的距離至少為100Wo2/λ,這些孔徑一C.1.2.2測量B1類和B6類光纖的裝置要求遠(yuǎn)場可變孔徑法對模場直徑的測量精度與試驗(yàn)裝置的最大數(shù)值孔徑有關(guān)。對于B1類和B6類光纖，當(dāng)試驗(yàn)裝置的最大數(shù)值孔徑為0.25時，典型誤差為1%或更小。a)應(yīng)采用最大數(shù)值孔徑不小于0.35的試驗(yàn)裝置；徑不小于0.35的試驗(yàn)裝置)測量結(jié)果之間的關(guān)系。C.1.2.3測量B2、B4和B5類光纖的裝置要求對模場直徑等于或大于6μm的光纖，試驗(yàn)裝置的最大數(shù)值孔徑應(yīng)不小于0.40。C.1.3輸出光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)采用透鏡對、反光鏡或其他合適的裝置來匯聚穿過孔徑的全部傳輸光，并將其耦合至光檢測器。C.1.4檢測器組件和信號檢測電子系統(tǒng)應(yīng)采用在測量波長范圍內(nèi)對輸出光輻射靈敏的、在接收的光強(qiáng)范圍內(nèi)線性的光檢測器。典型的系統(tǒng)可包括鍺或銦鎵砷光電二極管和電流輸入前置放大器，并用鎖相放大器進(jìn)行同步檢測。通常需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。C.2程序C.2.1將制備好的試樣放入輸入和輸出對中裝置上，并將光纖輸出端調(diào)整到離孔徑組件距離正確的固定位置上。C.2.2將孔徑組件設(shè)置到一個小孔徑，使孔徑與遠(yuǎn)場圖對中，得到最大檢測光功率。C.2.3對每個孔徑測量光功率P(0)。C.2.4重復(fù)測試每個指定波長的光功率。C.2.5按7.3中模場直徑的等效式(2)計(jì)算出被測試樣的模場直徑。C.3.1確定互補(bǔ)孔徑功率傳輸函數(shù)確定每一個孔的互補(bǔ)孔徑功率傳輸函數(shù)，如公式(C.1)所示：P(θ)——作為角度函數(shù)的孔徑光闌的透光功率，第i個孔的角度記為θ;。C.3.2積分項(xiàng)計(jì)算用數(shù)值近似積分方法計(jì)算公式(5)中的積分項(xiàng)，公式(C.2)是計(jì)算該積分項(xiàng)的一種方法，采用其他積分方法時的計(jì)算精度不得低于該方法。式中：α(θ;)——用公式(C.1)計(jì)算的互補(bǔ)孔C.3.3計(jì)算結(jié)果模場直徑的計(jì)算結(jié)果如公式(C.3)所示。采樣數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果如表F.2所示。D.1裝置附錄D描述了除第4章規(guī)定要求之外的設(shè)備。近場掃描法的典型試驗(yàn)裝置如圖D.1所示。注入注入平面上。此光學(xué)系統(tǒng)不應(yīng)限制成像的數(shù)值孔徑(NA),光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑應(yīng)大于光纖輸出光輻射的最大數(shù)值孔徑。對于B2類和B3類光纖，光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑應(yīng)不小于0.45,對Ba)用掃描尾纖對輸出場圖進(jìn)行掃描的固定光檢測器，或者帶針孔的掃描光檢測器。D.2程序D.2.3根據(jù)7.4中模場直徑等效式(6),用光纖輸出端面上的近場光強(qiáng)分布f2(r)計(jì)算出被測試樣模場直徑。應(yīng)按D.3中的要求考慮放大光學(xué)系統(tǒng)的放大率和實(shí)際坐標(biāo)r的影響。D.2.4放大光學(xué)系統(tǒng)的放大率應(yīng)和掃描系統(tǒng)一起定期進(jìn)行測量。應(yīng)使用合適的經(jīng)過校準(zhǔn)的光柵進(jìn)行率和實(shí)際坐標(biāo)r。D.3計(jì)算D.3.2疊合近場功率分布f2(r;)、f2(r_i)———每一掃描點(diǎn)上的近場功率。D.3.3積分項(xiàng)計(jì)算用數(shù)值近似積分方法計(jì)算式(6)中的積分項(xiàng)，公式(D.3)和公式(D.4)是計(jì)算該積分項(xiàng)的一種方法，采用其他積分方法時的計(jì)算精度不得低于該方法。f2(r;)———疊合近場功率。式中：D.3.4計(jì)算結(jié)果模場直徑的計(jì)算結(jié)果如公式(D.5)所示。D.4采樣數(shù)據(jù)采樣數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果如表F.3所示。本附錄描述用雙向后向散射技術(shù)(使用光時域反射計(jì))的測量結(jié)果計(jì)算光纖端面上模場直徑的用OTDR測量模場直徑時僅限于在被測量樣品與參考樣品的接頭處進(jìn)行，這是因OTDR的測量是非線性的。OTDR的非線性度指標(biāo)通常由儀器制造商提供。雖然典型的線性度大小對衰減系數(shù)的波長的偏差應(yīng)在±2nm以內(nèi)，若偏差達(dá)到2.5nm,則在1310nm和1550nm波長引起的測量結(jié)果誤可使用光開關(guān)提高測量效率，圖E.1是用被測光纖接頭A接頭BE.2.4試驗(yàn)樣品纖兩端應(yīng)留出一定長度以便于測量。對試樣進(jìn)一步的要求見GB/T15972.40。E.2.5參考樣品可以通過測量如圖E.1中所示的接頭A或接頭B的后向散射損耗特性來測定試樣的模場直徑，