4第四章 光纤的特征参数和测试技术
光纤通信知识点归纳
第1章概述1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
光纤通信工作波长在于近红外区：0.8～1.8μm的波长区，对应频率: 167～375THz。
对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、1.31μm及1.55μm。
2、光纤通信系统的基本组成：（P2图1-3）目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。
该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。
1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。
2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。
3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。
特性参数：灵敏度4）一般地，大容量、长距离光纤传输: 单模光纤+半导体激光器LD小容量、短距离光纤传输: 多模光纤+半导体发光二极管LED5）光纤线路系统：功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
组成：光纤、光纤接头和光纤连接器要求：较小的损耗和色散参数3、光纤通信的特点：优点：（1），传输频带宽，通信容量大。
（2）传输损耗小，中继距离长：石英光纤损耗低达0.19 dB/km，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。
（3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。
（4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。
（5）体积小、重量轻。
（6）原材料来源丰富、价格低廉。
缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。
第四章-光纤简介
子午光线的传播
子午面：通过光纤中心 轴的任何平面。 子午线：位于子午面内 的光线。
n0
n2 n1
子午光线的入射光线、反射光线和分界面的法线三者均在子午面内。 要使光能完全限制在光纤内传输，则应使光线在纤芯－包层分界面上的 入射角 大于或等于临界角 0，即 n sin 0 ＝ 2 ， ≥ 0 ＝ arcsin [n2/n1] n
四 光纤器件
光纤耦合器
当两光纤纤芯相互充分靠近时，通过包层中消逝场的互相 渗透而产生光纤间能量的耦合，其中一部分变为传输模， 这就使得功率可以互易地从一根光纤转换到另一根光纤中 去，功率转移比由纤芯距离和相互作用长度决定。
制作光纤耦合器的方法：熔拉法和磨抛法
磨抛型单模光纤定向耦合器
光纤与光源的耦合
Mach-Zehnder 光纤滤波器
PZT 1 L + L 3
2
3dB耦合器
2、波导色散：由于某一传播模的群速度对于光的频率（或波长）不是常数， 同时光源的谱线又有一定的宽度，因而产生波导色散。
3、材料色散：由于光纤材料的折射率随入射光频率变化而产生的色散。
4、偏振模色散：一般的单模光纤中都同时存在两个正交模式。若光纤的结 构为完全的轴对称，则这两个正交偏振模在光纤中的传播 速度相同，即有相同的群延迟，故无色散。实际的光纤必 然会有一些轴的不对称，因而两正交模有不同的群延迟， 这种现象称之为偏振模色散。
a--纤芯半径，=1~ 10时，趋近阶跃型 r a 当» 当=1时，三角型（色散位移） r a 当=2时，平方律分布
相对折射率差
2 n12 n2 n1 n2 2 2n1 n1
在石英光纤中 n1 1.5
0.01
光缆的测试专题教育课件
X为中继段中固定接头旳数量；
ac为连接器旳平均插入损耗（dB）； Y为中继段中连接器旳数量（光发送 机至光接受机数字配线架（ODF）间旳活 接头）。
图1.12 中继段光纤线路损耗构成示意图
（2）测量措施
图1.19 发送光功率测试措施
4．系统接受敏捷度与动态范
围旳测试
图1.20 系统接受敏捷度与动态范围旳测试
图1.21 光接受敏捷度（动态范围）测试
表 6-4-2 观察到一个误码所需的最小单元观察时间
码速 观察时间 误码率
<10-9
2M
8M
34M
8 分钟 2 分钟 0.5 分钟
140M 0.12 分钟
<10-10 <10-11
5 分钟
1.2 分钟 12 分钟
5．系统富裕度及其测试
图1.22 中继段光链路旳充裕度分配
图1.5 后向散射法测得旳衰减曲线
AB间旳长度（距离）为
L＝ c0 ·t (m)
n(l) 2
（2）测量装置及各部分作用
后向散射法所用旳装置就是光时域反 射计OTDR构成如图1.6所示。
图1.6 OTDR旳构成方框图
（3）测量措施
图1.7 OTDR衰减曲线
3．插入损耗法
（1）测量原理
测量原理类似于截断法，只但是插 入损耗法用带活接头旳连接软线替代短光 纤进行参照测量，计算在预先相互连接旳 注入系统和接受系统之间（参照条件）因 插入被测光纤引起旳功率损耗。
② 测量装置
图1.13 脉冲时延法旳测量装置
③ 测试环节
a．参照光纤旳测量 b．被测光纤旳测量
光纤测试方案
光纤测试方案在现代通信领域中，光纤技术已经成为了网络连接的主要手段之一。
为了确保光纤网络的稳定性和高效性，需要进行光纤测试。
本文将介绍一种光纤测试方案，以保证光纤网络的质量和性能。
一、光纤测试的背景光纤是一种利用光的传输介质，具有高带宽、低延迟和较低的信号损耗等诸多优点。
然而，由于安装和使用不当、损耗等因素的影响，光纤网络的性能可能会受到影响。
因此，进行光纤测试是必不可少的。
二、光纤测试的目的光纤测试的目的在于检测光信号在光纤中的传输质量和性能，以确保光纤网络的正常运行。
通过测试，可以获取以下信息：1.光纤的传输损耗：用于评估光信号在传输过程中的损失程度，以确定网络中是否存在光信号丢失的问题。
2.光纤的反射损耗：用于评估光信号在光纤连接部分的反射情况，以确定光纤连接的质量。
3.光纤的衰减情况：用于评估光信号在光纤中的衰减程度，以确定是否需要增加信号放大器来增强信号。
4.光纤的带宽：用于评估光纤的传输能力，以确定光纤网络的最大传输速率。
三、1.选择合适的测试仪器：根据实际需求和预算，选择适合的光纤测试仪器。
常用的测试仪器包括OTDR（光时域反射仪）、光波长计、光功率计等。
2.准备测试环境：在进行光纤测试前，确保测试环境符合要求。
避免光纤连接部分存在灰尘、污垢等影响测试结果的因素。
3.进行光纤测试：根据需要，选择不同的测试方法和仪器进行光纤测试。
可以通过OTDR来检测光纤的传输损耗和衰减情况，通过光波长计来测量反射损耗和带宽。
4.分析测试结果：根据测试结果，分析光纤网络存在的问题，并采取相应的措施进行修复或优化。
例如，发现存在反射损耗过大的情况，可以重新清洁和连接光纤。
5.定期维护和测试：光纤网络在长期使用过程中可能会出现各种问题，因此需要进行定期的维护和测试，以保证网络的稳定性和可靠性。
四、光纤测试的意义1.确保网络质量：通过光纤测试，可以及时发现并解决网络中的问题，保证光纤网络的稳定性和高效性。
光纤特性及传输试验
光纤特性及传输实验在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进 行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后 的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹 的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率 资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通 信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波 和亚毫米波时遇到了困难。
光波波长比微波短得多，用光波作载波，其潜在的通信容量是微波通信 无法比拟的，光纤通信就是用光波作载波，用光纤传输光信号的通信方式。
与用电缆传输电信号相比，光纤通信具有通信容量大、传输距离长、价格低廉、重量轻、易敷 设、抗干扰、保密性好等优点，已成为固定通信网的主要传输技术，帮助我们的社会成功发展至信 息社会。
实验目的1 . 了解光纤通信的原理及基本特性。
2 .测量半导体激光器的伏安特性，电光转换特性。
3 .测量光电二极管的伏安特性。
4 .基带（幅度）调制传输实验。
5 .频率调制传输实验。
6 .音频信号传输实验。
7 .数字信号传输实验。
实验原理1.光纤光纤是由纤芯、包层、防护层组成的同心圆柱体，横 截面如图1所示。
纤芯与包层材料大多为高纯度的石英玻 璃，通过掺杂使纤芯折射率大于包层折射率，形成一种光 波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输。
若纤芯的 折射率分布是均匀的，在纤芯与包层的界面处折射率突变， 称为阶跃型光纤：若纤芯从中心的高折射率逐渐变到边缘 与包层折射率一致，称为渐变型光纤。
若纤芯直径小于 1011m ，只有一种模式的光波能在光纤中传播，称为单模光纤。
若纤芯直径5011m 左右，有多个模式的光波能在光纤中传播，称为多模光纤。
防护层由缓冲涂层、加强材料涂覆层及套塑层组成。
单模光纤的参数及理论分析
单模光纤的特性参数及特性的理论分析陆锐勇 2009012303皖西学院信息工程学院通信工程2009级02班摘要：本文通过在理论上对单模光纤的特征参数（即影响单模光纤的传输效率因素），以及衰减特性的分析。
在单模光纤中存在弯缩损耗，材料对信号的吸收及模内色散等现象。
并结合实际应用的技术规范，对单模光纤的生产要求和研发趋势进行简单的总结和概述。
关键词：单模光纤、色散、宏弯损耗、微弯损耗、吸收Abstract: Based in theory of single mode fiber characteristic parameters (i.e. the effects of single mode optical fiber transmission efficiency factors ), and attenuation characteristics analysis. In a single-mode fiber in the presence of bending loss, material absorbs the signal and intramode dispersion phenomenon. Combined with the practical application of the technical specification for single-mode fiber, the production requirements and development trend for simple summary and overview.Key words: A single-mode optical fiber, dispersion, macro bending loss, microbending loss, absorption一、光纤的介绍光纤是一种高度透明的玻璃丝，由二氧化硅等高纯度玻璃经复杂的工艺拉丝制成。
光纤测试方法
光纤测试方法光纤测试是指对光纤通信系统中的光纤、光纤连接器、光纤连接器和其他相关设备进行测试的过程。
光纤测试的主要目的是确保光纤通信系统的性能和可靠性，以及及时发现和排除潜在的故障问题。
在光纤通信系统中，光纤测试是非常重要的一环，它直接关系到光纤通信系统的正常运行和通信质量。
一、光纤测试的基本原理。
光纤测试的基本原理是利用光纤测试仪器对光纤通信系统中的光纤进行测试，通过测试仪器测量光纤的损耗、衰减、反射损耗等参数，从而判断光纤通信系统的性能和质量。
光纤测试仪器主要包括光源、光功率计、光纤反射损耗测试仪、光时间域反射仪等。
二、光纤测试的方法和步骤。
1. 光纤损耗测试。
光纤损耗测试是光纤测试中的重要环节，它主要用于测量光纤中的光信号传输过程中的损耗情况。
光纤损耗测试的方法包括端到端测试法、回波损耗测试法和光时间域反射测试法。
在进行光纤损耗测试时，需要注意保持光纤的清洁和光纤连接器的良好状态，以确保测试结果的准确性。
2. 光纤衰减测试。
光纤衰减测试是用于测量光纤中的光信号在传输过程中的衰减情况。
光纤衰减测试的方法包括单端测试法和双端测试法。
在进行光纤衰减测试时，需要注意选择合适的测试仪器和测试方法，以确保测试结果的准确性。
3. 光纤反射损耗测试。
光纤反射损耗测试是用于测量光纤连接器和光纤连接器之间的反射损耗情况。
光纤反射损耗测试的方法包括单端测试法和双端测试法。
在进行光纤反射损耗测试时，需要注意保持光纤连接器的清洁和良好状态，以确保测试结果的准确性。
4. 光纤时间域反射测试。
光纤时间域反射测试是用于测量光纤中的故障点和连接器之间的反射损耗情况。
光纤时间域反射测试的方法包括单端测试法和双端测试法。
在进行光纤时间域反射测试时，需要注意选择合适的测试仪器和测试方法，以确保测试结果的准确性。
三、光纤测试的注意事项。
1. 在进行光纤测试时，需要注意选择合适的测试仪器和测试方法，以确保测试结果的准确性。
2. 在进行光纤测试时，需要注意保持光纤和光纤连接器的清洁和良好状态，以确保测试结果的准确性。
光纤原理基本实验报告
一、实验目的1. 了解光纤的基本结构和工作原理。
2. 掌握光纤的传输特性，包括损耗、色散和模式色散。
3. 学习光纤的连接方法和测试技术。
4. 熟悉光纤通信系统的基本组成。
二、实验原理光纤是一种利用光的全反射原理进行信息传输的介质。
它主要由纤芯、包层和涂覆层组成。
当光线从高折射率的纤芯射向低折射率的包层时，如果入射角大于临界角，光线将被完全反射回纤芯，从而实现光信号的传输。
三、实验仪器1. 光纤通信实验装置2. 光功率计3. 光纤熔接机4. 光纤连接器5. 双踪示波器四、实验内容1. 光纤基本结构观察通过实验装置观察光纤的基本结构，了解纤芯、包层和涂覆层的材料、形状和尺寸。
2. 光纤传输特性测试（1）光纤损耗测试使用光功率计测量不同长度光纤的传输损耗，分析光纤损耗与长度的关系。
（2）光纤色散测试使用光功率计和双踪示波器测试光纤的模式色散和色度色散，分析光纤的传输特性。
3. 光纤连接学习光纤熔接机和光纤连接器的使用方法，进行光纤的连接实验。
4. 光纤通信系统测试构建简单的光纤通信系统，测试系统的性能。
五、实验步骤1. 光纤基本结构观察将光纤通信实验装置中的光纤取出，仔细观察其结构，记录纤芯、包层和涂覆层的材料、形状和尺寸。
2. 光纤损耗测试（1）将光纤一端连接到光功率计，另一端连接到光发射器。
（2）调整光发射器的输出功率，记录光功率计的读数。
（3）改变光纤的长度，重复步骤（2），记录不同长度光纤的传输损耗。
3. 光纤色散测试（1）将光纤一端连接到光功率计，另一端连接到光发射器。
（2）调整光发射器的输出功率和波长，记录光功率计的读数。
（3）改变光纤的长度，重复步骤（2），分析光纤的模式色散和色度色散。
4. 光纤连接（1）将两根光纤一端分别连接到光纤熔接机的两个夹具中。
（2）调整熔接机的参数，进行光纤熔接。
（3）将熔接好的光纤连接到光纤连接器中。
5. 光纤通信系统测试（1）构建简单的光纤通信系统，包括光发射器、光纤、光接收器和终端设备。
第4章-波长调制型光纤传感器
E＝86.5×109
E＝90×109
E＝110×109
E＝120×109
1.02
1.04
1.06
1.08
0 2 4 6 8 10 ×103 涂层厚度（μm）
应力灵敏度系数 (10-11/(N/m2))
光纤光栅传感器 优点： 抗干扰能力强，稳定、可靠 传感头结构简单、体积小 测量重复性好 可实现绝对测量 便于规模生产、成网 不足：解调系统昂贵、动态范围受限
光纤的光敏性
历史 1978年，加拿大K.O.Hill，488nm 1989年，美国G.Meltz，244nm（倍频）,通信窗口的FBG 载氢掺锗 光敏性的解释：色心模型紫外辐射玻璃的压缩 光敏性类型： I型光栅－通信锗硅光纤，Δn>0 IIA型光栅－重掺锗光纤，I型被擦除后，负调制折射率深度 II型光栅－透射谱为高通，温度稳定性高，擦除800℃ 光栅的生命周期与稳定性
光纤传感器用于智能结构的一些问题
光纤传感器的复用 由多个点式传感器和（或）多个积分式传感器，和（或）多个分布式传感器构成的一个复杂的传感系统 与智能结构的兼容性 在智能结构中的分布 在智能结构中应用的工艺研究
传光型波长调制光纤传感器
荧光、磷光光谱 关键 光源和频谱分析器的性能系统的稳定性和分辨率 光源：白炽灯、汞弧灯 频谱分析仪：光栅、棱镜分光计；干涉和染料滤光器 稳定性: 比值运算，补偿系统误差 主要应用-医学、化学等领域。 人体血气的分析、pH值检测 指示剂溶液浓度的化学分析 磷光和荧光现象分析 黑体辐射分析 法布里一帕罗滤光器等
弹光效应
弹性变形
横向应力作用
纵向应力作用
5.5 波长调制机理
灵敏度：1 1pm 测量范围：1％ 频率响应：可达1MHz
通信光缆的基础知识
工程规划设计部
0
通信光缆的基础知识
第一章 光缆基础知识
第二章 光缆的设计和结构
第三章 光缆分类
第四章 光缆的选型
第五章 光缆的性能和测试
1
光缆基础知识 带宽需求
上网 144 Kbps 在线音乐 160 Kbps 视频点播 (全屏) 600 Kbps - 1.5 Mbps 高清晰视频 2.5 - 3.5 Mbps 商务 2 – 30 Mbps
移 (mm)
0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
25
通信光缆的基础知识
第一章 光缆基础知识
第二章 光缆的设计和结构
第三章 光缆分类
第四章 光缆的选型
第五章 光缆的性能和测试
26
光缆分类 光缆型号的编制方法
ⅠⅡⅢⅣⅤ
分类
加强构件
光缆结构特性 护套 外护套
•
型号的构成
光缆型号由光缆形式的代号和规格的代号构成，用一空格号分隔开。 • 形式的构成
WEB
Music
Live Events Training
Broadcast & Pay Per View
Business
2
光缆基础知识
高效 可靠
经济
3
光缆基础知识
光纤光缆的特点
传输介 质 带宽 MHz 衰减系数 中继距 dB/km 离km 抗电磁 尺寸与重 敷设安 量 装 干扰性 能 接续
对绞线
5
光缆基础知识
光纤/套管色谱 1.光纤色谱
国标色谱:蓝\桔\绿\棕\灰\白\红\黑\黄\紫\粉\水绿 国标色谱W:蓝\桔\绿\棕\灰\本\红\黑\黄\紫\粉\水绿
光纤传感作业答案
第一章：概述1、进一步对比光纤传感器与其它传感器，总结出光纤传感器的独特性质。
答：（1）与传统的各类传感器相比，光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质，具有光纤及光学测量的特点，有一系列独特的优点。
电绝缘性能好，抗电磁干扰能力强，非侵入性，高灵敏度，容易实现对被测信号的远距离监控，耐腐蚀，防爆，光路有可挠曲性，便于与计算机联接。
（2）特点如下：a、灵敏度较高；b、几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；c、可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；d、可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境；e、而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。
2、查资料，解释“The Hype Cycle”，并举例说明技术发展的规律。
答：中文名：发展规律周期Hype cycle描述了一项技术从诞生到成熟的过程，并将现有各种技术所处的发展阶段标注在图上，为一些行业的发展作出很好的预测。
分为以下几个阶段：上升期和快速发展期、下降期、爬坡期、稳定应用期。
3、试总结光纤传感技术的发展历史1975年军用及工业应用开发1976年光纤陀螺概念提出；光时域反射计提出1977年美国FOSS计划1979年第一只光纤光栅1980年实验室级别设备1982年光纤水听器海上试验1985年军事传感器开发1987年光子晶体光纤概念出现1990年第一代工业设备1995年石油和天然气首次实地实验2001年首套石油和天然气光纤测试系统2005年全光纤分布式系统出现2011年国产光纤陀螺在天宫一号空间站应用附加：1、数值孔径计的物理意义答：描述光纤收集从光源发出的光的能力，以及利用内反射将光保持在光纤中的能力。
2、光纤中引起损耗的主要因素答：光纤中金属离子和OH-离子引起的吸收损耗；紫外线和红外线引起的本征吸收损耗；制作缺陷导致的散射损耗；本征散射。
1、试说明模式的含义及其特点，并比较光纤中的模式和自由空间的场解。
第四章 强度调制型光纤传感器1
4.2 反射式强度调制
反射式强度调制光纤传感器的缺点：
抗干扰能力差。
因为以光强变化来获取被传感参量变化的信息，测量结 果极易受光源、光纤等引起的光强波动以及探测器和后 续电路产生的电子噪声的影响，存在较大测量误差。 研究表明，环境光干扰、光源的功率波动、光纤的特性 变化、被测面的反射率变化等是影响传感器精度和稳定 性的主要因素。
第四章 强度调制型光纤传感器
4.2 反射式强度调制
光纤倾斜式改进型：
发射和接收光纤的端部各耦合一个渐变折射率光纤(GRIN ) 制成的透镜，该透镜可使光源发出的光会聚成一平行光束 并以入射角θ照射到试件上。接收GRIN透镜放置在镜面反 射的方向上。 若把试件置于某一特定位置
DM，接收光纤能接收到所
第四章 强度调制型光纤传感器
4.2 反射式强度调制
光纤截面的不同排列方式示意图
增大发射亮度和接收光通量
第四章 强度调制型光纤传感器
4.2 反射式强度调制
传统反射式强度调制光纤传感器的缺点：
绝大数含有传感信息的调制光损耗在光纤传感头 和反射面之间，仅有很小一部分调制光被接受光 纤接受并传输至探测器； 灵敏度较低，存在较大测量死区，而且过小的光 纤间距也不易调整，限制了光纤传感器的应用。
光纤技术要求和指标
光纤技术要求和指标光纤技术是一种将信息传输转换为光信号并通过光纤传输的通信技术。
光纤技术具有高速传输、大带宽、低损耗、抗电磁干扰等优点，已广泛应用于各个领域的通信系统中。
为了确保光纤技术的高效稳定运行，有一些关键要求和指标需要满足。
首先，光纤技术需要具备较高的传输速率和带宽。
随着通信需求的不断增长，对数据传输速率和带宽的要求也越来越高。
当前的光纤技术可以支持多个Gbps甚至Tbps级别的传输速率，以满足大量数据的传输需求。
其次，光纤技术需要保证低损耗的传输特性。
光纤作为信息传输的介质，需要具备较低的传输损耗，以保证信号的传输质量。
目前商用的单模光纤可以实现每公里损耗在0.2dB以下，而多模光纤的损耗一般在3dB以下。
这样的低损耗特性有助于提高光信号的传输距离和覆盖范围。
第三，光纤技术需要具备良好的抗电磁干扰能力。
在实际通信环境中，存在各种各样的电磁辐射干扰源，如电线、电器设备等，这些干扰会对信号传输质量产生不利影响。
为了保证光纤传输的稳定性，需要采用一系列的抗干扰措施，如使用合适的光纤材料和金属护套、采取屏蔽措施等。
此外，光纤技术还需要满足一定的安全性要求。
由于光纤传输信号以光信号的形式存在，所以没有电磁泄漏和窃听的风险，使得光纤技术在军事、金融等领域具备更高的安全性。
此外，光纤技术也需要具备一定的机械强度和抗拉性能，以应对安装和运输过程中的各种应力和压力。
最后，光纤技术还需要满足一些其他的要求，如兼容性、稳定性和可靠性等。
光纤技术需要与其他通信设备和系统兼容，以便与现有的网络进行连接和集成。
同时，光纤技术需要具备较高的稳定性和可靠性，能够稳定地工作在各种环境条件下，并且能够长时间保持稳定和可靠的传输性能。
综上所述，光纤技术在实际应用中需要满足多个要求和指标，包括传输速率、带宽、低损耗、抗电磁干扰能力、安全性、机械强度和抗拉性能等。
只有在满足这些要求和指标的前提下，光纤技术才能实现高效稳定的通信传输。
《光纤光学》第二版—更正汇总
⎡ 2 2∆ ⎤ = n1 k 0 ⎢1 − (2m + l + 1)⎥ ⎣ n1 k 0 a ⎦
1/ 2
4 34. P61 式（4.74）改为 M (β ) = π 35. P65 公式（4.91） ， （4.92 ）改为
∫ ∫
0
' lmax
r2
0
⎡ 2 ι2 ⎤ 2 2 ( ) n r k − β − 0 ⎢ r2 ⎥ ⎣ ⎦
1/ 2 1/ 2
31. P55 第 5 行 约束光线存在的条件(4.20) 式 改为 (4.14) 式 ⎛ 2a ⎞ ⎟ 32. P57 式（4.58）改为 W 0 = ⎜ ⎜ n k 2∆ ⎟ ⎝ 1 0 ⎠ 33. P57 式（4.59）改为 β lm ⎛ aλ0 ⎞ ⎟ =⎜ ⎜ n π 2∆ ⎟ ⎝ 1 ⎠
2
(l / U )J l (U ) = (1 / 2)[J l −1 (U ) + J l +1 (U )]
l
1 ⎛U ⎞ 13. P28 公式（3.28）改为 lim J l (U ) = ⎜ ⎟ U →0 ι! ⎝ 2 ⎠ 14. P29 公式（3.30）改为
Kι′(W ) = −
1 [K (W ) + Kι +1 (W )] 2 ι −1
远离截止 TE0m TMom J0=0 J1=0 J1=0
1
0
2.405
3.823
5.520
7.016
8.65410ຫໍສະໝຸດ 17311.792HE1m J0=0 J1=0
1
3.823
5.136
7.016
8.417
10.173
11.620
13.324
光纤特征实验报告
一、实验目的本次实验旨在了解光纤的基本特性，包括其结构、光学特性、传输特性和应用领域。
通过实验，掌握光纤的耦合、传输损耗、色散等关键参数，并了解光纤在实际通信系统中的应用。
二、实验原理光纤是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
光纤具有低损耗、高带宽、抗电磁干扰等优点，广泛应用于通信、传感、医疗等领域。
三、实验仪器与材料1. 光纤耦合器2. 光纤连接器3. 光功率计4. 光源5. 光纤测试平台6. 计算机及测试软件四、实验内容1. 光纤耦合实验（1）将光纤连接器连接到光纤耦合器上，确保连接牢固。
（2）将光源连接到光纤耦合器的一端，另一端连接光纤测试平台。
（3）使用光功率计测量光源输出功率和接收到的功率。
（4）分析耦合效率，计算耦合损耗。
2. 光纤传输损耗实验（1）将光纤连接器连接到光纤耦合器上，确保连接牢固。
（2）将光源连接到光纤耦合器的一端，另一端连接光纤测试平台。
（3）调整光源输出功率，使接收到的功率在光功率计的测量范围内。
（4）记录不同距离处的接收功率，计算光纤传输损耗。
3. 光纤色散实验（1）将光纤连接器连接到光纤耦合器上，确保连接牢固。
（2）将光源连接到光纤耦合器的一端，另一端连接光纤测试平台。
（3）使用光频谱分析仪测量不同波长处的光功率。
（4）分析光纤的色散特性，计算色散参数。
4. 光纤应用实验（1）搭建光纤通信系统，包括光发射模块、光纤、光接收模块和终端设备。
（2）调整系统参数，确保通信质量。
（3）测试通信系统的性能，如误码率、传输速率等。
五、实验结果与分析1. 光纤耦合实验耦合效率为80%，耦合损耗为3.5dB。
2. 光纤传输损耗实验在1km距离内，光纤传输损耗为0.2dB/km。
3. 光纤色散实验单模光纤的色散参数为0.1ps/nm·km。
4. 光纤应用实验通信系统误码率为10^-9，传输速率为10Gbps。
六、结论通过本次实验，我们掌握了光纤的基本特性，包括耦合、传输损耗、色散等。
光纤通信系统第四章PPT课件
.
3
1、光电二极管（PD）
1） PD的工作原理
PIN能带图
光电效应 --受激吸收过程 • 当入射光子能量大于禁带 宽度时，价带上的电子可以 吸收光子而跃迁到导带上， 产生一个电子-空穴对。 • 电子-空穴对在电场的作用 下定向运动，形成光电流。 • 光电二极管工作在反向偏 压下。
.
耗尽区
h > Eg 或 hc / Eg
4
h > Eg
2） PD的工作特性
a) 波长响应范围
定义：
c
hc Eg
124 Eg(eV)
为光电二极管的上截止波长。
Si材料的PD：1.06 m
Ge 或InGaAs材料：1.6~1.7 m
当入射波长太短时，光电转换效率会 下降。
Si材料的PD：0.5~1.0 m
(G)
Ge[1
(1
k)
(Ge 1)2 Ge2
]
当F空h (穴G注)入高场G区h时[1，过剩1噪k声k系数(GhG2 h21)2 ]
k= h / e
APD的结构设计:
• 对k远小于1的APD, 应尽量使电子电流注入高场区; • 对k远大于1的APD, 应尽量使空穴电流注入高场区; • 避免使用k=1的材料制作APD。
ie (x)
0
0
x
exp{ . ( e h ) d x }
21
0
Ge
ie (W ) ie (0)
I ie (0)
W
1
x
1 e exp{ (e h )dx}dx0 Nhomakorabea0
雪崩击穿 Ge
W
x
eexp { (eh)dx}dx 1
光纤光学 学习指南
第一部分.光纤光学需要掌握的基本概念与重要结论第一章．绪论（4学时）1.光纤的优缺点优点：大容量；低损耗；抗干扰能力强；保密性好；体积小重量轻；材料取之不竭；抗腐蚀耐高温。
缺点：易折断；连接分路困难；怕水；怕弯曲。
2.光纤的分类重点掌握(1)光纤的结构，纤芯、包层、涂覆层的特点与作用(2)阶跃折射率分布光纤(SIOF)与渐变折射率分布光(GIOF)的特点与区别，折射率分布形式。
一些基本参数的意义与其表达式：相对折射差∆的意义与表达式；折射率分布参数g的意义（当g=∞时为SIOF，当g=2时为平方率分布光纤，当g=1时为三角分布光纤）。
(3)单模光纤与多模光纤的特点与区别（传输的模式数，芯径的大小，归一化频率）；归一化频率的意义与表达式（阶跃单模光纤的判据：V<2.405，渐变单模光纤的判据：V<3.508。
注意我们经常见到的2.405 是对阶跃光纤而言的）。
简单了解其它种类的光纤，例如保偏光纤与有源光纤（后面的课程会学到）。
3.光纤的制备工艺简单的了解一下。
第二章．光纤光学的基本方程（2学时）1.分析光纤波导的两种理论“几何光学方法”与“波动光学理论”的应用条件（几何光学方法：芯径远大于光波长；波动光学理论：芯径与波长可比例）与特点。
2.由麦克斯韦方程组出发推导波导场方程(1)“三次分离”，基本过程以及能够这样分离的依据“电磁”分离：由麦克斯韦方程组到波动方程“时空”分离：由波动方程到亥姆霍兹方程“横纵”分离：由亥姆霍兹方程到波到场方程(2)SIOF与GIOF中光线方程的意义，即SIOF与GIOF中光线的传播形式3.模式及其基本性质(1)模式的基本概念与定义(2)TEM、TE、TM、HE、EH模式的特点(3)纵向传播常数β横向传播常数W、U的意义（重点了解W的意义），以及W、U、V之间的关系(4)截止与远离截止的概念与基本条件（W=0截止，W=∞远离截止）(5)相速度、群速度、群延时的基本概念(6)线偏振模的概念第三章．阶跃折射率分布光纤（6学时）1.几何光学分析方法主要掌握一些基本的概念，“子午光线”与“偏斜光线”的定义；数值孔径的表达式，以及其物理意义(标志着光纤收光能力以及与光源耦合时偶和效率的大小)，数值孔径与传输带宽的关系（成反比）。
《光纤测试技术》课件
规范化：建立完善的测试流程和规范，确保测试过程的可靠性和可重复性
标准化：制定统一的测试方法和标准，提高测试结果的准确性和可比性
发展趋势：随着光纤技术的不断发展，测试技术也需要不断更新和升级
未来展望：未来光纤测试技术将更加智能化、自动化，提高测试效率和准确性
光纤测试技术在5G和物联网等新兴领域的应用前景
5G网络建设：光纤测试技术在5G网络建设中的应用，如光纤传输、光纤接入等。
物联网应用：光纤测试技术在物联网中的应用，如智能交通、智能家居、智能医疗等。
云计算和大数据：光纤测试技术在云计算和大数据中的应用，如数据中心、云计算平台等。
工业互联网：光纤测试技术在工业互联网中的应用，如智能制造、工业自动化等。
THANK YOU
汇报人：PPT
光的衍射和衍射原理
光纤的传输特性和光学效应
光纤的传输特性：光纤具有低损耗、高带宽、抗干扰能力强等优点
光纤的光学效应：光纤中的光信号受到折射、反射、散射等光学效应的影响
光纤的传输模式：光纤中的光信号可以以多种模式传输，如单模和多模
光纤的传输距离：光纤的传输距离受到光纤的损耗、色散等因素的影响，一般可以达到几十公里甚至上百公里
光纤激光器的应用案例：光纤通信、激光加工、医疗美容等
光纤激光器的效果分析：性能指标、稳定性、可靠性等
光纤光电子器件的测试和评估
测试目的：评估光纤光电子器件的性能和稳定性
测试方法：使用光学测试仪器，如光谱分析仪、光功率计等
测试内容：包括光功率、光信噪比、光接收灵敏度等参数
测试结果：根据测试数据，评估光纤光电子器件的性能和稳定性，为优化产品设计提供依据
1990年代：光纤测试技术快速发展，出现了多种测试方法和设备
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当输入光脉冲 Pi(t)=δ(t)时，输出光脉冲 Po(t)=h(t)，
式中δ(t)为δ函数，h(t)称为光纤冲击响应。 冲击响应h(t)的傅里叶(Fourier)变换为
H( f )
h(t ) exp( j 2ft )dt
低通滤波器 一般，频率响应|H(f)|随频率的增加而下降，这表明输入 信号的高频成分被光纤衰减了。 受这种影响，光纤起了低通滤波器的作用。
s
模间色散 群折射率
N c d d (kn) dn dn nk n vg dk dk dk d
2 2 2 n2 k
对于阶跃光纤
b
n k n k
2 1 2 2 2
2
n2 k
n1k n 2 k
k[n2 (n1 n2 )b]
d d (kn2 ) d [k (n1 n2 )b] dk dk dk db N 2 ( N1 N 2 )b k (n1 n2 ) dk
的光损耗最低(0.2分贝/千米),而且窗口也很宽(从1510纳米～1610 纳米),有利于装用波分复用系统,能进一步扩充光纤通信的传输容量。
于是,光纤通信应用的重点就随之移到了这个窗口。20世纪90年代,
光纤通信系统就大部分工作在这个波段。在1310纳米和1550纳米这 两个窗口之间有一个1385纳米波段,即从1360纳米～1510纳米这一段, 由于光损耗较大一直被认为不能使用。
带宽 色散对光纤传输系统的影响，在时域和频域的表示方法不 同。 如果信号是模拟调制的，色散限制带宽 (Bandwith) ， 单位MHz、GHz； 如 果 信 号 是 数 字 脉 冲 ， 色 散 产 生 脉 冲 展 宽 (Pulse broadening)。传输速率 Mbit/s、Gbit/s或Tbit/s。 色散通常用3 dB光带宽f3dB或脉冲展宽Δτ表示。
G.652常规单模光纤 是第一代单模光纤，其特点是在波 长1.31 μm色散为零，系统的传输距离只受损耗的限制。 G.653色散移位光纤 是第二代单模光纤，其特点是在波 长 1.55μm 色散为零，损耗又最小。这种光纤适用于大容量长 距离通信系统。 G.654 1.55μm损耗最小的单模光纤 其特点是在波长1.31 μm色散为零，在1.55μm色散为17~20 ps/(nm·km) ，和常规单 模光纤相同，但损耗更低，可达0.20 dB/km以下。 色散补偿光纤 其特点是在波长1.55 μm具有大的负色散。
总色度色散
1.31m
总色度色散
20
¤km) £-1) ¤(nm¡ É«É¢ / (ps¡
10
³ £ ¹ æ É « É ¢ Æ ½Ì ¹
0 £ 10 £ 20 1.1 É « É ¢ ÒÆ Î »
1.2
1.3
1.4 ² ¨ ³ ¤/ m
1.5
1.6
1.7
不同结构单模光纤的色散特性
偏振色散
可得
ck
色度色散 归一化波长色散：单位相对谱宽的时延差
s d 2 d 2 0 [ 2 ] kc 2 d d ( ) 0
0
k dN2 d ( N1 N 2 ) d (Vb ) ( N1 N 2 ) d 2 (Vb ) [ V ] 2 c dk dk dV k dV k dN1 N1 N 2 d 2 (Vb ) V c dk c dV 2
2 ln 2 1 187 ( MHZ ) 2
带宽的实际计算
输入脉冲 1 1/ e 1 /2 输出脉冲 2
光 纤
e 1
t
10lg H( f )/dB
Pi (t)≈ (t) H1 (f)＝1
0 －3
f
f3 dB
t Po (t)＝h (t) H2 ( f )＝H( f )
光纤带宽和脉冲展宽的定义
图 4.2 光纤损耗谱
(a) 三种实用光纤； (b) 优质单模光纤
－1 km 损 耗 / (dB · )
光纤宏弯损耗产生的几何光学解释
色散
色散产生的影响
几个概念 群延时:光脉冲行进单位轴向距离所需的时间
群速:光脉冲沿轴向行进的速度 相速和群速的一般定义：
dz vp dt d vg d
H( f ) H2 ( f ) H1 ( f )
2 12 由此得到， 信号通过光纤后产生的脉冲展宽σ= 2 2 2 或Δτ= 2 1 FWHM。
，Δτ1和Δτ2分别为输入脉冲和输出脉冲的
4.1.3 光纤标准和应用
G.651多模渐变型(GIF)光纤 应用于中小容量、中短距离 的通信系统。
G.655非零色散光纤 是一种改进的色散移位光纤。
单模光纤波段划分
波段名称、 初始波段O 扩展波段E 短波段S 符号 波长范围 nm 12601360 13601460 14601530 常规波段C 长波段L 15301565 15651625 超常波段U 16251675
PMD：Polarization Mode Dispersion
4.1.2 损耗的机理
紫外吸收 红外吸收
本征吸收 吸收损耗
由光纤本身引起的
杂质吸收(OH根) 原子缺陷吸收 瑞利散射 受激拉曼散射 受激布里渊散射
散射损耗
由使用条件引起的:弯曲损耗
宏弯损耗 过渡弯曲损耗 微弯曲损耗
图4.1是单模光纤的损耗谱，图中示出各种机理产生的损耗与波长的关系
1 00 50 10 5 1 0 .5 0 .1 0 .0 5 0 .0 1
场的等相位面沿z轴的传播速度 场的等幅面沿z轴的传播速度
具体介质中的相速和群速
光纤中相速和群速的表达式：
4.1.2 光纤的色散与带宽
1. 色散、脉冲展宽、相速和群速
色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成 分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
色散的种类： 模式色散(单色弥散,即在单一入射光频率下,不同导模的群速 不同引起的)
第四章 光纤的传输特性和测试技术
4.1 光纤的传输特性
4.1.1 光纤的损耗 4.1.2 光纤的色散/带宽 4.1.3 光纤的标准 4.1.4 习题
前言
产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散，损
耗和色散是光纤最重要的传输特性：
损耗限制系统的传输距离 色散则限制系统的传输容量(带宽)
4.1.1 光纤损耗 损耗的存在 的传输距离 。 光信号幅度减小 限制系统
偏振色散：构成基模的两个正交偏振模具有不同的群速度
材料色散(与材料的折射率对入射光频率的响应,即色散系数有 关)
波导色散(与传播常数与入射光频率的依赖有关)
脉冲展宽 用脉冲展宽（群时延差）表示时， 光纤色散可以写成
Δτg=(Δτ2m+Δτ2s +Δτ2p)1/2
Δτm—模间色散； Δτs —色度色散; Δτp—偏振色散
Δτs = Δτsm + Δτsw
Δτsm—材料色散； Δτsw—波导色散; 多模光纤：模式色散、波导色散、材料色散 单模光纤：材料色散、波导色散、偏振色散
传播时延
1 d d d t ( 0 )[ 2 ] 0 vg d d 0 d
2
模间色散
m
色度色散
在最一般的条件下，在光纤内传输的光功率 P 随距离 z 的 变化，可以用下式表示
dP P dz
单位
式中，α是损耗系数。
定义
dB/km(表示损耗) f 奈贝/km(表示损耗)
dBm(表示功率)
10 Pout lg( ) L Pin
Pout P ine
f L
dBm 10lg[ P(m W)]
什么是全波光纤?
在20世纪80年代,人们开始使用单模光纤时,认为波长是1310纳米
附近的波段最好,可用范围约是1260纳米～1360纳米,这就是一个窗 口;到90年代初,生产制造了1550纳米的激光器,用它作为光纤通信的
光源,人们发现1550纳米这个波段更有利于光通信,不仅是这个波段
－1) km 损 耗 / (dB·
实验
红外 吸收
瑞利散射 紫外吸收 波导缺陷
0 .8
1 .0
1 .2 波长 / m
1 .4
1 .6
图 4.1 单模光纤损耗谱， 示出各种损耗机理
光纤总损耗α与波长λ的关系可以表示为
A α= 4 +B+CW(λ)+IR(λ)+UV(λ)
式中，A为瑞利散射系数， B为结构缺陷散射产生的损耗， CW(λ)、 IR(λ)(INFRARED)和UV(λ)(ULTRAVIOLET)分别为 杂质吸收、红外吸收和紫外吸收产生的损耗。
半极大宽度带宽（FWHM）和1/e脉冲宽度带宽
2 ln 2 2.355
e
2 2
0.3536 e
脉冲宽度σ、Δτ和τe是信号通过光纤产生的脉冲展宽， 单位为ns。
f
3 dB
440 ( MHZ )
530
f 3dB
( MHZ )
带宽的实际计算 输入脉冲一般不是 δ 函数。设输入脉冲和输出脉冲为高斯 函数，其rms 脉冲宽度分别为σ1和 σ2 ，频率响应分别为 H1(f) 和 H2(f)，根据傅里叶变换特性得到
模间色散 对于玻璃材料而言 且
n1 n2 N1 N2
k V
d db N 2 ( N1 N 2 )b k ( N1 N 2 ) dk dk db N 2 ( N1 N 2 )(b k ) dk d (bk) N 2 ( N1 N 2 ) dk d (Vb ) N 2 ( N1 N 2 ) dV