光缆通信工程中常用仪表介绍

图1.64 调谐范围、信道间隔和光源谱宽之间的关系
图1.65 制造于同一晶片上的阵列可调MQW-DFB激光器和一个光功率合成器
2．可调谐滤波器
图 1.66 显示了可调光滤波器的基本概
念。其中滤波器的工作频率范围是Dn，可 以采用电调谐来允许一个光频带通过。
图1.66 可调谐光滤波器示意图
图 1.67 给出了一个多电极非对称方向 耦合器置于LiNbO3晶体之上，其中一个臂
图1.54 良好实例：被覆部位附有气泡示意图
图1.55 不良实例：进入保护套管的被覆光纤的长度不够
图1.56 不良实例：裸纤部位上附有小气泡示意图
图1.57 不良实例：熔接部光纤弯曲示意图
（6）熔接质量评估
表 5-4 屏幕上显示图形 熔接质量不好情况 形成原因及处理方法 由于端面尘埃、结露、切断角不良以及放电时间 过短引起。熔接损耗很高，需要重新熔接 由于端面不良或放电电流过大引起，需重新熔接 熔接参数设置不当，引起光纤间隙过大。需要重 新熔接 端面污染或接续操作不良。选按“ARC”追加放 电后，如黑影消失，推算损耗值又较小，仍可认 为合格。否则，需要重新熔接
光功率计的种类很多：
根据显示方式的不同，可分成模拟显 示型和数字显示型两类；
根据可接收光功率大小的不同，可分 成高光平型（测量范围为＋ 10 ～ 40dBm）、 中光平型（范围为0～55dBm）和低光平型 （范围为：0～90dBm）三类；
根据光波长的不同，可分为长波长型
（范围为 1.0 ～ 1.7 m）、短波长型（范围
表 5-5 熔接质量正常情况 屏幕显示图形
白线
形成原因及处理方法 光学现象，对连接特性没有影响 光学现象，对连接特性没有影响 两根光纤的偏心率不同。推算损 耗较小，说明光纤仍已对准，属质量 良好
模糊细线
包层错位
包层不齐
两根光纤外径不同。若推算损耗 值合格，可看做质量合格
污点或伤痕
应注意光纤的清洁和切断操作， 不影响传光
（1）键盘说明
（2）参数设置
① 设定外形的操作步骤 ② 对芯方式的操作步骤
图 1 37
. TYPE － 35 初 始 画 面 SE
图1.38 进入外形项显示画面
图1.39 第三层菜单画面
③ 外径选择的操作步骤 ④ 数据显示与存入
图1.40 对芯方式选择画面
图 1 41 数 据 显 示 与 存 入 画 面
.
图1.48 电极状态显示画面
⑦ 光纤名
⑧ 加热条件
图1.49 光纤名画图
图1.50 加热条件显示画面
图 1 51 加 热 参 数 显 示 画 面
.
（4）熔接机自动熔接操作流程 （5）光纤熔接点的补强
图 1 52 光 纤 熔 接 机 自 动 熔 接 流 程 图
.
图1.53 良好实例：保护套管端部未收缩示意图
光缆通信工程中常用仪表介绍
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光衰减器 常用光源 光功率计 光时域反射仪（OTDR） 光纤熔接机 WDM中的光仪表与光器件
1 光衰减器
1.1 用途与分类
光衰减器是对光信号进行衰减 的器件。 光衰减器有两种类型，即可变 光衰减器和固定光衰减器。
1.2 原理
衰减光功率的方法有：反射一部分光， 吸收一部分光，在空间遮挡一部分光，用 偏振片选择光的偏振面等。
OTDR 的性能参数一般包括 OTDR 的 动态范围、盲区、距离精确度、 OTDR 接 收电路设计和光纤的回波损耗、反射损耗。
（1）动态范围
① 定义：把初始背向散射电平与噪声 电平的差值（dB）定义为动态范围。
② 动态范围的作用：动态范围可决定 最大测量长度 。 ③ 动态范围的表示方法：有峰 - 峰值 （又称峰值动态范围）和信噪比（SNR＝1） 两种表示方法。
4．熔接过程中的异常情况及处理
6 WDM中的光仪表与光器件
6.1 WDM中的无源器件
图1.58 进行光功率复合和分解的基本星形耦合器的概念
1．2×2光纤耦合器
通常使用器件的根据输入和输出端口 进行表征命令。比如具有两个输入和两个 输出的器件称为“ 2 × 2 耦合器”，通常， N×M耦合器具有N个输入和M个输出。
图1.1 可变光衰减器的原理结构
1.3 使用方法
1．以MN924A光衰减器为例，
说明其使用方法，其面板结构及 各部分的名称如图1.2 所示。
2．DB-2900
图1.2 MN924A光衰减器面板图
图 1 3
. DB-
29 00 面 板 图
2 常用光源
光源是光纤测试的主要组成部分，是 光特性测试不可缺少的信号源。
可用来测量光纤的插入损耗、反射损 耗、光纤链路损耗、光纤长度、光纤故障 点的位置及光功率沿路由长度的分布情况 （即P-L曲线）等。
4.2 原理及相关术语
1．原理
图1.12 OTDR原理框图
2．基本术语
在 OTDR 光纤测试中经常用到的几个 基本术语为背向散射、非反射事件、反射 事件和光纤尾端。
盲区：决定 OTDR 横轴上事件的精确 程度。 动态范围：决定 OTDR 纵轴上事件的损耗 情况和可测光纤的最大距离。 影响动态范围和盲区的因素： a．脉宽的影响 b．平均时间对动态范围的影响 c．反射对盲区的影响
图1.20 脉冲宽度对测试的影响
图1.21 平均时间对动态范围的影响
（3）距离精度
距离刻度是表示 OTDR 测量光纤的长 度指标，是OTDR的主要参数。
（2）盲区
① 定义
由活动连接器和机械接头等特征点产生反 射（菲涅尔反射）后，引起 OTDR 接收端 饱和而带来的一系列“盲点”称为盲区。
② 衰减盲区 ③ 事件盲区
图1.19 事件、衰减盲区示意图
④ 盲区和动态范围间的关系
在理想的星形耦合器中，任意输入端 口输入的光功率都应均匀分配给所有的输 出端口，耦合器的总损耗包括分路损耗和 通过星形的每一个通路的附加损耗，使用 分贝表示的分路损耗的为
对单一输入功率 Pin 和 N 个输出功率， 使用分贝表示的附加损耗为
图1.62 由12个2×2耦合器形成的8×8星形耦合器
2.1 用途与分类
光纤通信测量中使用的光源有三种： 稳定光源、白色光源（即宽谱线光源）及 可见光光源。
2.2 原理
1．发光二极管式稳定光源
发光二极管是比较稳定的半导体发光 器件，只要工作环境温度保持一定，其输 出光功率就可以在长时间内保持稳定。
图1.4 发光二极管式稳定光源
2．激光二极管式稳定光源
图1.9 ML93A光功率计面板图
图1.10 LP-5025光功率计面板图
图1.11 光源光功率计测试连线示意图
4 光时域反射仪（OTDR）
光时域反射仪（OTDR），又称后向 散射仪或光脉冲测试器，光纤光缆的生产、 施工及维护工作中不可缺少的重要仪表， 被人称为光通信中的“万用表”。
4.1 用途
图1.16 OTDR动态范围示意图
④ 动态范围的应用
动态范围大小决定仪器可测量光纤的
最大长度。
图1.17 动态范围的应用示意图
⑤ 测量范围与动态范围的关系
初始背向散射电平与一定测量精度下
的可识别事件点电平的最大衰减差值被定 义为测量范围 。
图1.18 动态范围与测量范围关系示意图
⑥ 距离刻度
（1）背向散射
光纤自身反射回的光信号称为背向散 射光（简称背向散射）。
（2）非反射事件
光纤中的熔接头和微弯都会带来 损耗，但不会引起反射。由于它们的 反射较小，我们称之为非反射事件。
（3）反射事件
活动连接器、机械接头和光纤中 的断裂点都会引起损耗和反射，我们 把这种反射幅度较大的事件称之为反 射事件。
图1.24 伪增益现象及产生原因
图1.25 用接入光纤消除盲区示意图
图1.26 用接入光纤测试第一个活动连接器示意图
3．OTDR的操作和应用
（以HP8147为例加以说明）
图1.27 HP8147OTDR前面板示意图
图1.28 统一设置参数概览示意图
图1.29 游标B确定示意图
图1.30 添加界标示意图
由图5.62可以推导出，构成N×N星形
耦合器所需3dB耦合器的数量为
6.2 WDM中的有源光器件 （光仪表） 1．可调谐光源
图 5 . 63 给 出 了 一 个 注 入 可 调的 三 段 DBR 激光器调谐范围的例子。其调谐范围 Dltune可用下式计算
图1.63 注入可调的三段DBR激光器的调谐范围
.
图1.42 接头箱画面
⑤ 放电试验 ⑥ 时间
（3）方式选择
图1.43 放电试验显示画面
图1.44 时间菜单显示画面
图 1 45 方 式 选 择 画 面
.
① 自动 ② 手动 ③ 分步 ④ 通信 ⑤ 参数 ⑥ 检查
图1.46 检查方式画图
图 1 47 电 机 检 查 显 示 画 面
图1.5示出了实现输出光功率稳定的激
光二极管式稳定光源的原理框图。
图1.5 激光二极管式稳定光源
2.3 使用方法
1．M921A光源 2．LP-5250光源
图1.6 M921A稳定化光源面板图
图1.7 LP－5250光源的面板图
3 光功率计
3.1 用途及分类
光功率计是用来测量光功率大小、线 路损耗、系统富裕度及接收机灵敏度等的 仪表，是光纤通信系统中最基本，也是最 主要的测量仪表。
比另一个臂薄。
图1.67 多电极可调谐的非对称方向耦合器
电光调谐可实现 8 信道 50GHz 光频间
隔（在1 550nm波长处为0.4nm），调谐时
间 小 于 5 0 ns。 这 是 通 过 级 联 三 个 可 调 谐 MZI来实现的，如图1.68所示。
图1.68 三级可调MZI滤波器
图1.69给出了一个可调谐光纤法布里珀罗滤波器的例子。
距离精度是指测试长度时仪表的准 确度（又叫一点分辨率）。 OTDR 的距离精度与仪表的采样间 隔、时钟精度、光纤折射率、光缆的成缆 因素和仪表的测试误差有关。
图1.22 采样间隔对测试的影响
图1.23 分段设置折射率示意图
2．常见问题 （1）光纤类型不匹配 （2）增益现象 （3）盲区的影响消除 （4）幻峰（又叫鬼点）
5.2 工作原理
1．纤芯直视法（DCM法）熔接机
图1.33 DCM法示意图
2．本地监控方式熔接机
图1.34 本地监控光纤熔接机原理结构
5.3 使用方法
1．TYPE-35SE熔接机的特点
2．注意事项 3．操作方法
图 1 35
. TYPE35 SE 面 板
图1.36 TYPE-35SE侧面端口示意图
为0.4～1.1m）和全波长型（范围为0.7～
1.6m）三类；
此外，根据接收方式的不同，还可将
光功率计分成连接器式和光束式两类。
3.2 原理
光功率计一般都由显示器（又称指示 器，属于主机部分）和检测器（探头）两 大部分组成 。
图1.8 数字显示式光功率计原理框图
3.3 使用方法
1．ML93A 2．LP-5025
图1.31 双向测量示意图
图1.32 减测量显示示意图
5 光纤熔接机
5.1 用途与分类
光纤熔接机是完成光纤固定连接接头 的专用工具 。
光纤熔接机可根据被接光纤的类型不 同分为单模光纤熔接机和多模光纤熔接机； 根 据 操作 方 式的 不 同 ， 可分为人工 （或半自动）熔接机和自动熔接机； 根据一次熔接光纤芯数的不同分为单 纤熔接机和多纤熔接机； 根据接续过程中监控方式的不同，可 分为远端监控方式（RIDS，属第一代）熔 接机，本地监控方式（LIDS，属第二代） 熔接机和纤芯直视方式（ PAS，属第三代） 熔接机。
图1.13 OTDR测试事件类型及显示
（4）光纤末端
第一种情况为一个反射幅度较高 的菲涅尔反ห้องสมุดไป่ตู้。
第二种情况光纤末端显示的曲线
从背向反射电平简单地降到OTDR噪声
电平以下。
图1.14 两种光纤末端及曲线显示示意图
图1.15 几种光纤末端的识别示意图
4.3 性能参数、常见问题及
使用方法
1．OTDR的性能参数
图1.59 熔融光纤耦合器的横截面， 它包括长为W的耦合区域和两个长为l的锥形区域，耦合器总的拉伸长度为 L=2l+W
2．2×2波导耦合器
图 1 60 双 向 波 导 耦 合 器 的 剖 面 图
.
3．星形耦合器
星形耦合器的主要作用是将 N 个输入 功率复合后再平均分配到M个输出端口。
图1.61 通过将四根光纤扭绞、加热和拉伸， 使他们熔融在一起制作成的普通4×4熔融光纤星形耦合器