光纤连接器和光纤波分复用器性能测量

实验4 光纤连接器性能测量与制作
一、实验目的
1．了解光纤连接器种类及其各种性能指标的测量方法；
2．学习使用光功率计测量光纤连接器和光纤跳线的插入损耗、回波损耗、波长特性；
3．用裸光纤适配器制作光纤插头并测量其性能。

二、实验仪器及器材
1310nm光源，1550nm光源，GL-IIA手持式光功率计，带SM-FC/PC（或SM-ST/PC）型光纤连接插头的光纤跳线，FC-FC/PC（或ST-ST/PC）型连接插座，FC（或ST）型裸光纤适配器，单模裸光纤，3dB 1×2单模光纤耦合器。

三、实验原理
光纤连接器是进行光纤活动连接时必用的一种无源器件。

光纤连接器的耦合形式、结构种类繁多，可分为对接耦合式（近场型）和透镜耦合式（远场型）两大类，本实验所测的光纤连接器属前一类。

对接耦合式光纤连接器是将两光纤的端面直接接触实现对接，它由光纤插头与插座两主要部分组成。

根据光纤插头的连接结构，常用的光纤连接器分为FC、SC、ST、MU、LC等型号，图4-1示出了FC型光纤连接器的结构。

裸光纤适配器是用于临时连接光纤断头或临时制作光纤插头的器件，制作光纤插头时先将光纤断头除去保护涂层并清洗干净，按住裸光纤适配器上的释放按钮将裸光纤插入适配器的细孔，并使光纤断头伸出插针端面5~8mm后放开按钮，用切割法将光纤端面处理成平面光纤头，再按住释放按钮，将光纤头拉回到与插针端面平齐再放开按钮，即完成插头的制作。

光纤端面的接触形式对连接器的性能的影响至关重要。

目前广泛使用的光纤连接器有三种端面接触形式：平面型；PC型（PC——Physical Connect）；APC型（APC——Angle Physical Connect）。

这三种形式的光纤插头的插针端面接触方式如图4-2所示。

平面型连接器的插针端面为一垂直光纤芯轴的平面，这样插针进行连接时原则上可使纤芯所在部位紧密接触。

平面型接触光纤连接器的最大优点是加工简单、工艺成熟、成本低廉，因此广泛使用。

但实际上由于公差的存在，插针端面不是绝对的平面，因此两端面间易存在空隙，形成菲涅耳反射。

菲涅耳反射除增加损耗外，反射光返回LD 光源会使光源的输出不稳定，降低系统性能。

PC 型和APC 型接触光纤连接器的端面为抛光的球面，纤芯位于球冠的中心，这样的结构有利于纤芯的紧密接触，可以有效的抑制菲涅耳反射。

APC 接头端面不仅是球面，而且纤芯端面法线与纤芯轴成一定的角度，使反射光难以沿纤芯返回光源。

光纤连接器的主要性能指标包括插入损耗、回波损耗、重复性、使用寿命。

设连接器输入端输入的光功率为P in ，出射端输出光功率为P out ，反射光功率为P r ，则插入损耗定义为：
)14()
()/lg(10--=dB P P L in out i 回波损耗定义为：
)24()()/lg(10--=dB P P L in r r
测量插入损耗的方法如图4-3所示，被测器件做成光纤跳线（即两端都装配了光纤连接插头的短光纤），测量步骤是：（a ）先将光功率计与光源输出尾纤连接，测量其输出功率P a ；（b ）然后将被测光纤跳线a 端与光源尾纤连接，b 端与光功率计连接，测量跳线b 端的光功率P b 。

通常光纤跳线的长度较短，只有数米，其纤内传输损耗可忽略不计，故可认为P a 是插入跳线后所增加的这一对光纤连接器的入射光功率，P b 是其出射光功率，由（4-1）式即可计算其插入损耗值。

测量反射损耗的装置如图4-4所示，光源输出尾纤先与3dB 光纤耦合器A 端连接，在将被测连接器与光纤耦合器C 端连接前先用光功率计测量记录C 端的出射光功率P c ，即被测器件的输入光功率。

将被测连接器与光纤耦合器C 端连接后用光功率计测量记录耦合器B 端的出射光功率P b ，由于光纤耦合器C 、B 之间有插入损耗，测量到的P b 小于被测器件的反射光功率，其损耗为：
)34()
/lg(10--=r b CB P P L
故还需要单另测量光纤耦合器C 、B 之间的插入损耗L CB ，才能得出回波损耗。

为此，可参照测量插入损耗的方法，拆下光源尾纤与光纤耦合器A 端的连接，测量光源尾纤的输出功率P A ，再将光源尾纤与光纤耦合器C 端连接，测量B 端的输出功率P B ，则有：
)44()
/lg(10--=A B CB P P L
由（4-3）、（4-4）得： )54(/-=B
A b r P P P P
则回波损耗测量值可由下式计算： )64()()lg(10)/lg(10--=-=dB P P P P P P L B c A b in r r
四、实验内容及步骤
1． 插入损耗测量
（1．1）开启光源、光功率计，光源输出模式选为“连续光”（仪器显示屏上方显示“CW ”）模式；功率计设定好所需的测量波长值，测量方式选为“绝对测量”（仪器显示单位为“nw ” 或“μw ”或“mw ”；
（1．2）用光功率计测量并记录1310nm （或1550nm ）波长光源尾纤的输出功率P a ； （1．3）将被测光纤跳线接插在光源与光功率计之间，测量记录其功率P b ，由（4-1）式计算其插入损耗；
（1．4）将光纤跳线重复接插几次，每次接插好后再测一次插入损耗，观察其重复性； （1．5）将光纤跳线两端交换接插，接插好后再测一次插入损耗，观察其交换性；
2．回波损耗测量
（2．1）参照图4-4连接光源尾纤与3dB 光纤耦合器A 端，用光功率计测量记录耦合器C 端的输出功率P c ；
（2．2）将耦合器C 端与被测光纤跳线连接，测量记录耦合器B 端的输出功率P b ； （2．3）将光源尾纤与耦合器A 端的连接拆开，测量记录尾纤输出功率P A ；
（2．4）将被测光纤跳线与耦合器C 端的连接拆开，再将光源尾纤与耦合器C 端连接，测量记录耦合器B 端的输出功率P B
（2．5）将上述四步骤测量记录的数据代入（4-6）式计算回波损耗。

3．波长特性测量
将测量光源换为1550nm （或1310nm ）波长，重复上面的实验内容及步骤，记录测量结果，分析光纤连接器和光纤跳线对不同波长的响应。

4．裸光纤跳线的制作与性能测量
用两个FC （或ST ）型裸光纤适配器，一段长1m 左右的单模裸光纤制作一根光纤跳线； 测量所制作的光纤跳线的插入损耗和回波损耗。

实验5 1310/1550nm 分波器性能测量
一、实验目的
1． 了解光WDM 器件的各种特性参数及测量方法；
2． 熟悉WDM 器件的应用方法。

二、实验仪器及器材
1310nm 光源，1550nm 光源，光功率计，1310nm/1550nm 波分复用器。

三、实验原理
分波器是光波分复用（WDM ）技术中将一根光纤上同时传输的几个不同波长的光信号分离出来的器件。

由于分波器既可以用于分波，也能反过来用于合波，即把不同波长的光信号复合注入到一根光纤中。

因此这种器件通常称为波分复用器或WDM 。

波分复用器的种类很多，有棱镜色散型、衍射光栅型、干涉滤光型、光波导型等。

对于本实验所用的二波长分波器是采用与光纤定向耦合器同样的拉锥工艺制成的。

分波器的主要特性参数有插入损耗、隔离度、回波损耗、工作波长范围、信道宽度、偏振相关损耗。

插入损耗是指由于增加了本器件而在光信道上产生的附加损耗，定义为该器件的输出和输入端口之间的光功率之比，即（4-1）式。

隔离度是表示某一波长的光信号串扰到另一波长的光信号输出信道的程度，定义为：
)15()()/lg(10--=dB P P C i ij ij
其中P i 是波长为i λ的光信号的输出信道的输出光功率，P ij 是波长为i λ的光信号串入到j λ的光信号输出信道的光功率。

回波损耗是指从器件的输入端口反射回的光功率与输入光功率之比，即（4-2）式。

对波分复用器的基本要求是：插入损耗小，隔离度大，回波损耗大，带内平坦，带外插入损耗变化陡峭，温度稳定性好，体积小等。

四、实验内容及步骤
1． WDM 器件插入损耗的测量
（1．1）启动1310nm 光源，用光功率计测量光源输出尾纤的输出光功率P a （1310nm ）；再将光源输出尾纤与分波器输入端A 连接，用光功率计测量1310nm 输出端口B 点的光功率P b （1310nm ）； 记录测量结果，计算分波器对1310nm 波长的插入损耗值。

（1．2）启动1550nm 光源，用光功率计测量光源输出尾纤的输出光功率P a （1550nm ）；再将光源输出尾纤与分波器输入端A 连接，用光功率计测量1550nm 输出端口C 点的光功率P C （1550nm ）；记录测量结果，计算分波器对1550nm 波长的插入损耗值。

2． WDM 器件隔离度的测量
（2．1）将波长1310nm 的光源尾纤与分波器输入端A 连接，用光功率计测量1310nm 输出端口B 点的光功率P b （1310nm ）；然后快速测量隔离端口C 点的光功率P c （1310nm ）；记录测量结果，计算分波器端口B 至端口C 的隔离度C bc 。

（2．2）将波长1550nm 的光源尾纤与分波器输入端A 连接，用光功率计测量1550nm 输出端口C 点的光功率P c （1550nm ）；然后快速测量隔离端口B 点的光功率P b （1550nm ）；记录测量结果，计算分波器端口C 至端口B 的隔离度C cb 。