光纤传输损耗测试-实验报告

光纤传输损耗测试-实验报告

华侨大学工学院

实验报告

课程名称：光通信技术实验

实验项目名称：实验1 光纤传输损耗测试

学院：工学院

专业班级：13光电

姓名：林洋

学号：1395121026

指导教师：王达成

2016 年05 月日

预习报告

一、实验目的

1）了解光纤损耗的定义

2）了解截断法、插入法测量光纤的传输损耗

二、实验仪器

20MHz双踪示波器

万用表

光功率计

电话机

光纤跳线一组

光无源器件一套（连接器，光耦合器，光隔离器，波分复用器，光衰减器）

三、实验原理

αλ，其含义为单位长度光纤引起的光纤在波长λ处的衰减系数为()

光功率衰减，单位是dB/km 。当长度为L 时，

10()()lg (/)(0)

P L dB km L P αλ=-

（公式1.1） ITU-T G.650、G.651规定截断法为基准测量方法，背向散射法（OTDR 法）和插入法为替代测量方法。本实验采用插入法测量光纤的损耗。

（1）截断法：（破坏性测量方法）

截断法是一个直接利用衰减系数定义的测量方法。在不改变注入条件下，分别测出长光纤的输出功率2()P λ和剪断后约2m 长度短光纤的输出功率1()P λ，按定义计算出()αλ。该方法测试精度最高。

偏置电路

注入系统

光源

滤模器

包层模

剥除器

被测光纤

检测器

放大器电平测量

图1.1 截断法定波长衰减测试系统装置

（2）插入法

插入法原理上类似于截断法，只不过用带活接头的连接软线代替短纤进行参考测量，计算在预先相互连接的注入系统和接受系统之间（参考条件）由于插入被测光纤引起的功率损耗。显然，功率

1

P 、

2

P 的测量

没有截断法直接，而且由于连接的损耗会给测量带来误差，精度比截断法差一些。所以该方法不适用于光纤光缆制造长度衰减的测量。但由于它具有非破坏性不需剪断和操作简便的优点，用该方法做成的便携式仪表，非常适用于中继段长总衰减的测量。图1.2示出了两种参考条件下的测试原理框图。

调制器

光源

注入系统

MF

检测器

测量系统

MF

滤模器滤模器

1

2

12参考条件

包层模剥除器

包层模剥除器

（a ）

调制器光源

注入系统

检测器

测量系统

MF

参考系统

（b ）

图1.2 典型的插入损耗法测试装置

图1.2（a ）情况下，首先将注入系统的光纤与接收系统的光纤相连，测出功率1P 然后将待测光纤连到注入系统和接收系统之间，测出功率2P ，则被测光纤段的总衰减A 可由下式给出

121210lg[()/()]()r A P P C C C dB λλ=+-- （公式1.2）

式中r C 、1C 、2C 分别是在参考条件、实验条件下光纤输入端、输出端连接器的标称平均损耗值（dB ）。

图1.2（b ）情况下，首先将参考系统连在注入系统和接收系统之间，测出功率1P ，然后如图（a ）一样，测出功率2P ，则被测光纤段的总衰减可由下式给出

1210lg[()/()]()A P P dB λλ= （公式1.3）

情形（a ）中，由于连接器的质量可能会影响测试精度；情形（b ）

中，采用了光学系统进行精密耦合，代替了连接器的耦合，可以得到精确的测量结果，当只需要知道光纤的实际衰减时，它比较合适。当被测光纤段带有连接器而且需要和其它元件串在一起时，情形（a ）的测试结果更有意义。

试验平台中我们采用了插入法测量光纤的损耗，试验框图如 1.3所示：

数字光发

数字光收

R

S

方波信号输入

光纤跳线

（a ）

扰模器

待测光纤

（b ）

图1.3 插入损耗测试框图

（3）光时域反射计（OTDR ）测试

背向散射法是通过光纤中后向散射光信号来提取光纤衰减及其他信息的，诸如光纤光缆的光学连续性、物理缺陷、接头损耗和光纤长度等。它是一种间接地测量均匀样品衰减的方法。下面分析背向散射法的测量原理。

将光功率为0P ，脉冲宽度为0T 的窄带光脉冲注入光纤，由于衰减，在传输距离Z 之后，光功率()P Z 为

(/10)0()10Z P Z P α-= （公式1.4）

式中，α是衰减系数。由于瑞利散射的作用，在Z 处的光功率总有一部分背向散射回光纤输入端。Z 处的背向散射光功率为

(/10)2(/10)()()()10(0)()10Z Z bs P Z P Z Z P Z ααγγ--== （公式

1.5）

式中，()Z γ是在Z 处光纤的瑞利背向散射系数，定义Z 为

0()(/2)g R Z V T S γα= （公式1.6）

式中，R α是瑞利散射系数；g V 是光在光纤中的群速度；S 代表背向散射功率与瑞利散射总功率之比，它与光纤结构参数（芯径、相对折射率差）有关。设0Z =处的背向散射光功率为

0(0)(0)bs P P γ= （公式1.7）

由公式（1.7）和式（1.5），可得0~Z 之间的平均衰减系数为

(0)5(0)

[lg lg ]()()

bs bs P Z P Z Z γαγ=

- （公式1.8） 如果光纤轴向不均匀，α不是常数，则公式（1.8）表示的衰减系数

包含了一项与结构参数有关的待定项，这样，直接从背向散射曲线上求得的α并不能代表实际的衰减系数，这也就是该方法的缺点所在。

假定光纤的结构参数沿轴向均匀时，(0)()Z γγ=，则0~Z 间的平均衰减系数为

(0)5lg ()

bs bs P Z P Z α= （公式1.9） 这时就可以从背向散射曲线求得实际的平均衰减系数了。 图1.4是一个典型的背向散射法测试系统框图。这里不再介绍各部分的作用和要求。利用背向散射原理制成的仪表称为光时域反射计，简称OTDR 。 图1.5示出了在对数坐标上的一条典型OTDR 曲线，曲线上A-B 间的衰减是

1

()()2A B A B A V V λ→=- （公式1.10）

式中，A V 、B V 是以对数刻度的背向散射功率电平，平均衰减系数为

()2A B A B

A V V L L λα→-=

=

（公式1.11） 式中，L 是待测光纤的长度。若光纤轴向不均匀时，取从两端测量的平均值作为平均衰减系数，从而消除了公式（1.8）中的待定项。背向散射法虽属替代方法，可是它被广泛的用在光纤光缆的研制、生产以及光通信工程的施工维护中。