光纤传输特性的测量(精)
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图10—5
优点：
1. 后向散射法是一种对特性均匀、连续、有接头的光纤进 行衰减测量的可选之法，它还能够测定物理缺陷和接头 的大致位置。 2. 后向散射法同样适用于单模光纤的衰减测量，此外 , 它 在研究两路光传输的互相串扰或光纤陀螺仪的灵敏度时 也是很有用处的。
缺点：
1. 无法控制后向散射光的模式分布； 2. 对光纤的非均匀性很敏感。
（10-4）
色散的测量按照光强度调制的波形来划分有两类方法: 脉冲时延法(脉冲调制)和相移法(正弦信号调制) 。
1 脉冲时延法(时域法)
光纤的衰减系数是一个与长度无关的参数。 下面主要以原 CCITT 建议的测试方法为基本内容，介绍 基准测试方法(RTM)和替代测试方法(ATM)。
• 基准测试法(RTM)：
是严格按照光纤某一给定特性的定义进行的测试方法； • 替代测试法(ATM)： 是在某种意义上与给定特性的定义相一致的测试方法。
(3) 可以检测光纤的物理缺陷或断裂点位置；
(4) 测定接头的损耗和位置；
(5) 测量光纤的长度，等等。
——所有测试结果都可以在仪器上自动记录和显示 出来。
Leabharlann Baidu
光时域反射计(OTDR)的基本原理如图10-18所示。 1. 测量时将大功率的窄脉冲光注入到待测光纤中；
2. 通过分析光脉冲在光纤中由于后向散射返回到注 入端的光信号的变化，可以得到光信号沿光纤传 输的情况。
§10.1.2
光纤色散测量
色散是光在光纤中传播时，不同波长的光的群时延不同。 在经典光学中色散是用折射率对波长的一阶导数(dn/d) 来表示，反映了折射率随波长变化快慢的程度。 对光纤来讲，色散是借助某种带有平均概念的量来表示 的，即用单位长度、单位波长间隔内的平均群时延来表示。 若在光波长为时， 单位长度的群时延为，则色散的 程度用色散系数来评定，其定义如下：
3 后向散射法
后向散射法也是一种非破坏性的测试方法，与切断 法和插入损耗法有本质上的不同。这种测试只需在光纤 的一端进行，而且一般有较好的重复性。原理如图10-3 所示。
利用后向散射法研制的一种仪器称为光时域反 射器（OTDR），可以测量如下参数：
(1) 光纤的衰减系数；
(2) 提供沿光纤长度损耗特性的详细情况；
2 插入损耗法
切断法用于现场测试时很困难、很费时。因此现场测试时常用插入 损耗法代替切断法。其实质是将切断法做成仪器，如图10-2所示。 (1) 由光发射设备和光接收设备组成一个完整的光纤传输系统，待测光纤即 为传输部分； (2) 在测试前首先对测量仪器进行校准，用1cm左右长的“短路”光纤连接系 统的发射和接收部分，通过调整光源的输出功率使得接收部分显示的功 率为0dBm；
图10—4
OTDR作为一种多功能的光纤测量仪器，在实验 研究、光纤制造、工程现场和维护测试时都很有用。
利用 OTDR 对光纤测试时的 一个典型回波波形 ( 图 10-5) 。 它提供了光纤损耗信息和光纤 线路上的中断点 ( 或故障点 ) 的 信息。 假设在 1 、 2 两点上后向散 射光的功率分别为 P1 和 P2 ，两 点间距离为L，则在这两点之间 的光纤损耗为： (10-3)
(3) 然后拆去“短路”光纤，接入待测光纤， 此时接收部分显示的即为待测 光 纤的总 平均 损耗 (dB) 。 用此值 除以 光纤的 长度 即为光 纤的 损耗 系 数 。
优点：
不如切断法的精确度高。但这种测试方法是非破坏 性的，所以测量简单方便，很适合于工程、维护使用。
缺点：
插入损耗法的测量精确度和重复性要受到耦合接头 (或连接器)的精确度和重复性的影响。
第十章 光纤传输特性的测量
内容摘要： 光纤通信系统中的测量包括光纤传输特性和 系统传输特性。光纤特性的测量分为传输特性测 量和基本参数测量。光纤的损耗和色散属于传输 特性。光纤的光学特性和几何特性则属于光纤的 基本参数。 第一节 光纤特性的测量 第二节 光纤数字传输系统的传输特性测量（略）
第一节 光纤特性的测量
图10-1 切断法测量原理图。
在图10-1中，进行单一波长衰减测量时，标准光 源可使用谱宽窄的 LED或 LD，以提高动态范围；激 励器的作用是保证光纤输入端激励条件的稳定性，即 达到稳态模式分布。 使用切断法测量光纤衰减时，测量准确度与光纤 切割端面有较大的关系，所以测量样品的端头要严格 地处理，端面必须是一个平整的与轴垂直的镜面并保 持洁净。 由于这种测量方法需要切断光纤，显然它是破坏 性的。但是这种方法的测量精度高，可以低于 0.1dB， 所以它是光纤衰减测量的一种标准测试方法。 切断法用于现场测试时很困难、很费时。
包括光纤传输特性测量和基本参数的测量。
光纤传输特性测量即光纤的衰减测量和光纤的色散测量。
本节重点要求： 1. 掌握基准测试方法和替代测试方法的概念； 2. 理解测定光纤的三种测试方法：切断法、插入损耗法和后 向散射法； 3. 了解光纤色散测量的两种方法：相移法、脉冲时延法。 §10.1.1 光纤衰减测量 §10.1.2 光纤色散测量
§10.1.1 衰减的测量
在光纤传输过程中，光信号能量损失的原因是复杂的， 有本征的和非本征的，在实用中最关心的是它的传输总损 耗。光信号沿光纤传输时，光功率的损耗叫做光纤的衰减。 不同波长光的衰减是不同的。
衰减以dB为单位。在波长上光沿光纤传输距离L后的 衰减定义为： (10-1) 式中， 、 分别是注入端和输出端的光功率。 对于一根均匀的光纤就可以定义单位长度 ( 通常是 1km)的衰减叫做衰减系数： （10-2）
光纤衰减的测试方法有三种：切断法、插入损耗法和后向 散射法。其中，切断法属于 RTM法；插入损耗法和后向散射 法属于ATM法。
1 切断法
切断法是严格按照定义建立起来的测试方法，其基本 原理如图10-1所示。
在稳态注入条件下，首先测出待测光纤的输出光功 率 ，然后保持注入条件不变，在离注入端约2m～3m 处切断光纤，测量出短光纤的输出光功率。将作为待测光 纤的起端注入光功率 ，按照定义式(10-1)和式(10-2)就 可计算出待测光纤的衰减和衰减系数。
优点：
1. 后向散射法是一种对特性均匀、连续、有接头的光纤进 行衰减测量的可选之法，它还能够测定物理缺陷和接头 的大致位置。 2. 后向散射法同样适用于单模光纤的衰减测量，此外 , 它 在研究两路光传输的互相串扰或光纤陀螺仪的灵敏度时 也是很有用处的。
缺点：
1. 无法控制后向散射光的模式分布； 2. 对光纤的非均匀性很敏感。
（10-4）
色散的测量按照光强度调制的波形来划分有两类方法: 脉冲时延法(脉冲调制)和相移法(正弦信号调制) 。
1 脉冲时延法(时域法)
光纤的衰减系数是一个与长度无关的参数。 下面主要以原 CCITT 建议的测试方法为基本内容，介绍 基准测试方法(RTM)和替代测试方法(ATM)。
• 基准测试法(RTM)：
是严格按照光纤某一给定特性的定义进行的测试方法； • 替代测试法(ATM)： 是在某种意义上与给定特性的定义相一致的测试方法。
(3) 可以检测光纤的物理缺陷或断裂点位置；
(4) 测定接头的损耗和位置；
(5) 测量光纤的长度，等等。
——所有测试结果都可以在仪器上自动记录和显示 出来。
Leabharlann Baidu
光时域反射计(OTDR)的基本原理如图10-18所示。 1. 测量时将大功率的窄脉冲光注入到待测光纤中；
2. 通过分析光脉冲在光纤中由于后向散射返回到注 入端的光信号的变化，可以得到光信号沿光纤传 输的情况。
§10.1.2
光纤色散测量
色散是光在光纤中传播时，不同波长的光的群时延不同。 在经典光学中色散是用折射率对波长的一阶导数(dn/d) 来表示，反映了折射率随波长变化快慢的程度。 对光纤来讲，色散是借助某种带有平均概念的量来表示 的，即用单位长度、单位波长间隔内的平均群时延来表示。 若在光波长为时， 单位长度的群时延为，则色散的 程度用色散系数来评定，其定义如下：
3 后向散射法
后向散射法也是一种非破坏性的测试方法，与切断 法和插入损耗法有本质上的不同。这种测试只需在光纤 的一端进行，而且一般有较好的重复性。原理如图10-3 所示。
利用后向散射法研制的一种仪器称为光时域反 射器（OTDR），可以测量如下参数：
(1) 光纤的衰减系数；
(2) 提供沿光纤长度损耗特性的详细情况；
2 插入损耗法
切断法用于现场测试时很困难、很费时。因此现场测试时常用插入 损耗法代替切断法。其实质是将切断法做成仪器，如图10-2所示。 (1) 由光发射设备和光接收设备组成一个完整的光纤传输系统，待测光纤即 为传输部分； (2) 在测试前首先对测量仪器进行校准，用1cm左右长的“短路”光纤连接系 统的发射和接收部分，通过调整光源的输出功率使得接收部分显示的功 率为0dBm；
图10—4
OTDR作为一种多功能的光纤测量仪器，在实验 研究、光纤制造、工程现场和维护测试时都很有用。
利用 OTDR 对光纤测试时的 一个典型回波波形 ( 图 10-5) 。 它提供了光纤损耗信息和光纤 线路上的中断点 ( 或故障点 ) 的 信息。 假设在 1 、 2 两点上后向散 射光的功率分别为 P1 和 P2 ，两 点间距离为L，则在这两点之间 的光纤损耗为： (10-3)
(3) 然后拆去“短路”光纤，接入待测光纤， 此时接收部分显示的即为待测 光 纤的总 平均 损耗 (dB) 。 用此值 除以 光纤的 长度 即为光 纤的 损耗 系 数 。
优点：
不如切断法的精确度高。但这种测试方法是非破坏 性的，所以测量简单方便，很适合于工程、维护使用。
缺点：
插入损耗法的测量精确度和重复性要受到耦合接头 (或连接器)的精确度和重复性的影响。
第十章 光纤传输特性的测量
内容摘要： 光纤通信系统中的测量包括光纤传输特性和 系统传输特性。光纤特性的测量分为传输特性测 量和基本参数测量。光纤的损耗和色散属于传输 特性。光纤的光学特性和几何特性则属于光纤的 基本参数。 第一节 光纤特性的测量 第二节 光纤数字传输系统的传输特性测量（略）
第一节 光纤特性的测量
图10-1 切断法测量原理图。
在图10-1中，进行单一波长衰减测量时，标准光 源可使用谱宽窄的 LED或 LD，以提高动态范围；激 励器的作用是保证光纤输入端激励条件的稳定性，即 达到稳态模式分布。 使用切断法测量光纤衰减时，测量准确度与光纤 切割端面有较大的关系，所以测量样品的端头要严格 地处理，端面必须是一个平整的与轴垂直的镜面并保 持洁净。 由于这种测量方法需要切断光纤，显然它是破坏 性的。但是这种方法的测量精度高，可以低于 0.1dB， 所以它是光纤衰减测量的一种标准测试方法。 切断法用于现场测试时很困难、很费时。
包括光纤传输特性测量和基本参数的测量。
光纤传输特性测量即光纤的衰减测量和光纤的色散测量。
本节重点要求： 1. 掌握基准测试方法和替代测试方法的概念； 2. 理解测定光纤的三种测试方法：切断法、插入损耗法和后 向散射法； 3. 了解光纤色散测量的两种方法：相移法、脉冲时延法。 §10.1.1 光纤衰减测量 §10.1.2 光纤色散测量
§10.1.1 衰减的测量
在光纤传输过程中，光信号能量损失的原因是复杂的， 有本征的和非本征的，在实用中最关心的是它的传输总损 耗。光信号沿光纤传输时，光功率的损耗叫做光纤的衰减。 不同波长光的衰减是不同的。
衰减以dB为单位。在波长上光沿光纤传输距离L后的 衰减定义为： (10-1) 式中， 、 分别是注入端和输出端的光功率。 对于一根均匀的光纤就可以定义单位长度 ( 通常是 1km)的衰减叫做衰减系数： （10-2）
光纤衰减的测试方法有三种：切断法、插入损耗法和后向 散射法。其中，切断法属于 RTM法；插入损耗法和后向散射 法属于ATM法。
1 切断法
切断法是严格按照定义建立起来的测试方法，其基本 原理如图10-1所示。
在稳态注入条件下，首先测出待测光纤的输出光功 率 ，然后保持注入条件不变，在离注入端约2m～3m 处切断光纤，测量出短光纤的输出光功率。将作为待测光 纤的起端注入光功率 ，按照定义式(10-1)和式(10-2)就 可计算出待测光纤的衰减和衰减系数。