光纤熔接时模场直径失配对连接损耗及OTDR测量误差的影响
问题五问题五：：模场直径失配对单模光纤接续损耗及OTDR 的测量误差量误差的影响的影响的影响
在系统安装中不同的光纤会被熔接在一起，单模光纤的某些本征物理参数会影响现场
施工中的接续情况，因而在制造中必须严格控制这些参数。即使严格按光纤的外直径对准，失配的本征参数也会导致熔接损耗。通过恰当的接续设计，例如：在旋转式机械接头中，某些本征参数如芯子偏心度或光纤外径差异导致的偏差是可以接受的。模场直径偏差产生的影响却是无法用机械设计来消除的。
单模光纤芯子横截面中光功率的分布是不均匀的，具有正态或高斯分布，模场直径或
模场半径定义了光功率的分布宽度。
制造工艺决定了光纤具有一定范围的模场直径、芯子偏心度、外径等，光纤间模场直
径的偏差对接续有两种影响，本征失配和用单向OTDR 测量估计接续损耗时可以预计的偏差。与多模光纤不同，单模光纤由于模场直径失配引起的接续损耗在两个方向上都是相同的。因为具有优秀的模场直径均匀性，康宁光纤模场直径失配的接续损耗是非常低的。但是单个接续点，模场直径失配产生的OTDR 的单向读数偏差远远大于偏差产生的实际损耗。单模光纤的MFD，ω，失配的接续损耗为：
Loss ω(db)= -10 log[4ωT 2ωR 2/(ωT 2+ωR 2)2]
式中，T，R 分别指发射和接收光纤，背向散射光被捕获部分的差引起的OTDR 测量误
差为
Error = -10 log[ωT /ωR ]
该误差在一个方向为正而另一个方向为负。用OTDR 测量时，只有用双向平均值去除
掉误差才能得到真实的接续损耗。蒙地卡罗(Monte-Carlo)统计方法可以用来确定模场直径失配对接续损耗及OTDR 单向读数误差统计分布的预期影响。过程是在计算机数据库中用已知的和期望统计分布的本征参数产生成千上万的“光纤”，然后随机地将他们“接续”在一起，获得接续损耗的分布。这种方式可以迅速，经济，准确地找出为了达到所希望的接续性能所需要的光纤参数分布和公差范围。康宁单模光纤的模场直径是均值为9.2的正态分布，制造公差为±0.4μm，用0.4μm 公差分别作为模场直径分布的3σ，4σ，5σ点来研究减小模场直径统计分布的扩展范围的效果。每种情况分别做10,000个随机接续。
表1所示为三种的接续损耗的统计结果，模场直径失配对接续损耗的直接影响是微小
的，在最坏的情况下只有0.003db 的平均值，更严格限制模场直径分布的σ对接续损耗分布的均值和贡献是微乎其微，无法测量的0.001到0.002db。98%的接续具有小于表中98%线中给
出的接续损耗，表中统计最大计算损耗是10,000点接续的Monte-Carlo计算结果。它可以与最大的理论模场直径失配损耗(对康宁光纤而言为8.3至9.3μm的0.056db情况)相提并论。
模场直径失配对接续损耗的影响
表1模场直径失配对接续损耗的影响
表
接续损耗 0.4μm=3σ0.4μm=4σ0.4μm=5σ
平均值(db) 0.003 0.002 0.001
σ(db) 0.004 0.002 0.002
98%(db) 0.016 0.009 0.006
最大计算值(db) 0.049 0.025 0.017
进一步严格限制模场直径σ的基本作用是预先获得模场直径失配接续损耗进一步小于期望的最大损耗的可能性以及将10,000例接续损耗最大值从0.049减小到0.017db。通常模场直径失配对实际接续损耗的影响与外部因素(如横向偏差)相比是可以忽略的。
单向测量误差的影响
模场直径失配对OTDR单向测量误差的影响
模场直径失配对OTDR单向测量误差的影响远远大于对接续损耗的直接影响，在最大模场直径偏差(8.8对9.6μm)时接续损耗只有0.056db，而导致的OTDR单向测量误差为
±0.5db。任意两根光纤本征散射程度的不同产生另外的随机误差。利用对接续点的双向测量结果的平均可以消除单向测量误差，然而在许多施工中是不进行双向测量的。图1中的积累频度分布显示了三种不同模场直径分布σ与预计的单向OTDR测量误差分布的关系，Y轴代表任一接续点单向OTDR测量误差小于X轴值的可能性，例如对全部三种情况而言，有50%的接续点的误差会小于0(即可能是负值)，因为模场直径的均值为零，误差的均值为零，但是单向测量误差增大了测得的接续损耗分布的σ值。图2中实线代表由于芯子偏心造成的真实接续损耗的累积分布，虚线代表单向OTDR测得的同样原因的接续损耗的累积分布。图2是在图1中模场直径3σ=0.5μm，芯子偏心度均值为0.4μm的条件下得出的，点线代表40个光纤熔接损耗实际测量结果的累积频度分布。这些光纤是从一组芯子偏心度均值为0.4μm的光纤中随机抽取的。双向损耗(*)和单向测量结果(.)的实际数据和分布的曲线形状在统计分析结果上吻合的很好。
表2中给出了图1的分布统计。当模场直径σ减小时，误差σ和最大误差都减小了。表2中的最大误差是10,000个点熔接运算的最大误差，它可以与理论上0.5db最大可能误差相比。
表表2：模场直径σ对单向OTDR 测量的影响测量的影响
0.5μm=3σ 0.5μm=4σ 0.5μm=5σ 误差σ(db) 0.114 0.087 0.069 最大误差σ(db) 0.412
0.325
0.280
减小模场直径σ的确减小最大误差。减小模场直径σ会对那些在施工中依靠单向OTDR
的用户于帮助，因为它可以减小有误差OTDR 读数的可能性。
图一图一图一：：康宁康宁光纤光纤光纤 MFD MFD = 9.2μm ～可变σ
One way OTDR Error(db)
0.5μm=3sigma
0.5μm=4sigma 0.5μm=5sigma
=0.4μm，MFD3σ=0.5μm
平均芯子偏心度=0.4
图二：平均芯子偏心度
图
表3给出了图2中分布的统计结果。表中最后一行的最大理论接续损耗是将最坏情况加入后得来的。仅考虑芯子偏心度有2μm横向偏差或两根1μm偏差但相互处于180°时的最大理论损耗为0.9db，芯子偏心加模场直径失配最坏情况下理论最大损耗为
0.9+0.056=0.956db。最大理论值为偏心度0.9db损耗加上0.056db模场直径失配损耗加上0.5db最大单向OTDR模场直径失配误差。
误差
真实接续损耗++单向OTDR误差
表
表3：真实接续损耗
理论值 损耗+误差 真实值 真实+误差
平均值(db) 0.09 0.09 0.9 0.9
σ(db) 0.08 0.14 0.06 0.10
最大运算值(db) 0.73 0.80 0.20 0.37
最大理论值(db) 0.96 1.5 0.96 1.5
包含了模场直径失配偏差的接续损耗分布在没有误差以及期望的单向OTDR误差为零时具有0.09db的相同的平均损耗。单向OTDR模场直径失配误差都是使接续损耗分布的σ增大一倍至0.14db。但与0.15db的最大理论损耗相比，10,000个接续的Monte-carlo运算得出的最大统计接续损耗值只有0.8db。这意味着两根光纤具有大芯子偏心度和大的正的单向误差从而导致高的接续损耗的可能性是很小的。换句话说，众多影响接续损耗读数的因素同时达到最坏情况的可能性是非常小的。
用单向OTDR测量作为评估单个单模光纤接续损耗是不应该提倡的。对于一个系统，大量的单向OTDR读数的确可以合理地、准确地估计接续损耗，但σ将会很大，每个系统的接续损耗会有巨大的误差。在被熔接的光纤来自于不同供货者时，设定允许的最大OTDR读数指标要求事先掌握光纤实际本征参数分布。此时，如果接续者指导正在从哪个方向测量接续损耗，就可以比随机方向测量大大改进精度。
在不同类型光纤熔接时无需改变统计方式，无论现在用什么样的指标来限定接续损耗，如果测量方向已知，就可以按同样的误差可能性为接续不同光纤选定合适的指标，按这种方式选择指标就可以为不同光纤熔接找到与同种光纤熔接时相同的误差概率。
简要说模场直径失配对单模光纤接续损耗的影响是非常小而且无法测量的。而语言模场直径失配带来的OTDR测量误差是很大的。必须谨慎使用OTDR单向测量结果。本文的结果展示了用Monte-carlo方法进行接续损耗的分析。这种分析方式不仅用于任何单模光纤设计而且可以迅速、经济地研究大量情况。结果的精度和使用价值取决于已知的光纤本征参数分布的精度，该方法可以预计通过进一步限制光纤本征参数分布范围在现场施工中所能取得的改善。
光纤损耗测试方法及其注意事项(1)
光纤损耗测试方法及其注意事项1 引言 由于应用和用户对带宽需求的进一步增加和光纤链路对满足高带宽方面的巨大优势，光纤的使用越来越多。无论是布线施工人员，还是网络维护人员，都有必要掌握光纤链路测试的技能。 2004年2月颁布的TIA/ TSB-140测试标准，旨在说明正确的光纤测试步骤。该标准建议了两级测试，分别为： Tier 1（一级），使用光缆损耗测试设备（OLTS）来测试光缆的损耗和长度，并依靠OLTS或者可视故障定位仪（VFL）验证极性； Tier 2（二级），包括一级的测试参数，还包括对已安装的光缆链路的OTDR追踪。? 根据TSB-140标准，对于一条光纤链路来说，一级测试主要包括两个参数：长度和损耗。事实上，早在标准ANSI/TIA/EIA-526-14A 和ANSI/TIA/EIA-526-7中，已经分别对多模和单模光纤链路的损耗测试，定义了三种测试方法（长度的测量，取决于仪表是否支持，如果仪表支持，在测试损耗的同时，长度同时也会测量）。为了方便，我们分别称为：方法A、方法B和方法C。TSB－140就是在这基础上发展而来，与此兼容。 那么这三种方法各有什么特点，怎么操作，应该在什么场合下使用呢？这正是本文要阐述的问题。另外，光纤链路的测试，不同于双绞线链路的测试，又有什么地方需要注意或者有什么原则可以遵循呢？这也是本文想与读者分享的内容。 2 如何测试光纤链路损耗 光纤链路损耗的测试，包含两大步骤：一是设置参考值（此时不接被测链路），二是实际测试（此时接被测链路）。 下面我们具体介绍一下标准中定义的三种测试损耗的方法（以双向测试为例）。 2.1 测试方法A
2013年10月光纤通信原理试题
全国2013年10月高等教育自学考试 光纤通信原理试题 课程代码：02338 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.随着温度的逐步升高，LD 的阈值电流（ ） A.逐渐降低 B.逐渐增大 C.不变 D.先降低后增大 2.在下列因素中，不属于．．． 影响接收机灵敏度的因素是（ ） A.光发射机的消光比 B.光电检测器响应度 C.光纤衰减 D.光电检测器噪声 3.速率为f b 的NRZ 码经4B1H 码型变换后，线路码的速率是（ ） A.b f B. b f 5 6 C.b f 54 D.b f 4 5 4.在STM-1信号的帧结构中，AU 指针区域的位置是在（ ） A.1～9列，第4行 B.1～9列，1～9行 C.1～3列，第4行 D.1～3列，1～9行 5.EDFA 中将光信号和泵浦光混合后送入掺铒光纤中的器件是（ ） A.光滤波器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光连接器 6.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是（ ） A.0.85μm ，1.20μm ，1.55μm B.0.85μm ，1.31μm ，1.55μm C.0.85μm ，1.20μm ，1.31μm D.1.05μm ，1.20μm ，1.31μm 7.薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λc B.λ0＜λc C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 8.薄膜波导中，导波的特征方程为（ ） A.2k 0d-2Φ12-2Φ13=2m π B.2k 1d-Φ12-Φ13=2m π C.2k 1z d-2Φ12-2Φ13=2m π D.2k 1x d-2Φ12-2Φ13=2m π 9.在下列特性参数中，不属于．．．单模光纤的特性参数是（ ） A.数值孔径 B.截止波长 C.衰减 D.折射率分布 10.在阶跃型弱导波光纤中导波的基模为（ ） A.LP 00 B.LP 11 C.LP 01 D.LP 12 二、填空题(本大题共15小题，每小题1分，共15分) 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。
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。
全国高等教育自学考试光纤通信原理试题历年试卷
全国2007年1月高等教育自学考试光纤通 信原理试题历年试卷 全国2007年1月高等教育自学考试光纤通信原理试题.doc 试卷内容预览网站收集有1万多套自考试卷，答案已超过2000多套。我相信没有其他网站能比此处更全、更方便的了。 全国2007年1月高等教育自学考试 光纤通信原理试题 课程代码：02338 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。1．目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是( ) A．0.85 μm,1.27 μm,1.31 μm B．0.85 μm,1.27 μm,1.55 μm C．0.85 μm,1.31 μm,1.55 μm D．1.05 μm,1.31 μm,1.27 μm 2．在薄膜波导中，导波的基模是( ) A．TE0B．TM0 C．TE1D．TM1
3．在SiO2单模光纤中，材料色散与波导色散互相抵消，总色散等于零时的光波长是( ) A．0.85 μmB．1.05 μm C．1.27 μmD．1.31 μm 4．在阶跃型光纤中，导波的传输条件为( ) A．V＞0B．V＞Vc C．V＞2.40483D．V＜Vc 5．半导体激光二极管(LD)的一个缺点是( ) A．光谱较宽B．温度特性较差 C．与光纤的耦合效率较低D．平均发光功率较小6．EDFA光纤放大器作为光中继器使用时，其主要作用是( ) A．使信号放大并再生B．使信号再生 C．使信号放大D．降低信号的噪声 7．目前，掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达( ) A．40 dB左右B．30 dB左右 C．20 dB左右D．10 dB左右 8．STM-16信号的码速率为( ) A．155.520 Mb/sB．622.080 Mb/s C．2 488.320 Mb/sD．9 953.280 Mb/s 9．对于2.048 Mb/s的数字信号，1 UI的抖动对应的时间为( )
光纤通信原理试题讲解学习
1.决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和传输带宽 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 2.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是( A ) A.n1≈n2 B.n1=n2 C.n1>>n2 D.n1< 2009年10月光纤通信原理自考试题 全国2009年10月光纤通信原理自考试题 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题1分，共10分)在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.随着温度的逐步升高，LD的阈值电流（） A.逐渐降低 B.逐渐增大 C.不变 D.先降低后增大 2.在下列因素中，不属于影响接收机灵敏度的因素是（） A.光发射机的消光比 B.光电检测器响应度 C.光纤衰减 D.光电检测器噪声 3.在STM-1信号的帧结构中，AU指针区域的位置是在（） A.1～9列，第4行 B.1～9列，1～9行 C.1～3列，第4行 D.1～3列，1～9行 4.EDFA中将光信号和泵浦光混合后送入掺铒光纤中的器件是（） A.光滤波器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光连接器 5.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是（） A.0.85μm，1.20μm，1.55μm B.0.85μm，1.31μm，1.55μm C.0.85μm，1.20μm，1.31μm D.1.05μm，1.20μm，1.31μm 6.薄膜波导中，导波的截止条件为（） A.λ0≥λc B.λ0＜λc C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 7.薄膜波导中，导波的特征方程为（） A.2k0d-2Φ12-2Φ13=2mπ B.2k1d-Φ12-Φ13=2mπ C.2k1zd-2Φ12-2Φ13=2mπ D.2k1xd-2Φ12-2Φ13=2mπ 8.在下列特性参数中，不属于单模光纤的特性参数是（） A.数值孔径 B.截止波长 C.衰减 D.折射率分布 9.在阶跃型弱导波光纤中导波的基模为（） A.LP00 B.LP11 C.LP01 D.LP12 二、填空题(本大题共15小题，每小题1分，共15分)请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 10.光发射机主要由输入电路和________两大部分组成。 11.半导体激光器中光学谐振腔的作用是提供必要的________以及进行频率选择。 12.雪崩光电二极管具有________效应，使光电流在管子内部即获得了倍增。 13.光接收机中判决器和________合起来构成脉冲再生电路。 14.在光纤通信系统中，利用光纤来传输监控信号时，通常可 《中国有线电视》2009(10) C H I N A D I G I T A L C A B L ET V·经验点滴·中图分类号:T N943.6 文献标识码:B 文章编号:1007-7022(2009)10-1094-01 光纤损耗测试方法及其注意事项 ◆管 辉(吉林省广播电影电视局三三一台,吉林永吉132200) 由于应用和用户对带宽需求的进一步增加和光纤链路在满足高带宽方面的巨大优势,光纤的使用越来越多,无论是布线施工人员还是网络维护人员都有必要掌握光纤链路测试的技能。 2004年2月颁布的T I A/T S B-140测试标准,旨在说明正确的光纤测试步骤,该标准建议了两级测试,分别为:T i e r1(一级),使用光缆损耗测试设备(O L T S)来测试光缆的损耗和长度,并依靠O L T S或者可视故障定位仪(V F L)来验证极性;T i e r2(二级),包括一级的测试参数,还包括对已经安装的光缆链路的O T D R 追踪。 根据T S B-140标准,对于一条光纤链路来说,一级测试主要包括两个参数:长度和损耗。事实上,早在标准A N S I/T I A/E I A-526-14A和A N S I/T I A/E I A-526-7中,已经分别对多模和单模光纤链路的损耗测试定义了3种测试方法(长度的测量,取决于仪表是否支持,如果仪表支持,在测试损耗的同时,长度同时也会测量)。 1 如何测试光纤链路损耗 光纤链路损耗的测试包含两大步骤:一是设置参考值(此时不接被测链路),二是实际测试(此时接被测链路),下面具体介绍标准中定义的3种测试损耗的方法(以双向测试为例)。 测试方法A:方法A设置参考值时,采用两条光纤跳线和一个连接器(考虑一个方向,见图1上半部分),设置参考值后,将被测链路接进来(见图1 下半部分),进行测试。我们不难发现,每个方向的测试结果中包括光纤和一端的连接器的损耗,因此方法A是用来测试这种光缆链路:光纤链路一端有连接器,另一端没有。 图1 测试方法A 测试方法B:方法B设置参考值时,只使用一条光纤跳线(考虑一个方向,见图2上半部分),设置参考值后,将被测链路接进来(见图2下半部分),进行测试。这种方法的测试结果中,包括光纤链路和两端连接的损耗,因此方法B是用来测试这种光缆链路:链路两端都有连接器,其连接器的损耗是整个损耗的重要部分,这就是室内光缆的常见例子。 从技术角度讲,测试结果还包括额外的光纤跳线(3～4)的损耗,但是其长度较短,损耗可以忽略不计。对室内光缆网络,这种方法提供了精确的光缆链路测试,因为它包括了光 图2 测试方法B 缆本身以及电缆两端的连接器。 光纤通信原理试题＿1 参考答案 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1. 光纤通信指的是（ B ） A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R 0＝0.5 A/W ，一个光子的能量为2.24×10－19 J ，电子电荷量为1.6×10 －19 C ，则该光电二极管的量子效率为（ ） A.40％ B.50％ C.60％ D.70％ R 0=e 错误！未找到引用源。 /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（ ） A.261 B.270 C.261×4 D.270×4 4.在薄膜波导中，要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（ ） A.θc13<θ1<θc12 B.θ1=0° C.θ1<θc13<θc12 D.θc12<θ1<90° 5.光纤色散系数的单位为（ ） A.ps/km B.ps/nm C.ps/nm.km ? D.nm/ps?km 6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（ ） A.20 dB B.30 dB C.40 dB D.60 dB 7.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（ ） A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少 8.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 值为0 B.LP01 C.LP11为第一高次模 D.LP12 9.在薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λC B.λ0<λC C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 10.EDFA 在作光中继器使用时，其主要作用是（ ） A.使光信号放大并再生 ? B.使光信号再生 C.使光信号放大 D.使光信号的噪声降低 二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.根据传输方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形式分为三类：一为_TEM_波；二为TE 波；三为TM 波。 2.对称薄膜波导是指敷层和衬底的_折射率相同_的薄膜波导。 3.光学谐振腔的谐振条件的表示式为__错误！未找到引用源。______。q L c n 2= λ 4.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的这种现象称为_自聚焦_现象。 5.利用_光_并在光纤中传输的通信方式称为光纤通信。 6.在PIN 光电二极管中，P 型材料和N 型材料之间加一层轻掺杂的N 型材料，称为本征层（I ）层。 7. 光源的作用是将 电信号电流变换为光信号功率 ；光检测器的作用是将 光信号功 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 光纤在波长λ处的衰减系数为()αλ，其含义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km 。当长度为L 时， 10()()l g (/)(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。 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1P、2P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。 （a） （b） 图1.2 典型的插入损耗法测试装置 光纤损耗测试方法及其注意事项 1 引言 随着应用和用户对带宽需求的进一步增加，光纤链路对满足高带宽方面的巨大优势逐步体现，光纤的使用越来越多。在施工中，无论是布线施工人员，还是网络维护人员，都有必要掌握光纤链路测试的技能。 2004年2月颁布的TIA/ TSB-140测试标准，旨在说明正确的光纤测试步骤。该标准建议了两级测试，分别为： Tier 1（一级），使用光缆损耗测试设备（OLTS）来测试光缆的损耗和长度，并依靠OLTS或者可视故障定位仪（VFL）验证极性； Tier 2（二级），包括一级的测试参数，还包括对已安装的光缆链路的OTDR追踪。 根据TSB-140标准，对于一条光纤链路来说，一级测试主要包括两个参数：长度和损耗。事实上，早在标准ANSI/TIA/EIA-526-14A 和ANSI/TIA/EIA-526-7中，已经分别对多模和单模光纤链路的损耗测试，定义了三种测试方法（长度的测量，取决于仪表是否支持，如果仪表支持，在测试损耗的同时，长度同时也会测量）。为了方便，本文中分别称为：方法A、方法B和方法C。TSB－140就是在这基础上发展而来，与此兼容。 本文主要就这三种方法各自的特点、操作方法、应该使用的场合进行分析和阐述。另外，对光纤链路的测试中需要注意的问题进行分析。 2 如何测试光纤链路损耗 光纤链路损耗的测试，包含两大步骤：一是设置参考值（此时不接被测链路），二是实际测试（此时接被测链路）。 标准中定义了三种测试损耗的方法（以双向测试为例）： 2.1 测试方法A 方法A设置参考值时，采用两条光纤跳线和一个连接器（考虑一个方向，如图1）。设置参考值后，将被测链路接进来（如图2），进行测试。 图1 图2 每个方向的测试结果中包括光纤和一端的连接器的损耗。因此，方法 A 是用来测试这种光缆链路：光纤链路一端有连接器，另一端没有。 2.2 测试方法B 方法B设置参考值时，只使用了一条光纤跳线（考虑一个方向，如图3）。设置参考值后，将被测链路接进来（如图4），进行测试。 图3 图4 这种方法的测试结果中，包括光纤链路和两端连接的损耗。因此，方法B是用来测试这种光缆链路：链路两端都有连接器，其连接器的损耗是整个损耗的重要部分。这就是室内光缆的常见例子。 从技术角度讲，测试结果中还包括了额外的光纤跳线（3－4）的损耗，但是其长度较短，损耗可以忽略不计。对室内光缆网络，这种方法提供了精确的光缆链路测试，因为它包括了光缆本身以及电缆两端的连接器。 2.3 测试方法C 方法C设置参考值时，使用三条光纤和两个连接器（单方向，见图5），其中两个连接 光纤通信原综合测试题（一） 一、填空题：(30分，每题1分) 1、光纤通信系统基本组成部分有、和。光纤的三个工作波长分 别为、和。G、652光纤的波长为，G、655光纤的波长为。 2、光纤的主要损耗是和，其色散主要有、、。 3、目前常用的光源有LD和LED，其中LD是物质发生过程而发光，而LED是因 物质发生过程而发光，在数字光纤通信系统中对光源采用 调制，而收端采用方法进行检测。 4、影响接收灵敏度的主要是光电检测器的和噪声，以及放大电路 的噪声。 5、光无源器件主要有、、和。 6、SDH的复用过程主要步骤是、和。其主要设备 有、、和。 二、名词解释（2*2=4分） 1、 SES 2、消光比 三、判断题(每题2分，共计10分) 1、渐变型多模光纤具有自聚焦特性，故其没有模式色散。（） 2、接收机能接收的光功率越高，其灵敏度越高。（） 3、一个STM—1中能装入63个2Mb/s的信号，故其频带利用率比PDH高。（） 4、LED的P-I特性呈线性，故无论用模拟信号和数字信号对其进行调制均不需要加 偏置电流。（） 5、SDH采用同步字节间插复用方式，故能实现一次性上下低速信号。（） 四、简答题（每题6分，共计18分） 1、 1、什麽是自愈网？画图表示二纤单向复用段倒换环的工作原理。 2、 2、温度对LD有什麽样的影响？采用什麽方法可以抑制温度对它的影响？ 3、OTDR是什麽？在光纤通信中有何用途？ 五、计算题（38分） 1、（12分）已知阶跃型多模光纤的包层折射率为1、48，相对折射率差为1%，试求：（1）① 纤芯折射率为多少？ （2）② 数值孔径为多少？ （3）③ 在5km长的光纤上，脉冲展宽为多少？ 1.决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和传输带 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 2.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是( A ) A.n1≈n2 B.n1=n2 C.n1>>n2 D.n1< 1 全国2019年10月高等教育自学考试 光纤通信原理试题 课程代码：02338 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.当平面波的入射角θ1变化时，在薄膜波导中可能产生的三种波是( ) A.TEM 波、TE 波和TM 波 B.导波、TE 波和TM 波 C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模 D.TEM 波、导波和TM 波 2.速率为f b 的NRZ 码经5B6B 码型变换后的码速率是( ) A. f b B.65f b C. 56 f b D. 2f b 3.掺铒光纤放大器的工作波长范围是( ) A. 1.53μm ～1.56μm B. 0.85μm ～0.9μm C. 1.31μm ～1.35μm D. 1.45μm ～1.48μm 4.STM —4传输一帧所用的时间为( ) A.125μs B.250μs C.375μs D. 500μs 5.对称薄膜波导中，导波的截止波长λc=( ) A.13 222 1m n n d 2φ+π-π B. 12222 1m n n d 2φ+π-π C. m n n d 222 2 1- D. m n n d 2222 1-π 6.目前光纤通信系统中广泛使用的调制─检测方式是( ) A.相位调制—相干检测 B.强度调制—相干检测 C.频率调制—直接检测 D.强度调制—直接检测 7.在弱导波光纤中，和的分布是一种近似的( )波。 A.TE B.EH C.TM D.TEM 8.在阶跃型光纤中，导波的特性参数有( ) A.β、α、W B.U 、V 、α C.U 、W 、β D.V 、W 、α 9.为了使雪崩光电二极管能正常工作，需在其两端加上( ) A.高正向电压 B.高反向电压 C.低反向电压 D.低正向电压 光缆施工现场及验收的检测方法与标准 光缆施工的现场测试很重要，它是为连接光端机总调测做准备。光缆内光纤的测试项目有传输衰减的测量，对多模光纤，当需要时测试基带响应。 单盘光缆测试的目的在于工厂产品的质量；施工布放后的测试是为检查布放过程有无损伤，并作为接续前的检查；接续中的测试是为了检查接头是否达到低损耗；接续后组成单元光缆段的测试，目的在于检查是否达到设计对传输总衰减和总基带响应要求，作为连接光端机总调测的准备。 单模光纤是以色散系数来表征色散的。单模光纤的色散系数本来很低，对于140Mbit/s 系统的限额为300ps/nm，因此当中继段长小于50km时，该限额有很大余量，施工过程可以不必测量；565Mbit/s五次群的限额为120ps/nm，因此有必要在设计中考虑，施工后进行验证测量。 1、现场传输衰减的测量 1.1 光纤的衰减 光信号沿光纤传输时，光功率的损失即为光纤的衰减，衰减A以分贝（dB）为单位，A=10lgP1/P2（dB） P1和P2分别是注入端和输出端的光功率。 1.2 光缆间增加注入系统 为了测量得到精确的结果，必须保证功率分配是稳态模，因此在光源与被测光缆间增加注入系统。注入系统由扰模器、滤模器和包层模剥除器组成的一种模拟装置；对多模光纤可以用1km以上，以一定曲率半径圈绕的光纤。 1.3 3种测试方法比较 CCITT建议G.651推荐了3种测试方法。即剪断法、和后向散射法。剪断法精度高但有破坏性；介入损耗法是非破坏性，精度不如剪断法；而后向散射法，即用光时域反射仪（OTDR）测量，功能全、精度高和无破坏性，测量数据可直接打印出来。 1.4 用光时域反射仪（OTDR）测量的优点 用光时域反射仪（OTDR）测试只需在光纤的一端进行，如图1、2所示，用这种仪表不仅可以测量光纤的衰减系数，还能提供沿光纤长度衰减特性的详细情况，检测光纤的物理缺陷或断裂点的位置，测定接头的衰减和位置，以及被测光纤的长度，这种仪器带有打印机，可以把测绘的曲线打印出来。 一 填空题 1光波属于电磁波范畴,包括可见光、红外线和紫外线. 2.目前实用通信光纤的基础材料是 二氧化硅 . 3.目前光纤通信采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波的光纤数字通信系统. 4.光发射机的主要作用是将电信号转换成光信号耦合进光纤。 5.光接收机的主要作用是将光纤送过来的光信号转换成电信号。 6.目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.8～1.8μm 波长区，对应频率为 167~375THz 7.目前光纤通信的三个实用窗口为0.85μm 、1.31μm 及1.55μm 。 8.在传播方向上既无电场分量也无磁场分量，称为横电磁波。 9.在传播方向上有磁场分量但无电场分量，称为横电波。 10.在传播方向上有电场分量但无磁场分量，称为横磁波。 11. 光纤损耗的单位是dB/km 。 12. 单位长度光纤传输带宽的单位是MHz .km 。 13. 光接收机中的重要部件是能够完成光/电转换任务的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN ）和雪崩光电二极管（APD ）。 14.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激光器（LD ）或半导体发光二极管（LED ）。 15.光纤纤芯的折射率n 1大于包层折射率n 2。 16.按照光纤横截面折射率分布不同来划分，光纤可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。 17.按照纤芯中传输模式的多少来划分，光纤可分为单模光纤和多模光纤。 18. 单模光纤的纤芯直径约为4～10μm 。 19. 多模光纤的纤芯直径约为50μm 。 20.光缆的结构可分为缆芯、加强元件和护层三大部分。 21.影响光纤最大传输距离的主要因素是光纤的损耗和色散。 22.光纤损耗包括：光纤本身的损耗，光纤与光源的耦合损耗，光纤之间的连接损耗等。 23.色散的大小用时延差来表示。 24.色散的程度用时延差来表示，时延差越大，色散就会越严重。 25.时延差的单位是ps/km.nm 。 26.单模光纤中的色散不存在模式色散，只有材料色散和波导色散。 27.光纤通信系统中，误码性能和抖动性能是传输性能中的两个主要指标． 28.抖动的程度原则上可以用时间、相位、数字周期来表示，现在多数情况是用数字周期表示． 29.抖动容限可分为输入抖动容限和输出抖动容限． 30. 掺铒光纤放大器的英文缩写是EDFA 。 31.渐变型光纤由于芯子中的折射指数n 1是随半径r 变化的，因此子午线是曲线。 32.渐变型光纤靠折射原理将子午线限制在芯子中，沿轴线传输。 33.弱导波光纤中的光线几乎与光纤轴平行。 34.弱导波光纤中的光波是近似的横电磁波。 35.在阶跃型光纤中，不论是子午线还是斜射线，都是根据全反射原理，使光波在芯子和包层的界面上全反射，而把光波限制在芯子中向前传播的。 36.导波传输常数的变化范围 。 37.当 时，电磁场能量不能有效地封闭在纤芯中，而向包层辐射，这种状态0201k n k n β<<02k n β= 1.1966年由英籍华人高锟和霍克哈姆提出可以使用 光纤作为传输介质。 2.在光电二极管中只有入射波长λ< λ（>,<或=）的光入 c 射才能产生光电效应，所以 λ称为截止波长。 c 3.分析光纤中光的传输特性时有两种理论：射线光学理论和 波动光学理论。 4.光纤与光纤的连接方法有两大类：一类是活动连接，另 一类是固定连接。 5.单模传输条件是归一化参量满足归一化频率 V≤2.405 。 6.LED和LD在结构上的最大差异是：LD具有谐振腔。 7.光发送机主要由光源、驱动电路和辅助电路组成。 8.接收机中存在的噪声源可分为两类：散粒噪声和热噪声。 9.光放大器是基于受激辐射原理，实现入射光信号放大的 一种器件，其机制与激光器完全相同。 10.是无源器件的输入和输出端口之间的光功率之比。 A 插入损耗 B回波损耗 C反射系数 D偏振相关损耗 11.指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用 到一路上的技术。[ B ] A 光波分复用技术 B 光时分复用技术 C 光频分复用技术 D 码分复用技术 12.若输入光发射机的信号全为“0”时，输出光发射机的平 均光功率为 P；输入信号全为“1”时，输出的平均光功率为 P，则消光比EXT的表达式是。[ C ] 1 A 0110lg P P B 00110lg P P P + C 1010lg P P D 10110lg P P P + 13. 波分复用光纤通信系统在发射端，N 个光发射机分别发 射 。 [ D ] A N 个相同波长的光信号，经过光波分复用器WDM 合到一 起，耦合进单根光纤中传输 B N 个不同波长的光信号，经过光波分复用器WDM 变为波 长相同的光信号，耦合进单根光纤中传输 C N 个相同波长的光信号，经过光波分复用器WDM 变为波 长不同的光信号，耦合进单根光纤中传输 D N 个不同波长的光信号，经过光波分复用器WDM 合到一 起，耦合进单根光纤中传输 14. 决定了光纤放大器所能放大的波长。 [ C ] A 光纤传导模式 B 光纤的衰减 C 掺杂到纤芯中的稀土离子的特性 D 光纤纤芯的直径 15. STM-4的速率约为 Mb/s 。 [ B ] A STM-1 155 B STM-4 622 C STM-16 2488 D STM-16 9953 16. 当使用雪崩光电二极管时，由于倍增过程的随机特性所产生 的附加噪声，称为 。[ ] A 散粒噪声 B 暗电流噪声 C 量子噪声 D APD 倍增噪声 19. 掺铒光纤放大器中泵浦光源的作用是 。[ ] A 叠加加强信号光 B 叠加削弱信号光 C 使掺铒光纤处于粒子数反转分布状态 D 对信号光进行调制 关于光纤接续损耗测试以及分析 作者：舒伟明 光纤接续损耗是光纤通信系统 性能指标中的一项重要参数，损耗值的大小直接影响到光传输系统的整体传输质量，在光缆施工和维护测试中，运用科学的测试分析方法，对提高整个光缆接续施工质量和维护工作极其重要，尤其是进一步研究光通信中长波长的单模光纤的通信性能、传输衰耗、测量精度和检查维修等方面有一定现实意义。 一、 光纤接续损耗分析 1、 光纤接续损耗产生的原因 1.1 本征损耗 本征损耗是光纤材料所固有的一种损耗，预制棒拉丝成纤后就确定了，这种损耗无法避免，引起光纤本征损耗的主要原因是散射和吸收，散射是由于材料密度不均匀而产生的瑞利散射，吸收主要是光纤材料中的杂质粒子对某些波长的光产生强烈的吸收。 1.2光纤的附加损耗 附加损耗是成纤后产生的损耗，主要是由于光纤受到弯曲和微弯所产生的，在成缆和光缆的施工过程中，都不可避免地要发生弯曲，因此就会产生附加损耗，对于单模光纤，对接的两根纤，由于模场直径，纤芯和包层的同心度、纤芯的不圆度参数的差异，会导致光纤接续损耗的产生，在两根光纤完全对准，且忽略端面间隙的情况下，接续损耗主要取决于光纤模场直径的差异，接续损耗的计算为：b=20lg[1/2(d1/d2+ d2/ d1)], d1与d2分别为两对接光纤的模场直径，从计算公式可以看出，两对接光纤的模场直径相等（即d1=d2）时，其接续损耗b=0。 2、 影响光纤接续损耗的原因 影响光纤接续损耗的原因，主要是光纤本身的结构参数和熔接机的熔接质量，同时还有一些人为因素和机械因素，比如光纤收容盘纤产生的弯曲损耗，光纤切割的断面质量，横向失配、纵向分离、轴向倾斜等。 二、光纤接续损耗测试分析 1、熔接机对接续损耗估算原理 熔接机接续是通过对光纤X轴和Y轴方向的错位调整，在轴心错位最小时进行熔接的，这种能调整轴心的方法称为纤芯直视法，这种方法不同于功率检测法，现场是无法知道接续损耗的确切数值的，在整个调整轴心和熔接接续过程中，通过摄像机把探测到所熔接纤芯状态的信息，送到熔接机的分析程序中，然后熔接机计算出接续损耗值，其实准确地说，这只能是说明光纤轴心对准的程度，并不含有光纤本身的固有特性所影响的损耗，而OTDR 的测试方法是后向散射法，它包含有光纤参数的不同形式的反射损耗，所以熔接机所显示的数据配合观察光纤接续断面情况只是粗略地估计了光纤接续点损耗的状况，不能作为光纤接续损耗的真实值。 2、OTDR的工作原理 背向散射法是将大功率的窄脉冲光注入待测光纤，然后在同一端检测沿光纤轴向向后返回的散射光功率，由于光纤材料密度不均匀，其本身的缺陷和掺杂成分不均匀，当脉冲通过光纤传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起瑞利散射，其中总有一部分进入光纤的数值孔径角，沿光纤轴反向传输到输入端。瑞利散射光的波长与入射光的波长相同，其光功率与散射点的入射光功率成正比，测量沿光纤轴向返回的背向瑞利散射光功率可采集到沿光纤传输损耗的信息，从而测得光纤的衰减。 光时域反射仪通过光发送脉冲进入输入光纤，同时在输入端接收其中的菲涅尔反射光和瑞利背向散射光，再变成电信号，随时间在示波器上显示。 使用OTDR测试光纤接续损耗时，1550nm的波长对光纤弯曲的损耗较1310nm敏感，所以光纤接续损耗测试应选择1550nm波长，以便观察光缆敷设和光纤接续中是否会因光纤弯曲过度而造成损耗增大，但采用光源光功率计全程传输损耗测试时应对1310nm和1550nm两波长进行分测。 光纤测量实验报告 光纤损耗测量 一、实验目的 1、掌握光功率计的原理及使用方法 2、利用光功率计测量1310nm及1550nm光纤的损耗 二、实验装置 LD激光器，光功率计，直径不同的圆柱型物体若干，光纤跳线若干。 1、LD激光器 半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。.其工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。 2、光功率计 光功率计是指用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗的仪器。 在光纤系统中，测量光功率是最基本的，非常像电子学中的万用表；在光纤测量中，光功率计是重负荷常用表。通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。 3、直径不同的圆柱型物体 分别有笔芯、针管、胶棒等圆柱型物体，如下图所示。 三、实验步骤 如下图所示，连接好实验装置后，首先将光纤拉直，在不进行缠绕的情况下测得初始光功率，再将光纤在不同的圆柱型外缠绕不同的圈数，分别记录下此时的光功率计显示的损耗值，列表分析数据并画出损耗曲线。 四、实验数据及结果分析 1、波长值为1310nm （初始光功率值为5.37dBm ） 2、波长值为1550nm （初始光功率值为2.40dBm ） （1）直径d=5mm10月光纤通信原理自考试题
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