SR 121-2012 单模光纤的受激布里渊散射阈值测试方法

目 录1 概述 ..................................................................... 1 2 缩略语 ................................................................... 1 3 SBS理论 (1)3.1 物理过程 ............................................................ 2 3.2 阈值特性 ............................................................ 2 4 SBS阈值功率的测试装置 . (3)4.1 光源 ................................................................ 4 4.2 掺铒光纤放大器 ...................................................... 4 4.3 可变光衰减器 ........................................................ 4 4.4 光纤偏振控制器 ...................................................... 4 4.5 耦合器和环形器 ...................................................... 5 4.6 耦合器尾纤与接续 .................................................... 5 4.7 端口C光纤连接 ....................................................... 5 4.8 功率计 .............................................................. 6 5 测试程序 .. (6)5.1 反射功率测试 ........................................................ 6 5.2 输入功率测试 ........................................................ 7 6 系统测试的重复性 ......................................................... 7 7 SBS阈值定义 .. (7)7.1 定义A ............................................................... 9 7.2 定义B ............................................................... 9 8 测试结果的分析和计算 .. (9)8.1 采用定义A时的数据分析 ............................................... 9 8.2 采用定义B时的数据分析 .............................................. 10 8.3 测试和计算的重复性 ................................................. 10 8.4 试验数据与理论计算 ................................................. 11 8.5 dBm与mW的转换 ...................................................... 11 8.6 长度归一化 ......................................................... 11 8.7 衰减归一化 ......................................................... 13 9 结果 .................................................................... 13 参考文献 (14)电话：82054513 h t t p ://w w w .p t s n .n e t .c n单模光纤的受激布里渊散射阈值测试方法简介：本研究报告参考了ITU-T G.650.2(2007)中对于受激布里渊散射阈值的定义和测试方法，基于实际的测试实验结果，给出了受激布里渊散射阈值功率的两种定义方法和对应的实验装置仪器，并详细说明了测试过程中的具体操作及要求。

受激布里渊散射阈值功率需要对测试结果进行数学建模和处理分析。

本研究报告给出了两种定义下不同的数据处理和计算方法。

本研究报告由中国通信标准化协会传送网与接入网技术工作委员会线缆工作组提出，传送网与接入网技术工作委员会通过。

1 概述在光纤通信中，当使用的光源线宽较窄，输入光功率超过了受激布里渊散射阈值时，产生受激布里渊散射，大量的光功率可能会由前向传输的信号光转移为后向传输的光，使得光功率下降和信号恶化，影响传输距离和通信质量。

本研究报告参考了ITU-T G.650.2(2007)中对于受激布里渊散射阈值的定义和测试方法，基于实际的测试实验结果，给出了受激布里渊散射阈值功率的两种定义方法和对应的实验装置仪器，并详细说明了测试过程中的具体操作及要求。

受激布里渊散射阈值功率需要对测试结果进行数学建模和处理分析。

本研究报告给出了两种定义下不同的数据处理和计算方法。

对于不同长度或不同衰减系数的单模光纤，可以定义长度归一化和衰减归一化的受激布里渊散射阈值功率。

本报告适用于对单模光纤进行受激布里渊散射阈值的测试方法研究。

2 缩略语下列缩略语适用于本研究报告。

SBS Stimulated Brillouin Scattering 受激布里渊散射ASE Amplified Spontaneous Emission 放大自发辐射SNR Signal to Noise Ratio 信噪比EDFA Erbium Doped Fibre Amplifier 掺铒光纤放大器FWHM Full Wave at Half Maximum 半高全宽VOA Variable Optical Attenuation 可变光衰减器FPC Fibre Polarization Controller 光纤偏振控制器FUT Fibre Under Test 待测光纤3 SBS理论1 电话：82 0 5 4 5 13 h t t p : / / w w w . p t s n . n e t . c n3.1 物理过程SBS过程可经典地描述为泵浦波、斯托克斯波通过声波进行的非线性相互作用。

泵浦波通过电致伸缩产生声波，然后引起介质折射率的周期性调制。

泵浦引起的折射率光栅通过布拉格衍射散射泵浦光，由于多普勒位移与以声速移动的光栅有关，散射光产生了频率下移。

同样，在量子力学中，这个散射过程可看成是一个泵浦光子的湮灭，同时产生了一个斯托克斯光子和一个声频声子。

由于在散射过程中能量和动量必须守恒，则三个波之间的频率和波矢有以下关系：ΩB = ωp - ωs ，κa = κp - κs (1)其中ωp 和ωs 分别为泵浦波和斯托克斯波，κp 和κs 则为对应的波矢。

频率ΩB 和声波波矢κa 满足色散关系：ΩB = νa |κa | ≈ 2νa |κp | sin(θ/2) (2)式中θ为泵浦波与斯托克斯之间的夹角。

（2）式表明，斯托克斯波的频移与散射角θ有关。

更准确的说，在后向(θ=π)有最大值，在前向(θ=0)它为零。

在单模光纤中，只有前向和后向两个方向为相关方向，因此，SBS仅发生在后向，且后向布里渊频移为：νB =ΩB /2π =2nνa /λp (3)在（3）式中利用了|κp |=2πn/λp ，n为泵浦波长在λp 处的折射率。

3.2 阈值特性通常，SBS阈值的理论估算表达式为：BB p effBeffeff th L g KA P νννΔΔ+Δ=21 (4)其中，假设泵浦和布里渊线宽为洛伦茨波形。

表示布里渊增益系数，A eff 表示有效面积。

K 为常数（1≤K ≤2），由偏振态的自由程度决定。

Beff g B νΔ和p νΔ分别表示布里渊带宽和泵浦光的线宽，L eff 表示有效长度，定义为：()ααL L eff −=1exp …………………………………（5） a 1010ln =α…………………………………（6） 其中，a （dB/km ）为衰减系数，L 为光纤长度（km ）。

从（4）式可以看出，SBS阈值除了受声光有效面积A eff 、峰值布里渊增益系数和光纤长度的影响外，SBS阈值还取决于泵浦光的线宽Beff g p νΔ。

当p νΔ<<B νΔ时，阈值为最低，它限定了在没有较宽泵浦线宽或其他调制方法的情况下最大的稳定状态输入功率P m ，表达式为：effBeff effm L g KA P 21= (7)注1：传输系统中实际的最大输入功率可以通过各种调制方法来增加。

这些调制方法在文献中已有报道。

注2：P th 和P m 都需要通过实验估算增益系数。

Beff g 2电话：82054513 h t t p ://w w w .p t s n .n e t .c n4 SBS阈值功率的测试装置SBS阈值功率的测试是通过改变输入到待测光纤的光功率，在一定输入功率时测试反射光功率和传输光功率。

在测试过程中，应消除光纤末端端面反射的影响，以免产生二阶SBS的影响。

典型SBS功率阈值的测试实验装置如图1所示。

此装置可用来测试输入光功率和后向反射光功率。

整个测试系统的各连接点应使用熔接，或使用斜角连接器以避免端面反射。

计或探测器 计或探测器A) 采用耦合器计和探测器CB) 采用环形器图1 SBS阈值功率测试实验装置3 电话：8 2 0 545 1 3 h t t p : / / w w w . p t s n . n e t . c n4.1 光源光源是波长在1550nm附近的窄线宽激光器或可调激光器，具体要求如下：——输出功率应足够大，使得经过掺铒光纤放大器（EDFA）后具有足够高的信噪比（SNR）；——测试过程中，光频率应能够稳定在20kHz以内；——谱宽（FWHM）应小于200kHz，没有明显的延迟线；——偏振度大于99%；——测试过程中偏振态稳定（可以通过A端监测）。