光纤衰减测量

光激励通过一定的长度（耦合长度）后，即传输中的模耦合经过多次 变换以及相邻模间能量转移后，模式功率分布不再随激励条件和光纤长度变 化。——稳态模功率分布。 在达到稳态模功率分布后，光纤的衰减和带宽都呈现出确定值。
耦合长度—— 达到稳态 模分布时的光纤长度， 取决于模耦合强度，即 与光纤的质量、类型及 其存在的状态有关。 （较好情况下，需几公 里长）
到稳态模功率分布。
光束激励典型图
“注入系统”：由适当的光耦合系统与扰模器、滤模器及包层模剥除器一起构 成，通过注入系统的光功率应达到稳态分布。
判断达到稳态分布有两种方法：
看光纤输出功率与扰模程度的变化关系。 刚开始扰模时高阶模的包层模损耗很大，输出功率下降快；当模式趋于 稳态分布时，输出功率的变化缓慢。 看光纤输出近场和远场分布 输出近场分布图：光纤输出端面光功率沿光纤半径r的分布Po(r)称为光纤 输出近场分布图，如果光纤中各导模的损耗相同，又无模式耦合，则Po(r)与光 纤输入端面光功率分布相同。
（1）在光纤涂敷层折射率比包层折射率低的情况：将滤模器中那一段光纤 的涂敷层去掉，并浸在折射率等于或稍大于包层折射率的匹配液中。 （2）光纤涂敷层折射率较高的情况：无须去掉涂敷层而直接将光纤浸入匹 配液（折射率等于或稍大于包层折射率）中，可达到剥除包层模的目的。 匹配液可以采用丙三醇(甘油)、四氯化碳和液态石腊等。
纤输出端和输入端远场辐射角以及近场光斑尺寸均相一
致(匹配)，衰减符合长度相加性。
只有在稳态模式分布的条件下，才能得到惟一代表光纤本 征特性的α值。
获得稳态模式分布有三种方法：
(1) 建立NAb≈NAf 的光学系统； (2) 建立稳态模功率分布模拟器，一般包括扰模器、滤模器 和包层模消除器； (3) 用一根性能和被测光纤相同或相似的辅助光纤，代替光 纤耦合长度的作用，这种方法在现场应用得非常方便。 稳态模功率分布装置是根据耦合的机理，通过强烈的几 何扰动促使光纤中模式耦合尽快达到稳态分布的方法构成。
问题：为什么要将光纤浸入折射率匹配液中？
光束激励装置
光源射出光线 透镜聚焦 针孔（空间滤波） 波长滤波器（选择特定
波长的光） 衰减器（使光纤存在和不存在时，输出光功率检测器的光强不变， 即校准可变衰减器） 斩光器 分光器（用途：a. 检测器监测光源的稳定性，
利用测得的光源变化对插入光纤后测得的光功率修正；b. 观测光纤端面上激励光
除测量特定波长的衰减外，还应利用中心波长可变的光源确定损耗的光谱特性。 （光源：有机染料激光器 要求较大激励功率 宽谱灯泡 要求较小激励功率）
二、传输性测量：目的是提供设计和维护光纤系统需要的数据。
测定总的衰减。一部分是固有损耗，另一部分是光纤扰动损耗。
确定稳态衰减系数；确定扰动损耗。
测量方法： 1. 剪（截）断法。（破环性方法） 2. 插入损耗法。 3. 背向散射法。光时域反射仪—基于测量光纤输入端背向散射功率的衰减 重点：讨论各种方法的原理、测量系统的组成、测量准确度及适用范围。
• 没有模式耦合情况：可以给每个模式规定一个损耗系数1，但所有模 只能给光纤的材料规定一个损耗系数。低次模的损耗系数几乎与纤芯材料 的损耗系数相同，因此在没有模式耦合的情况下，可用纤芯材料的损耗系 数表征多模光纤的特征。
式的总功率不再由上式给出。即不能给多模光纤规定一个唯一的损耗系数，
•
Fra Baidu bibliotek
模式耦合情况：由于光纤存在不均匀性和几何扰动，不同模式在光纤
功能：扰模、滤模和包层模剥除。
• 扰模器是一种用强烈的几何扰动实现模式强耦 合的部件。通过这种部件能提供一个与光源特 性无关的模式分布。
• 滤模器是一种用来选择，并抑制或衰减某些模式
以便建立所需要的稳态模式分布的部件。 • 滤模器可以是绕棒式的，即把光纤用较小的张力绕 在一根20mm长的棒上。 • 或将光纤嵌入s型槽内．其中充满折射率匹配液可 消除包层模。
在传输过程中由于光纤的不均匀使传导模的部分功率转换成其他传导模，
中传播时会发生模式耦合。（如：光源注入在光纤始端激励起一个传导模，
另一部分功率转换成辐射模。）
不同模式具有不同衰减和不同的群速度，所以在多模传输的条件下衰 减测量与光激励有关，同时也与环境条件有关。（如：应力、弯曲）
测量多模光纤衰减的条件——稳态模功率分布
第三章
主要内容
光纤衰减测量
光纤衰减的类型 衰减测量的光激励 剪断法测量光纤的衰减 插入损耗法 背向散射法 光时域反射仪（OTDR）
3.1 衰减测量类型
根据测量衰减的目的不同将衰减测量分为两类： 一、技术性测量：目的是改进光纤的生产工艺及制造过程。 测量关键是测定固有损耗，并区分吸收损耗和散射损耗。
3.2 衰减测量的光激励
单模光纤：
单模光纤中损耗的功率可用损耗系数2‘ 来描述，它表 示单位长度光纤的损耗功率。 如果沿长度方向的损耗是均匀的，那么在知道输入功率 P(0)后，沿光纤长度方向上任一点z处的功率P(z)便可用损耗
系数表示
P( z ) P(0)e 2 ' z
多模光纤：
用单位长度计算光纤的均匀损耗不成立。
注入条件与稳态分布
光功率进入光纤有两种注入方式：
（1）稳态注入，又称欠注入。通过适当的光学系统，使
注入光本身接近于光纤的稳态分布，即仅激励损耗较低
的低阶模，因为只有低阶模才能够在光纤中远距离传输。 （2）满注入，就是要激励所有的导模，所以又叫全激励。
模式稳态分布：
指光纤中全部模功率分布是稳定的，不随距离而变，光
束的位置） 可变孔径盘（调节激励光束的数值孔径使其与光纤的数值孔径匹 配） 显微物镜（使激励光束聚焦到纤芯上） 光纤端面 少量光线反射， 经分光器 观测望远镜（观测光纤端面上激励光束的位置） 实验时应注意：用三维微调架上
的真空夹头固定光纤端面。
光束激励装置还包括扰模器、滤 模器和包层模剥除器，以使激励光达
• 包层模剥除器是一种使包层模转换成辐射模 的部件，它可以将包层模从光纤中除掉。 • 由于光具有向高折射率介质折射的性质，将 滤模器中那一段光纤的涂敷层去掉，并浸在 折射率等于或稍大于包层折射率的匹配液中。 • 匹配液可以采用丙三醇(甘油)、四氯化碳和 液态石腊等。
包层模剥除器：一种使包层模转换成辐射模的部件。它可将 包层模从光纤中除掉。 如何实现包层模剥除？ 利用光束具有向高折射率介质方向偏折的性质。