光纤特征参数的测量

处理 显示
插入法
插入法是在注入装置的输出和光检测器 的输入之间用1～2m长的短光纤直接连接， 测出光功率Pi，然后在两者间插入被测光纤， 再测出光功率Po，据此计算损耗系数。
光源
光注入 系统
活动接头
活动接头
待测光纤
光纤 功率计
插入损耗法测量装置图
背向散射法测试原理
P(z) P010(az/10)
测量注入条件
❖ 折射近场法
典型测量方法
n1
❖ 传输近场法
n3 n2
光源 注入系统
扰模 剥模
光学 放大
检测器
放大 处理
光纤折射率分布测量
❖折射近场法
测量原理 r
z
nL 3
4
n0
1
2 nr
n0 sin1 nr sin2
nL sin3 n0 sin4
nrk0 cos2 nLk0 cos3
sin2 1 nr2 sin2 2 nr2 nr2 cos2 2
2
(q)
dq
1 2
0
❖ 2.用可变孔径法定义模场直径
2
1 2
2W
4 0
a(X) qdq
a(X) 1P(X) / Pmax
X D tan
❖ 远场扫描法
光检测器
光源
注入器
光放大器
量角仪
信号处理 及显示
远场扫描法测量系统简图
❖ 可变孔径法
光源
注入器
测试光纤
光检 测器
透镜系统
锁相放大、信号处理、显示 可变孔径法测量系统简图
❖ 典型的测量方法 折射近场法 远场光强法 远场光斑法
光 光源 源 光注入系统
光
光
纤
剥模器 纤
测试光纤
p
注入光远器场件光强测量图
光斑法测试原理图
光检测器 屏
NθA k d
远场光强随角度分布示意图
光纤衰减测量
光纤衰减机理
() 10 lg P1 , (dB/ km)
L P2
典型测量方法
截断法 插入损耗法 背向散射法
C()L
光纤色散系数为 C() (L)
相移法测量系统框图
三、带宽测量
光纤带宽是色散在频域的反映，多 模光纤的带宽主要由模式色散引起。 带宽的测试方法主要有时域法和频域 法。
❖时域法——又称脉冲展宽法。测量 通过光纤的光脉冲产生的脉冲宽度 确定光纤的带宽。
❖频域法——又称扫频法，测量通过 光纤的频率响应来测量带宽，此法 多用于多模光纤的测量。
Pbz (z) P(z) (z)10(az/10) P0 (z)102(az/10)
(z) (VgT0 / 2)R Q
Pbz (0) P0 (0)
0
~
z,
5 z
lg
Pbs (0) Pbs (0)
lg
(0)
(0)
(0) (z), 5 lg Pbs (0)
z Pbs (0)
LED
适用于低速、短距离通信
种类：
边发光二极管 面发光二极管 超辐射发光二极管
工作特性： 光谱特性 电光转换特性 耦合特性 温度特性
LD
宽带光源
光纤熔接机
光谱分析仪
光功率计
光波长计
偏 振 器
偏 振 器
IF
AA
光检测器
光检测器偏
晶体晶拨体片旋光器
振 器
对数变换B
偏 振 器
B
光功光率功计率计 显示
P(r) NA2 (r) n2 (r) n22 P(0) NA2 (0) n2 (0) n22
nr n2 nr
NA2r nr 2 n22 2n2nr
P(Байду номын сангаас) P(0)
2n2nr n2 (0) n22
1
nr
n(0)
1
2(
r a
)
g
2
m
n2 (r) n22 n12 n22
n1 n2 n1
干波涉片薄晶型膜体光滤旋波光光长片型计型光的波波基长长本计计组的的成基基框本本图组组成成框框图图
光时域反射计
半导体激光器
定向耦合器
显示器
脉冲发生器 平均处理器
探测器 放大器
检测故障原理框图
光纤的特性参数
❖几何特性——纤芯与包层的直径、偏心度、 非圆率
❖光学特性——折射率分布、数值孔径、模 场直径和截止波长
弯曲状态下测量损耗-波长函数。
时延法——改变波长，观察LP01模和LP11模产生的两个 脉冲变为一个脉冲。
近场法——改变波长，观察近场图由环形变为高斯形。
NAeff sin p0.05 1 0.05g/2 NAmax ka NAmax
g与ka的关系值
g
1.0
1.5
2.0
2.5
10
∞
ka
0.881 0.946 0.975 0.988
1.00
1.00
光纤数值孔径测量
当g 2, NAeff 0.975NAmax
NAmax (850nm) 0.985NAmax (633nm) NAmax (1310nm) 0.979NAmax (633nm) NAmax (850nm) 0.960NAmax (633nm) NAmax (1310nm) 0.955NAmax (633nm)
P(r) P(0)
n2 (r) n22 n12 n22
1(r )g a
❖ 测量方法
显示器
光源
光注入系统
光检测系统
信号处理器
C(r, z)
P(r) P(0)
C(r, z)
n2 (r) n2 (0)
n22 n22
z 0,C(r, z) (1
r
1
)2
2a
z 1,C(r, z) 1
光纤数值孔径测量 ❖ 远场强度有效数值孔径
二、色散测量
❖ [测试方法]： 相移法是测量单模光纤的色散的方法。
❖ [相移法测量原理] 用角频率为ω的正弦信号调制的光波，经长度为L的单模光纤
传输后，其时延取决于光波长λo。不同时延产生不同的相位φ， 用波长为λ1和λ2的受调制光波，分别通过被测光纤，有产生的 时延差为Δτ，相移为Δφ，则长度为L的光纤总色散为
7.光纤特征参数的测量
引言
❖ 实验方法
❖ 光纤测量的重要意义： 完善理论 改进工艺
❖ CCITT建议的测试方法
参数
RTM
衰减（损耗）
剪断法
基带响应
频域法、时域法
色散
相移法
截止波长
传输功率法
折射率分布
折射近场法
数值孔径
折射近场法
几何尺寸
折射近场法
ATM
背向散射法、介入损耗法
脉冲时延法、干涉法 模场直径与波长关系法 近场扫描法 近场光强法 传输近场法
主要内容
❖一、光纤测量常用的仪器 ❖二、光纤的特征参量测量
损耗测量 带宽测量 色散测量 截止波长测量
光纤测量常用的仪器
❖ 光源 ❖ 光纤熔接机 ❖ 光谱分析机 ❖ 光功率计 ❖ 光波长计 ❖ 光时域反射计
光源
❖ 稳定光源 ❖ 光源性能：
光源的带宽 时间稳定性 功率稳定性 波长稳定性
❖ 常见的光源：LED/LD
时域法测试系统框图
频域法测试系统框图
频域法测试曲线
四、截止波长测量
[测试原理]：对常规光纤，通过对折射率分布的测量
，确定纤芯半径a和纤芯与包层的折射率n1和n2，由下式
就可计算出截止波长λc。
c
2a n12 n2 2
2.406
[ 测试方法]：
传输功率法——测量单模光纤截止波长的基准方法。在
光源
光纤耦合
测试光纤
光检测器
放大、信息处理
背向散射法测量装置图
显示器
模场直径测量
❖ 模场直径定义
❖ 模场——光纤中的基模LP01的单模电场在空间 的强度分布
E(r)
铅芯
包层
-b
-a 0 a
b
基模近场功率分布图
r 光纤截面图
❖ 1.用远场强度分布定义模场直径
2W
2
2
q3
F
(q)
dq/
0
qF
一、损耗测量 ❖剪断法 ❖插入法 ❖背向散射法
剪断法
❖剪断法是基本测量方法，使用仪器简单， 测试精度高，但具有破坏性，因此不能在 现场测量中使用。
剪断法
❖ [测试原理]：
损耗系数 10 lg Pi (dB/km)
L
Po
斩波器
光 纤
光源
单色仪
注入器
检测器
锁相 放大器
剪断法测量衰减谱的测量装置
sin2 4 nL2 sin2 3 nL2 nL2 cos2 3
nr2 cos2 2 nr2 cos2 3
nr2 nL2 sin2 4 sin2 1
NA2r nr 2 nL2
Pr
nr2 nL2
Pc sin2 1 sin2 4
❖ 测量方法
光纤折射率分布测量
❖近场扫描法 测量原理
❖传输特性——损耗、带宽、色散
光纤几何特征特征参数测量
❖纤芯直径 ❖包层直径
d dmax dmin 2
D Dmax Dmin 2
❖纤芯、包层不圆度
e dmax dmin 100% d
E Dmax Dmin 100% D
❖纤芯包层同心度误差
C x 100% d
❖ 稳态注入 ❖ 满态注入