光纤通信的测量技术

消光比是光发射机的重要技术指标。在数字通信系统中，
光发射机发送的是“0”码和“1”码的光脉冲。 完善的光发射 机， 在发“0”码时应无光功率输出。 实际的光发射机，由于 其本身的缺陷，在发“0”码时会有残留矮尖脉冲存在，或者由 于直流偏置IB的选择不当，光发射机在工作时会有多余光功率
输出。 表明光发射机存在这种缺点的程度用消光比(EXT)表示。
1) 时域法（又称脉冲法）
LD 脉 冲 发生器 驱动 切 断 光纤 APD 接收
B
440

2 2
取样 示波器
2 1
MHz
X-Y 记录仪
计算机 f1(t) f2(t)
t
t
时域法测试方框图
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2) 频域法（又称扫频法）
滤模器 调制的 光 源 注入器件 及扰模 去包层 模器 切断 被测光纤 检测及 记录
光功率和光纤长度的关系
光纤通信的测量技术 测量条件：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. 建立稳态模式模拟器，一般包括扰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。
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光学系统 光源 耦合器件 光学系统 被测光纤 光学系统
光检测器
放大器
示波器
信号处理 数据处理系统
后向散射法光纤损耗测量
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(a)
(e)
(a) ：输入端反射区（Fresnel）；
(b)：恒定斜率区，用以确定损 耗系数；
(b) (c) PA PB
(c)：连接器、 接头或局部缺陷
P0 EXT 2P 1
(13.4)
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光接收机主要技术指标的测量
1. 光接收机接收灵敏度的测量
PCM 系统分析仪 活动连接器 光发射机
光接收机 可变光 衰减器 光功率计
光纤通信的测量技术 2. 光接收机动态范围的测量 光接收机的动态范围和接收灵敏度一样，是衡量光接收机 质量好坏的重要技术指标。在实际的光纤数字通信系统中，由
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光纤特性测量方法
损耗测量 带宽测量 色散测量 截止波长测量
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损耗测量
光纤损耗测量有两种基本方法：一种是测量通过光纤的传
输光功率，称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散 射光功率，称后向散射法。 1. 剪断法 光纤损耗系数由下式确定， 即
10 p1 a lg (dB / Km) L p2
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光发射机消光比的测量系统框图， 仍见图 13.9。 按照定义，
测量时首先测出全“0”码时的平均输出光功率P0，然后再测出 全“1”码时的平均输出光功率P1。PCM系统分析仪或伪码发生 器送出的是伪随机码， 基本上认为它产生“1”码的概率与产生 “0”码的概率是相等的。因此，实测的全“1”码平均输出光功 率P1应乘以 2。考虑到这一情况后，光发射机的消光比应该按 照下式计算：
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光功率计
• 光功率计是用来测量光功
率大小、线路损耗、系统 富裕度及接收机灵敏度等 的仪表，是光纤通信系统 中最基本，也是最主要的 测量仪表。
光纤通信的测量技术 • 光功率计的种类很多： • 根据显示方式的不同，可分成模拟显示型和数字显示 型两类； • 根据可接收光功率大小的不同，可分成高光平型（测
光检测器
被测光纤 振荡器 相位计 ～ ～ ～ 滤波器 计算机
相移法光纤色散测量系统框图
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截止波长测量
根据公式， 截止波长
2 2a n12 n2 c 2.405

实际截止波长的测量有：
1. 在弯曲状态下，测量损耗—波长函数的传输功率法； 2. 改变波长，观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个 脉冲的时延法； 3. 改变波长，观察近场图由环形变为高斯形的近场法。
式中，L为被测光纤长度(km)，P1和P2分别为输入光功率和 输出光功率(mW或W)。
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偏置电路 被测光纤
P1 光源 注入装置
P2 检测器
放大器
电平测量
剪断法光纤损耗测量系统框图
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满注入
光功率lgP
欠注入 P1 耦合长度 P2 L1 光纤长度L L2 稳态模式分布
(d)
引起的损耗；
(d)：介质缺陷(例如气泡)引起的 反射；
后向散射功率曲线的示例

(e)：输出端反射区， 用以确定 光纤长度。
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后向散射法不仅可以测量损耗系数，还可利用光在光纤中传输
的时间来确定光纤的长度L，也可以用来确定光纤的断裂位置。
ct L 2n1
式中，c为光速，n1为光纤的纤芯折射率，t为光脉冲发出到 返回的时间。
触发信号(需要时间)
频域法测试方框图
光纤通信的测量技术 设在测量系统中，接入一段短光纤时，测出的频率响应为H1(f)， 接入被测长光纤时，测出的频率响应为H2(f)，则光纤频率响
应H(f)和3dB光带宽f3 dB应满足下式：
H2 ( f ) 1 H ( f 3dB ) H1 ( f ) 2
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背向反射
Fresnel 背向反射 • 起源于折射率的突变例如： (玻璃/空气) • 光纤断裂, 机械连接, 法兰盘和活动连接器 • 在OTDR曲线上可以看到“刺状”峰 • OTDR收到回波信号后会根据回波时间计算出断点与接头的距 离，这是OTDR测距原理。
光纤通信的测量技术 OTDR曲线示例：
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光时域反射仪（OTDR）
• OTDR是Optical Time-domain Reflect meter的缩写。 • 光时域反射仪（OTDR）是光纤光缆的生产、施工及维护 中不可缺少的重要仪表，被人称为光通信中的“万用表”。 • OTDR根据后向散射原理制成，采用单端输入和输出，不
绘图仪
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光发射机指标的测量
1. 光发射机平均输出光功率的测量
连接器 PCM 系统分析仪 光发射机 光源 尾巴光纤 光功 率计
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对光发射机的光源调制后，由光功率计测出此时光发射机
的平均输出光功率。 测量时应注意光功率计的选择。对短波长系统，必须选用 短波长的光功率计， 或者换用短波长的探头。长波长系统应该 选用长波长的光功率计或换长波长探头。 光功率一般用相对值 “dBm”或者用绝对值“μW”表示。
写成对数形式：

T ( f ) 10lg H ( f3dB ) 10[lg H2 ( f ) lg H1( f ) ] 3
注意：由于经光检测器后，光功率按比例转换为电流(或 电压)，因此3dB光带宽相应于6dB电带宽。
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频率f / MHz 0
f 6d B
电平显示 / dB
OTDR 连接器 熔接点 连接器 (P.源自文库.)
光纤末端
反射 功率 (dB) 损耗
斜率显示衰减
距离 (km)
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AE3000介绍
2个USB接口
RJ45网口
测试端口
6.4吋TFT彩屏
方向控制键 便携提 手 单键测试
一键智 能
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简洁直观的结果显示
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光纤带宽的测量
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dB R()
P ( ) R( ) 10lg 1 P2 ( )
0 .1 0 c
弯曲损耗—波长函数
注: 一般实测截止波长稍小于理论截止波长
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卤灯
280
0
单色仪 斩 光 器
注入系统
被测光纤 锁相放大器
参考信号
波长控制
计算机
传输功率法截止波长测量系统框图
破坏光纤， 使用非常方便。不仅可以测量光纤损耗系数和
光纤长度，还可以测量连接器和接头的损耗，观察光纤沿 线的均匀性和确定故障点的位置。
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OTDR可以告诉你什么?
光纤的总损耗
光纤的总回损 (ORL)
每一个事件的位置和类型
每个事件的损耗和反射
每段光纤的衰减
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瑞利散射
Rayleigh 散射
量范围为＋10～40dBm）、中光平型（范围为0～
55dBm）和低光平型（范围为：0～90dBm）三类； • 根据光波长的不同，可分为长波长型（范围为1.0～ 1.7m）、短波长型（范围为0.4～1.1m）和全波长 型（范围为0.7～1.6m）三类
光纤通信的测量技术 2. 光发射机消光比的测量
H1 ( f )
－6
H( f ) H2( f )
光纤频率响应和6dB电带宽
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色散测量
光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等。这里只 介绍相移法，这种方法是测量单模光纤色散的基准方法。
C ( ) L
C ( ) Lw
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包层模消除器 光源 波长选择器
接损耗作合理的修正。
连接器 光源
L ＞Le
连接器 被测光纤L P2
P1
光功 率计
稳态模光纤
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2. 后向散射法
瑞利散射光功率与传输光功率成比例。利用与传输光相反 方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法，称为后向 散射法。 正向和反向平均损耗系数
10 pd ( L1 ) a lg (dB / Km) 2( L2 L1 ) Pd ( L2 )
于种种原因(例如， 光纤损耗随温度的变化和光源输出光功率随
使用时间的增长而下降等等)，都会导致光接收机输入光功率的 变化。因此，一部质量好的光接收机，不仅要有高的接收灵敏 度，而且也应该有较大的动态范围。这样，才能保证系统在各 种条件下稳定可靠地工作。所以，测量光接收机的动态范围，
对保证系统正常工作是十分重要的。
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光纤主要参数的测量 光发射机指标的测量 光接收机主要技术指标的测量
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光纤特性测量方法
光纤的特性参数
•几何特性：纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度；
•光学特性：折射率分布、数值孔径、模场直径和
截止波长；
•传输特性：损耗、带宽和色散。
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a ＋ ＋ d ＋ ＋ ＋
光纤
扰模器
切断 扰模器 光源 P1 L P2 光纤
切断法测光纤衰减
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插入法测光纤衰减
在实际应用中，可以采用插入法作为替代方法。插入法是
在注入装置的输出和光检测器的输入之间直接连接，测出光功
率P1，然后在两者之间插入被测光纤，再测出光功率P2，据此 计算α值。这种方法可以根据工作环境，灵活运用，但应对连
• 脉冲信号在光纤中传送，由于光纤本身的散射特性，很弱的后向 散射信号会返回OTDR，OTDR收到散射信号后会根据散射信号 的强弱计算出光纤的衰减特性。这是OTDR测量衰减的原理。
• OTDR利用瑞利散射进行光纤衰减测试 (dB/Km)
Silica particles
Sourc e
Ray of light