7.光纤特征参数的测量光纤特征参数的测量引言引言v实验方法实验方法v光纤测量的重要意义：光纤测量的重要意义：完善理论完善理论改进工艺改进工艺 vCCITT建议的测试方法建议的测试方法 参数参数 RTM ATM 衰减（损耗）衰减（损耗） 剪断法剪断法 背向散射法、介入损耗法背向散射法、介入损耗法 基带响应基带响应 频域法、时域法频域法、时域法 色散色散 相移法相移法 脉冲时延法、干涉法脉冲时延法、干涉法 截止波长截止波长 传输功率法传输功率法 模场直径与波长关系法模场直径与波长关系法 折射率分布折射率分布 折射近场法折射近场法 近场扫描法近场扫描法 数值孔径数值孔径 折射近场法折射近场法 近场光强法近场光强法 几何尺寸几何尺寸 折射近场法折射近场法 传输近场法传输近场法主要内容主要内容 v一、光纤测量常用的仪器v二、光纤的特征参量测量n损耗测量n带宽测量 n色散测量n截止波长测量光纤测量常用的仪器光纤测量常用的仪器v光源光源v光纤熔接机光纤熔接机v光谱分析机光谱分析机v光功率计光功率计v光波长计光波长计v光时域反射计光时域反射计光源光源v稳定光源稳定光源v光源性能：光源性能： 光源的带宽光源的带宽 时间稳定性时间稳定性 功率稳定性功率稳定性 波长稳定性波长稳定性v常见的光源：常见的光源：LED/LDLED适用于低速、短距离通信适用于低速、短距离通信种类：种类：边发光二极管边发光二极管面发光二极管面发光二极管超辐射发光二极管超辐射发光二极管工作特性：工作特性： 光谱特性光谱特性 电光转换特性电光转换特性 耦合特性耦合特性 温度特性温度特性LD宽带光源宽带光源光纤熔接机光纤熔接机光谱分析仪光谱分析仪光功率计光功率计光波长计光波长计光检测器光检测器光检测器光检测器对数变换对数变换显示显示IF干涉薄膜滤光片型波长计的基本组成框图干涉薄膜滤光片型波长计的基本组成框图偏偏振振器器A偏偏振振器器B晶体旋光器晶体旋光器光功率计光功率计晶体旋光型光波长计的基本组成框图晶体旋光型光波长计的基本组成框图偏偏振振器器A偏偏振振器器B晶体拨片晶体拨片光功率计光功率计波片型光波长计的基本组成框图波片型光波长计的基本组成框图光时域反射计光时域反射计半导体激光器半导体激光器脉冲发生器脉冲发生器平均处理器平均处理器 定向耦合器定向耦合器探测器探测器放大器放大器显示器显示器检测故障原理框图检测故障原理框图光纤的特性参数光纤的特性参数v几何特性纤芯与包层的直径、偏心度、非圆率v光学特性折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长v传输特性损耗、带宽、色散光纤几何特征特征参数测量光纤几何特征特征参数测量v纤芯直径纤芯直径v包层直径包层直径v纤芯、包层不圆度纤芯、包层不圆度v纤芯包层同心度误差纤芯包层同心度误差测量注入条件测量注入条件v稳态注入稳态注入v满态注入满态注入典型测量方法典型测量方法v折射近场法折射近场法v传输近场法传输近场法n1n3n2光源光源光学光学放大放大检测器检测器放大放大处理处理注入系统注入系统扰模扰模剥模剥模光纤折射率分布测量光纤折射率分布测量v折射近场法折射近场法测量原理测量原理rzv测量方法测量方法v近场扫描法近场扫描法测量原理测量原理光纤折射率分布测量光纤折射率分布测量v测量方法测量方法光源光源光注入系统光注入系统光检测系统光检测系统信号处理器信号处理器显示器显示器光纤数值孔径测量光纤数值孔径测量v远场强度有效数值孔径远场强度有效数值孔径g1.01.52.02.510ka0.8810.9460.9750.9881.001.00g与与ka的关系值的关系值光纤数值孔径测量光纤数值孔径测量v典型的测量方法典型的测量方法折射近场法折射近场法远场光强法远场光强法远场光斑法远场光斑法光源光源光注入系统光注入系统剥模器剥模器光检测器光检测器光光纤纤光光纤纤远场光强测量图远场光强测量图远场光强随角度分布示意图远场光强随角度分布示意图p光光源源测试光纤测试光纤屏屏注入光器件注入光器件光斑法测试原理图光斑法测试原理图光纤衰减测量光纤衰减测量光纤衰减机理光纤衰减机理典型测量方法典型测量方法截断法截断法插入损耗法插入损耗法背向散射法背向散射法一、损耗测量一、损耗测量v剪断法v插入法v背向散射法 剪断法剪断法v剪剪断断法法是是基基本本测测量量方方法法，使使用用仪仪器器简简单单，测测试试精精度度高高，但但具具有有破破坏坏性性，因因此此不不能能在在现场测量中使用。现场测量中使用。 v 测试原理测试原理 ： 损耗系数损耗系数 (dB/km)(dB/km)剪断法剪断法光源光源单色仪单色仪注入器注入器检测器检测器锁相锁相放大器放大器处理处理显示显示斩波器斩波器光光纤纤剪断法测量衰减谱的测量装置剪断法测量衰减谱的测量装置插入法插入法 插插入入法法是是在在注注入入装装置置的的输输出出和和光光检检测测器器的的输输入入之之间间用用1 12m2m长长的的短短光光纤纤直直接接连连接接，测测出出光光功功率率P Pi i，然然后后在在两两者者间间插插入入被被测测光光纤纤，再测出光功率再测出光功率P Po o，据此计算损耗系数。，据此计算损耗系数。光注入光注入系统系统光光 源源光纤光纤功率计功率计活动接头活动接头活动接头活动接头待测光纤待测光纤插入损耗法测量装置图插入损耗法测量装置图 背向散射法测试原理背向散射法测试原理光源光源光纤耦合光纤耦合光检测器光检测器放大、信息处理放大、信息处理显示器显示器背向散射法测量装置图背向散射法测量装置图测试光纤测试光纤模场直径测量模场直径测量v模场直径定义模场直径定义v模场模场光纤中的基模光纤中的基模LP01的单模电场在空间的单模电场在空间的强度分布的强度分布-bb-aa0rE(r)铅芯铅芯包层包层基模近场功率分布图基模近场功率分布图光纤截面图光纤截面图v1.用远场强度分布定义模场直径用远场强度分布定义模场直径v2.用可变孔径法定义模场直径用可变孔径法定义模场直径v远场扫描法远场扫描法光源光源注入器注入器光检测器光检测器光放大器光放大器信号处理信号处理及显示及显示量角仪量角仪远场扫描法测量系统简图远场扫描法测量系统简图v可变孔径法可变孔径法光源光源 注入器注入器光检光检测器测器透镜系统透镜系统锁相放大、信号处理、显示锁相放大、信号处理、显示测试光纤测试光纤可变孔径法测量系统简图可变孔径法测量系统简图二、色散测量二、色散测量v 测试方法测试方法 ： 相移法是测量单模光纤的色散的方法。相移法是测量单模光纤的色散的方法。v 相移法测量原理相移法测量原理 用用角角频频率率为为的的正正弦弦信信号号调调制制的的光光波波，经经长长度度为为L L的的单单模模光光纤纤传传输输后后，其其时时延延取取决决于于光光波波长长o o。不不同同时时延延产产生生不不同同的的相相位位，用用波波长长为为11和和22的的受受调调制制光光波波，分分别别通通过过被被测测光光纤纤，有有产产生生的时延差为的时延差为，相移为，相移为，则长度为，则长度为L L的光纤总色散为的光纤总色散为光纤色散系数为光纤色散系数为相移法测量系统框图 光光纤纤带带宽宽是是色色散散在在频频域域的的反反映映，多多模模光光纤纤的的带带宽宽主主要要由由模模式式色色散散引引起起。带带宽宽的的测测试试方方法法主主要要有有时时域域法法和和频频域域法法。三、带宽测量三、带宽测量v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。v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。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频域法测试曲线四、截止波长测量四、截止波长测量 测测试试原原理理 ：对对常常规规光光纤纤，通通过过对对折折射射率率分分布布的的测测量量，确确定定纤纤芯芯半半径径a a和和纤纤芯芯与与包包层层的的折折射射率率n n1 1和和n n2 2，由由下下式式就就可可计算出截止波长计算出截止波长cc。 测试方法测试方法 ：传传输输功功率率法法测测量量单单模模光光纤纤截截止止波波长长的的基基准准方方法法。在在弯曲状态下测量损耗弯曲状态下测量损耗- -波长函数。波长函数。时时延延法法改改变变波波长长，观观察察LPLP0101模模和和LPLP1 11 1模模产产生生的的两两个个脉冲变为一个脉冲。脉冲变为一个脉冲。近场法近场法改变波长，观察近场图由环形变为高斯形。改变波长，观察近场图由环形变为高斯形。