光纤参数的测量.PPT

第五章 光纤及光纤通信系统的测量 5.1 光纤参数的测量 第五章 光纤及光纤通信系统的测量 本章主要讲述光纤参数的测量、光端机光接口和电接口的指标测量、光纤通信系统的指标测量．本章还介绍了各种参数及指标的有关概念和测量方法． 测量方法主要包括测量原理、测试方框图和测试步骤． 5.1 光纤参数的测量 光纤需要测试的参数有许多，主要可分为以下几大类： 1．几何特性参数 包括光纤的纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、芯包同心误差等． 2．光学特性参数 包括单模光纤的模场直径、截止波长等，多模光纤的折射率分布、数值孔径等． 3．传输特性参数 包括衰减系数、单模光纤的色散系数、多模光纤的带宽等． 4．机械特性参数 包括光纤的抗拉强度、疲劳因子等． 5．温度特性参数 包括衰减的温度附加损耗、时延温度等， 5.1 光纤参数的测量 光纤作为光纤通信的传输媒介，它的传输特性的好坏将直接影响系统的传输距离和通信容量．我们知道，传输特性主要涉及损耗和色散，因此，对于光纤参数的测量，主要介绍光纤的损耗和色散的测量．原CCITT给出了光纤不同特性参数的测量方法，分为基准法和替代法．基准法是严格按照定义进行的测量方法；替代法是在某种意义上与定义相一致的测量方法．当两者测量结果有争议时，应以基准法为准． 5.1.1 光纤测量的注入条件 单模光纤和多模光纤的注入条件是不同的，下面分别予以介绍． 1．多模光纤的注入条件 当光耦合进多模光纤时，会激励起很多模式，这些模式所携带的能量各不相同，传输时损耗也不相同，而且由于光纤的弯曲及结构的不均匀性等原因，使得各模式之间发生能量转换，经过相当长一段距离后，最终损耗较小的低阶模将携带较大光功率，而损耗较大的高阶模将携带较小光功率，于是各个模式携带和传送的光功率达到稳定，此时称为稳态模分布，因此对于多模光纤各参数的测量，只有在它达到稳态模分布之后才有意义。 能使多模光纤达到稳态模分布的注入条件有两种方式，分别为满注入和限制注入．所谓满注入就是要均匀地激励起所有的传导模式，而限制注入就是只激励起较低损耗的低阶模，而适当的抑制损耗较大的高阶模． 当测量光纤的损耗时，采用限制注入方式，因为损耗较大的高阶模的注入，会由于被测光纤长度不同而使输出光功率不同，从而产生测量误差；当测量光纤的色散时，则采用满注入方式，因为色散的测量是由光脉冲通过光纤传输后脉冲时间的展宽来确定的，如果采用限制注入，会使功率在不同模式上的分布产生较大变化，致使光脉冲的展宽程度不同，测量结果就不准确． 无论以上哪种注入方式，要达到稳态模分布需要配置的设备有：扰模器、滤模器和包模剥除器． 5.1 光纤参数的测量 ①扰模器 要达到稳态模分布，需要在光纤中传输很长距离之后才行，这给测量带来很多麻烦。根据模耦合原理，采用强烈的几何扰动的方法，就能使多模光纤中各模式迅速达到稳态分布，这种器件称为扰模器．常用的扰模器有多种，图5-1(a)示出了其中一种．图中圆柱的直径和彼此的间距要通过实验确定． 5.1 光纤参数的测量 ②滤模器 当光耦合进光纤时，会激起瞬态模或其他不需耍的传导模，为了测量准确，要抑制掉这些模式，那么用来滤除这些模的器件称为滤模器．通常这些需滤去的模损耗都较大，如对光纤稍加弯曲，这些模很块就会衰减掉．图5-l(b)为滤模器示意图，它是在光纤注入端，将光纤绕在一根圆柱上，圆柱的直径及所绕的圈数要由实验确定． 5.1 光纤参数的测量 ③包层模剥除器 当光耦合进光纤时，不仅会激起传导模，还会激起非传导的辐射模辐射到包层中。当光纤的涂敷层的折射率比包层的折射率低时，辐射模会在包层与涂敷层界面上发生全反射，从而在包层中传输，形成包层模．因为包层模会对测量产生严重影响，所以需要除去．用来消除包层模的器件称为包层模剥除器，图5-l(c)为包层模剥除器示意图，它是在光纤注入端，将一段光纤的涂敷层去掉后，浸在折射率稍大于包层折射率的匹配液中，需说明的是，当光纤的涂敷层的折射率高于包层的折射率时，就不会产生包层模，也就不需要包层模剥除器了． 5.1 光纤参数的测量 2．单模光纤的注入条件 单模光纤只传输基模一个模式，没有多模光纤中的稳态模分布的问题，所以它的注入条件只需能够激励起基模就行，所以它不需要扰模器，但是要用滤模器滤除光耦合进光纤时激励起的高阶模，还要用包层模剥除器除去包层模． 5.1.2 损耗的测量 1．光纤损耗的含义 如前所述，所谓光纤损耗，它是指光功率随着传输距离的增加而按指数规律衰减。通常用衰减系数来表示，即单位长度光纤引起的光功率衰减称为衰减系数，符号为α。严格说来，在光纤的不同位置，α不同，即应表示为α （z）。若P(z1)和P(z2)分别为光纤在z1和z2处的光功率（光由z1传向z2），则它们的关