光纖通信的測(cè)量技術(shù)

1、光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光纖通信的測(cè)量技術(shù)光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光纖主要參數(shù)的測(cè)量光纖主要參數(shù)的測(cè)量 光發(fā)射機(jī)指標(biāo)的測(cè)量光發(fā)射機(jī)指標(biāo)的測(cè)量 光接收機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量光接收機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光纖特性測(cè)量方法光纖特性測(cè)量方法光纖的特性參數(shù)纖芯與包層的直徑、偏心度和不圓度；折射率分布、數(shù)值孔徑、模場(chǎng)直徑和 截止波長(zhǎng)；損耗、帶寬和色散。 光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光纖特性測(cè)量方法光纖特性測(cè)量方法損耗測(cè)量帶寬測(cè)量色散測(cè)量截止波長(zhǎng)測(cè)量光纖通信的測(cè)量技術(shù) 損耗測(cè)量損耗測(cè)量 光纖損耗測(cè)量有兩種基本方法：一種是測(cè)量通過光纖的傳輸光功率，稱剪斷法和插入法；另一種是測(cè)量光纖的后向散射光功率，稱后向散射法

2、。 1. 剪斷法剪斷法 光纖損耗系數(shù)由下式確定， 即)/(lg1021KmdBppLa 式中，L為被測(cè)光纖長(zhǎng)度(km)，P1和P2分別為輸入光功率和輸出光功率(mW或W)。 光纖通信的測(cè)量技術(shù) 剪斷法光纖損耗測(cè)量系統(tǒng)框圖剪斷法光纖損耗測(cè)量系統(tǒng)框圖 偏置電路注入裝置光源P1P2被測(cè)光纖檢測(cè)器放大器電平測(cè)量光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光功率和光纖長(zhǎng)度的關(guān)系光功率和光纖長(zhǎng)度的關(guān)系 滿注入欠注入穩(wěn)態(tài)模式分布光纖長(zhǎng)度LL1L2P2P1光功率lgP耦合長(zhǎng)度光纖通信的測(cè)量技術(shù) 測(cè)量條件測(cè)量條件：只有在穩(wěn)態(tài)模式分布的條件下，才能得到惟一代表光纖本征特性的值。 獲得穩(wěn)態(tài)模式分布有三種方法： 1. 建立NAbNAf的光學(xué)

3、系統(tǒng)；2. 建立穩(wěn)態(tài)模式模擬器，一般包括擾模器和包層模消除器；3. 用一根性能和被測(cè)光纖相同或相似的輔助光纖，代替光纖耦合長(zhǎng)度的作用，這種方法在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用得非常方便。 光纖通信的測(cè)量技術(shù) 擾模器擾模器 ad光纖光源擾模器切斷光纖P1LP2切斷法測(cè)光纖衰減切斷法測(cè)光纖衰減 光纖通信的測(cè)量技術(shù) 在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用插入法作為替代方法。插入法是在注入裝置的輸出和光檢測(cè)器的輸入之間直接連接，測(cè)出光功率P1，然后在兩者之間插入被測(cè)光纖，再測(cè)出光功率P2，據(jù)此計(jì)算值。這種方法可以根據(jù)工作環(huán)境，靈活運(yùn)用，但應(yīng)對(duì)連接損耗作合理的修正。 光功率計(jì)光源連接器連接器被測(cè)光纖 LP1P2穩(wěn)態(tài)模光纖e LL插入法測(cè)光纖

4、衰減插入法測(cè)光纖衰減 光纖通信的測(cè)量技術(shù) 2. 后向散射法后向散射法 瑞利散射光功率與傳輸光功率成比例。利用與傳輸光相反方向的瑞利散射光功率來確定光纖損耗系數(shù)的方法，稱為后向散射法。 正向和反向平均損耗系數(shù))/()()(lg)(2102112KmdBLPdLpdLLa光纖通信的測(cè)量技術(shù) 后向散射法光纖損耗測(cè)量后向散射法光纖損耗測(cè)量 光學(xué)系統(tǒng)耦合器件光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)信號(hào)處理放大器示波器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)被測(cè)光纖光源光檢測(cè)器光纖通信的測(cè)量技術(shù) 后向散射功率曲線的示例后向散射功率曲線的示例(a)：輸入端反射區(qū)（Fresnel）； (b)：恒定斜率區(qū)，用以確定損 耗系數(shù)； (c)：連接器、 接頭或局部缺陷

5、引起的損耗； (d)：介質(zhì)缺陷(例如氣泡)引起的 反射； (e)：輸出端反射區(qū)， 用以確定 光纖長(zhǎng)度。 PAPB(a)(b)(c)(d)(e)光纖通信的測(cè)量技術(shù) 后向散射法不僅可以測(cè)量損耗系數(shù)，還可利用光在光纖中傳輸?shù)臅r(shí)間來確定光纖的長(zhǎng)度L，也可以用來確定光纖的斷裂位置。12nctL 式中，c為光速，n1為光纖的纖芯折射率，t為光脈沖發(fā)出到返回的時(shí)間。 光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光時(shí)域反射儀（OTDR） OTDR是Optical Time-domain Reflect meter的縮寫。 光時(shí)域反射儀（OTDR）是光纖光纜的生產(chǎn)、施工及維護(hù)中不可缺少的重要儀表，被人稱為光通信中的“萬用表”。 OTD

6、R根據(jù)后向散射原理制成，采用單端輸入和輸出，不破壞光纖， 使用非常方便。不僅可以測(cè)量光纖損耗系數(shù)和光纖長(zhǎng)度，還可以測(cè)量連接器和接頭的損耗，觀察光纖沿線的均勻性和確定故障點(diǎn)的位置。 光纖通信的測(cè)量技術(shù) OTDR可以告訴你什么?光纖的總損耗光纖的總回?fù)p (ORL)每個(gè)事件的損耗和反射每一個(gè)事件的位置和類型每段光纖的衰減光纖通信的測(cè)量技術(shù) 瑞利散射瑞利散射Rayleigh Rayleigh 散射散射脈沖信號(hào)在光纖中傳送，由于光纖本身的散射特性，很弱的后向脈沖信號(hào)在光纖中傳送，由于光纖本身的散射特性，很弱的后向散射信號(hào)會(huì)返回散射信號(hào)會(huì)返回OTDROTDR，OTDROTDR收到散射信號(hào)后會(huì)根據(jù)散射信號(hào)收

7、到散射信號(hào)后會(huì)根據(jù)散射信號(hào)的強(qiáng)弱計(jì)算出光纖的衰減特性。這是的強(qiáng)弱計(jì)算出光纖的衰減特性。這是OTDROTDR測(cè)量衰減的原理。測(cè)量衰減的原理。OTDROTDR利用瑞利散射進(jìn)行光纖衰減測(cè)試?yán)萌鹄⑸溥M(jìn)行光纖衰減測(cè)試 (dB/Km)(dB/Km)SourceRay of lightSilica particles光纖通信的測(cè)量技術(shù) 背向反射背向反射Fresnel Fresnel 背向反射背向反射起源于折射率的突變例如：起源于折射率的突變例如： ( (玻璃玻璃/ /空氣空氣) ) 光纖斷裂光纖斷裂, , 機(jī)械連接機(jī)械連接, , 法蘭盤和活動(dòng)連接器法蘭盤和活動(dòng)連接器在在OTDROTDR曲線上可以看到曲線

8、上可以看到“刺狀刺狀”峰峰OTDROTDR收到回波信號(hào)后會(huì)根據(jù)回波時(shí)間計(jì)算出斷點(diǎn)與接頭的距收到回波信號(hào)后會(huì)根據(jù)回波時(shí)間計(jì)算出斷點(diǎn)與接頭的距離，這是離，這是OTDROTDR測(cè)距原理。測(cè)距原理。光纖通信的測(cè)量技術(shù) OTDROTDR曲線示例：曲線示例： 功率 (dB)距離 (km)斜率顯示衰減損耗反射OTDR 連接器連接器 (P.P.)熔接點(diǎn)光纖末端光纖通信的測(cè)量技術(shù) AE3000AE3000介紹介紹2個(gè)USB接口RJ45網(wǎng)口測(cè)試端口方向控制鍵6.4吋TFT彩屏便攜提手一鍵智能單鍵測(cè)試光纖通信的測(cè)量技術(shù) 簡(jiǎn)潔直觀的結(jié)果顯示簡(jiǎn)潔直觀的結(jié)果顯示 光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光纖帶寬的測(cè)量光纖帶寬的測(cè)量 1) 時(shí)

9、域法（又稱脈沖法） 時(shí)域法測(cè)試方框圖時(shí)域法測(cè)試方框圖 驅(qū)動(dòng)接收脈 沖發(fā)生器取樣示波器X-Y記錄儀計(jì)算機(jī)LD光纖APD切斷tf1(t)tf2(t)MHz4402122B光纖通信的測(cè)量技術(shù) 頻域法測(cè)試方框圖頻域法測(cè)試方框圖 調(diào)制的光 源注入器件及擾模檢測(cè)及記錄濾模器去包層模器被測(cè)光纖觸發(fā)信號(hào)(需要時(shí)間)切斷2) 頻域法（又稱掃頻法）光纖通信的測(cè)量技術(shù) 設(shè)在測(cè)量系統(tǒng)中，接入一段短光纖時(shí)，測(cè)出的頻率響應(yīng)為H1(f)，接入被測(cè)長(zhǎng)光纖時(shí)，測(cè)出的頻率響應(yīng)為H2(f)，則光纖頻率響應(yīng)H(f)和3dB光帶寬f3 dB應(yīng)滿足下式： 21)()()(123fHfHfHdB寫成對(duì)數(shù)形式： 3)(lg)(lg10)(l

10、g10)(123fHfHfHfTdB注意：由于經(jīng)光檢測(cè)器后，光功率按比例轉(zhuǎn)換為電流注意：由于經(jīng)光檢測(cè)器后，光功率按比例轉(zhuǎn)換為電流(或或電壓電壓)，因此，因此3dB光帶寬相應(yīng)于光帶寬相應(yīng)于6dB電帶寬。電帶寬。光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光纖頻率響應(yīng)和光纖頻率響應(yīng)和6dB電帶寬電帶寬 f 6dB)(1fH)( fH)(2fH0 6頻 率 f / MHz電平顯示 / dB光纖通信的測(cè)量技術(shù) 色散測(cè)量色散測(cè)量 光纖色散測(cè)量有相移法、脈沖時(shí)延法和干涉法等。這里只介紹相移法，這種方法是測(cè)量單模光纖色散的基準(zhǔn)方法。 LwC)(LC)(光纖通信的測(cè)量技術(shù) 相移法光纖色散測(cè)量系統(tǒng)框圖相移法光纖色散測(cè)量系統(tǒng)框圖 波長(zhǎng)選

11、擇器包層模消除器被測(cè)光纖相位計(jì)計(jì)算機(jī)振蕩器濾波器光源光檢測(cè)器光纖通信的測(cè)量技術(shù) 截止波長(zhǎng)測(cè)量截止波長(zhǎng)測(cè)量 根據(jù)公式， 截止波長(zhǎng)405. 222221nnac 實(shí)際截止波長(zhǎng)的測(cè)量有： 1. 在彎曲狀態(tài)下，測(cè)量損耗在彎曲狀態(tài)下，測(cè)量損耗波長(zhǎng)函數(shù)的傳輸功率法；波長(zhǎng)函數(shù)的傳輸功率法； 2. 改變波長(zhǎng)，觀察LP01模和LP11模產(chǎn)生的兩個(gè)脈沖變?yōu)橐粋€(gè)脈沖的時(shí)延法； 3. 改變波長(zhǎng)，觀察近場(chǎng)圖由環(huán)形變?yōu)楦咚剐蔚慕鼒?chǎng)法。光纖通信的測(cè)量技術(shù) cR()dB0.10彎曲損耗彎曲損耗波長(zhǎng)函數(shù)波長(zhǎng)函數(shù))()(lg10)(21PPR注: 一般實(shí)測(cè)截止波長(zhǎng)稍小于理論截止波長(zhǎng)光纖通信的測(cè)量技術(shù) 傳輸功率法截止波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)框

12、圖傳輸功率法截止波長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)框圖 單色儀注入系統(tǒng)2800被測(cè)光纖鎖相放大器計(jì)算機(jī)斬光器參考信號(hào)波長(zhǎng)控制繪圖儀鹵燈光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光發(fā)射機(jī)指標(biāo)的測(cè)量光發(fā)射機(jī)指標(biāo)的測(cè)量 1. 光發(fā)射機(jī)平均輸出光功率的測(cè)量光發(fā)射機(jī)平均輸出光功率的測(cè)量 PCM系統(tǒng)分析儀光發(fā)射機(jī)光功率計(jì)連接器光源尾巴光纖光纖通信的測(cè)量技術(shù) 對(duì)光發(fā)射機(jī)的光源調(diào)制后，由光功率計(jì)測(cè)出此時(shí)光發(fā)射機(jī)的平均輸出光功率。 測(cè)量時(shí)應(yīng)注意光功率計(jì)的選擇。對(duì)短波長(zhǎng)系統(tǒng)，必須選用短波長(zhǎng)的光功率計(jì)， 或者換用短波長(zhǎng)的探頭。長(zhǎng)波長(zhǎng)系統(tǒng)應(yīng)該選用長(zhǎng)波長(zhǎng)的光功率計(jì)或換長(zhǎng)波長(zhǎng)探頭。 光功率一般用相對(duì)值“dBm”或者用絕對(duì)值“W”表示。 光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光光 功

13、功 率率 計(jì)計(jì) 光功率計(jì)是用來測(cè)量光功率大小、線路損耗、系統(tǒng)富裕度及接收機(jī)靈敏度等的儀表，是光纖通信系統(tǒng)中最基本，也是最主要的測(cè)量?jī)x表。光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光功率計(jì)的種類很多： 根據(jù)顯示方式的不同，可分成模擬顯示型和數(shù)字顯示型兩類； 根據(jù)可接收光功率大小的不同，可分成高光平型（測(cè)量范圍為1040dBm）、中光平型（范圍為055dBm）和低光平型（范圍為：090dBm）三類； 根據(jù)光波長(zhǎng)的不同，可分為長(zhǎng)波長(zhǎng)型（范圍為1.01.7m）、短波長(zhǎng)型（范圍為0.41.1m）和全波長(zhǎng)型（范圍為0.71.6m）三類光纖通信的測(cè)量技術(shù) 2. 光發(fā)射機(jī)消光比的測(cè)量光發(fā)射機(jī)消光比的測(cè)量 消光比是光發(fā)射機(jī)的重要技術(shù)

14、指標(biāo)。在數(shù)字通信系統(tǒng)中， 光發(fā)射機(jī)發(fā)送的是“0”碼和“1”碼的光脈沖。 完善的光發(fā)射機(jī)， 在發(fā)“0”碼時(shí)應(yīng)無光功率輸出。 實(shí)際的光發(fā)射機(jī)，由于其本身的缺陷，在發(fā)“0”碼時(shí)會(huì)有殘留矮尖脈沖存在，或者由于直流偏置IB的選擇不當(dāng)，光發(fā)射機(jī)在工作時(shí)會(huì)有多余光功率輸出。 表明光發(fā)射機(jī)存在這種缺點(diǎn)的程度用消光比(EXT)表示。 光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光發(fā)射機(jī)消光比的測(cè)量系統(tǒng)框圖， 仍見圖 13.9。 按照定義， 測(cè)量時(shí)首先測(cè)出全“0”碼時(shí)的平均輸出光功率P0，然后再測(cè)出全“1”碼時(shí)的平均輸出光功率P1。PCM系統(tǒng)分析儀或偽碼發(fā)生器送出的是偽隨機(jī)碼， 基本上認(rèn)為它產(chǎn)生“1”碼的概率與產(chǎn)生“0”碼的概率是相等的。因此，實(shí)測(cè)的全“1”碼平均輸出光功率P1應(yīng)乘以 2?？紤]到這一情況后，光發(fā)射機(jī)的消光比應(yīng)該按照下式計(jì)算： 102EXTPP(13.4) 光纖通信的測(cè)量技術(shù) 光接收機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量光接收機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量 1. 光接收機(jī)接收靈敏度的測(cè)量光接收機(jī)接收靈敏度的測(cè)量 PCM系統(tǒng)分析儀光發(fā)射機(jī)活動(dòng)連接器光接收機(jī)可變光衰減器光功率計(jì)光纖通信的測(cè)量技術(shù) 2.