光纖通信的測量技術

1、光纖通信的測量技術 光纖通信的測量技術光纖通信的測量技術 光纖主要參數的測量光纖主要參數的測量 光發(fā)射機指標的測量光發(fā)射機指標的測量 光接收機主要技術指標的測量光接收機主要技術指標的測量光纖通信的測量技術 光纖特性測量方法光纖特性測量方法光纖的特性參數纖芯與包層的直徑、偏心度和不圓度；折射率分布、數值孔徑、模場直徑和 截止波長；損耗、帶寬和色散。 光纖通信的測量技術 光纖特性測量方法光纖特性測量方法損耗測量帶寬測量色散測量截止波長測量光纖通信的測量技術 損耗測量損耗測量 光纖損耗測量有兩種基本方法：一種是測量通過光纖的傳輸光功率，稱剪斷法和插入法；另一種是測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 光纖損耗系數由下式確定， 即)/(lg1021KmdBppLa 式中，L為被測光纖長度(km)，P1和P2分別為輸入光功率和輸出光功率(mW或W)。 光纖通信的測量技術 剪斷法光纖損耗測量系統(tǒng)框圖剪斷法光纖損耗測量系統(tǒng)框圖 偏置電路注入裝置光源P1P2被測光纖檢測器放大器電平測量光纖通信的測量技術 光功率和光纖長度的關系光功率和光纖長度的關系 滿注入欠注入穩(wěn)態(tài)模式分布光纖長度LL1L2P2P1光功率lgP耦合長度光纖通信的測量技術 測量條件測量條件：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

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. 用一根性能和被測光纖相同或相似的輔助光纖，代替光纖耦合長度的作用，這種方法在現場應用得非常方便。 光纖通信的測量技術 擾模器擾模器 ad光纖光源擾模器切斷光纖P1LP2切斷法測光纖衰減切斷法測光纖衰減 光纖通信的測量技術 在實際應用中，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器的輸入之間直接連接，測出光功率P1，然后在兩者之間插入被測光纖，再測出光功率P2，據此計算值。這種方法可以根據工作環(huán)境，靈活運用，但應對連接損耗作合理的修正。 光功率計光源連接器連接器被測光纖 LP1P2穩(wěn)態(tài)模光纖e LL插入法測光纖

4、衰減插入法測光纖衰減 光纖通信的測量技術 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的方法，稱為后向散射法。 正向和反向平均損耗系數)/()()(lg)(2102112KmdBLPdLpdLLa光纖通信的測量技術 后向散射法光纖損耗測量后向散射法光纖損耗測量 光學系統(tǒng)耦合器件光學系統(tǒng)光學系統(tǒng)信號處理放大器示波器數據處理系統(tǒng)被測光纖光源光檢測器光纖通信的測量技術 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； (c)：連接器、 接頭或局部缺陷

5、引起的損耗； (d)：介質缺陷(例如氣泡)引起的 反射； (e)：輸出端反射區(qū)， 用以確定 光纖長度。 PAPB(a)(b)(c)(d)(e)光纖通信的測量技術 后向散射法不僅可以測量損耗系數，還可利用光在光纖中傳輸的時間來確定光纖的長度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)出到返回的時間。 光纖通信的測量技術 光時域反射儀（OTDR） OTDR是Optical Time-domain Reflect meter的縮寫。 光時域反射儀（OTDR）是光纖光纜的生產、施工及維護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。不僅可以測量光纖損耗系數和光纖長度，還可以測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的位置。 光纖通信的測量技術 OTDR可以告訴你什么?光纖的總損耗光纖的總回損 (ORL)每個事件的損耗和反射每一個事件的位置和類型每段光纖的衰減光纖通信的測量技術 瑞利散射瑞利散射Rayleigh Rayleigh 散射散射脈沖信號在光纖中傳送，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會返回散射信號會返回OTDROTDR，OTDROTDR收到散射信號后會根據散射信號收

7、到散射信號后會根據散射信號的強弱計算出光纖的衰減特性。這是的強弱計算出光纖的衰減特性。這是OTDROTDR測量衰減的原理。測量衰減的原理。OTDROTDR利用瑞利散射進行光纖衰減測試利用瑞利散射進行光纖衰減測試 (dB/Km)(dB/Km)SourceRay of lightSilica particles光纖通信的測量技術 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, , 機械連接機械連接, , 法蘭盤和活動連接器法蘭盤和活動連接器在在OTDROTDR曲線上可以看到曲線

8、上可以看到“刺狀刺狀”峰峰OTDROTDR收到回波信號后會根據回波時間計算出斷點與接頭的距收到回波信號后會根據回波時間計算出斷點與接頭的距離，這是離，這是OTDROTDR測距原理。測距原理。光纖通信的測量技術 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.)熔接點光纖末端光纖通信的測量技術 AE3000AE3000介紹介紹2個USB接口RJ45網口測試端口方向控制鍵6.4吋TFT彩屏便攜提手一鍵智能單鍵測試光纖通信的測量技術 簡潔直觀的結果顯示簡潔直觀的結果顯示 光纖通信的測量技術 光纖帶寬的測量光纖帶寬的測量 1) 時

9、域法（又稱脈沖法） 時域法測試方框圖時域法測試方框圖 驅動接收脈 沖發(fā)生器取樣示波器X-Y記錄儀計算機LD光纖APD切斷tf1(t)tf2(t)MHz4402122B光纖通信的測量技術 頻域法測試方框圖頻域法測試方框圖 調制的光 源注入器件及擾模檢測及記錄濾模器去包層模器被測光纖觸發(fā)信號(需要時間)切斷2) 頻域法（又稱掃頻法）光纖通信的測量技術 設在測量系統(tǒng)中，接入一段短光纖時，測出的頻率響應為H1(f)，接入被測長光纖時，測出的頻率響應為H2(f)，則光纖頻率響應H(f)和3dB光帶寬f3 dB應滿足下式： 21)()()(123fHfHfHdB寫成對數形式： 3)(lg)(lg10)(l

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

11、擇器包層模消除器被測光纖相位計計算機振蕩器濾波器光源光檢測器光纖通信的測量技術 截止波長測量截止波長測量 根據公式， 截止波長405. 222221nnac 實際截止波長的測量有： 1. 在彎曲狀態(tài)下，測量損耗在彎曲狀態(tài)下，測量損耗波長函數的傳輸功率法；波長函數的傳輸功率法； 2. 改變波長，觀察LP01模和LP11模產生的兩個脈沖變?yōu)橐粋€脈沖的時延法； 3. 改變波長，觀察近場圖由環(huán)形變?yōu)楦咚剐蔚慕鼒龇?。光纖通信的測量技術 cR()dB0.10彎曲損耗彎曲損耗波長函數波長函數)()(lg10)(21PPR注: 一般實測截止波長稍小于理論截止波長光纖通信的測量技術 傳輸功率法截止波長測量系統(tǒng)框

12、圖傳輸功率法截止波長測量系統(tǒng)框圖 單色儀注入系統(tǒng)2800被測光纖鎖相放大器計算機斬光器參考信號波長控制繪圖儀鹵燈光纖通信的測量技術 光發(fā)射機指標的測量光發(fā)射機指標的測量 1. 光發(fā)射機平均輸出光功率的測量光發(fā)射機平均輸出光功率的測量 PCM系統(tǒng)分析儀光發(fā)射機光功率計連接器光源尾巴光纖光纖通信的測量技術 對光發(fā)射機的光源調制后，由光功率計測出此時光發(fā)射機的平均輸出光功率。 測量時應注意光功率計的選擇。對短波長系統(tǒng)，必須選用短波長的光功率計， 或者換用短波長的探頭。長波長系統(tǒng)應該選用長波長的光功率計或換長波長探頭。 光功率一般用相對值“dBm”或者用絕對值“W”表示。 光纖通信的測量技術 光光 功

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

14、指標。在數字通信系統(tǒng)中， 光發(fā)射機發(fā)送的是“0”碼和“1”碼的光脈沖。 完善的光發(fā)射機， 在發(fā)“0”碼時應無光功率輸出。 實際的光發(fā)射機，由于其本身的缺陷，在發(fā)“0”碼時會有殘留矮尖脈沖存在，或者由于直流偏置IB的選擇不當，光發(fā)射機在工作時會有多余光功率輸出。 表明光發(fā)射機存在這種缺點的程度用消光比(EXT)表示。 光纖通信的測量技術 光發(fā)射機消光比的測量系統(tǒng)框圖， 仍見圖 13.9。 按照定義， 測量時首先測出全“0”碼時的平均輸出光功率P0，然后再測出全“1”碼時的平均輸出光功率P1。PCM系統(tǒng)分析儀或偽碼發(fā)生器送出的是偽隨機碼， 基本上認為它產生“1”碼的概率與產生“0”碼的概率是相等的。因此，實測的全“1”碼平均輸出光功率P1應乘以 2。考慮到這一情況后，光發(fā)射機的消光比應該按照下式計算： 102EXTPP(13.4) 光纖通信的測量技術 光接收機主要技術指標的測量光接收機主要技術指標的測量 1. 光接收機接收靈敏度的測量光接收機接收靈敏度的測量 PCM系統(tǒng)分析儀光發(fā)射機活動連接器光接收機可變光衰減器光功率計光纖通信的測量技術 2.