光纤线主要参数以及测量法专业知识

1.单模模场直徑的精确测量

　　 从理论上讲单模中仅有横模(LP0l)传送，横模磁场强度在光纤线截面的出现与光纤线的构造相关，而模场直徑便是考量光纤线模横截面上一定磁场强度范畴的标量。针对匀称单模，横模磁场强度在光纤线截面上类似为伽马分布，一般 将纤芯中磁场强度遍布曲线图最高值1／e住所相应的总宽界定为模场直徑。简易来说它是叙述光纤线中激光功率沿光纤线半经的分散情况，换句话说是叙述光纤线所传送的太阳能的集中化水平的参数。因而精确测量单模模场直徑的关键便是要测到这类遍布。

　　 精确测量单模模场直徑的办法有：横着位移法和传递输出功率法。下边详细介绍传送输出功率法。检测系统的基本原理框架提示如图所示1所显示。

　　 取一段两米长的被测光纤线，将内孔解决后放进检测系统中，检测系统主要是由灯源和方向能够旋转的光学探测器组成。光纤线的键入端应与灯源指向。此外为了能确保只测主模(LP01)而沒有高次模，在系统软件里加了一只滤模器，非常简单的法子是将光纤线打一个直徑60mm的小圈圈。当灯源发过的光根据被测光纤线，在光纤线尾端获得远场辐射图，用探测器沿极坐标系作精确测量，就可以测得輸出激光功率与扫描仪视角间的关联，P—θ线如图2所显示。随后，按模场直徑的界定公式计算键入P和θ值，由电子计算机按测算程序流程计算模场直徑。

　　 2.光纤线耗损的精确测量

　　 光纤线耗损是金属的一个关键传送主要参数。因为光纤线有衰减系数，光纤线中激光功率随间距是按指数值的规律性减少的。可是，针对单模或类似稳定的方式遍布的单模光纤衰减系数a是一个与部位没有关系的参量。若设P(Z1)为Z＝Z1处的激光功率，即键入激光功率。若设P(Z2)为Z2处的激光功率，即这一段光纤线的功率。因而，光纤线的衰减系数a界定为

　　 因而，只需知道光纤线长短Z2-Z1和Z2、Z1处的激光功率P(Z1)、P(Z2)，就算是出这一段光纤线的衰减系数a。精确测量光纤线的消耗有很各种方法，下边只详细介绍当中的2种方法。

　　 1)断开法
　　 断开法是一种测量精度最好是的方法，可是其缺陷是要断开光纤线。这类测试方法的精确测量框架如图所示3所显示。

　　 取一条被测的长光纤接入检测系统中，并在图上的“2”点部位用光功率计测到该点的激光功率P(Z2)。随后，维持灯源的键入情况不会改变，在被精确测量光纤线挨近键入端处“1”点将光纤线断开，精确测量“l”点处的激光功率P(Z1)。这一精确测量全过程相当于测了1～2两点间这一段光纤线的键入激光功率P(Z1)和輸出激光功率P(Z2)，又了解“1”、“2”点间的间距Z2-2l，因而，将那些值带入

　　 就可以算出这一段光纤线的均值衰减系数。

　　 在精确测量程序框图中斩波器(又被称为截光器)是一种能周期时间时断时续光线的元器件。比如是一个有轴向开裂的轮盘。它将直流电光信号灯不亮变成交替变化光信号灯不亮，做为参照光信号灯不亮送至锁相放大器中，与根据了被测光纤线的光信号灯不亮锁住，以摆脱直流电飘移和暗电流等危害，以保证测量精度。

　　 2)背向透射法
　　 精确测量基本原理。用背向透射法精确测量光纤线耗损的工作原理与雷达探测总体目标的工作原理类似。在被测光纤线的键入端射进一个强的光单脉冲，这一光窄单脉冲在光纤线内传递时，因为光纤线內部的不均衡性将造成瑞利散射(自然碰到光纤的接头及中断点将造成更明显的反射面)。这类漫射光有一部分将沿光纤线回到向键入端传送，这类接连不断向键入端传送漫射光称之为背向漫射光。从物理概念上看，这类背向漫射光就将光纤线上各点的“信息内容”送到了键入端。挨近键入端光波传送耗损少，故透射回家的数据信号就强，离键入端远的地区光波传送耗损大，透射回家的数据信号就弱。大家就用这类含有光纤线各点“信息内容”的背向透射对光纤线的耗损等实现精确测量。这一检测仪器称之为光频域反射面仪，缩写成OTDR(OpTIcal TIme Domain Reflectometer)。一条有象征性的精确测量曲线图如图4所显示。

　　 曲线图上A、D2个较强的雷达回波相匹配于光纤线的键入内孔和輸出内孔造成的反射面。曲线图B点相匹配于一个光纤接头造成的透射雷达回波。C点很有可能相匹配于光纤线中的一个汽泡造成的透射雷达回波。如何运用光纤线的瑞利散射对光纤线开展精确测量，是有关从定量分析的方向开展探讨。因为如今运用OTDR设备对光纤线链接的消耗开展检测时，能形象化、立即从OTDR设备内读取所需数据信息，因此在这里未作定量分析探讨。

　　 光频域反射面仪基本原理程序框图，如图所示5所显示。这类仪表盘的设计原理是：最先用脉冲计数器调配一个灯源使灯源造成窄单脉冲光波，经光学元件耦入光纤线。光波在光纤线中传递时发生透射，漫射光沿光纤线回到，中途历经光纤线定向耦合器键入光学探测器，经光学探测器变成电子信号，再经扩大及信号分析送进显示屏。在其中对信号分析的因素是，背向漫射光十分很弱，吞没在一片噪音中，因而，要用抽样积分器積分，在一定间隔时间对很弱的透射数据信号抽样并求饶。在这里全过程中，因为噪音是随即的，在相加时相抵掉了，进而将透射数据信号取了出去。用OTDR除开能够精确测量光纤线的耗损之外，还能够观查光纤线沿途的消耗状况，及其某耗损忽然转变 点的设备，光纤接头的插损等。OTDR还有一个工程项目上的重特大用途，可以便捷地找到光纤线的中断点。如今用OTDR精确测量光纤线耗损是最常见的一种方式 。优势是精确测量非毁灭性，作用多，方便使用。可是，在运用时自始至终有一段盲点。此外用OTDR从光纤线两边测到的衰减系数值有区别，一般 取均值。

　　 3.光纤色散与带宽的精确测量

　　 光纤线的散射特点是危害光纤通信系统传送容积和无线中继间距的一个主要要素。在信号通讯中，如散射大，光单脉冲宽化就比较严重，在协调器就有可能因单脉冲宽化而发生邻近单脉冲的重合，进而发生误码。为了更好地防止出现这些状况，只能使码元间距增加，或使传送间距减少。显而易见这就促使传送容积减少，无线中继局间距减短，这也是大家所不期待的。在仿真模拟传送中，一样因为散射大，不一样次数的仿真模拟光信号灯不亮频带不同样，在协调器便会使脉冲信号发生比较严重失帧。一样为了更好地防止出现这些状况，只能使传送仿真模拟网络带宽降低，或传送间距减少，这也是大家所不期待的。因此，高视频码率、宽带网络宽脉冲信号的光纤通信系统体系中对光纤线的散射就需要仔细考虑到。好似前边上述，由于光纤色散导致光脉冲信号的波型宽化，这是以频域见解剖析的状况，若是以时域视角看来，光纤线有散射就表明光纤线是有一定传送网络带宽的。因而单脉冲宽化和网络带宽是以差异视角叙述光纤传输激光焊接特点的2个密切联系的参数。

　　 从测量法上与此对应也是有俩种方式。一种是以频域视角来精确测量光脉冲信号的宽化；另一种是以时域视角来精确测量光纤线的基带芯片总宽。

　　 1)用频域方式来测定单脉冲宽化
　　 精确测量基本原理。最先为了更好地使难题还不会繁杂，假定键入光纤线和从光纤线输入输出的光单脉冲波型都类似成伽马分布的如图所示6所显示。图6(a)是光纤线輸出激光功率Pin(t)的波形，从最高值A1降至A1/2时的总宽为Δτ1。图6（b)是金属的輸出激光功率Pout(t)的波形，其力度降为一半时的总宽为Δτ2能够证实，单脉冲根据光纤线后的宽化Δτ与其说键入、輸出波型总宽Δτ1和Δτ2的影响为:
(1-1)
　　 不难看出，Δτ并不是Δτ2与Δτ1的简易求差的关联。因此 ，只需将测出来了的Δτ1和Δτ2带入上式即能够算出脉冲宽化Δτ。求出Δτ之后，再依据单脉冲的宽化Δτ和相对应的网络带宽B间的公式计算
B＝0.44／Δτ (1-2)
　　 将Δτ带入式中能求出对应的光纤线每千米网络带宽。若Δτ的企业用ns，则B的部门是MHz。

　　 精确测量程序框图。用频域法精确测量光纤线的单脉冲宽化(从而测算出光纤线网络带宽的程序框图如图所示7所显示)

　　 最先用一台单脉冲频率计去调配一个激光发生器。从激光发生器輸出的光信号灯不亮根据分光镜分成双路。一路进到被测光纤线(因为散射功效，这一路的光差分信号被宽化)，经光纤传输激光焊接抵达光学探测器1和接收器1，送进双踪抽样数字示波器并展示出去，这一波型等同于前边讲的Pout(t)。另一路，不历经被测光纤线，根据反射镜片直接进入光探测器2和接受设备2，随后也被送进双踪数字示波器表明出去。因为这一波型沒有历经被检验光纤线，故等同于被测光纤线键入讯号的波型，即等同于Pin(t)。从表明出的单脉冲波型上各自测出Pin(t)的总宽Δτ1和Pout(t)的总宽Δτ2。那样就可将Δτ1和Δτ2带入式(1-1)及(1-2)最后算出网络带宽B。最终还应当强调，用这个方式精确测量单模较为艰难，由于其Δτ过小。

　　 2)用时域法精确测量光纤线网络带宽
　　 时域法精确测量，便是用一个频偏震荡器形成的頻率持续改变的余弦数据信号去调配激光发生器，进而科学研究光纤线针对不一样的頻率，来调配的光信号灯不亮的传送工作能力。实际的说，便是要想方设法测到光纤传输激光焊接己调配光波的相频特性特点。获得了相频特性特点后，就可以按一般方式求出光纤线的网络带宽。

　　 设Pin(f)为键入被测光纤线的激光功率与调配頻率f间的关联。Pout(f)为被测光纤线输入输出的激光功率与调配頻率f关联。则被测光纤线的相频特性特点H(f)为H(f)＝Pout(f)／Pin(f)，若以半功率点来明确光纤线的网络带宽fc即10lgH(f)=10lg[Pout(f)/Pin(f)]＝10lg1／2＝-3dB。fc称之为光纤线的3dB光网络带宽。用时域法精确测量光纤线网络带宽的框图如9所显示：

　　 因为精确测量光纤线的相频特性特点，必须测到键入光纤线的激光功率特点和从光纤线输入输出的激光功率特点，即必须获得2个数据信号，故在图9选用一条短光纤线的輸出激光功率来替代被测光纤线的键入激光功率。在图9中，由扫频信号产生器輸出一个頻率持续可调节的余弦数据信号。运用这一数据信号去对激光发生器的光信号灯不亮开展抗压强度调配，随后将这一已调光信号灯不亮藕合入光开关，由光开关先后送出双路数据信号，一路光信号灯不亮进到短光纤线，经短光纤线后边过光学探测器送进频谱仪。用短光纤线的输入输出讯号来替代被测光纤线的键入数据信号(因为光纤线短，历经传送后数据信号转变 不大，故能够觉得就是键入数据信号)。另一路光信号灯不亮是历经光开关送进被测光纤线，由连续性的正弦波形调配的光信号灯不亮历经光纤传输激光焊接，带上了被测光纤线对不一样调配頻率光信号灯不亮的反映，从光纤线輸出，经光学探测器送进频谱仪。那样频谱仪中就取得了被测光纤线的填写和輸出二种光信号灯不亮，因而，就可获得被测光纤线的相频特性，进而可测到光纤线的网络带宽。

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