光纤通信英文CAI-Number-4课件.pptVIP

课堂教学设计;2.5光纤特性测量方法; 本节介绍光纤损耗、带宽(色散)和截止波长的测量原理和测量方法。这些特性参数的测量的共同的特点是用特定波长的光通过光纤，然后测出输出端相对于输入端的光功率或幅度、相位等物理量的变化，再经过相应的数据处理而实现的。 测量系统一般包括发射光源、注入装置和接收与数据处理设备。测量仪器要求稳定、可靠，并有足够的精确度。测量的详细技术规范由国际标准(例如ITU - T，即原CCITT G650)或国家标准确定。 ; 2.5.1损耗测量 光纤损耗测量有两种基本方法：一种是测量通过光纤的传输光功率，称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散射光功率，称后向散射法。  1. 剪断法 光纤损耗系数由式(2.61a)确定， 即 ; 由此可见，只要测量长度为L2的长光纤输出光功率P2， 保持注入条件不变，在注入装置附近剪断光纤，保留长度为L1（一般为2~3m）的短光纤，测量其输出光功率P1(即长度为L=L2-L1这段光纤的输入光功率)，根据式(2.62a)就可以计算出α值。  问题是由于高阶模式的损耗比低阶模式的更大，在光纤中传输的(对数)光功率lgP与光纤长度L的关系不是线性关系。 如图2.21 所示，测得的α值与注入条件和光纤长度有关， 但不能惟一代表光纤的本征特性。 由图可见， 只有在稳态模式分布(注入光束数值孔径NAb和被测光纤数值孔径NAf相匹配)的注入条件下，lgP与L才是线性关系。;图 2.21 光功率和光纤长度的关系 ; 在满注入(NAbNAf)或欠注入(NAbNAf)的条件下，被测短光纤的长度要等于或大于光纤耦合长度(L1≥Lc)，才能获得稳态模式分布。只有在稳态模式分布的条件下，才能得到惟一代表光纤本征特性的α值。  获得稳态模式分布有三种方法：  (1) 建立NAb≈NAf的光学系统；  (2) 建立稳态模式模拟器， 一般包括扰模器和包层模消除器；  (3) 用一根性能和被测光纤相同或相似的辅助光纤，代替光纤耦合长度的作用，这种方法在现场应用得非常方便。 ; 图2.22示出剪断法光纤损耗测量系统的框图。光源一般采用谱线宽度足够窄的激光器。在整个测量过程中，光源位置、 强度和波长应保持稳定。注入装置的功能是保证多模光纤在短距离内达到稳态模式分布。对于单模光纤， 应保证全长为单模传输。接收一般包括光敏面积足够大的光检测器、放大器和电平测量或数据显示，通常用光功率计来实现。 根据测得的P1和P2计算α值。 对于损耗谱的测量要求采用谱线宽度很宽的光源(例如卤灯或发光管)和波长选择器(例如单色仪或滤光片)，测出不同波长的光功率P1(λ)和P2(λ)，然后计算α(λ)值。 剪断法是根据损耗系数的定义，直接测量传输光功率而实现的，所用仪器简单，测量结果准确，因而被确定为基准方法。 但这种方法是破坏性的，不利于多次重复测量。 ;图 2.22 剪断法光纤损耗测量系统框图 ; 在实际应用中，可以采用插入法作为替代方法。插入法是在注入装置的输出和光检测器的输入之间直接连接，测出光功率P1，然后在两者之间插入被测光纤，再测出光功率P2，据此计算α值。这种方法可以根据工作环境，灵活运用，但应对连接损耗作合理的修正。  2. 后向散射法 瑞利散射光功率与传输光功率成比例。利用与传输光相反方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法，称为后向散射法。  设在光纤中正向传输光功率为P，经过L1和L2点(L1L2)时分别为P1和P2(P1P2)，从这两点返回输入端(L=0)。 光检测器的后向散射光功率分别为Pd(L1)和Pd(L2)，经分析推导得到，正向和反向平均损耗系数; 式中右边分母中因子2是光经过正向和反向两次传输产生的结果。  后向散射法不仅可以测量损耗系数，还可利用光在光纤中传输的时间来确定光纤的长度L。显然， ;图 2.23 后向散射法光纤损耗测量 ; 耦合器件把光脉冲注入被测光纤，又把后向散射光注入光检测器。光检测器应有很高的灵敏度。 图 2.24是后向散射功率曲线的示例， 图中 (a) 输入端反射区；   (b) 恒定斜率区， 用以确定损耗系数；  (c) 连接器、 接头或局部缺陷引起的损耗；   (d) 介质缺陷(例如气泡)引起的反