1、光纤通信的测量技术 光纤通信的测量技术光纤通信的测量技术 光纤主要参数的测量光纤主要参数的测量 光发射机指标的测量光发射机指标的测量 光接收机主要技术指标的测量光接收机主要技术指标的测量光纤通信的测量技术 光纤特性测量方法光纤特性测量方法光纤的特性参数纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度；折射率分布、数值孔径、模场直径和 截止波长；损耗、带宽和色散。 光纤通信的测量技术 光纤特性测量方法光纤特性测量方法损耗测量带宽测量色散测量截止波长测量光纤通信的测量技术 损耗测量损耗测量 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
2、。 1. 剪断法剪断法 光纤损耗系数由下式确定， 即)/(lg1021KmdBppLa 式中，L为被测光纤长度(km)，P1和P2分别为输入光功率和输出光功率(mW或W)。 光纤通信的测量技术 剪断法光纤损耗测量系统框图剪断法光纤损耗测量系统框图 偏置电路注入装置光源P1P2被测光纤检测器放大器电平测量光纤通信的测量技术 光功率和光纤长度的关系光功率和光纤长度的关系 满注入欠注入稳态模式分布光纤长度LL1L2P2P1光功率lgP耦合长度光纤通信的测量技术 测量条件测量条件：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值。 获得稳态模式分布有三种方法： 1. 建立NAbNAf的光学
3、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。 光纤通信的测量技术 扰模器扰模器 ad光纤光源扰模器切断光纤P1LP2切断法测光纤衰减切断法测光纤衰减 光纤通信的测量技术 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。 光功率计光源连接器连接器被测光纤 LP1P2稳态模光纤e LL插入法测光纤
4、衰减插入法测光纤衰减 光纤通信的测量技术 2. 后向散射法后向散射法 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。 正向和反向平均损耗系数)/()()(lg)(2102112KmdBLPdLpdLLa光纤通信的测量技术 后向散射法光纤损耗测量后向散射法光纤损耗测量 光学系统耦合器件光学系统光学系统信号处理放大器示波器数据处理系统被测光纤光源光检测器光纤通信的测量技术 后向散射功率曲线的示例后向散射功率曲线的示例(a)：输入端反射区（Fresnel）； (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
5、引起的损耗； (d)：介质缺陷(例如气泡)引起的 反射； (e)：输出端反射区， 用以确定 光纤长度。 PAPB(a)(b)(c)(d)(e)光纤通信的测量技术 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，也可以用来确定光纤的断裂位置。12nctL 式中，c为光速，n1为光纤的纤芯折射率，t为光脉冲发出到返回的时间。 光纤通信的测量技术 光时域反射仪（OTDR） OTDR是Optical Time-domain Reflect meter的缩写。 光时域反射仪（OTDR）是光纤光缆的生产、施工及维护中不可缺少的重要仪表，被人称为光通信中的“万用表”。 OTD
6、R根据后向散射原理制成，采用单端输入和输出，不破坏光纤， 使用非常方便。不仅可以测量光纤损耗系数和光纤长度，还可以测量连接器和接头的损耗，观察光纤沿线的均匀性和确定故障点的位置。 光纤通信的测量技术 OTDR可以告诉你什么?光纤的总损耗光纤的总回损 (ORL)每个事件的损耗和反射每一个事件的位置和类型每段光纤的衰减光纤通信的测量技术 瑞利散射瑞利散射Rayleigh Rayleigh 散射散射脉冲信号在光纤中传送，由于光纤本身的散射特性，很弱的后向脉冲信号在光纤中传送，由于光纤本身的散射特性，很弱的后向散射信号会返回散射信号会返回OTDROTDR，OTDROTDR收到散射信号后会根据散射信号收
7、到散射信号后会根据散射信号的强弱计算出光纤的衰减特性。这是的强弱计算出光纤的衰减特性。这是OTDROTDR测量衰减的原理。测量衰减的原理。OTDROTDR利用瑞利散射进行光纤衰减测试利用瑞利散射进行光纤衰减测试 (dB/Km)(dB/Km)SourceRay of lightSilica particles光纤通信的测量技术 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变例如：起源于折射率的突变例如： ( (玻璃玻璃/ /空气空气) ) 光纤断裂光纤断裂, , 机械连接机械连接, , 法兰盘和活动连接器法兰盘和活动连接器在在OTDROTDR曲线上可以看到曲线
8、上可以看到“刺状刺状”峰峰OTDROTDR收到回波信号后会根据回波时间计算出断点与接头的距收到回波信号后会根据回波时间计算出断点与接头的距离，这是离，这是OTDROTDR测距原理。测距原理。光纤通信的测量技术 OTDROTDR曲线示例：曲线示例： 功率 (dB)距离 (km)斜率显示衰减损耗反射OTDR 连接器连接器 (P.P.)熔接点光纤末端光纤通信的测量技术 AE3000AE3000介绍介绍2个USB接口RJ45网口测试端口方向控制键6.4吋TFT彩屏便携提手一键智能单键测试光纤通信的测量技术 简洁直观的结果显示简洁直观的结果显示 光纤通信的测量技术 光纤带宽的测量光纤带宽的测量 1) 时
9、域法（又称脉冲法） 时域法测试方框图时域法测试方框图 驱动接收脉 冲发生器取样示波器X-Y记录仪计算机LD光纤APD切断tf1(t)tf2(t)MHz4402122B光纤通信的测量技术 频域法测试方框图频域法测试方框图 调制的光 源注入器件及扰模检测及记录滤模器去包层模器被测光纤触发信号(需要时间)切断2) 频域法（又称扫频法）光纤通信的测量技术 设在测量系统中，接入一段短光纤时，测出的频率响应为H1(f)，接入被测长光纤时，测出的频率响应为H2(f)，则光纤频率响应H(f)和3dB光带宽f3 dB应满足下式： 21)()()(123fHfHfHdB写成对数形式： 3)(lg)(lg10)(l
10、g10)(123fHfHfHfTdB注意：由于经光检测器后，光功率按比例转换为电流注意：由于经光检测器后，光功率按比例转换为电流(或或电压电压)，因此，因此3dB光带宽相应于光带宽相应于6dB电带宽。电带宽。光纤通信的测量技术 光纤频率响应和光纤频率响应和6dB电带宽电带宽 f 6dB)(1fH)( fH)(2fH0 6频 率 f / MHz电平显示 / dB光纤通信的测量技术 色散测量色散测量 光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等。这里只介绍相移法，这种方法是测量单模光纤色散的基准方法。 LwC)(LC)(光纤通信的测量技术 相移法光纤色散测量系统框图相移法光纤色散测量系统框图 波长选
11、择器包层模消除器被测光纤相位计计算机振荡器滤波器光源光检测器光纤通信的测量技术 截止波长测量截止波长测量 根据公式， 截止波长405. 222221nnac 实际截止波长的测量有： 1. 在弯曲状态下，测量损耗在弯曲状态下，测量损耗波长函数的传输功率法；波长函数的传输功率法； 2. 改变波长，观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个脉冲的时延法； 3. 改变波长，观察近场图由环形变为高斯形的近场法。光纤通信的测量技术 cR()dB0.10弯曲损耗弯曲损耗波长函数波长函数)()(lg10)(21PPR注: 一般实测截止波长稍小于理论截止波长光纤通信的测量技术 传输功率法截止波长测量系统框
12、图传输功率法截止波长测量系统框图 单色仪注入系统2800被测光纤锁相放大器计算机斩光器参考信号波长控制绘图仪卤灯光纤通信的测量技术 光发射机指标的测量光发射机指标的测量 1. 光发射机平均输出光功率的测量光发射机平均输出光功率的测量 PCM系统分析仪光发射机光功率计连接器光源尾巴光纤光纤通信的测量技术 对光发射机的光源调制后，由光功率计测出此时光发射机的平均输出光功率。 测量时应注意光功率计的选择。对短波长系统，必须选用短波长的光功率计， 或者换用短波长的探头。长波长系统应该选用长波长的光功率计或换长波长探头。 光功率一般用相对值“dBm”或者用绝对值“W”表示。 光纤通信的测量技术 光光 功
13、功 率率 计计 光功率计是用来测量光功率大小、线路损耗、系统富裕度及接收机灵敏度等的仪表，是光纤通信系统中最基本，也是最主要的测量仪表。光纤通信的测量技术 光功率计的种类很多： 根据显示方式的不同，可分成模拟显示型和数字显示型两类； 根据可接收光功率大小的不同，可分成高光平型（测量范围为1040dBm）、中光平型（范围为055dBm）和低光平型（范围为：090dBm）三类； 根据光波长的不同，可分为长波长型（范围为1.01.7m）、短波长型（范围为0.41.1m）和全波长型（范围为0.71.6m）三类光纤通信的测量技术 2. 光发射机消光比的测量光发射机消光比的测量 消光比是光发射机的重要技术
14、指标。在数字通信系统中， 光发射机发送的是“0”码和“1”码的光脉冲。 完善的光发射机， 在发“0”码时应无光功率输出。 实际的光发射机，由于其本身的缺陷，在发“0”码时会有残留矮尖脉冲存在，或者由于直流偏置IB的选择不当，光发射机在工作时会有多余光功率输出。 表明光发射机存在这种缺点的程度用消光比(EXT)表示。 光纤通信的测量技术 光发射机消光比的测量系统框图， 仍见图 13.9。 按照定义， 测量时首先测出全“0”码时的平均输出光功率P0，然后再测出全“1”码时的平均输出光功率P1。PCM系统分析仪或伪码发生器送出的是伪随机码， 基本上认为它产生“1”码的概率与产生“0”码的概率是相等的
15、。因此，实测的全“1”码平均输出光功率P1应乘以 2。考虑到这一情况后，光发射机的消光比应该按照下式计算： 102EXTPP(13.4) 光纤通信的测量技术 光接收机主要技术指标的测量光接收机主要技术指标的测量 1. 光接收机接收灵敏度的测量光接收机接收灵敏度的测量 PCM系统分析仪光发射机活动连接器光接收机可变光衰减器光功率计光纤通信的测量技术 2. 光接收机动态范围的测量光接收机动态范围的测量 光接收机的动态范围和接收灵敏度一样，是衡量光接收机质量好坏的重要技术指标。在实际的光纤数字通信系统中，由于种种原因(例如， 光纤损耗随温度的变化和光源输出光功率随使用时间的增长而下降等等)，都会导致光接收机输入光功率的变化。因此，一部质量好的光接收机，不仅要有高的接收灵敏度，而且也应该有较大的动态范围。这样，才能保证系统在各种条件下稳定可靠地工作。所以，测量光接收机的动态范围， 对保证系统正常工作是十分重要的。
