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光纤色散测量 1引言光纤色散使传播的光脉冲随传输距离的增加而展宽 脉冲展宽将限制传输容量或最大中继距离 因此 光纤色散是表征光纤传输特性的又一重要参数 色散测量是光纤传输特性测量的又一重要内容 1 色散的测量方法可分为两类 1 时域法 这种方法是以确定沿光纤长度方向传输的光脉冲展宽量为基础的 通常用窄脉冲调制光源做为光纤的测试信号源 故又称为脉冲法 2 频域法 这种方法是根据被测光纤基带频响的幅频特性确定其带宽 然后确定色散系数 此方法采用频率连续可调的正弦被调制光源做为测试信号源 故也称为正弦波法或相移法 2 2时域法 2 1模内色散测量模内色散是对给定的模式 由于波长不同群速度不同而引起的光脉冲展宽 3 光纤系统的光源谱宽度一般都远远超过调制脉冲的频谱宽度 因此可用下式描写模内色散 式中 L是光纤的长度 d d 是脉冲延迟时间对波长的导数 M 可解释为单位长度的光纤 由于光源单位谱宽度所引起的脉冲展宽 它的单位是ps nm km 如M 己知 则脉冲延迟的改变量为 4 进行时域测量 需要一系列可以使用的单色光源或一个波长连续可调的光源 还需要一个能测量时间延迟的装置 5 6 喇曼激光器当高强度的光通过液体或固体时 会产生非线性现象 这样就可观察到喇曼效应 此时 在射出的波束中 除了原来人射波束外 还有新产生的波长成分 其中波长较长的部分称为斯托克斯线 强度较强 对光纤测量特别有用 而波长较短的部分则称为反斯托克斯线 7 8 2 2模间色散的测量 对多模光纤 下面的两个式子近似成立 若光纤的冲激响应为h 则冲激响应的均方根宽度为 9 考虑到实际情况 输入脉冲是有一定宽度的 可得到 10 图1 6 a 使用砷化镓激光器 0 908um 做往复脉冲法的实验装置 b 终端反射器简图 11 12 2020 1 8 13 3频域法 频域法是用正弦波调制光波来测量光纤色散的方法 3 1模内色散测量模内色散测量常采用相移法 相移法是通过测量不同波长下同一正弦调制信号的相移得出群延时与波长的关系 进而算出色散系数的一种方法 由于它要求的测试设备较简单 且正弦信号可采用窄带滤波放大 有利于提高信嗓比 测量准确度高 因此已被广泛应用 14 相移法光纤色散测量系统框图 15 16 假设光源的调制频率为f 它应小于光纤的基带带宽 经长度为L的光纤后 波长为 的光相对于波长为 0的光传播延时差为 t 那么从光纤出射端接收到的两种光的调制波形相位差 满足下式 17 18 3 2模间色散测量 19 利用频谱分析仪分别测出光纤输入和输出光波包络信号的频域函数Pi 和Po 然后求得基带响应的幅频函数H Po Pi 并确定被测光纤的带宽B 根据带宽B与基带响应脉冲的均方根宽度 h的关系 即可得到由光纤色散引起的脉冲展宽量 20 21 4时域法和频域法的比较 时域法测光纤色散是观察经脉冲调制的光信号通过光纤后的时间延迟或脉冲展宽频域法是使用不同频率的正弦波调制光信号 测得光纤的基带响应 时域法要求产生和探测极窄的脉冲 而频域法需要一个从低频到高频 GHz 的可调信号源用以驱动激光器或发光管 并要有相应的探测装置 22 在测量准确度方面 频域法优于时域法 在实际测量中 由于输入脉冲本身或光输出探测器等原因 检测到的脉冲不可能很窄 用频域法来测量 只要根据H Po Pi 测量在光纤输入端和输出端的频率响应 并求它们的商 就可以得到光纤的基带响应的幅值 用时域法测量时 要涉及