《光纤通信》顾畹仪第08章

1、 8.3 光器件的测量光器件的测量 光纤的衰减光纤的衰减A( )定义为：在波长定义为：在波长 处，光通处，光通过一段光纤上相距为过一段光纤上相距为L的两个横截面的两个横截面1和和2之间的光功率差，为之间的光功率差，为 12( )( )10log(dB)( )PAP对于均匀光纤，单位长度的衰减即衰减常对于均匀光纤，单位长度的衰减即衰减常数为数为 L为光纤的长度，单位为为光纤的长度，单位为km； ( )表示在表示在波长波长 处的衰减常数，即光纤的衰减谱处的衰减常数，即光纤的衰减谱 12( )( )10log(dB/km)( )ALPLP （ ）截断法是严格按照光纤衰减常数的定义建立起来截断法是严格

2、按照光纤衰减常数的定义建立起来的基准测量方法，它的测量精度最好的基准测量方法，它的测量精度最好 截断法是在不改变注入条件下，分别测出通过光截断法是在不改变注入条件下，分别测出通过光纤两个横截面的光功率纤两个横截面的光功率P1( )和和P2( )，再根据定，再根据定义计算出光纤的衰减系数义计算出光纤的衰减系数 ( )。P2( )是长光纤是长光纤输出端的输出光功率；输出端的输出光功率；P1( )为在光纤输入端为在光纤输入端2m处截断后输出的光功率，即长光纤的输入光功率处截断后输出的光功率，即长光纤的输入光功率 光纤衰减谱测量系统光纤衰减谱测量系统 背向散射法测量原理框图背向散射法测量原理框图 背向

3、散射法测得的典型曲线背向散射法测得的典型曲线A、B两点之间是一条直线，说明相应于光两点之间是一条直线，说明相应于光纤上纤上AB段的衰减常数为一定值，由于后向段的衰减常数为一定值，由于后向光经过往返两次衰减，所以曲线光经过往返两次衰减，所以曲线AB段光纤段光纤的衰减为的衰减为 1()(dB)2ABAVV( )(dB/km)ABAL 单模光纤色散的测量方法有相移法、干预法和脉冲时延法1d ( )( ) ps/nmkmdDL（）相移法的测量原理是通过测量不同波长的相移法的测量原理是通过测量不同波长的光信号经过光纤后产生的相移量，计算得光信号经过光纤后产生的相移量，计算得出不同波长的相对群时延，再经过

4、进一步出不同波长的相对群时延，再经过进一步的拟合和运算得到光纤的色散特性曲线的拟合和运算得到光纤的色散特性曲线D ( )。 假设有波长为假设有波长为 1 n的的n个光源，分别用频个光源，分别用频率为率为f的正弦信号调制，光纤的群时延在不的正弦信号调制，光纤的群时延在不同波长下分别为同波长下分别为 1 n 每一波长的相位差分别为每一波长的相位差分别为相应的时延为相应的时延为1102()f 02()nnf 1102 f1102 f02nnf测量时，为消除旋转数目的影响，要适中测量时，为消除旋转数目的影响，要适中选择调制频率选择调制频率f ，须满足：，须满足： ，这样，时延可表示为这样，时延可表示为

5、 1(21)N (21)nN11022Nf 022nnNf 在实际测量中，为了防止各种偶然误差，在实际测量中，为了防止各种偶然误差，一般要根据所测得的一般要根据所测得的(i)值，对应不同值，对应不同的光纤采用不同的拟合公式进行曲线拟合，的光纤采用不同的拟合公式进行曲线拟合，从而求出拟合公式中的有关系数，得到光从而求出拟合公式中的有关系数，得到光纤的色散特性纤的色散特性 对于光纤，其零色散波长在对于光纤，其零色散波长在1310nm附近，附近，工作波长为工作波长为1270nm1340nm。测得的单。测得的单位长度光纤的群时延与波长的关系由三项位长度光纤的群时延与波长的关系由三项Sellmeier表

6、达式拟合如下表达式拟合如下 22000( )()8S S0是在是在 处的色散斜率，称为零色散斜率处的色散斜率，称为零色散斜率上式微分得到色散系数上式微分得到色散系数D ( )为为 04003( )()4SD称之为主偏振态的正交偏振态3差分群时延：差分群时延是两个主偏差分群时延：差分群时延是两个主偏振态之间群时延的时间差，单位为振态之间群时延的时间差，单位为ps 4偏振模色散时延：下面三种定义偏振模色散时延：下面三种定义PMD时延在所能到达的测量重复性之内是时延在所能到达的测量重复性之内是等价的等价的 二阶矩偏振模色散时延二阶矩偏振模色散时延Ps 12122222dd22ddsI t t tI

7、t t tPttI t tI t t 平均偏振模色散差分群时延平均偏振模色散差分群时延Pm 均方根偏振模色散差分群时延均方根偏振模色散差分群时延Pr 2121dvvmvvpvv 1221221dvvrvvPvv5偏振模色散系数偏振模色散系数 偏振模色散系数用偏振模色散系数用PMDC表示表示 对于弱模式耦合也就是短光纤情况，对于弱模式耦合也就是短光纤情况，PMD系数定义为系数定义为对于强模式耦合长度大于对于强模式耦合长度大于2km光纤情光纤情况，况，PMD系数定义为系数定义为 ps/km, orsmrcPPPPMDLLLpskmorsmrcP PPPMD/, LLL ()将计算得到的每一个差分群

8、时延将计算得到的每一个差分群时延值作为相应波长间隔中心波长上的值作为相应波长间隔中心波长上的差分群时延值，然后对这些值在整差分群时延值，然后对这些值在整个波长范围内取平均得到单次测量个波长范围内取平均得到单次测量的差分群时延的差分群时延12arg(/)半导体激光器半导体激光器P-I特性测量系统特性测量系统 一激光器在不同温度下的一激光器在不同温度下的P-I特性特性 特征温度的计算公式为特征温度的计算公式为 根据激光器的根据激光器的P-I特性曲线，还可以得到激特性曲线，还可以得到激光器的外微分量子效率，其计算公式为光器的外微分量子效率，其计算公式为 0thln()TTJdPqIhc半导体激光器的

9、光谱特性半导体激光器的光谱特性 多纵模半导体激光器的输出光谱多纵模半导体激光器的输出光谱 半导体激光器光谱特性的几个重要参数半导体激光器光谱特性的几个重要参数1半导体激光器的峰值波长半导体激光器的峰值波长 光谱内，最大功率峰值所对应的光波长为光谱内，最大功率峰值所对应的光波长为峰值波长，以峰值波长，以p表示表示 2半导体激光器的中心波长半导体激光器的中心波长 光谱中，最大峰值功率下降光谱中，最大峰值功率下降50%的连线中的连线中点所对应的波长为中心波长点所对应的波长为中心波长3半导体激光器的平均波长半导体激光器的平均波长 所有光谱模式的加权平均值为平均波长。所有光谱模式的加权平均值为平均波长。

10、需要把所有峰值功率大于最大峰值的需要把所有峰值功率大于最大峰值的2%的的模式均计入模式均计入 0i niiimi niimPPnnmeannPP4半导体激光器的光谱宽度半导体激光器的光谱宽度对于对于F-P型的半导体激光器，采用最大均方型的半导体激光器，采用最大均方根宽度定义光谱宽度根宽度定义光谱宽度 12211()niiminiiaa11niiimniiaa5半导体激光器的边模抑制比半导体激光器的边模抑制比 边模抑制比是指在发射光谱中，在规定的边模抑制比是指在发射光谱中，在规定的输出光功率和规定的调制条件下，最高光输出光功率和规定的调制条件下，最高光谱峰值强度与次高光谱峰强度之比谱峰值强度与次

11、高光谱峰强度之比 光脉冲的上升时间和下降时间光脉冲的上升时间和下降时间 半导体激光器脉冲响应测量系统构成框图半导体激光器脉冲响应测量系统构成框图 半导体激光器频域法调制响应测量系统半导体激光器频域法调制响应测量系统 评价半导体光探测器的光电转换效率主要评价半导体光探测器的光电转换效率主要有两个指标，一个是器件的量子效率有两个指标，一个是器件的量子效率 ，一个是器件的响应度一个是器件的响应度R 1.24ppIIePPhA/W mA/mWpIRP（或）量子效率和响应度之间的关系为量子效率和响应度之间的关系为测量的方案主要是根据定义来设计，一般在测量测量的方案主要是根据定义来设计，一般在测量时直接将

12、光信号耦合到光探测器的光敏面上，测时直接将光信号耦合到光探测器的光敏面上，测量在某一偏压下器件的回路电流量在某一偏压下器件的回路电流I，或者是测量，或者是测量器件的负载电阻上的电压计算出流经器件外电路器件的负载电阻上的电压计算出流经器件外电路的电流的电流I；然后测量器件的暗电流；然后测量器件的暗电流Id，二者之差，二者之差即为光生电流即为光生电流 用光功率计测量出入射器件光敏面的光功率用光功率计测量出入射器件光敏面的光功率 即响应度为即响应度为 1.24RdIIRP半导体光检测器光谱响应测量系统半导体光检测器光谱响应测量系统 ( )( )( )( ) () dtpitRP th tRhP t2

13、频域法频域法调制频率响应调制频率响应 光检测器探测到的信号功率的均方值为光检测器探测到的信号功率的均方值为 202( )2smRPH fi 波分复用器插入损耗的测量系统波分复用器插入损耗的测量系统 信道隔离度定义为第信道隔离度定义为第i信道输出端口测得的信道输出端口测得的信号功率信号功率Pi ( i)与第与第j信道的输出端口测得信道的输出端口测得的串扰信号的串扰信号Pi( i)(ij)之比之比信道串扰定义为第信道串扰定义为第j信道输出端口测得的串信道输出端口测得的串扰信号扰信号Pi( i)(ij)与第与第i信道输出端测得的信信道输出端测得的信号功率号功率Pi( i)之比之比 ()10lg(dB

14、)()iijijiPIP()C10lg(dB)()jiijiiPP 波分复用器的偏振相关损耗测量系统波分复用器的偏振相关损耗测量系统 严重误码秒比SESR2基群及更高速率的国际数字通道的误基群及更高速率的国际数字通道的误码性能码性能 建议提出的误码性能指标是针对建议提出的误码性能指标是针对27500km的假设参考通道的假设参考通道HRP规定的，适用于规定的，适用于每一方向每一方向 假设参考通道假设参考通道HRP 进入和退出可用状态的准那么进入和退出可用状态的准那么 2误码在线测试误码在线测试系统误码在线测试配置系统误码在线测试配置 抖动可以用一个时间函数抖动可以用一个时间函数j(t)来描述来描述 2SDH输入口抖动容限测试输入口抖动容限测试SDH网络的设备网络的设备STM-N输入口抖动容限测输入口抖动容限测试配置试配置 3再生器抖动转移特性测试再生器抖动转移特性测试 再生器抖动转移特性测试配置再生器抖动转移特性测试配置进行抖动测量，得到的抖动的读数进行抖动测量，得到的抖动的读数B(UIpp)