光缆通信工程中常用仪表介绍

1、光衰减器是对光信号进行衰减光衰减器是对光信号进行衰减的器件。的器件。光衰减器有两种类型，即可变光衰减器有两种类型，即可变光衰减器和固定光衰减器。光衰减器和固定光衰减器。 衰减光功率的方法有：反射一部分光，衰减光功率的方法有：反射一部分光，吸收一部分光，在空间遮挡一部分光，用吸收一部分光，在空间遮挡一部分光，用偏振片选择光的偏振面等。偏振片选择光的偏振面等。 图1.1 可变光衰减器的原理结构 图1.2 MN924A光衰减器面板图 图1.3 DB-2900面板图 光源是光纤测试的主要组成部分，是光源是光纤测试的主要组成部分，是光特性测试不可缺少的信号源。光特性测试不可缺少的信号源。光纤通信测量中使

2、用的光源有三种：光纤通信测量中使用的光源有三种：稳定光源、白色光源（即宽谱线光源）及稳定光源、白色光源（即宽谱线光源）及可见光光源。可见光光源。发光二极管是比较稳定的半导体发光发光二极管是比较稳定的半导体发光器件，只要工作环境温度保持一定，其输器件，只要工作环境温度保持一定，其输出光功率就可以在长时间内保持稳定。出光功率就可以在长时间内保持稳定。 图1.4 发光二极管式稳定光源 图图1.5示出了实现输出光功率稳定的激示出了实现输出光功率稳定的激光二极管式稳定光源的原理框图。光二极管式稳定光源的原理框图。图1.5 激光二极管式稳定光源 图1.6 M921A稳定化光源面板图 图1.7 LP5250

3、光源的面板图 光功率计是用来测量光功率大小、线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，也是最仪表，是光纤通信系统中最基本，也是最主要的测量仪表。主要的测量仪表。光功率计的种类很多：光功率计的种类很多：根据显示方式的不同，可分成模拟显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；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（测量范围为成高光平型（测量范围为1040dBm）、）、中光平型（范围为中光平型（范围为055dBm）和低光平型和低光平型（

4、范围为：（范围为：090dBm）三类；三类；根据光波长的不同，可分为长波长型根据光波长的不同，可分为长波长型（范围为（范围为1.01.7 m）、）、短波长型（范围短波长型（范围为为0.41.1 m）和全波长型（范围为和全波长型（范围为0.71.6 m）三类；三类；此外，根据接收方式的不同，还可将此外，根据接收方式的不同，还可将光功率计分成连接器式和光束式两类。光功率计分成连接器式和光束式两类。 光功率计一般都由显示器（又称指示光功率计一般都由显示器（又称指示器，属于主机部分）和检测器（探头）两器，属于主机部分）和检测器（探头）两大部分组成大部分组成 。图1.8 数字显示式光功率计原理框图 图1

5、.9 ML93A光功率计面板图 图1.10 LP-5025光功率计面板图 图1.11 光源光功率计测试连线示意图 光时域反射仪（光时域反射仪（OTDR），），又称后向又称后向散射仪或光脉冲测试器，光纤光缆的生产、散射仪或光脉冲测试器，光纤光缆的生产、施工及维护工作中不可缺少的重要仪表，施工及维护工作中不可缺少的重要仪表，被人称为光通信中的被人称为光通信中的“万用表万用表”。 可用来测量光纤的插入损耗、反射损可用来测量光纤的插入损耗、反射损耗、光纤链路损耗、光纤长度、光纤故障耗、光纤链路损耗、光纤长度、光纤故障点的位置及光功率沿路由长度的分布情况点的位置及光功率沿路由长度的分布情况（即（即P-L

6、曲线）等。曲线）等。图1.12 OTDR原理框图 在在OTDR光纤测试中经常用到的几个光纤测试中经常用到的几个基本术语为背向散射、非反射事件、反射基本术语为背向散射、非反射事件、反射事件和光纤尾端。事件和光纤尾端。 光纤自身反射回的光信号称为背向散光纤自身反射回的光信号称为背向散射光（简称背向散射）。射光（简称背向散射）。 光纤中的熔接头和微弯都会带来光纤中的熔接头和微弯都会带来损耗，但不会引起反射。由于它们的损耗，但不会引起反射。由于它们的反射较小，我们称之为非反射事件。反射较小，我们称之为非反射事件。活动连接器、机械接头和光纤中活动连接器、机械接头和光纤中的断裂点都会引起损耗和反射，我们的

7、断裂点都会引起损耗和反射，我们把这种反射幅度较大的事件称之为反把这种反射幅度较大的事件称之为反射事件。射事件。 图1.13 OTDR测试事件类型及显示 第一种情况为一个反射幅度较高第一种情况为一个反射幅度较高的菲涅尔反射。的菲涅尔反射。第二种情况光纤末端显示的曲线第二种情况光纤末端显示的曲线从背向反射电平简单地降到从背向反射电平简单地降到OTDR噪声噪声电平以下。电平以下。 图1.14 两种光纤末端及曲线显示示意图 图1.15 几种光纤末端的识别示意图 OTDR的性能参数一般包括的性能参数一般包括OTDR的的动态范围、盲区、距离精确度、动态范围、盲区、距离精确度、OTDR接接收电路设计和光纤的

8、回波损耗、反射损耗。收电路设计和光纤的回波损耗、反射损耗。 定义：把初始背向散射电平与噪声定义：把初始背向散射电平与噪声电平的差值（电平的差值（dB）定义为动态范围。定义为动态范围。 动态范围的作用：动态范围可决定动态范围的作用：动态范围可决定最大测量长度最大测量长度 。 动态范围的表示方法：有峰动态范围的表示方法：有峰-峰值峰值（又称峰值动态范围）和信噪比（又称峰值动态范围）和信噪比（SNR1）两种表示方法。两种表示方法。 图1.16 OTDR动态范围示意图 动态范围大小决定仪器可测量光纤的动态范围大小决定仪器可测量光纤的最大长度。最大长度。 图1.17 动态范围的应用示意图 表 5-2 需

9、要信噪比电平值 熔接衰耗 需要的信噪比电平 0.1dB 8.5dB 0.05dB 10.0dB 0.02dB 12.0dB 测量范围与动态范围的关系测量范围与动态范围的关系初始背向散射电平与一定测量精度下初始背向散射电平与一定测量精度下的可识别事件点电平的最大衰减差值被定的可识别事件点电平的最大衰减差值被定义为测量范围义为测量范围 。图1.18 动态范围与测量范围关系示意图 表 5-3 动态范围与测量范围关系对照表 测 量 范 围 动态范围 （SNR1） 熔接损耗（0.5dB） 动态范围6.0dB 衰减系数 动态范围6.0dB 非反射光纤末端 动态范围4.0dB 反射光纤末端 动态范围2.5d

10、B 注：动态范围是指 SNR1 时的动态范围。 距离刻度距离刻度距离刻度是表示距离刻度是表示OTDR测量光纤的长测量光纤的长度指标，是度指标，是OTDR的主要参数。的主要参数。 由活动连接器和机械接头等特征点产生反由活动连接器和机械接头等特征点产生反射（菲涅尔反射）后，引起射（菲涅尔反射）后，引起OTDR接收端接收端饱和而带来的一系列饱和而带来的一系列“盲点盲点”称为盲区。称为盲区。图1.19 事件、衰减盲区示意图 盲区：决定盲区：决定OTDR横轴上事件的精确横轴上事件的精确程度。程度。动态范围：决定动态范围：决定OTDR纵轴上事件的损耗纵轴上事件的损耗情况和可测光纤的最大距离。情况和可测光纤

11、的最大距离。影响动态范围和盲区的因素：影响动态范围和盲区的因素： a脉宽的影响脉宽的影响b平均时间对动态范围的影响平均时间对动态范围的影响 c反射对盲区的影响反射对盲区的影响 图1.20 脉冲宽度对测试的影响 图1.21 平均时间对动态范围的影响 距离精度是指测试长度时仪表的准距离精度是指测试长度时仪表的准确度（又叫一点分辨率）。确度（又叫一点分辨率）。OTDR的距离精度与仪表的采样间的距离精度与仪表的采样间隔、时钟精度、光纤折射率、光缆的成缆隔、时钟精度、光纤折射率、光缆的成缆因素和仪表的测试误差有关。因素和仪表的测试误差有关。 图1.22 采样间隔对测试的影响 图1.23 分段设置折射率示

12、意图 图1.24 伪增益现象及产生原因 图1.25 用接入光纤消除盲区示意图 图1.26 用接入光纤测试第一个活动连接器示意图 图1.27 HP8147OTDR前面板示意图 图1.28 统一设置参数概览示意图 图1.29 游标B确定示意图 图1.30 添加界标示意图 图1.31 双向测量示意图 图1.32 减测量显示示意图 光纤熔接机是完成光纤固定连接接头光纤熔接机是完成光纤固定连接接头的专用工具的专用工具 。光纤熔接机可根据被接光纤的类型不光纤熔接机可根据被接光纤的类型不同分为单模光纤熔接机和多模光纤熔接机；同分为单模光纤熔接机和多模光纤熔接机；根据操作方式的不同，可分为人工根据操作方式的不

13、同，可分为人工（或半自动）熔接机和自动熔接机；（或半自动）熔接机和自动熔接机；根据一次熔接光纤芯数的不同分为单根据一次熔接光纤芯数的不同分为单纤熔接机和多纤熔接机；纤熔接机和多纤熔接机；根据接续过程中监控方式的不同，可根据接续过程中监控方式的不同，可分为远端监控方式（分为远端监控方式（RIDS，属第一代）熔属第一代）熔接机，本地监控方式（接机，本地监控方式（LIDS，属第二代）属第二代）熔接机和纤芯直视方式（熔接机和纤芯直视方式（PAS，属第三代）属第三代）熔接机。熔接机。 图1.33 DCM法示意图 图1.34 本地监控光纤熔接机原理结构 图1.35 TYPE-35SE面板 图1.36 TY

14、PE-35SE侧面端口示意图 图1.37 TYPE35SE初始画面 图1.38 进入外形项显示画面 图1.39 第三层菜单画面 图1.40 对芯方式选择画面 图1.41 数据显示与存入画面 图1.42 接头箱画面 图1.43 放电试验显示画面 图1.44 时间菜单显示画面 图1.45 方式选择画面 图1.46 检查方式画图 图1.47 电机检查显示画面 图1.48 电极状态显示画面 图1.49 光纤名画图 图1.50 加热条件显示画面 图1.51 加热参数显示画面 图1.52 光纤熔接机自动熔接流程图 图1.53 良好实例：保护套管端部未收缩示意图 图1.54 良好实例：被覆部位附有气泡示意图

15、 图1.55 不良实例：进入保护套管的被覆光纤的长度不够 图1.56 不良实例：裸纤部位上附有小气泡示意图 图1.57 不良实例：熔接部光纤弯曲示意图 表 5-4 熔接质量不好情况 屏幕上显示图形 形成原因及处理方法 由于端面尘埃、结露、切断角不良以及放电时间过短引起。熔接损耗很高，需要重新熔接 由于端面不良或放电电流过大引起，需重新熔接 熔接参数设置不当，引起光纤间隙过大。需要重新熔接 端面污染或接续操作不良。选按“ARC”追加放电后，如黑影消失，推算损耗值又较小，仍可认为合格。否则，需要重新熔接 表 5-5 熔接质量正常情况 屏幕显示图形 形成原因及处理方法 白线 光学现象，对连接特性没有

16、影响 模糊细线 光学现象，对连接特性没有影响 包层错位 两根光纤的偏心率不同。推算损耗较小，说明光纤仍已对准，属质量良好 包层不齐 两根光纤外径不同。若推算损耗值合格，可看做质量合格 污点或伤痕 应注意光纤的清洁和切断操作，不影响传光 表 5-6 熔接过程中的异常情况及处理 屏幕显示异常现象 可能的原因 处 理 方 法 ZLF ZRF 极限 光纤相距太远，不在 V 型槽中 重新放置光纤， 重新调好压钳杆，检查切断长度是否太短 端面不良 端面不好；有灰 重新处理端面，清扫反光镜 MSX， Y （F， R）极限 复位重新固定光纤， 关断电源重新开机，检查驱动时间 画面太暗、 发黑 光纤挡住照明灯

17、重新固定光纤， 检查光纤长度 无故障暂停 复位、断电重新起动 外观不良 重新接续，调整光纤推进量 图1.58 进行光功率复合和分解的基本星形耦合器的概念 通常使用器件的根据输入和输出端口通常使用器件的根据输入和输出端口进行表征命令。比如具有两个输入和两个进行表征命令。比如具有两个输入和两个输出的器件称为输出的器件称为“22耦合器耦合器”，通常，通常，NM耦合器具有耦合器具有N个输入和个输入和M个输出。个输出。图1.59 熔融光纤耦合器的横截面，它包括长为W的耦合区域和两个长为l的锥形区域，耦合器总的拉伸长度为L=2l+W222波导耦合器波导耦合器图1.60 双向波导耦合器的剖面图 星形耦合器的

18、主要作用是将星形耦合器的主要作用是将N个输入个输入功率复合后再平均分配到功率复合后再平均分配到M个输出端口。个输出端口。 图图1.61 通过将四根光纤扭绞、加热和拉伸，通过将四根光纤扭绞、加热和拉伸，使他们熔融在一起制作成的普通使他们熔融在一起制作成的普通44熔融光纤星形耦合器熔融光纤星形耦合器在理想的星形耦合器中，任意输入端在理想的星形耦合器中，任意输入端口输入的光功率都应均匀分配给所有的输口输入的光功率都应均匀分配给所有的输出端口，耦合器的总损耗包括分路损耗和出端口，耦合器的总损耗包括分路损耗和通过星形的每一个通路的附加损耗，使用通过星形的每一个通路的附加损耗，使用分贝表示的分路损耗的为分

19、贝表示的分路损耗的为 分路损耗=-10lgN1=10lgN 对单一输入功率对单一输入功率Pin和和N个输出功率，个输出功率，使用分贝表示的附加损耗为使用分贝表示的附加损耗为 光纤星形耦合器附加损耗=10lgNiiPP1,outin 图1.62 由12个22耦合器形成的88星形耦合器 由图由图5.62可以推导出，构成可以推导出，构成NN星形星形耦合器所需耦合器所需3dB耦合器的数量为耦合器的数量为Nc=2Nlog2N=2N2lglgN 附加损耗=-10lgNTF2log 总损耗=分路损耗+附加损耗=-10lgNFNT2log =-10NFNFNTTlg)lg322. 31 (10lg2lglgl

20、g （5-6-5） 图图5.63给出了一个注入可调的三段给出了一个注入可调的三段DBR激光器调谐范围的例子。其调谐范围激光器调谐范围的例子。其调谐范围Dltune可用下式计算可用下式计算 tune=effeffnn 图1.63 注入可调的三段DBR激光器的调谐范围 图1.64 调谐范围、信道间隔和光源谱宽之间的关系 图1.65 制造于同一晶片上的阵列可调MQW-DFB激光器和一个光功率合成器 图图1.66显示了可调光滤波器的基本概显示了可调光滤波器的基本概念。其中滤波器的工作频率范围是念。其中滤波器的工作频率范围是Dn，可可以采用电调谐来允许一个光频带通过。以采用电调谐来允许一个光频带通过。 图1.66 可调谐光滤波器示意图 图图1.67给出了一个多电极非对称方向给出了一个多电极非对称方向耦合器置于耦合器置于LiNbO3晶体之上，其中一个臂晶体之上，其中一个臂比另一个臂薄。比另一个臂薄。 图1.67 多电极可调谐的非对称方向耦合器 电光调谐可实现电光调谐可实现8信道信道50GHz光频间光频间隔（在隔（在1 550nm波长处为波长处为0.4nm），），调谐时调谐时间小于间小于50