光纤色散测量

1、光纤色散测量1 1 引引 言言光光纤色散使传播的光脉冲随传输距离的增加而展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。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参数，色散测量是光纤传输特性测量的又一重要内容。内容。 色散的测量方法可分为两类：色散的测量方法可分为两类： 1时域法时域法。这种方法是以确定沿光纤长度方向传输的。这种方法是以确定沿光纤长度方向传输的光脉光脉冲展宽量冲展宽量为基础的。通常用窄脉冲调制光源做为光纤的测试信为基础

2、的。通常用窄脉冲调制光源做为光纤的测试信号源，故又称为号源，故又称为脉冲法脉冲法。 2频域法频域法。这种方法是根据被测光纤基带频响的。这种方法是根据被测光纤基带频响的幅频特性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，故也称为正弦被调制光源做为测试信号源，故也称为正弦波法或相移法正弦波法或相移法。2 时域法时域法 2.1 模内色散测量模内色散测量模模内色散是对给定的模式，由于波长不同群速度不同而引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。起的光脉冲展宽。 光纤系统的光源谱

3、宽度一般都远远超过调制脉冲的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频谱宽度，因此可用下式描写模内色散式中，式中，L L 是光纤的长度是光纤的长度, d, dd d 是脉冲延迟时间对波是脉冲延迟时间对波长的导数。长的导数。M()M()可解释为单位长度的光纤，由于光源单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。它的单位是位谱宽度所引起的脉冲展宽。它的单位是ps/nmps/nmkmkm。如如M()M()己知，则脉冲延迟的改变量为己知，则脉冲延迟的改变量为进行时域测量，需要一系列可以使用的进行时域测量，需要一系列可以使用的单色光源或一个波长连续

4、可调的光源，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。还需要一个能测量时间延迟的装置。喇曼激光器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，当高强度的光通过液体或固体时，会产生非线性现象，这样就可观察到这样就可观察到喇曼效应喇曼效应。此时，在射出的波束中，。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波长较长的部分称为斯托克斯线斯托克斯线，强度较强，对光纤，强度较强，对光纤测量特别有用；而波长较短的部分则称为测量特别有用；而波长较短的部分则称为反斯托克斯反斯托克斯线线。

5、2.2 2.2 模间色散的测量模间色散的测量对多模光纤，下面的两个式子近似成立对多模光纤，下面的两个式子近似成立若光纤的冲激响应为若光纤的冲激响应为h()h()，则冲激响应的均方根宽度为，则冲激响应的均方根宽度为考虑到实际情况，输入脉冲是有一定宽度的考虑到实际情况，输入脉冲是有一定宽度的,可得到可得到dttPtdttPtiioo)()()()(2222图图1 16 6 (a)(a)使用砷化镓使用砷化镓激光器激光器(0.908um)(0.908um)做做往复脉冲法的往复脉冲法的实验装置；实验装置；(b)(b)终端反射器终端反射器简图简图 3 3 频域法频域法是用正弦波调制光波来测量光纤频域法是用

6、正弦波调制光波来测量光纤色散的方法。色散的方法。3.1 3.1 模内色散测量模内色散测量 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。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。已被广泛应用。相移法光纤色散测量系统框图相移法光纤色散测量系

7、统框图 波长选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 假设光源的调制频率为假设光源的调制频率为f (它应小于光纤的基带它应小于光纤的基带带宽带宽)，经长度为，经长度为L的光纤后，波长为的光纤后，波长为的光相对于波的光相对于波长为长为0的光传播延时差为的光传播延时差为t，那么从光纤出射端接收，那么从光纤出射端接收到的两种光的调制波形相位差到的两种光的调制波形相位差()满足下式满足下式ddkmpsfLLt)()()/(2)()(3.2 3.2 模间色散测量利用频谱分析仪分别测出光纤输入和输出光波包络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信号的频域函数Pi(

8、)Pi()和和Po()Po()然后求得基带响然后求得基带响应的幅频函数应的幅频函数H()H()Po()Po()Pi()Pi()并确定被并确定被测光纤的带宽测光纤的带宽B. B. 根据带宽根据带宽B B与基带响应脉冲的均方与基带响应脉冲的均方根宽度根宽度h h 的关系，即可得到由光纤色散引起的脉的关系，即可得到由光纤色散引起的脉冲展宽量。冲展宽量。 4 4 时域法和频域法的比较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频域法是使用不同频率的

9、正弦波调制光信号测得光纤的基带响应。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法需要一个从低频到高频(GHz)(GHz)的可调信号源用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：以驱动激光器或发光管，并要有相应的探测装置：在测量准确度方面，频域法优于时域法。在实际测在测量准确度方面，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，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。检测到的脉冲不可能很窄。用频域法来测量，只要根据用频域法来测量，只要根据 H()H()Po()/Pi()Po()/Pi()测量在光纤输入端和输出端的频率响应，并求它们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。的商，就可以得到光纤的