光纤特征参数的测量ppt课件

1、7.光纤特征参数的丈量光纤特征参数的丈量引言引言v实验方法实验方法v光纤丈量的重要意义：光纤丈量的重要意义：v完善实际完善实际v改良工艺改良工艺 vCCITT建议的测试方法建议的测试方法v 参数参数 RTM ATMv 衰减损耗衰减损耗 剪断法剪断法 背向散射法、介入损耗法背向散射法、介入损耗法v 基带呼应基带呼应 频域法、时域法频域法、时域法v 色散色散 相移法相移法 脉冲时延法、干涉法脉冲时延法、干涉法v 截止波长截止波长 传输功率法传输功率法 模场直径与波长关系法模场直径与波长关系法v 折射率分布折射率分布 折射近场法折射近场法 近场扫描法近场扫描法v 数值孔径数值孔径 折射近场法折射近场

2、法 近场光强法近场光强法v 几何尺寸几何尺寸 折射近场法折射近场法 传输近场法传输近场法主要内容主要内容 一、光纤丈量常用的仪器二、光纤的特征参量丈量损耗丈量带宽丈量 色散丈量截止波长丈量光纤丈量常用的仪器光纤丈量常用的仪器v光源光源v光纤熔接机光纤熔接机v光谱分析机光谱分析机v光功率计光功率计v光波长计光波长计v光时域反射计光时域反射计光源光源v稳定光源稳定光源v光源性能：光源性能：v 光源的带宽光源的带宽v 时间稳定性时间稳定性v 功率稳定性功率稳定性v 波长稳定性波长稳定性v常见的光源：常见的光源：LED/LDLED适用于低速、短间隔通讯适用于低速、短间隔通讯种类：种类：边发光二极管边发

3、光二极管面发光二极管面发光二极管超辐射发光二极管超辐射发光二极管任务特性：任务特性： 光谱特性光谱特性 电光转换特性电光转换特性 耦合特性耦合特性 温度特性温度特性LD宽带光源宽带光源光纤熔接机光纤熔接机光谱分析仪光谱分析仪光功率计光功率计光波长计光波长计光检测器光检测器光检测器光检测器对数变换对数变换显示显示IF干涉薄膜滤光片型波长计的根本组成框图干涉薄膜滤光片型波长计的根本组成框图偏偏振振器器A偏偏振振器器B晶体旋光器晶体旋光器光功率计光功率计晶体旋光型光波长计的根本组成框图晶体旋光型光波长计的根本组成框图偏偏振振器器A偏偏振振器器B晶体拨片晶体拨片光功率计光功率计波片型光波长计的根本组成

4、框图波片型光波长计的根本组成框图光时域反射计光时域反射计半导体激光器半导体激光器脉冲发生器脉冲发生器平均处置器平均处置器 定向耦合器定向耦合器探测器探测器放大器放大器显示器显示器检测缺点原理框图检测缺点原理框图光纤的特性参数光纤的特性参数v几何特性纤芯与包层的直径、偏心度、非圆率v光学特性折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长v传输特性损耗、带宽、色散光纤几何特征特征参数丈量光纤几何特征特征参数丈量v纤芯直径纤芯直径v包层直径包层直径v纤芯、包层不圆度纤芯、包层不圆度v纤芯包层同心度误差纤芯包层同心度误差maxmin2dddmaxmin2DDDmaxmin100%ddedmaxmin100%

5、DDED100%xCd丈量注入条件丈量注入条件v稳态注入稳态注入v满态注入满态注入典型丈量方法典型丈量方法v折射近场法折射近场法v传输近场法传输近场法n1n3n2光源光源光学光学放大放大检测器检测器放大放大处置处置注入系统注入系统扰模扰模剥模剥模光纤折射率分布丈量光纤折射率分布丈量v折射近场法折射近场法v丈量原理丈量原理rz1234Lnrn0n012sinsinrnn304sinsinLnn222222122222222433sinsincossinsincosrrrLLLnnnnnn0203coscosrLn kn k222223coscosrrnn222241sinsinrLnn222rr

6、LNAnn22r2214PsinsinrLcnnPv丈量方法丈量方法v近场扫描法近场扫描法v丈量原理丈量原理光纤折射率分布丈量光纤折射率分布丈量22222222(r)P(r)(r)(0)(0)(0)nnNAPNAnn222222rrrNAnnnn2rrnnn22222P(r)(0)(0)rnnPnn12g(0) 12 ( )rrnna 2221222121( )nrnnnmnnn2222212(r)P(r)1( )(0)gnnrPnna v丈量方法丈量方法光源光源光注入系统光注入系统光检测系统光检测系统信号处置器信号处置器显示器显示器222222(r)P(r)(r,z)(0)(0)nnCPnn

7、(r,z)C120,(r,z)(1)2rzCa1,(r,z)1zC光纤数值孔径丈量光纤数值孔径丈量v远场强度有效数值孔径远场强度有效数值孔径/20.05maxmaxsin1 0.05geffpaNANAkNAg1.01.52.02.510ka0.8810.9460.9750.9881.001.00g与与ka的关系值的关系值光纤数值孔径丈量光纤数值孔径丈量max2,0.975effgNANA当maxmaxmaxmaxmaxmaxmaxmax(850)0.985(633)(1310)0.979(633)(850)0.960(633)(1310)0.955(633)NAnmNAnmNAnmNAnmN

8、AnmNAnmNAnmNAnmv典型的丈量方法典型的丈量方法v折射近场法折射近场法v远场光强法远场光强法v远场光斑法远场光斑法光源光源光注入系统光注入系统剥模器剥模器光检测器光检测器光光纤纤光光纤纤远场光强丈量图远场光强丈量图远场光强随角度分布表示图远场光强随角度分布表示图p光光源源测试光纤测试光纤屏屏注入光器件注入光器件光斑法测试原理图光斑法测试原理图NAk d光纤衰减丈量光纤衰减丈量光纤衰减机理光纤衰减机理1210( )lg,(dB/ km)PLP 典型丈量方法典型丈量方法截断法截断法插入损耗法插入损耗法背向散射法背向散射法一、损耗丈量一、损耗丈量v剪断法v插入法v背向散射法 剪断法剪断法

9、v剪断法是根本丈量方法，运用仪器简单，剪断法是根本丈量方法，运用仪器简单，测试精度高，但具有破坏性，因此不能在测试精度高，但具有破坏性，因此不能在现场丈量中运用。现场丈量中运用。 v 测试原理测试原理 ：v 损耗系数损耗系数 (dB/km) (dB/km)oiPPLlg10剪断法剪断法光源光源单色仪单色仪注入器注入器检测器检测器锁相锁相放大器放大器处置处置显示显示斩波器斩波器光光纤纤剪断法丈量衰减谱的丈量安装剪断法丈量衰减谱的丈量安装插入法插入法 插入法是在注入安装的输出和光检测器插入法是在注入安装的输出和光检测器的输入之间用的输入之间用1 12m2m长的短光纤直接衔接，长的短光纤直接衔接，测

10、出光功率测出光功率PiPi，然后在两者间插入被测光，然后在两者间插入被测光纤，再测出光功率纤，再测出光功率PoPo，据此计算损耗系数。，据此计算损耗系数。光注入光注入系统系统光光 源源光纤光纤功率计功率计活动接头活动接头活动接头活动接头待测光纤待测光纤插入损耗法丈量安装图插入损耗法丈量安装图 背向散射法测试原理背向散射法测试原理(az/10)0(z)10PP(az/10)2(az/10)0(z)(z) (z)10(z)10bzPPPg0R(z)(V T / 2)Q0(0)(0)bzPP(0)5(0)0 z,lglg(0)(0)bsbsPzP(0)5(0)(z),lg(0)bsbsPzP光源光源

11、光纤耦合光纤耦合光检测器光检测器放大、信息处置放大、信息处置显示器显示器背向散射法丈量安装图背向散射法丈量安装图测试光纤测试光纤模场直径丈量模场直径丈量v模场直径定义模场直径定义v模场模场光纤中的基模光纤中的基模LP01的单模电场在空间的单模电场在空间的强度分布的强度分布-bb-aa0rE(r)铅芯铅芯包层包层基模近场功率分布图基模近场功率分布图光纤截面图光纤截面图v1.用远场强度分布定义模场直径用远场强度分布定义模场直径v2.用可变孔径法定义模场直径用可变孔径法定义模场直径123200222(q)dq/(q)dqWq FqF120224(X)qdqWamax(X)1(X)/ PaP tanX

12、Dv远场扫描法远场扫描法光源光源注入器注入器光检测器光检测器光放大器光放大器信号处置信号处置及显示及显示量角仪量角仪远场扫描法丈量系统简图远场扫描法丈量系统简图v可变孔径法可变孔径法光源光源 注入器注入器光检光检测器测器透镜系统透镜系统锁相放大、信号处置、显示锁相放大、信号处置、显示测试光纤测试光纤可变孔径法丈量系统简图可变孔径法丈量系统简图二、色散丈量二、色散丈量v 测试方法测试方法 ： 相移法是丈量单模光纤的色散的方法。相移法是丈量单模光纤的色散的方法。v 相移法丈量原理相移法丈量原理 v 用角频率为用角频率为的正弦信号调制的光波，经长度为的正弦信号调制的光波，经长度为L L的单模光纤传输

13、后，其时延取决于光波长的单模光纤传输后，其时延取决于光波长oo。不同时。不同时延产生不同的相位延产生不同的相位，用波长为，用波长为11和和22的受调制光波，的受调制光波，分别经过被测光纤，有产生的时延差为分别经过被测光纤，有产生的时延差为，相移为，相移为，那么长度为，那么长度为L L的光纤总色散为的光纤总色散为光纤色散系数为光纤色散系数为LC)()()(LC相移法丈量系统框图 光纤带宽是色散在频域的反映，多光纤带宽是色散在频域的反映，多模光纤的带宽主要由方式色散引起。模光纤的带宽主要由方式色散引起。带宽的测试方法主要有时域法和频域带宽的测试方法主要有时域法和频域法。法。三、带宽丈量三、带宽丈量v时域法又称脉冲展宽法。丈量经过光纤的光脉冲产生的脉冲宽度确定光纤的带宽。v频域法又称扫频法，丈量经过光纤的频率呼应来丈量带宽，此法多用于多模光纤的丈量。时域法测试系统框图频域法测试系统框图频域法测试曲线频域法测试曲线四、截止波长丈量四、截止波长丈量 测试原理测试原理：对常规光纤，经过对折射率分布的丈量，确定纤芯半径：对常规光纤，经过对折射率分布的丈量，确定纤芯半径a和纤芯与包层的折射率和纤芯与包层的折射率n1和和n2，由下式就可计算出截止波长，