光纤通信(普通高等教育“十五”国家级规划教材)教学PPT作者顾畹仪第08章.ppt

第八章 光纤通信测量 8.1 测量的标准 8.2 光纤特性的测量 8.3 光器件的测量 8.4 光纤通信系统的测量 8.1 测量的标准 光纤通信行业和专业组织制定了一系列关于光纤通信系统和网络的结构、设备以及各组成部分参数的定义、测量方法的建议、标准 我国根据国内的实际情况以及光纤通信网络建设和设备开发的需要，相关部门制定了相应的国家标准、行业标准和体制规范 8.2 光纤特性的测量 8.2.1 光纤衰减常数的测量 1．光纤衰减常数的定义 光纤的衰减A(?)定义为：在波长?处，光通过一段光纤上相距为L的两个横截面1和2之间的光功率差，为 对于均匀光纤，单位长度的衰减即衰减常数为 L为光纤的长度，单位为km；? (?)表示在波长?处的衰减常数，即光纤的衰减谱 2．截断法测量光纤的衰减常数 截断法是严格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 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P1(?)和P2(?)，再根据定义计算出光纤的衰减系数? (?)。P2(?)是长光纤输出端的输出光功率；P1(?)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 光纤衰减谱测量系统 3．背向散射法测量光纤的衰减常数 背向散射法测量原理框图 背向散射法测得的典型曲线 A、B两点之间是一条直线，表明相应于光纤上AB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AB段光纤的衰减为 8.2.1 光纤衰减常数的测量 1．色散的定义 色散的大小用色散系数来表征，定义为单位线宽光源在单位长度光纤上所引起的时延差，其公式为 单模光纤色散的测量方法有相移法、干涉法和脉冲时延法 2．相移法测量单模光纤的色散 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D?(?)。 假设有波长为?1～?n的n个光源，分别用频率为f的正弦信号调制，光纤的群时延在不同波长下分别为?1～?n 每一波长的相位差分别为 相应的时延为 测量时，为消除旋转数目的影响，要适当选择调制频率f ，须满足： ，…， 这样，时延可表示为 在实际测量中，为了避免各种偶然误差，一般要根据所测得的?(?i)值，对应不同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，得到光纤的色散特性 对于G.652光纤，其零色散波长在1310nm附近，工作波长为1270nm～1340nm。测得的单位长度光纤的群时延与波长的关系由三项Sellmeier表达式拟合如下 S0是在 处的色散斜率，称为零色散斜率 上式微分得到色散系数D?(?)为 8.2.3 单模光纤的偏振模色散的测量 1．偏振模色散及其相关的定义色散 （1）偏振模色散（PMD）：是指单模光纤中的两个正交偏振模之间的差分群时延，它在数字光纤通信系统中使脉冲展宽产生误码 （2）主偏振态：对于在一在给定时间和光频上应用的单模光纤，总存在着两个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PMD时延在所能达到的测量重复性之内是等价的 ① 二阶矩偏振模色散时延Ps ② 平均偏振模色散差分群时延Pm ③ 均方根偏振模色散差分群时延Pr （5）偏振模色散系数 偏振模色散系数用PMDC表示 对于弱模式耦合（也就是短光纤情况），PMD系数定义为 对于强模式耦合（长度大于2km光纤情况），PMD系数定义为 2．斯托克斯参数测定法 3．琼斯（Jones）矩阵本征分析法 对每一波长间隔，用数学方法计算出在较高频率下的琼斯矩阵U(? +??)，以及在较低频率下的琼斯逆矩阵U?1(?)，再求解矩阵U(? +??)U?1(?)的本征值和，从本征值的幅角可以求得被测光纤相应于测量波长间隔中点的主偏振模差分群时延?? (?)，即 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的差分群时延 4．邦加球（Poincare Sphere）法 两个偏振模测量的邦加球表示法的实例 8.3 光器件的测量 8.3.1 半导体光源的测量 1．半导体激光器的P-I特性的测量 半导体激光器P-I特性测量系统 一激光器在不同温度下的P-I特性 特征温度的计算公式为 根据激光器的P-I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 2．半导体激