光纤的基本特性及测试4.ppt

§7.4 光纤脉冲展宽的测量 不同入射角传播的光线 光纤中 不同的光波模式 夹角小的低 阶模传播得快 夹角大的高阶 模就传播得慢 与光纤轴的夹角 入射角不同的光线 到达光纤出射端面 的时间就有先后 光波模间的时 间延迟 传播的时间延 迟输出的光脉冲 就被展宽 色散 色散引起的脉冲展宽，限制了光纤传输的信息容量。可见，光脉冲的展宽是 光纤的一个重要参数，对它的测量是十分必要的 设光纤的入射脉冲为x(t)，出射脉冲为 y(t)，脉冲响应为h(t)，则根据数学关系，它 们响应的傅立叶变换为: 7.4.1 测量原理 (7.4.1) (7.4.3) (7.4.2) 同时，x(t)，y(t)，h(t)之间还有下面的线性卷积关系: (7.4.4) 将上式两边取傅立叶变换 (7.4.5) 将式(7.4.5)代入式(7.4.3)，则可得到脉冲响应h(t)为: (7.4.6) 脉冲响应h(t)和频率特性的关系也可以用傅立叶变换的公式得到 设脉冲响应h(t)是常见的高斯分布: (7.4.9) (7.4.8) (7.4.7) 作傅立叶变换有： 特征频率 是表示当H(ω)降低为原值的一半，(即降低3dB)的频率，利用 ，式(7. 4.8)可写为: 上式和式(7.4.8)相比较，求得光截止频率为: (7.4.10) 所以如果能够测出光截止频率 ，就可以得到脉冲响应宽度 ，从而求得脉冲响应h(t)。反之，测出h(t)，也同样得到 和fc的数值 同时，设入射脉冲x(t)和出射脉冲y(t)也是高斯分布，即: (7.4.11) (7.4.12) 将上述各式代入卷积关系式(7.4.4)，可求得: 这个式子在分离多模色散和其他色散的测量中很有用处。 (7.4.13) (7.4.14) 考虑脉冲的平均传播时间 7.4.2 脉冲比较法 由式(7.4.6)可知，只要求得入射光脉冲x(t)和出射光脉冲y(t)，就可得到光纤的脉冲响应h(t)。 下图是用脉冲比较法测量脉冲展宽的实验装置原理图 图7.4.1脉冲比较法测量脉冲展宽的实验装置原理图 光源采用半导体激光器，检波是用雪崩二极管，然后用同步示波器接收并比较光脉冲信号(见图7.4.2)，根据波形求出x(t)和y(t)，最后由傅立叶变换求得脉冲响应函数h(t)。 图7.4.2 输入、输出脉冲波形 此外，和脉冲比较法测量相似，还有一种调制测量方法。它是利用改变光源的调制频率而测量出相对应的频率响应，由此求出脉冲响应。 二、时域法 时域法是比较输入，输出脉冲宽度以求光纤的带宽，在满足注入条件时，光源输出窄脉冲(与待测的展宽相比极窄)注入被测光纤。在光纤输出端测量输出脉冲y(t)，然后在距离输入端约2m处剪断光纤，在剪断处检测输入脉冲x(t)。 图7.4.6频域法方法原理图 实际光纤的基带响应呈高斯型，通常定义半幅值点对应频率为光截止频率 。结合式（7.4.5）得到: (7.4.23) (7.4.24) 所以 称为光纤的-3dB光带宽(或对于光功率用dB表示， 称 -6dB电子带宽)。 用FFT由计算机计算，并绘出H(ω)的dB曲线，进一步确定带宽实测光纤带宽 = 。事实上，长度为L的光纤基带响应包括模畸变和色散综合影响: 模畸变带宽 色散带宽 7.4.3 多模色散分离测量 上述的测量都是对全色散引起的展宽进行的，为了从全色散中分离出多模色散、波导色散和材料色散，可以用一种双束激光器来测量. 如图7.4.3所示。两个激光器所发出的不同波长的激光，经过半透反射镜合成后，入射到光纤中去，然后用同步示波器来检测。 图7.4.3 多模色模分离测量原理图 由于波长 和 的两个脉冲中心的传输时间差Δt和多模色散无关，只是由波导色散和材料色散引起，故有: 由于我们假设所有的光脉冲按时间分布均为高斯型，所以有: (7.4.15) (7.4.16) 多模色散脉冲展宽 波导色散脉冲展宽 材料色散脉冲展宽 从式(7.4.15)和(7.4.16)，就可以求得多模色散宽度: (7.4.17) 图7.4.3是用这种方法测量在示波器上所得脉冲波形的示意图。 是两个发射脉冲中心的时间间隔， 是接收脉冲中心的时间间隔，由于波长 和 的两个脉冲中心的传输时间差Δt为: 图7.4.4 发射和接收的双脉冲波形示意图 由此可以计算出多模色散宽度。 (7.4.18) 一、频