光纤通信测量-2.ppt

第2章 光纤特性的测量 2014-2015学年第一学期 光纤通信测量要解决的问题 一、光纤的参数测量 二、光端机主要性能的测量 三、光纤通信系统的测量 光纤特性测试的重要意义 影响光纤传输系统的传输特性 光纤的实用特性参数 一、几何特性和光学特性 与耦合连接损耗有着密切的关系。主要包括光纤包层直径、纤芯直径、包层不圆度、纤芯不圆度、芯包同心误差，多模光纤的折射率分布和数值孔径、单模光纤的模场直径、模场同心误差、截止波长等。 光纤的实用特性参数 二、传输特性 与中继距离和通信容量有关。主要包括光纤的衰减系数、多模光纤的带宽和单模光纤的色散特性等。 光纤的实用特性参数 三、光纤的机械特性和温度特性 光纤(光缆)在实际的工程应用中，不仅要经受较强的机械拉力、压力，还需要适应各种不同的环境变化，如温度、湿度变化等。这些因素都有可能影响光纤的传输特性。为了保证光纤传输的稳定性能，还需要分析光纤的机械特性和温度特性。? ? 2.1光纤光学特性的测量 光纤的折射率分布测量 在多模光纤中，这一分布对模畸变、带宽具有决定性的影响，分布最佳，带宽最高 单模光纤中，它决定着截止波长、模场直径和色散特性。 ITU-T推荐了折射近场法为基准测试方法，近场法为替代测试方法。最简单的方法—是反射法。 折射近场法（RNF） 折射近场法是测量光纤的折射率分布和几何参数的一种方法，可用来测量单模、多模光纤的折射率分布，折射率差值以及几何参数。 匹配液：浸油折射率比光纤包层折射率略高 大孔径透镜 ：将扩展了的He-Ne激光束会聚为一小光斑（约为1?m） 注入到光纤端面上的光束将激励起三种类型的模式：较小入射角的光线将在光纤中激励起导模并传到输出端；较大入射角的光线仅激励起折射模，逸向包层外面；入射角介于上述两者之间的光线则可形成泄漏模，一部分随导模一起传到输出端，一部分与折射模一样辐射到包层外面。 当入射光斑沿光纤直径扫描时，由于n(r)变化，各点的本地数值孔径NA(r)不同，对应各处的折射模功率亦不同，折射模功率分布与折射率分布相似。测得折射模功率分布就可求出折射率分布。折射近场法就是通过测量从光纤泄漏出来的折射模来实现的。 挡光板屏蔽掉辐射角较小的那部分泄漏模，被检测的只有折射模 折射率分布只有径向变化，所以波矢量的轴向分量β处处守恒，即 nL为液体的折射率，n(r)为入射光在光纤表面r处光纤的折射率，j是遮光圆盘挡住部分对应的出射角 q′, j′为光在光纤中及匹配液中与光纤轴线的夹角。 由折射定律有： 由上可得 还可表示为 若光强是朗伯型（各辐射方向光强度都相等的电光源），则射入立体角内的入射光功率为： 进行积分可得到检测器接收到的光功率为： 由（2-4）可得qmin与遮光角度jS的关系为： 可得： 当入射光射向包层时，则探测到的光功率为： Pc为包层光功率，n(r)=nL。 由上两式合并，得 可见P(r)与n2(r)成正比。在弱导近似下（ n(r)≈nL ）： 式中 ，则可得到： 即在弱导近似下，ΔP与Δn(r)成正比。 将（2-11）可改写为： 为比例系数 测得?P(r)→?n=n(r)-nL。 对q和jS测量的精度必须很高，K难以高精度计算 ，常用校准测量来确定K值。 利用折射率已知且为常数的普通玻璃纤维代替被测光纤，若已知折射率为np（np≠nL），由前式可得： P：普通纤维代替被测光纤时测得的光功率，注意：普通实心纤维不存在包层，由折射率匹配液来起包层的作用，计算K。 A为比例系数,可通过移动圆盘位置来校准确定 比例系数A可转化为调节Z的大小来校准。 优点： 直接给出光纤的绝对折射率分布 可测多模光纤和单模光纤 测量精度高，空间分辨率小。 对系统进行一次校正 近场法（NFP） 近场法：测量光纤出射端面上导模功率的空间分布（即近场分布）来确定光纤的折射率分布。 ITU-T定为多模光纤折射率分布的替代测试法。 测试系统较简单，但需要修正泄漏模 。 光源的辐射区可分为近场辐射和远场辐射： 远场辐射是在离光源很远处观察到的辐射，远场辐射中光功率的空间分布保持不变，远场分布由于光纤的尺寸较小的缘故，一般2-3cm即可。 近场辐射是在光源附近的辐射，光纤测量中的近场一般指光纤的出射端面。 检测器放在针孔后紧靠光纤端面，沿光纤端面的直径运动，即可进行近场扫描 简单方法：先产生光纤端面的像，然后在透镜的像平面上对光强进行扫描。 近场法 注入条件：用非相干的朗伯光源激励光纤 ，导模都是均匀激励 ，衰减相同，且无模间耦合，则在光纤的输出端面上，导模的功率分布与光纤的