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                光纤传输损耗测试

                  
                实验光纤传输损耗测试
                 
                1、实验目的
                1. 了解光纤损耗的定义
                2. 了解截断法、插入法测量光纤的传输损耗
                   
                  2、实验原理
                  光纤在波长光纤传输损耗测试(图1)处的衰减系数为光纤传输损耗测试(图2),其含义为单位长度光纤引起的光功率衰减,单位是dB/km。当长度为光纤传输损耗测试(图3)时,
                  光纤传输损耗测试(图4)       (公式3.1
                  ITU-T G.650G.651都规定截断法为基准测量方法,背向散射法(OTDR法)和插入法为替代测量方法。本实验采用插入法测量光纤的损耗。
                  1)截断法:(破坏性测量方法)
                  截断法是一个直接利用衰减系数定义的测量方法。在不改变注入条件下,分别测出长光纤的输出功率光纤传输损耗测试(图5)和剪断后约2m长度短光纤的输出功率光纤传输损耗测试(图6),按定义计算出光纤传输损耗测试(图7)。该方法测试精度最高。
                  光纤传输损耗测试(图8)
                  3.1 截断法定波长衰减测试系统装置
                   
                  2)插入法
                  插入法原理上类似于截断法,只不过用带活接头的连接软线代替短纤进行参考测量,计算在预先相互连接的注入系统和接受系统之间(参考条件)由于插入被测光纤引起的功率损耗。显然,功率光纤传输损耗测试(图9)光纤传输损耗测试(图10)的测量没有截断法直接,而且由于连接的损耗会给测量带来误差,精度比截断法差一些。所以该方法不适用于光纤光缆制造长度衰减的测量。但由于它具有非破坏性不需剪断和操作简便的优点,用该方法做成的便携式仪表,非常适用于中继段长总衰减的测量。图3.2示出了两种参考条件下的测试原理框图。
                  光纤传输损耗测试(图11)
                  a
                   
                  光纤传输损耗测试(图12)
                   
                  b
                  3.2 典型的插入损耗法测试装置
                   
                  3.2a)情况下,首先将注入系统的光纤与接收系统的光纤相连,测出功率光纤传输损耗测试(图13)然后将待测光纤连到注入系统和接收系统之间,测出功率光纤传输损耗测试(图14),则被测光纤段的总衰减A可由下式给出
                  光纤传输损耗测试(图15)       (公式3.2
                  式中光纤传输损耗测试(图16)光纤传输损耗测试(图17)光纤传输损耗测试(图18)分别是在参考条件、实验条件下光纤输入端、输出端连接器的标称平均损耗值(dB)。
                  3.2b)情况下,首先将参考系统连在注入系统和接收系统之间,测出功率光纤传输损耗测试(图19),然后如图(a)一样,测出功率光纤传输损耗测试(图20),则被测光纤段的总衰减可由下式给出
                  光纤传输损耗测试(图21)                 (公式3.3
                  情形(a)中,由于连接器的质量可能会影响测试精度;情形(b)中,采用了光学系统进行精密耦合,代替了连接器的耦合,可以得到精确的测量结果,当只需要知道光纤的实际衰减时,它比较合适。当被测光纤段带有半个连接器而且需要和其它元件串在一起时,情形(a)的测试结果更有意义。
                  试验平台中我们采用了插入法测量光纤的损耗,试验框图如3.3所示:
                  光纤传输损耗测试(图22)
                  a
                  光纤传输损耗测试(图23)
                  b
                  3.3 插入损耗测试框图
                   
                  3)光时域反射计(OTDR)测试
                  背向散射法是通过光纤中后向散射光信号来提取光纤衰减及其他信息的,诸如光纤光缆的光学连续性、物理缺陷、接头损耗和光纤长度等。它是一种间接地测量均匀样品衰减的方法。下面分析背向散射法的测量原理。
                  将光功率为光纤传输损耗测试(图24),脉冲宽度为光纤传输损耗测试(图25)的窄带光脉冲注入光纤,由于衰减,在传输距离光纤传输损耗测试(图26)之后,光功率光纤传输损耗测试(图27)
                  光纤传输损耗测试(图28)                               (公式3.4
                  式中,光纤传输损耗测试(图29)是衰减系数。由于瑞利散射的作用,在光纤传输损耗测试(图30)处的光功率总有一部分背向散射回光纤输入端。光纤传输损耗测试(图31)处的背向散射光功率为
                  光纤传输损耗测试(图32)       (公式3.5
                  式中,光纤传输损耗测试(图33)是在光纤传输损耗测试(图34)处光纤的瑞利背向散射系数,定义光纤传输损耗测试(图35)
                  光纤传输损耗测试(图36)                              (公式3.6
                  式中,光纤传输损耗测试(图37)是瑞利散射系数;光纤传输损耗测试(图38)是光在光纤中的群速度;光纤传输损耗测试(图39)代表背向散射功率与瑞利散射总功率之比,它与光纤结构参数(芯径、相对折射率差)有关。设光纤传输损耗测试(图40)处的背向散射光功率为
                  光纤传输损耗测试(图41)                                   (公式3.7
                  由公式(3.7)和式(3.5),可得光纤传输损耗测试(图42)之间的平均衰减系数为
                  光纤传输损耗测试(图43)                          (公式3.8
                  如果光纤轴向不均匀,光纤传输损耗测试(图44)不是常数,则公式(3.8)表示的衰减系数包含了一项与结构参数有关的待定项,这样,直接从背向散射曲线上求得的光纤传输损耗测试(图45)并不能代表实际的衰减系数,这也就是该方法的缺点所在。
                  假定光纤的结构参数沿轴向均匀时,光纤传输损耗测试(图46),则光纤传输损耗测试(图47)间的平均衰减系数为
                  光纤传输损耗测试(图48)                                (公式3.9
                  这时就可以从背向散射曲线求得实际的平均衰减系数了。
                  3.4是一个典型的背向散射法测试系统框图。这里不再介绍各部分的作用和要求。利用背向散射原理制成的仪表称为光时域反射计,简称OTDR 3.5示出了在对数坐标上的一条典型OTDR曲线,曲线上A-B间的衰减是
                  光纤传输损耗测试(图49)                           (公式3.10
                  式中,光纤传输损耗测试(图50)光纤传输损耗测试(图51)是以对数刻度的背向散射功率电平,平均衰减系数为
                  光纤传输损耗测试(图52)                          (公式3.11
                  式中,光纤传输损耗测试(图53)是待测光纤的长度。若光纤轴向不均匀时,取从两端测量的平均值作为平均衰减系数,从而消除了公式(3.8)中的待定项。背向散射法虽属替代方法,可是它被广泛的用在光纤光缆的研制、生产以及光通信工程的施工维护中。
                   
                   
                  光纤传输损耗测试(图54)
                   
                  3.4  背向散射法测试曲线
                 
                光纤传输损耗测试(图55)
                3.5  典型OTDR曲线
                 
                3、实验步骤
                本实验采用插入法测试光纤的传输损耗系数,如果配置了光时域反射仪OTDR,则可采用背向散射法。
                1)如图3.3(a)所示,选择光发送模块A,通过开关KP102选择数字光源驱动电路,KP101选择“数字”。实验平台加电并复位系统后(复位用来使系统从最初状态开始运行,复位键按下后,液晶屏上将出现提示:“欢迎你”,“请选择”等字样,之后便可输入操作者的选择),从键盘输入方波,按图3.3(b)连接好待测光纤,此时用光功率计测试R点的输出功率P1,此值定为光纤的入射功率。
                2)将R点输出的光信号输入扰模器,经过待测光纤后,测出光功率P2,光纤的总损耗A=P2-P1 (dBm),然后就可粗略的估算出每公里光纤的损耗值。
                 
                :此实验的开设必须具备扰模器和2公里以上的光纤(需另外配置)