光纤和光缆技术概述

1、光纤和光缆技术概述技术创新，变革未来综合布线系列10.1 光纤结构和类型10.2 光纤传输原理10.3 光纤传输特性10.4 光缆10.5 光纤特性测量方法目录第 十 章 光 纤 和 光 缆10.1 光纤结构和类型 10.1.1光纤结构 光纤（Optical Fiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。 返回n1n2n2n1n2纤芯包层涂覆层护套结构两个同轴区，内区称为纤芯，外区称为包层。通常，在包层外面还有一层起支撑保护作用的套层。图10.1 光纤的外形纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。 包层为光的传输提供反射面和光隔离， 并起一定的机械保护作用

2、。 设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1n2。纤芯和包层的相对折射率差 =（n1-n2）/n1 的典型值，一般单模光纤为0.3%0.6%， 多模光纤为1%2%。越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量却越小。 10.1.2光纤类型 实用光纤主要有三种基本类型突变型多模光纤（StepIndex Fiber, SIF）渐变型多模光纤（GradedIndex Fiber, GIF） 单模光纤（SingleMode Fiber, SMF） 图 2.2三种基本类型的光纤(a) 突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤； （c） 单模光纤 n2n1多模 阶跃光

3、纤nr多模 梯度光纤n2n1单模 梯度光纤单模光纤和多模光纤 图 2.3典型特种单模光纤 (a) 双包层； (b) 三角芯； (c) 椭圆芯 渐变型多模光纤的带宽可达12 GHzkm，适用于中等容量（34140 Mb/s）中等距离（1020 km）系统。 大容量（565Mb/s2.5Gb/s）长距离(30 km以上)系统要用单模光纤。 特种单模光纤大幅度提高光纤通信系统的水平。10.2 光纤传输原理 在极限介质空间尺寸波长条件下，可以用几何光学的射线方程作近似分析。几何光学的方法比较直观， 容易理解， 但并不十分严格。 10.2.1 几何光学方法1. 突变型多模光纤（SIF） 图 2.4 突变

4、型多模光纤的光线传播原理以突变型多模光纤的交轴(子午)光线为例，进一步讨论光纤的传输条件。设纤芯和包层折射率分别为n1和n2，空气的折射率n0=1， 纤芯中心轴线与z轴一致， 如图2.4。光线在光纤端面以小角度从空气入射到纤芯(n0n2)。 改变角度，不同相应的光线将在纤芯与包层交界面发生反射或折射。根据全反射原理， 存在一个临界角c， 当c时，相应的光线将在交界面折射进入包层并逐渐消失，如光线3。由此可见，只有在半锥角为c的圆锥内入射的光束才能在光纤中传播。 定义临界角c的正弦为数值孔径(Numerical Aperture, NA)。根据定义和斯奈尔定律 式中=(n1-n2)/n1为纤芯与

5、包层相对折射率差。设=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21或c=12.2。 NA表示光纤接收和传输光的能力，NA(或c)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。对于无损耗光纤，在c内的入射光都能在光纤中传输。NA越大， 纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。但NA越大 经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量。所以要根据实际使用场合，选择适当的NA。现在我们来观察光线在光纤中的传播时间。入射角为的光线在长度为L (ox) 的光纤中传输，所经历的路程为l (oy)， 在不大的条件下，其传播时间即时间延迟为 式中c为真空中的光速。由式(2.4)得到最大入射

6、角(=c)和最小入射角(=0)的光线之间时间延迟差近似为 注意： n0sin=n1sin1=n1cos1 这种时间延迟差在时域产生脉冲展宽，或称为信号畸变。 设光纤NA=0.20，n1=1.5，L=1 km，计算得到脉冲展宽=44ns，相当于10MHzkm左右的带宽。 2. 渐变型多模光纤渐变型多模光纤具有能减小脉冲展宽、增加带宽的优点。 渐变型光纤折射率分布的普遍公式为n11-=n2 ra 0ran(r)= 式中，n1和n2分别为纤芯中心和包层的折射率， r和a分别为径向坐标和纤芯半径，=(n1-n2)/n1为相对折射率差，g为折射率分布指数。在g， (r/a)0的极限条件下，表示突变型多模

7、光纤的折射率分布。g=2，n(r)按平方律(抛物线)变化，表示常规渐变型多模光纤的折射率分布。具有这种分布的光纤，不同入射角的光线会聚在中心轴线的一点上，因而脉冲展宽减小。 nr多模 梯度光纤 由于渐变型多模光纤折射率分布是径向坐标r的函数，纤芯各点数值孔径不同，所以要定义局部数值孔径NA(r)和最大数值孔径NAmax 图 2.5 渐变型多模光纤的光线传播原理 选用圆柱坐标(r, ，z)，渐变型多模光纤的子午面(r - z)渐变型多模光纤的光线轨迹是传输距离z的正弦函数，对于确定的光纤，其幅度的大小取决于入射角0， 其周期 =2a / ， 取决于光纤的结构参数(a, )， 而与入射角0无关。这

8、说明不同入射角相应的光线， 虽然经历的路程不同，但是最终都会聚在P点上，这种现象称为自聚焦(SelfFocusing)效应。 渐变型多模光纤具有自聚焦效应，不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上，而且这些光线的时间延迟也近似相等。nr多模 梯度光纤10.2 光纤传输原理 要详细描述光纤传输原理，需要求解由麦克斯韦方程组导出的波动方程。但在极限(波数k=2/非常大，波长0)条件下，可以用几何光学的射线方程作近似分析。几何光学的方法比较直观， 容易理解， 但并不十分严格。不管是射线方程还是波动方程，数学推演都比较复杂， 我们只选取其中主要部分和有用的结果。 10.2.2光纤传输的波动理论 虽然几何

9、光学的方法对光线在光纤中的传播可以提供直观的图像，但对光纤的传输特性只能提供近似的结果。光波是电磁波，只有通过求解由麦克斯韦方程组导出的波动方程分析电磁场的分布(传输模式)的性质，才能更准确地获得光纤的传输特性。 1. 波动方程和电磁场表达式 设光纤没有损耗，折射率n变化很小，在光纤中传播的是角频率为的单色光，电磁场与时间t的关系为exp(jt)，则标量波动方程为 式中，E和H分别为电场和磁场在直角坐标中的任一分量， c为光速。选用圆柱坐标(r, ，z)，使z轴与光纤中心轴线一致， 将式(2.18)在圆柱坐标中展开，得到电场的z分量Ez的波动方程为(磁场分量Hz方程的形式完全相同)：(2.18

10、)(2.19) 把Ez(r, , z)分解为Ez(r)、Ez()和Ez(z)。 设光沿光纤轴向(z轴)传输，其传输常数为，则Ez(z)应为exp(-jz)。 由于光纤的圆对称性，Ez()应为方位角的周期函数，设为exp(jv)，v为整数。 现在Ez(r)为未知函数，利用这些表达式， 电场z分量可以写成 Ez(r, z)=Ez(r)expj(v-z) (2.20)把式(2.20)代入式(2.19)得到 式中，k=2/=2f/c=/c，和f为光的波长和频率。 这样就把分析光纤中的电磁场分布，归结为求解贝塞尔(Bessel)方程(2.21)。 设纤芯(0ra)折射率n(r)=n1，包层(ra)折射率

11、n(r)=n2，实际上突变型多模光纤和常规单模光纤都满足这个条件。 为求解方程(2.21)，引入无量纲参数u, w和V。 (2.21) w2=a2(2-n22k2) V2=u2+w2=a2k2(n21-n22) 利用这些参数， 把式(2.21)分解为两个贝塞尔微分方程： (0ra) (2.23a) (ra) (2.23b) 因为光能量要在纤芯(0ra)中传输， 在r=0处，电磁场应为有限实数；在包层(ra)，光能量沿径向r迅速衰减，当r时， 电磁场应消逝为零。 根据这些特点，式(2.23a)的解应取v阶贝塞尔函数Jv(ur/a)，而式(2.23b)的解则应取v阶修正的贝塞尔函数Kv(wr/a)

12、。因此，在纤芯和包层的电场Ez(r, , z)和磁场Hz(r, , z)表达式为 Ez1(r, , z) Hz1(r, , z)= Ez2(r, , z) Hz2(r, , z) 图2.7 （a)贝赛尔函数；（b)修正的贝赛尔函数Jv(u)类似振幅衰减的正弦曲线，Kv(w)类似衰减的指数曲线。（a)（b)2. 特征方程和传输模式 光纤传输模式的电磁场分布和性质取决于特征参数u、w和的值。 u和w决定纤芯和包层横向(r)电磁场的分布，称为横向传输常数； 决定纵向(z)电磁场分布和传输性质，所以称为(纵向)传输常数。 因为电磁场强度的切向分量在纤芯包层交界面连续， 在r=a处应该有 Ez1=Ez2

13、 Hz1=Hz2 E1=E2 H1=H2 由E和H的边界条件导出满足的特征方程为 (2.26) 这是一个超越方程，由这个方程和下式定义的特征参数V联立，就可求得值。 w2=a2(2-n22k2) V2=u2+w2=a2k2(n21-n22) 但数值计算十分复杂，其结果示于图2.8。 图中纵坐标的传输常数取值范围为 n2kn1k 相当于归一化传输常数b的取值范围为0b1， 图 2.8 若干低阶模式归一化传输常数随归一化频率变化的曲线 坐标的V称为归一化频率， 根据式(2.22) (2.29) 图中每一条曲线表示一个传输模式的随V的变化， 所以方程(2.26)又称为色散方程。 对于光纤传输模式，有

14、两种情况非常重要，一种是模式截止，另一种是模式远离截止。分析这两种情况的u、w和， 对了解模式特性很有意义。 模式截止 由修正的贝塞尔函数的性质可知， 当时， ， 要求在包层电磁场消逝为零， 即 0， 必要条件是w0。如果w0， 电磁场将在包层振荡， 传输模式将转换为辐射模式，使能量从包层辐射出去。w=0(=n2k) 介于传输模式和辐射模式的临界状态， 这个状态称为模式截止。其u、 w和值记为uc、wc和c，此时V=Vc=uc。 对于每个确定的v值，可以从特征方程(2.26)求出一系列uc值，每个uc值对应一定的模式，决定其值和电磁场分布。 当v=0时，电磁场可分为两类。一类只有Ez、Er和H

15、分量，Hz=Hr=0，E=0， 这类在传输方向无磁场的模式称为横磁模(波)，记为TM0。另一类只有Hz、Hr和E分量，Ez=Er=0， H =0，这类在传输方向无电场的模式称为横电模(波)，记为TE0。 在微波技术中，金属波导传输电磁场的模式只有TM波和TE波。 当v0时，电磁场六个分量都存在，这些模式称为混合模(波)。混合模也有两类， 一类EzHz，记为HEv，另一类HzEz，记为EHv。模式远离截止 当V时， w增加很快，当w时，u只能增加到一个有限值，这个状态称为模式远离截止，其u值记为u。 LPv线性偏振(Linearly Polarized)模，图 2.9 四个低阶模式的电磁场矢量结

16、构图 基础知识：电磁波的产生和传播 按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场在其周围空间要产生变化磁场，而变化的磁场又要产生新的变化电场。这样，变化电场和变化磁场之间相互依赖，相互激发，交替产生，并以一定速度由近及远地在空间传播出去。例如：振荡电偶极子辐射。.qq+.qq+.q+q.q+qHExyzpSEEHHS.aabb电场磁场P振荡电偶极子电磁场分布 电磁波不同于机械波，它的传播不需依赖任何弹性介质，它只靠“变化电场产生变化磁场，变化磁场产生变化电场”的机理来传播，因此，电磁波在真空中也同样可以传播。 麦克斯韦由电磁理论预见了电磁波的存在是在 1865 年，二十余年之后，赫兹于 1887 年用类

17、似上述电偶极子产生了电磁波，他的实验在历史上第一次直接验证了电磁波的存在，并且还证明了这种电磁波就是光波，即光波本质上也是电磁波。3、E 和 H 同相位，且 E2 = H24、电磁波的传播速度：u = 1 / ( )1/2 在真空中电磁波的速度为： c = 1/( o o )1/2 = 3.0108 m/s 与真空中的光速相等。kEH电磁波的性质（在均匀无限大介质中）1、电磁波是横波： E k ，H k k 表示电磁波传播方向的单位矢量。2、E 与 H 相互垂直，且与 k 组成右手螺旋系，即：电磁波沿着 EH 的方向传播。纤芯对包层的相对折射率差 纤芯对包层的数值孔径 归一化频率单模光纤：V2

18、.405 普通单模光纤：310-3 a=24m多模光纤：a=2560m b125 m光纤的最基本参数10.3光纤传输特性 光信号经光纤传输后要产生损耗和畸变(失真)，因而输出信号和输入信号不同。对于脉冲信号，不仅幅度要减小，而且波形要展宽。 产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散。 损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离，色散则限制系统的传输容量。 10.3.1 光纤色散 1. 色散、 带宽和脉冲展宽 色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。 模式色散是由于不同模式的时间

19、延迟不同而产生的， 它取决于光纤的折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。材料色散是由于光纤的折射率随波长而改变，以及模式内部不同波长成分的光(实际光源不是纯单色光)，其时间延迟不同而产生的。这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。 波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的， 它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。 色散对光纤传输系统的影响，在时域和频域的表示方法不同。如果信号是模拟调制的，色散限制带宽(Bandwidth)； 如果信号是数字脉冲，色散产生脉冲展宽(Pulse broadening)。 所以， 色散通常用3 dB光带宽f3dB或脉冲展宽表示。 用

20、脉冲展宽表示时， 光纤色散可以写成 =(2n+2m+2w)1/2 式中n、m、w分别为模式色散、材料色散和波导色散所引起的脉冲展宽的均方根值。 对色散有4种表示方法： 1单位长度上的群延时差，即在单位长度上模式最先到达终点和最后到达终点的时间差。 2. 用输出与输入脉冲宽度均方根之比表示。 3用光纤的冲激响应经傅氏变换得到的频率响应的3dB带宽表示。 4用单位长度的单位波长间隔内的平均群延时差来表示。 光纤带宽的概念来源于线性非时变系统的一般理论。如果光纤可以按线性系统处理，其输入光脉冲功率Pi(t)和输出光脉冲功率Po(t)的一般关系为 Po(t)= 当输入光脉冲Pi(t)=(t)时，输出光

21、脉冲Po(t)=h(t)，式中(t)为函数，h(t)称为光纤冲击响应。 冲击响应h(t)的傅里叶(Fourier)变换为 H(f)= (2.43) 将归一化频率响应|H(f)/H(0)|下降一半或减小3dB的频率定义为光纤3dB光带宽f3 dB，由此得到 |H(f3dB)/H(0)|= 1/2 (2.44a)或 T(f)=10 lg|H(f3dB)/H(0)|=-3 (2.44b) 图 2.11 光纤带宽和脉冲展宽的定义 f3 dB= 用高斯脉冲半极大全宽度(FWHM)= =2.355， 代入式(2.47a)得到f3 dB =式(2.47)脉冲宽度和是信号通过光纤产生的脉冲展宽，单位为ns。

22、(2.47a)(2.47b) 2. 多模光纤的色散 对于多模光纤，模间色散通常占主导地位。如果把模间色散平衡掉，则剩下的是材料色散和波导色散。此时，情况与单模传输类似，不同的是这里的波导色散是多模波导色散。在多模光纤中，波导色散与材料色散相比，常常可以忽略。 模间为模式色散产生的脉冲展宽。突变型光纤 模间(g) 模间(g=2+) 由此可见，渐变型光纤的rms脉冲展宽比突变型光纤减小/2倍。 模内为模内色散产生的脉冲展宽模内渐变型光纤3. 单模光纤的色散 色度色散理想单模光纤没有模式色散，只有材料色散和波导色散。材料色散和波导色散总称为色度色散(Chromatic Dispersion)，常简称

23、为色散，它是时间延迟随波长变化产生的结果。 由于单模光纤只传输一种模式，因而它不存在模间色散，只有模内色散，即材料色散和波导色散。它们分别用色散系数c和表示。总色散= c+ 。通常，材料色散比波导色散大两个量级。但是，在零色散区，材料色散与波导色散值大致相当，只是两者符号相反。图 2.13 不同结构单模光纤的色散特性图 2.14 常规单模光纤带宽和波长的关系 作业P12 1P44 1、3纤芯对包层的相对折射率差 纤芯对包层的数值孔径 归一化频率单模光纤：V2.405 普通单模光纤：310-3 a=24m多模光纤：a=2560m b125 m光纤的最基本参数 10.3.2光纤损耗 由于损耗的存在

24、，在光纤中传输的光信号，不管是模拟信号还是数字脉冲，其幅度都要减小。光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。 在最一般的条件下， 在光纤内传输的光功率P随距离z的变化，可以用下式表示 (2.59)式中，是损耗系数。设长度为L(km)的光纤， 输入光功率为Pi，根据式(2.59)，输出光功率应为 Po=Piexp(-L) 习惯上的单位用dB/km， 由式(2.60)得到损耗系数 = 1. 损耗的机理单模光纤的损耗谱，包括吸收损耗和散射损耗两部分。 吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。 由材料电子跃迁引起的吸收带发生在紫外(UV)区(7m)，由于SiO2是非晶状材料

25、，两种吸收带从不同方向伸展到可见光区。固有吸收很小，在0.81.6m波段，小于0.1dB/km，在1.31.6m波段，小于0.03dB/km。光纤中的杂质主要有过渡金属(例如Fe2+、Co2+、Cu2+)和氢氧根(OH-)离子，这些杂质是早期实现低损耗光纤的障碍。氢氧根离子(OH-) 吸收峰在0.95m、1.24 m和1.39 m波长，其中以1.39 m的吸收峰影响最为严重。 散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。 结构缺陷散射产生的损耗与波长无关。 瑞利散射损耗R与波长四次方成反比，可用经验公式表示为 R =A/4，瑞利散射系数A取决于纤芯

26、与包层折射率差。当分别为0.2%和0.5%时，A分别为0.86和1.02。瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它决定着光纤损耗的最低理论极限。 如果=0.2%，在1.55m波长，光纤最低理论极限为0.149 dB/km。 2. 实用光纤的损耗谱 根据以上分析和经验， 光纤总损耗与波长的关系可以表示为= +B+CW()+IR()+UV() 式中，A为瑞利散射系数， B为结构缺陷散射产生的损耗， CW()、 IR()和UV()分别为杂质吸收、红外吸收和紫外吸收产生的损耗光纤损耗谱(a) 三种实用光纤； (b) 优质单模光纤 从多模突变型(SIF)、渐变型(GIF)光纤到单模(SMF)光纤，损耗依次减小。

27、在0.81.55 m波段内，除吸收峰外， 光纤损耗随波长增加而迅速减小。在1.39m OH-吸收峰两侧1.31 m和1.55 m存在两个损耗极小的波长“窗口”。10.4 光缆 10.4.1光缆基本要求 保护光纤固有机械强度的方法，通常是采用塑料被覆和应力筛选。光纤从高温拉制出来后，要立即用软塑料(例如紫外固化的丙烯酸树脂)进行一次被覆和应力筛选，除去断裂光纤，并对成品光纤用硬塑料(例如高强度聚酰胺塑料)进行二次被覆。 10.4.2光缆结构和类型 光缆一般由缆芯和护套两部分组成， 有时在护套外面加有铠装。 1. 缆芯 缆芯通常包括被覆光纤(或称芯线)和加强件两部分。被覆光纤是光缆的核心，决定着光

28、缆的传输特性。加强件起着承受光缆拉力的作用，通常处在缆芯中心，有时配置在护套中。 返回 2. 护套 护套起着对缆芯的机械保护和环境保护作用，要求具有良好的抗侧压力性能及密封防潮和耐腐蚀的能力。 10.4.3 光缆特性 光缆的传输特性取决于被覆光纤。 对光缆机械特性和环境特性的要求由使用条件确定。 1. 拉力特性 光缆能承受的最大拉力取决于加强件的材料和横截面积， 一般要求大于1 km光缆的重量，多数光缆在100400 kg范围。 2. 压力特性 光缆能承受的最大侧压力取决于护套的材料和结构， 多数光缆能承受的最大侧压力在100400 kg/10 cm。 3. 弯曲特性 弯曲特性主要取决于纤芯与

29、包层的相对折射率差以及光缆的材料和结构。实用光纤最小弯曲半径一般为2050 mm， 光缆最小弯曲半径一般为200500 mm，等于或大于光纤最小弯曲半径。在以上条件下，光辐射引起的光纤附加损耗可以忽略，若小于最小弯曲半径，附加损耗则急剧增加。 4. 温度特性 光纤本身具有良好的温度特性。 光 缆 的 种 类1.按敷设方式分有：自承重架空光缆，管道光缆，铠装地埋光缆和海底光缆。2.按光缆结构分有：束管式光缆，层绞式光缆，紧抱式光缆，带式光缆，非金属光缆和可分支光缆。3.按用途分有：长途通讯用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。1. 中心管式带状光缆带状光缆特点 带状光缆具有外径小、芯数

30、大、便于集中熔接等优点，可用于宽带、高速、大容量多媒体的多网络信息传输。中心管式带状光缆适用于管道直埋与架空敷设光 缆 的 结 构聚乙烯外护套钢丝增强件聚烯烃细绳聚乙烯内护套纸1212阵列（每12根光纤熔在一条塑料带内）中心管式带状光缆中 心 管 式 带 状 光 缆 结 构层绞式带状光缆结构图GYXTW型束管式轻型光缆GYXTS型束管式光缆光缆型号GYSTAGYSTY53GYSTA53GYSTA33光纤芯数4-1728光缆外径8-6010-6810-6810-70光缆重量300-2000365-2500340-2500787-3000允许最大拉力50006000600020000允许最大压力1

31、000200020003000 几 种 光 缆 的 相 关 指 标10.5 光纤特性测量方法 光纤的特性参数很多，基本上可分为几何特性、光学特性和传输特性三类。 几何特性包括纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度； 光学特性主要有折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长； 传输特性主要有损耗、带宽和色散。 10.5.1 损耗测量 光纤损耗测量有两种基本方法：一种是测量通过光纤的传输光功率，称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散射光功率，称后向散射法。 1. 剪断法 光纤损耗系数 式中，L为被测光纤长度(km)，P1和P2分别为输入光功率和输出光功率(mW或W)。 图 2.21 光功率和光纤长度的

32、关系 只有在稳态模式分布的条件下，才能得到惟一代表光纤本征特性的值。 获得稳态模式分布有三种方法： (1) 建立NAbNaf 的光学系统； (2) 建立稳态模式模拟器， 一般包括扰模器和 包层模消除器； (3) 用一根性能和被测光纤相同或相似的辅助光纤，代替光纤耦合长度的作用，这种方法在现场应用得非常方便。 图 10.22 剪断法光纤损耗测量系统框图 在实际应用中，可以采用插入法作为替代方法。插入法是在注入装置的输出和光检测器的输入之间直接连接，测出光功率P1，然后在两者之间插入被测光纤，再测出光功率P2，据此计算值。这种方法可以根据工作环境，灵活运用，但应对连接损耗作合理的修正。 光纖損失測

33、試仪器1.光功率計(Optical Power Meter)主要材料有Si或Ge或InGaAs三種.用來測試光的功率,以dBm或mW表示.2.光源(Optical Light Source)提供測試用的參考光源,分為LED,LD(FP,DFB).一般LD光源強度為-4dBm -10dBm 之間.LED強度為-20dBm -30dBm 之間.區間損失測試: 光源+光功率計先將光源及光功率計用光纖跳接線連接,將光功率計歸零,再放置於兩端測試,即可測試區間損失,單位為dB.Patchcordadaptor待測光纖雙向光纖測試儀器光源及光功率計做在同一台儀器內,做雙向測試時,可避免人力來回奔波.To

34、Power Meter EndTo Power Meter End光源Power meter光源Power meterAB光纖顯微鏡測試光纖接頭是否乾淨,可放大至400倍.當傳輸速率愈來愈快,565Mb/s2.5Gb/s 10Gb/s 40Gb/s,如果光纖接頭不乾淨,將會影響傳輸的品質.清潔工具:光纖清潔帶,無水酒精,擦拭紙. 乾淨清潔的端面 髒污的端面 損壞的端面 可調式光衰減器模擬光衰減,可用於製造,或電信.接收端需裝置幾dB固定式光衰減器,使其於在最佳的光功率下工作. 瑞利散射光功率与传输光功率成比例。利用与传输光相反方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法，称为后向散射法。 设在

35、光纤中正向传输光功率为P，经过L1和L2点(L1P2)，从这两点返回输入端(L=0)。 光检测器的后向散射光功率分别为Pd(L1)和Pd(L2)，经分析推导得到，正向和反向平均损耗系数2. 后向散射法基于后向散射光检测的OTDR原理图 式中右边分母中因子2是光经过正向和反向两次传输产生的结果。 后向散射法不仅可以测量损耗系数，还可利用光在光纤中传输的时间来确定光纤的长度L。显然， 式中，c为光速，n1为光纤的纤芯折射率，t为光脉冲发出到返回的时间。 沿光纤长度上的某一点散射信号的变化，可以通过OTDR方法独立地探测出来，而不受其他点散射信号改变的影响。 后向散射光检测波形示意图 相对回波光功率

36、初始脉冲作用点终端费涅尔回波长度Z图 2.23 后向散射法光纤损耗测量 图 2.24 后向散射功率曲线的示例(a)输入端反射区； (b)恒定斜率区， 用以确定损耗系数； (c)连接器、 接头或局部缺陷引起的损耗；(d)介质缺陷(例如气泡)引起的反射；(e) 输出端反射区，用以确定光纤长度。 用后向散射法的原理设计的测量仪器称为光时域反射仪(OTDR)。这种仪器采用单端输入和输出，不破坏光纤， 使用非常方便。OTDR不仅可以测量光纤损耗系数和光纤长度，还可以测量连接器和接头的损耗，观察光纤沿线的均匀性和确定故障点的位置，确实是光纤通信系统工程现场测量不可缺少的工具。 OTDR: 5 Point

37、Splice 5點法測試損失標點M3距離機房0.488km處損失0.24dBOTDR: Loss, Loss (LSA)連續測兩個平均損失標點M1至M3兩個點距離4.677km損失2.10dB標點M3至M5兩個點距離4.917km損失2.72dBOTDR:Fix Dlt (2PA) 標點1與2間光纖損失值標點M1至M2兩個點距離1.799km損失0.59dB 2.5.2带宽测量 光纤带宽测量有时域和频域两种基本方法。时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽，又称脉冲法；频域法是测量通过光纤的频率响应，又称扫频法。两种方法是等效的， 这里只介绍扫频法。这种方法通常用于多模光纤的测量。 设在测量

38、系统中，接入一段短光纤时，测出的频率响应为H1(f)，接入被测长光纤时，测出的频率响应为H2(f)，则光纤频率响应H(f)和3dB光带宽f3 dB应满足下式： |H(f3 dB)|= 写成对数形式： T(f) =10lg|(Hf3 dB)|=10lg|H2(f)|-lg|H1(f)|=-3 注意：由于经光检测器后，光功率按比例转换为电流(或电压)，因此3dB光带宽相应于6dB电带宽。图2.25示出用对数电平显示的频率响应H1(f)、H2(f)和由两曲线相减得到的光纤频率响应H(f)和6dB电带宽。 图 2.26示出扫频法光纤带宽测量系统的框图。扫频仪输出各种频率的正弦信号，对光源进行直接光强调制，输出光经光纤传输和光检测后，由选频表直接获得频率响应。图 2.25 光纤频率响应和6dB电带宽 图 2.26 扫频法光纤带宽测量系统框 光源应采用线性良好、功率和频率稳定的激光器，其调制频率上限应大于光纤带宽。光检测器应采用高速光电二极管，其频率响应要与光源调制频率相适应。频谱分析仪应具有良好的幅度频率特性。 2.5.3色散测量 光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等。这里只介绍相移法，这种