光通信工程讲义

光通信工程讲义第1页，共60页，2023年，2月20日，星期日6.1光缆线路测试类型及测试项目6.1.1测试类型1．光缆线路工程测试 光缆线路工程测试是指在工程建设阶段，对单盘光缆和中继段光缆进行的性能指标检测。第2页，共60页，2023年，2月20日，星期日（1）单盘测试 单盘测试是单盘检验的组成部分。单盘测试是对运输到现场的光缆传输、技术特性进行检验，以确定运输到分屯点上的光缆是否达到设计文件的要求。第3页，共60页，2023年，2月20日，星期日（2）竣工测试（中继段测试） 光缆线路工程竣工测试又称光缆的中继段测试，这是光缆线路施工过程中较为关键的一项工序。竣工测试是从光电特性方面全面地测量、检查线路的传输指标。 竣工测试还应包括光缆线路工程的竣工验收。第4页，共60页，2023年，2月20日，星期日2．光缆线路维护测试 通过对光缆线路的光电特性测试，可以了解光缆的工作状态，掌握光缆线路实际运行状况，正确判断可能发生障碍的位置和时间，为光缆线路提供可靠的技术资料。6.1.2测试项目1．工程测试项目第5页，共60页，2023年，2月20日，星期日第6页，共60页，2023年，2月20日，星期日2．维护测试项目第7页，共60页，2023年，2月20日，星期日6.2光纤衰减的测量6.2.1光纤衰减的概念 衰减是光纤中光功率减少的一种度量，它取决于光纤的工作（波长）类型和长度，并受测量条件的影响。第8页，共60页，2023年，2月20日，星期日 在波长l处，一段光纤上相距距离为L的两个横截面1和2之间的衰减A(l)定义为 通常，对于均匀光纤来说，可用单位长度的衰减，即衰减系数反映光纤衰减性能的好坏。衰减系数a(l)定义为a(l)＝A(l)/L(dB/km) 第9页，共60页，2023年，2月20日，星期日6.2.2光纤衰减的测量方法常用的光纤衰减测量方法有截断法、后向散射法和插入损耗法。1．截断法（1）测量原理在不改变注入条件下，分别测出通过光纤两个点的光功率P1和P2，再按定义计算出光纤的衰减系数a。（2）测量装置及各部分作用第10页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.1截断法测量衰减的测量装置

第11页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.2截断法测量衰减谱的测量装置

第12页，共60页，2023年，2月20日，星期日①光源②调制③滤模器④注入系统

a．单模光纤注入条件

b．多模光纤注入条件第13页，共60页，2023年，2月20日，星期日滤模器图6.3采用滤模器的衰减测量注入装置

第14页，共60页，2023年，2月20日，星期日几何光学注入图6.4空间状态限制衰减测量的几何注入装置

第15页，共60页，2023年，2月20日，星期日 ⑤包层模剥除器。包层模剥除器促使包层转换成辐射模，从而使包层模从光纤中被剥除。 ⑥光探测器。（3）测量方法第16页，共60页，2023年，2月20日，星期日2．后向散射法（1）测量原理 后向散射法是测量光纤衰减的第一替代法。它基于能从光纤中双向后向散射光信号提取光纤衰减或衰减系数、光纤长度、衰减均匀性、点不连续性、光学连续性、物理缺陷和接头损耗等信息。第17页，共60页，2023年，2月20日，星期日 经过往返两次衰减的值，所以曲线斜率为常数的AB段光纤的衰减为

A(l)AB=0.5(PA−PB)(dB)

a(l)=A(l)AB/LAB(dB/km) 第18页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.5后向散射法测得的衰减曲线

第19页，共60页，2023年，2月20日，星期日 AB间的长度（距离）为第20页，共60页，2023年，2月20日，星期日（2）测量装置及各部分作用 后向散射法所用的装置就是光时域反射计OTDR组成如图6.6所示。第21页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.6OTDR的组成方框图

第22页，共60页，2023年，2月20日，星期日（3）测量方法图6.7OTDR衰减曲线

第23页，共60页，2023年，2月20日，星期日3．插入损耗法（1）测量原理 测量原理类似于截断法，只不过插入损耗法用带活接头的连接软线代替短光纤进行参考测量，计算在预先相互连接的注入系统和接收系统之间（参考条件）因插入被测光纤引起的功率损耗。 插入损耗法有两个可供选择的参考条件下的测量原理方案，如图6.8所示。第24页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.8典型的插入损耗法测试装置

第25页，共60页，2023年，2月20日，星期日（2）测量装置及各部分的作用（3）测量方法 ①方案1：被测光纤段的总衰减可按下式计算。 式中：Cr，C1，C2分别是在参考条件下，被测光纤输入端和输出端连接器的标称平均损耗（dB）。--第26页，共60页，2023年，2月20日，星期日 ②方案2：被测光纤段的总衰减计算式如下。第27页，共60页，2023年，2月20日，星期日4.“4P”法测接头损耗图6.9光纤连接损耗测量（“四功率值”法）

第28页，共60页，2023年，2月20日，星期日 永久性连接的附加损耗为--第29页，共60页，2023年，2月20日，星期日6.3光纤长度的测量6.3.1传输脉冲时延法 设光脉冲经长度为L(m)，平均折射率为n的光纤传输后，其传输时延Dt为

Dt＝n·L/c(s)

式中，c为真空中光速（3×108m/s），此式可改写为

L＝c·Dt/n(m)第30页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.10传输脉冲时延测量光纤长度 可见，只要测得Dt，便能求得已知n值的光纤的长度，这就是传输脉冲时延法的原理。第31页，共60页，2023年，2月20日，星期日6.3.2反射脉冲时延法 光纤长度便可由下式求得

L＝c·2Δt/2n

第32页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.11反射脉冲时延测量光纤长度

第33页，共60页，2023年，2月20日，星期日6.4光缆工程测试6.4.1中继段测试（竣工测试）1．光缆线路衰减测试（1）光缆线路衰减定义可将一个单元光缆段中的总衰减定义为第34页，共60页，2023年，2月20日，星期日 式中：an为中继段中第n根光纤的衰减系数（dB/km）；

Ln为中继段中第n根光纤的长度（km）；as为固定接头的平均损耗（dB）；

X为中继段中固定接头的数量；

ac为连接器的平均插入损耗（dB）；

Y为中继段中连接器的数量（光发送机至光接收机数字配线架（ODF）间的活接头）。第35页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.12中继段光纤线路损耗构成示意图

第36页，共60页，2023年，2月20日，星期日（2）测量方法 有插入法和后向散射法。①插入法 核心网光缆线路，应采用插入法测量。从中继段光缆线路衰减要求在带已成端的连接插件状态下进行测量来说，插入法是唯一能够反映带连接插件线路衰减的方法。第37页，共60页，2023年，2月20日，星期日 插入法可以采用光纤衰减测试仪（分多模和单模），也可以用光源和功率计进行测量。 插入法的测量偏差，主要来自仪表本身以及被测线路连接器插件的质量，如某个长途光缆工程，据3个中继段光缆线路的衰减测量统计，平均偏差为0.3dB。第38页，共60页，2023年，2月20日，星期日②后向散射法 后向散射法虽然也可以测量带连接插件的光缆线路衰减，但由于一般的OTDR仪都有盲区，使近端光纤连接器插入损耗、成端连接点接头损耗无法反映在测量值中；同样对成端的连接器尾纤的连接损耗由于离尾部太近也无法定量显示。因此，用OTDR仪所得到的测量值实际上是未包括连接器在内的光缆线路损耗。为了按光缆线路衰减的定义测量，可以通过假纤测量或采用对比性方法来检查局内成端质量。第39页，共60页，2023年，2月20日，星期日（3）测量方法的选择 若偏差较大，则可用后向散射法作辅助测量。2．光缆线路衰减曲线测量（1）目的 光缆线路衰减曲线测量指的是对光缆中光纤后向散射曲线的测量。第40页，共60页，2023年，2月20日，星期日（2）测量仪器 光缆线路衰减曲线测量仪器采用的是光时域反向射仪，即OTDR仪。（3）衰减曲线要求①双向测量②测量记录③线路衰减测量结果的比较④光缆线路衰减的计算方法第41页，共60页，2023年，2月20日，星期日第42页，共60页，2023年，2月20日，星期日6.4.2系统光性能参数测试 1．系统光性能参数主要是指光缆线路的衰减与色散、系统发送光功率、系统接收灵敏度、动态范围及系统富裕度等。 2．中继段衰减与色散的测试（1）色散的定义 光纤中色散主要是指光信号经过光纤传输后在光纤输出端发生能量分散，导致传输信号畸变。第43页，共60页，2023年，2月20日，星期日（2）色散的测量方法——脉冲时延法①测量原理 脉冲时延法是单模光纤色散测量的第二替代测量法。这种测量方法的测量原理是，使不同波长的窄光脉冲分别通过已知长度的受试光纤时，测量不同波长下产生的相对群时延，再由群时延差计算出被测光纤的色散系数。②测量装置第44页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.13脉冲时延法的测量装置

第45页，共60页，2023年，2月20日，星期日③测试步骤

a．参考光纤的测量

b．被测光纤的测量第46页，共60页，2023年，2月20日，星期日 单位长度的群时延为T(l)＝[Tout(li)−Tin(li)]/L

（ps/km）式中：

Tout(li)——输出脉冲时间差（ps）；

Tin(li)——输入脉冲时间差（ps）；

L——减去参考光纤长度后的被测光纤长度（km）。第47页，共60页，2023年，2月20日，星期日（3）偏振模色散的定义 偏振模色散（PolarizationModeDispersion，PMD）是指单模光纤中的两个正交偏振模之间的差分群时延，它在数字系统中使脉冲展宽产生误码（尤其在WDM和DWDM系统中）。第48页，共60页，2023年，2月20日，星期日（4）PMD的测试方法——干涉法①测量原理 干涉法的测量原理是，当光纤一端用宽带光源照明时，在输出端测量电磁场的自相关函数或互相关函数，从而确定PMD。 干涉法的主要优点是测量速度非常快，测量设备体积小，特别适合于现场使用。②测量装置第49页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.14光纤参考通道的Michelson干涉法的测量装置

第50页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.15空气参考通道的Michelson干涉仪法的测量装置

第51页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.16空气参考通道的Mach-Zehnder型干涉仪测量装置

第52页，共60页，2023年，2月20日，星期日 图6.17是对弱偏振模耦合（上方）和强偏振模耦合（下方）光纤，分别用自相关型仪器（a，b）和互相关型仪器（c，d）测得的干涉条纹图。第53页，共60页，2023年，2月20日，星期日图6.17自相关型仪器（a，b）和互相关型仪器（c，d）测得的干涉条纹图

第54页，共60页，2023年，2月20日，星期日3．系统发送功率的测试图6.18系统发送光功率的测试连接图

第55页，