2012光纤特性及测量C3

第3章光纤的特性和测量3.1光纤的特性3.2单模光纤3.3光纤的主要参数及其测量

光纤的特性和测量－光纤的特性传输特性：损耗、色散、基带响应等光学特性：数值孔径、模场直径、截止波长环境特性：温度特性等几何特性（芯径、外径、偏心度、椭圆度）机械特性:抗拉强度、筛选试验等几何特性：（芯径、外径、偏心度、椭圆度）

两个主要参数：数值孔径剖面（横断面）折射率分布一． 光纤数值孔径反映光纤捕捉光线（或集光）能力大小的一个参数。渐变型：光纤的特性和测量－光纤的特性

—光学参数

二． 光纤的折射率分布

通常用剖面指数描述，不仅与数值孔径有关，也与光纤的色散特性有关。阶跃型光纤其折射率分布为：光纤的特性和测量－光纤的特性

—特性参数梯度型光纤：

当

阶跃型 抛物型（平方律型光纤）梯度型、渐变型光纤的特性和测量－光纤的特性

—特性参数一． 光纤损耗产生的原因及分类

电子转移的紫外吸收（1）材料固有吸收Si-O建的红外吸收（2）

OH-离子吸收（3）吸收杂质吸收过渡金属离子吸收（4）损耗原子缺陷吸收（5）

瑞利散射（6）散射光纤结构不完善散射（7）非线性效应散射（8）

光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性（1）紫外吸收（电子跃迁）

在组成光纤材料的原子系统中，一些处于低能级状态的电子会吸收电磁能量而跃迁到高能级状态，产生的吸收峰在紫外区的0.122μm处，影响区域~1μm，

0.85μm：0.2~0.3dB/km1.2μm：0.1dB/km1.33μm、1.55μm可以忽略不计紫外吸收对石英光纤在红外区工作的影响不大。光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性（2） 石英分子振动伸缩振动曲线振动振动的基波波长：9.1μm、12.5μm、21μm、36.4μm处有振动吸收现象。

振动波长远离目前光纤通信的工作波长范围，对光纤的影响并不显著。

光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性（3）

OH-

吸收损耗

在1.39，1.24，0.95μm三个波长上有吸收损耗峰。在1.39，1PPM（10-6）OH-

产生的吸收峰值损耗高达33db/km，目前OH-

的含量已经降到10-9

以下，1.39波长上的吸收损耗就可以忽略不计，使整个波长区成为平坦的无吸收损耗区。造成光纤通信波长范围内吸收损耗的主要根源。光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性（4）

过渡金属离子的吸收损耗

光纤材料中的金属杂质要吸收光波的电磁能量，造成损耗，主要是铁（Fe）、铜（Cu）、钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、镍（Ni）和钴（Co）等，由于现代技术水平的不断提高，提纯这些金属杂质已可达到8PPb（10-9）以下。

金属离子吸收损耗的影响已不显著。

光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性（5） 原子缺陷吸收指玻璃受到某种激励，例如热激励或强辐射激励时所感生的一种损耗。石英玻璃受这种激励影响最小。

原子缺陷吸收损耗造成的影响已经很小。光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性（6） 瑞利散射瑞利散射是本征散射损耗，它是由于光纤材料—石英玻璃的密度不均匀和折射率不均匀引起的。损耗与光波波长的四次方成反比。

对0.85有影响对1.3以上波段，影响很小光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性（7） 结构不完善散射

由于波导结构不规则导致高阶模的辐射形成损耗，结构缺陷包括纤芯和包层交界面的不完整性、芯径的变化和光纤扭曲。

造成的散射损耗也越来越小，在0.02~0.2dB/km的范围。光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性（8）非线性效应散射（布里渊散射和喇曼散射）

布里渊散射——光在光纤中传输时，光波电磁场引起的电致伸缩，使光波与光纤中无规则的热运动的弹性波发生耦合而产生的。光波很强时，光波的电致伸缩形成的弹性波使光波自身发生显著的受激散射，产生很强的相干光和声波，它将大大减弱传输的光强。

光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性

喇曼散射——传输介质的分子振动和旋转使得极化强度不一样而造成的散射。瑞利散射>布里渊散射>喇曼散射

1~2个数量级1~2个数级光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性光纤损耗的谱特性及工作窗1）从SIF、GIF到SMF，损耗依次减小。2）在0.8~1.55μm波段内，除吸收峰外，光纤的损耗随波长增加而迅速减少。3）由于OH-的吸收作用，使光纤的损耗谱特性在0.7~1.6之间出现三个损耗高峰，在每两个损耗峰之间，有一个相对低的损耗区域，称第一窗口、第二窗口和第三窗口。光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性

光纤损耗谱(a)三种实用光纤；(b)优质单模光纤

光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性三. 减少光纤损耗的途径a) 提高光纤材料的纯度，减少杂质的吸收损耗；b) 改进并提高光纤的制造工艺，减少波导效应的散射损耗。光纤的特性和测量－光纤的特性

—损耗特性一． 概念

光纤的色散——脉冲信号在光纤中传输时被展宽的现象。

光纤中的脉冲被展宽现象光纤的特性和测量－光纤的特性

—色散特性

光纤中的脉冲被展宽现象图示光纤的特性和测量－光纤的特性

—色散特性分析：

光纤中的传播速度，光线2的路径比光线1长，由于传输路径的长短不一，二个光线所携带的光脉冲到达光纤终端的时间不一样，光线1的脉冲先到，光线2的脉冲后到。光纤的特性和测量－光纤的特性

—色散特性

色散（脉冲展宽）危害——码间干扰，当系统的码速较高时，相邻的信号脉冲之间的间隙较小，在传输一定距离后，脉冲将产生部分重叠而使脉冲判决发生困难。光纤中的码间干扰光纤的特性和测量－光纤的特性

—色散特性二．描述色散的物理参数（1）时延差光纤中的色散可分为两类三种：

模间色散（模式色散）模内色散材料色散波导色散（结构色散）光纤的特性和测量－光纤的特性

—色散特性（a）模间色散指不同模式在光纤中传输时的传播常数不同，从而传输同样长的距离后产生群时延差。理解：多模光纤中存在许多不同的模式，不同的模式到达光纤终端的时间先后不同，造成光脉冲展宽，从而出现色散现象。光纤的特性和测量－光纤的特性

—色散特性

模间最大时延差指其中的最高次模和最低次模光线之间的传输时间差：

单位长度的时延差为：

上述公式需用模式群理论，即基于标量波动方程的WKB（Wentzel、KvamersandBrillouin三人名字的缩写）方法，在几何光学极限下，用近似方法分析非均匀纤芯的光纤。（b）模内色散又称颜色色散，主要是由于光源有一定谱宽，信号光中含有不同的波长成分而引起的（不同波长在同一媒质中传输速度不一样）。理解：一般光源发出的光除中心波长外，还包括其附近若干不同的波长，称为该光源的光谱，半导体激光器（LD）的频谱窄，一般为2nm，发光二极管（LED）频谱宽，一般为20~96nm。光纤的特性和测量－光纤的特性

—色散特性材料色散：考虑芯材料的折射率因光波长而变化，从而使不同波长的光在纤芯中传播速度出现差异所引起的色散。结构色散（波导色散）：由于光纤中模式的传播常数是频率的函数引起的。它不仅与光源的谱宽有关，还与光纤的结构参数如V等有关。多模光纤：模式色散和材料色散单模光纤：材料色散和波导色散光纤的特性和测量－光纤的特性

—色散特性

Dm一材料的色散系数，表示单位长度（

km）、单位谱线宽度（nm）的光纤所产生的时延。

Dm

光源谱线宽度为Δλ（nm）、长度为L（km）的光纤，其总的材料色散时延可以表示为：

波导色散

Dw（v）阶跃光纤基模的无因次色散系数，它是归一化频率V的函数，通常Dw(v)总的脉冲展宽（2）脉冲展宽均方根值

光在光纤中传播时每个模都携带一定的光功率，由于在光纤终端各个模式到达的时间不同，使模所载光功率到达的时间不同，即在光纤终端，光是以时间而言的功率谱密度形式分布的。

光纤的特性和测量－光纤的特性

—色散特性

设各模式所携带光功率到达光纤终端的平均时间为〈t〉，早到或晚到的光脉冲功率其时间偏离值为（t-〈t〉），它的均方根值即为脉冲展宽的均方根值：

σ是单边值，早到和晚到的光脉冲功率都考虑时，脉冲展宽均方根值应为其双边值2σ。多模阶跃光纤

多模渐变光纤

三．光纤的带宽光纤的带宽可以用光纤对传输脉冲展宽来表示：

B=（Hz）A：输出脉冲波形决定的常数（高斯：A=0.44）

脉冲展宽越大，光纤的带宽越小（频域），从增加光纤带宽的观点来看，一般希望Δ较小，即希望色散越小越好。

由模式畸变（模间色散）决定的每公里最佳折射率分布（α≈2）的渐变型光纤带宽表达式为：

B（Hz.km）tS=

每公里突变型光纤的带宽为

比较上二式，渐变型光纤的带宽比突变型光纤的带宽大倍。

光纤的带宽与光源的谱线宽度成反比，因此，为了获得足够大的带宽，应尽可能选择谱线宽度窄的光源。光纤的特性和测量－光纤的特性

—色散特性一． 单模光纤的单模工作条件

V>VC

导行

V=VC

临界

V<VC

截止

VC（LP11）=2.405单模工作条件：0<V<2.405V是结构参数，具有频率的量纲。光纤的特性和测量—

单模光纤二．单模光纤的极化问题（1）研究目的单模光纤应用：制成各种高灵敏度的光纤传感器，如磁场针、光陀螺、声纳、加速仪、流量计、温度计等。对单模光纤的研究，主要集中在对其偏振问题的研究。单模光纤的极化问题=单模光纤中的偏振问题= 双折射现象光纤的特性和测量—

单模光纤（2）概念

光纤极化问题：当纤芯不是理想的均匀对称时，（几何形状及折射指数的非均匀对称），将使单模光纤的偏振状态（极化状态）沿光纤的长度而变化称光纤的极化问题。

光纤的特性和测量—

单模光纤

光矢量在空间的取向称光的偏振，在电磁场理论中，称为电磁场的极化。用电磁强度的端点在空间所描绘的轨迹说明光的偏振或电磁波的极化状态，可分为三种情况：线偏振光圆偏振光椭圆偏振光光纤的特性和测量—

单模光纤(a) 线偏振光

当电场强度E在空间的取向不变时，则电场强度E端点变化的轨迹是一条直线，这时的光称为线偏振光或称直线极化波。

ExE

EY

线偏振光光纤的特性和测量—

单模光纤

电场E的两个正交分量Ex和Ey的传播常数一样，初相角也一样，在空间任一点的z处，它们的电场强度分量为:

因为，所以可得

在光的传输过程中，光的输入偏振角不随时间t和传输距离z的变化而变化，此时仅幅值Em变化，而其取向不变。(b)圆偏振光（圆极化波）

圆偏振光

当电场强度E的幅值不变，且在空间匀速旋转，则E的端点变化轨迹是一个圆。这时的光便称为圆偏振光或称圆极化波。光纤的特性和测量－光纤的特性

—色散特性

维持圆偏振态的条件，必须是E的两个分量Ex和Ey的幅值相等，传播常数一样，相位差为π/2，即Ezm=Eym=Em,。这时，电场E两个正交分量Ex

和Ey的表达式可分别写为:由此可得:

可见，若ay

不变或等于零，则随时间t和传输距离z的变化而变化，这时E的端点轨迹必是一个圆。（C）椭圆偏振光（椭圆极化波）

当电场强度E的幅值和其空间取向均在改变时，E的端点轨迹是一个椭圆。这时的光称为椭圆偏振光或椭圆极化波。椭圆偏振光是光的最一般形式。线偏振光和圆偏振光则为椭圆偏振光的特殊情况。光纤的特性和测量—

单模光纤

当光为椭圆偏振时，电场强度E的分量Ex

和Ey，除幅值、传播常数不等外，其初相角也不相等，且相差一个固定值。这时，E的两个分量可分别表示为:光纤的特性和测量—

单模光纤三．光的双折射现象

当一束光通过各向异性晶体或介质时，要被分解为两束折射光。这种现象称为光的双折射。其中一束光在入射面内，且遵守折射定律，这束光称为寻常光，以0光表示；另一束光不仅不在入射面内，而且也不遵守折射定律，这束光称为非寻常光，以e光表示。

光纤的特性和测量—

单模光纤

0光和e光都是线偏振光。0光是一个光矢量的振动方向垂直于自己主截面的线偏振光，而e光是光矢量的振动方向在自己的主截面内的线偏振光。当晶体或介质的光轴在入射面时，o光和e光的主截面重合，这时二者光矢量的振动方向相互垂直。光纤的特性和测量

—

单模光纤

当平面偏振光垂直入射到晶体上，并且其振动面与晶体光轴间的夹角为φ时，则在晶体中要发生双折射现象，即有o光和e光产生。设Em为入射光的振幅，则o光和e光的振幅便分别为

由于o光和e光在晶体中的传播常数不一样，即，所以在传播过程中，二者要产生相位差：光的双折射现象特点：l 0光、e光均为线编振光。

0光的振动方向垂直于自己的主截面，而e光在自己的主截面内。当晶体或介质的光轴在入射面时。0与e的主截面重合。即0、e光的振动方向互相垂直。光纤的特性和测量—

单模光纤四．单模光纤中的双折射现象

由于单模光纤的不完善，使基模LP01（HE11）的两个模LP01x（HE11x）和LP01y（HE11y）的相位常数发生变化，在传播中简并受到破坏。

光纤的传输特性取决于光纤本身是否存在着双折射现象。光纤的极化问题与双折射现象统一。光纤的特性和测量—

单模光纤五．单模光纤偏振态的几个物理量（1）椭圆极化度（光功率与光场的电场强度平方E2或电压的平方V2成正比）Imax，Imin——光强的最大值和最小值当Imax=Imin

时，р=0，圆偏振光；当Imin=0时，р=1，线偏振光；当Imax≠Imin时，р<1，椭圆偏振光。光纤的特性和测量

—

单模光纤（2）模式的双折射或偏振双折射Δβ

单模光纤中两个相互正交的偏振基模沿光纤轴向传输时的传播常数差。

光纤结构的某种不完善，使得LP01x,LP01y模的相位常数βx,βy不同，从而使这两个模式的相位差沿光纤的长度而变化，引起的总的电场和磁场极化状态的变化。

（3）归一化双折射

B=ny-nx

两个正交偏振模有效折射率差，反应双折射状态。（4）单模光纤的拍长两波的相位差变化2π（极化方向旋转2π的角度）又恢复至原来的状态的传播长度（沿z轴）为L：

L（βy-βx）=2π

L越小拍长越短，双折射越严重。（5）极化色散（偏振模式色散）

指∠p01x,∠p01y模的相位常数βx,βy不同而引起的色散。（本质上也是模式色散。但与多模光纤中的模式色散不同）

模式传输单位长度所用时间。

模式在单位长度上的时延差。nx,ny一两个双折射轴的等双折射指数。（折射率）六．单模光纤极化问题研究→稳定单模光纤偏振态的途径和方法1） 减小单模光纤的不完善性，降低椭圆度和减小折射。2） 制作尽可能高的双折射光纤→当Δβ>3000rad/m时，则可达到偏振稳定。3）光纤形成水平极化或垂直极化，使两个极化方向的模式的传输损耗不等，以致使其中一个截止，而得到理想的单模光纤。光纤的特性和测量

—

单模光纤光纤的特性和测量--光纤的测量参数基准测量方法，用RTM表示

代用测量方法，用ATM表示光纤的特性和测量--光纤的测量参数类别项目结构参数（几何参数）

芯径、外径（2b）、偏心率、

不圆度、倾斜度、长度、折射率分布光学参数数值孔径、模场直径、截止波长λc.传输参数损耗、色散、基带响应机械性能抗拉强度、筛选试验环境性能温度特性一．光纤的测量方法

多模光纤参数测量方法项目基准方法代用方法几何尺寸折射近场法近场法折射率分布折射近场法近场法

理论数值孔径远场光强法折射近场法损耗系数剪断法背向散射法或插入损耗法模式带宽时域法或频域法光纤的特性和测量--光纤的测量参数单模光纤参数测量方法项目基准方法代用方法模场直径远场扫描法可变孔径法、远场掩膜法截止波长传输功率法跑道半圆分离法损耗系数剪断法背向散射击法、插入损耗法总色散系数相移法脉冲时延法、干涉法光纤的特性和测量--光纤的测量参数二．光纤测量的基本条件

一般的光纤参数测量要得到正确结果，必须方法正确、仪表精密、操作细心、环境清洁外，还需注意两点：光纤试样的制备光的注入条件

光纤的特性和测量--光纤的测量参数（1）芯直径2a

取折射率为ｎ３所对应圆周的直径为纤芯直径。ｎ３

=ｎ２

+k（ｎ０

-ｎ２）其中ｎ０：芯区内的最大折射率，ｎ２：包层折射率，k的取值与测量方法和数据处理过程有关：I）若用近场法测n（r），并用抛物线对测量曲线进行拟合，则k=0II）直接在测量曲线上取参数

k=0.025（芯/包层过渡不太平缓）

k=0.05（芯/包层过渡明显平缓）光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－结构、几何参数

n（r）

n０

n3

n2

0

ar

芯直径2a的测量(2)包层外径2b

包层材料与一次涂敷材料差别显著,在测量时经常去除一次涂敷。(3)芯包层表面的不圆度ρ.如下图(a)

Φmax

Φ

a

Φmin

bQSO

e

（a）（b）（c）

光纤结构偏差参数定义

<6%

φ—标称直径（4）芯/包层不同心度e/2a如图(b)，有时用e表示，称”偏心量”芯的不圆度=<6%参考表面（包层）的不圆度=<2%

第二.三式中，drmax和drmin分别是芯径的最大值和最小值，Dsmax和Dsmin分别是参考表面（包层）的最大值和最小值(5)光纤端面的倾斜度该参数定义为光纤端面法线与光纤轴线的夹角QSO

,不通用，但在应用光纤的实践中会经常遇到。(6)长度L

对于km长度量级的光纤实际长度与受力情况有着明显的关系。光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－结构、几何参数（1）折射率分布n(r)(芯区)近场：指距光纤输出端(作为光源)极近处的光强分布,也即光强沿光纤端面上径向r的分布，用f(r)表示。远场：指距光纤输出端极远处的光强分布,也即光强按从光纤端出射角度θ’的变化情况，用F（θ’）表示。光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数

r

F（θi’）θi’

f(r)

F（θ’）

l=0l=∞

（a）近场（b）远场传输场示意θ’光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数基准测量方法：折射法(设备要求较高)代用测量方法：近场法通过LNA+能均匀激发各种模式的光源，可以将近场光强分布(实测数据)与n(r)直接联系起来。原理：上图，光纤端面上某点的LNA表示在这一点能够接受的最大光线入射角，即以此角为顶角的圆锥之内入射的光线才可在芯中作为导模传播，如果各个圆锥中光线分布的密度是均匀的，端面各点处能够接收的光功率多少便与等高圆锥的体积成比例。*比如：如果两个等高圆锥体的材料密度相同且均匀，则其重量之比等于体积之比，同时与顶角成比例。光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数在光纤输出端面r点外的输出光功率若为P(r)，则：

P(r)=I0（n

2(r)-n22）式中I0为常数，包层折射率n2为已知．

考虑到n(r)和n2相差甚小，还可以用近似式

P(r)=kn（n(r)-n2）其中，kn是定标常数，即P(r)的曲线直接就是n(r)的分布形状。光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数特点：原理和设备相对简单不易完全消除包层模等干扰因素的影响精确度受到限制光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数(2)数值孔径NA强度数值孔径NA——远场光强分布为基础测NA。图中实线表示实测的远场曲线，它是光纤输出的光按出射角的分布，由于其两测变化平缓，无法读取最大出射角的数据，因此，在该曲线上取0.1幅值以上的曲线段，并用最小二乘法将其拟合为抛物线(虚线)，然后将此抛物线向下延伸，便得到与横轴的交点θI，.即强度数值孔径定义为：

NAI=SinθI

光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数

F（θ’）

0.1θIθ’

远场曲线及取值示意光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数3）模场直径(MFD)

多模光纤导光区域可以2a代表。单模光纤，导光区即是基模场型所占的域。模场直径——基模场边界部分的场强为逐渐变化，按照某种法测选取适当的参数表示这一区域的大小。或者说单模光纤的芯很细，不易精确测尺寸，需要重新定义与芯径尺寸有关且比较易精确测量的新参数——MFD光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数定义方法：

ｆ（ｒ）

1/ｅ2W0

高斯模场ＭＦＤ

1/ｅ

ａ）前些年（近场法），对基模场的分布为近高斯形的，定义模场强度下降到幅值的时的曲线宽度为该模场的直径，即下图中的2W0ｂ）（远场法）近年来，光纤的折射率分布多种多样：w型、多包层型设x=sinθ’Ｃ）最新定义远场直接扫描法（基准测量方法）

θ’为远场分布的角度坐标。

或可变孔径法

远场数据为P（R），R为光阑的孔半径

其中

Pmax——孔半径R取最大时的的探测光功率刀口扫描法远场数据为K（x）

x是刀口到中心轴间的距离，刀口至光纤端面的距离为D，x与角度θ’的关系是x=Dtgθ’近场扫描

近场f(r)，r是径向坐标，f（x）是基模的近场强度分布，该定义用近场测量，统计方法进行数据处理，定义与原则与第二种相通，与第一种不同。（4）截止波长λC

测量原理：在足够短波长情况下，给样品光纤（常取2m）注入一定比例的LP01和LP11

模光功率后，慢慢改变光波长，当光波长由短向长逼近时，经过光纤样品的输出功率会急剧下降，因其中的LP11模正在逐渐转变为辐射模而损失掉。经过λC点之后，输出功率的变化又趋平衡，此时只有基模在传输。根据P的变化规律，采用规定的方法便可得到λC。光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数方法：在足够短光波长下，给样品光纤注入一定比例的LP01和LP11

．样品光纤绕一个D>280mm的圆圈，增大λ，测量一段波长区间点的输出功率变化

P1（λi）。

*在光波长低于入c时应使光纤中只有这两种模式传输。光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数在2状态下（样品光纤增绕D<60mm的圆圈或用另一短段多模光纤连接光源和探测器），测相同波长段参考信号的变化规律P2（λi）。*为消除光源光谱的影响——不同入、不同时间不均匀。画典线R（dB）λC的法则将输出功率陡降后的平稳段看作直线，向上平移0。1dB的直线与R（λ）曲线下降段的交点即对应λC光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数光源探测器数据处理A单模光纤样品

波长可变

φ60φ280

多模光纤（1~2m）

波长信号

原理框图光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数

0．1dB

λCλ

um

（b）典型曲线（用多模光纤取参考信号）传输功率法λC示意图光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－光学参数（1）光纤损耗ａ）剪断法——基准测量法适用于光纤及所有无源器件SMO

EP

B光纤A

L

剪断法测量装置基本框图

光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－传输特性参数光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－传输特性参数

光源S发出的稳定光功率以一定方式注入到光纤之中，光纤的初始段经过一段模处理装置M，在光功率计先测出光纤末端A输出的光功率P2，在距M约1~2米处B点剪断光纤测得P1，

特点：设备简单，准确性较高，但有一定的破坏性，不利于工程现场使用。光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－传输特性参数（a）满注入+M

满注入是规定光源经一定的光学系统处理后，在光纤端面上形成的入射光斑直径大于纤芯直径，而且，入射光锥的光锥角大于光纤的数值孔径角。光注入条件示意图

光锥角光纤

入射光锥光斑两种光注入方法光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－传输特性参数（b）有限相位空间注入（LPS）

LPS规定入射光斑直径和入射光锥的数值孔径分别等于纤芯直径和光纤NA的70%，又称70/70法则。光注入条件示意图

光锥角光纤

入射光锥光斑ｂ）插入法和比较法

插入：将光纤两端分别与光源和功率计的接口（也是活动连接器的形式）接妥即可测出P2，再将光源与光功率计直接耦合，测出P1，即可得到α，由于把被测光纤“插入”到光源和光功率计之间，故得名。

α+一个活动连接器的α光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－传输特性参数比较：测P1时，用一段短光纤（单芯光缆）以活动连接器的形式连接光纤与光功率计，相当于将被测光纤和短光纤进行“比较”而得名，测量误差的大小只取决于活动连接器插入损耗的不一致性。光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－传输特性参数Ｃ）背向散射法（后向散射法）瑞利散射——散射中心向各个方向散射，只有图示2θB范围内的光能在芯/包层界面处发生全反射，从而沿光纤向光源端传播，θB与NA有关。后向散射光---以2θB能沿光纤返回光源端的散射光。测量原理：如果能在光源端检测出这部分后向散射光的功率，便可得知在散射点处向前传输的光功率。光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－传输特性参数

包层

芯2θB

后向散射光示意光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－传输特性参数光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－传输特性参数定量分析

输入P0，传输到z处，

rf——

沿正方向损耗系数，

η——z处的后向散射光在前向传输光中所占比例

rb——后向散射光的后向损耗系数

则光传回始端时的光功率应为：（a）αf和αb为常数，曲线应为一条斜率是的直线；（b）αf和αb不为常数，曲线各点斜率不同，表示不同光纤段的损耗系数。如果能测z1z2两处散射回来的光功率，即可求得前后传输的平均损耗系数为：光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－传输特性参数耦合器

L1光纤链L2

Pd（z）

1

2

3

L1

L2

z

OTDR系统基本框图及典型曲线脉冲发生器

信号处理及显示DA

ＬD光纤的特性和测量—光时域反射仪光纤的特性和测量--OTDR曲线分析（a）曲线1、2、3段的斜率分别对应各段光纤的损耗系数；（b）L1点有一熔接点，故曲线出现一个下降台阶以示损耗；（c）L2处是一个活动连接器，两光纤对接端面的空气间隙产生菲涅耳反射，对应曲线在该处产生小尖峰；（d）在光纤链的未端E又存在菲湿耳反射，故又出现明显尖峰。光时域反射仪（OTDR：OpticalTimeDomainReflection）测定光纤损耗了解光纤沿长度的损耗分布测定接头损耗（突变位置）测定光纤长度测定光纤断表明点的位置：在波形上读出背向散射信号消失或损耗突然变大的时间，再据计算长度的方法即可。光时域反射仪有四个指标参数：动态范围、灵敏度、分辨率、测量时间“死区”“死区”又称“盲区”——指光纤链初始端能够有效地检测其后向散射光的最短距离，主要是由于光纤链始端的菲涅耳反射的强信号冲击使得检测系统饱和，从而需要一定恢复时间。光纤的特性和测量—光时域反射仪（2）光纤带宽基带响应——对于不同频率的交变信号（通常是正弦信号）的传输能力。光纤的带宽—以传输直流光（光强连续不变）为基准，当频率增加使得传输效率下降一半时的频率值(fC)多模：用基带响应或带宽单模：色散光纤的特性和测量--光纤的测量参数

－传输特性参数光纤带宽多模模间色散阶跃τS=抛物型τG=

光纤的脉冲响应：输入脉冲的宽度极窄（趋于0）时经光纤传输后的输出脉冲。表示脉冲展宽的量：（ａ）脉冲的半幅全宽（FWHM）τ1/2，即脉冲的１/2幅值处的宽度。（ｂ）脉冲的均方根宽度

两者之间的关系为：τ1/2如输入输出均为高斯形

其中τ1和τ2分别表示输入和输出脉冲的半幅全宽带宽与τ1/2的关系：B光纤带宽注意：短光纤样品（如1-2km）上测出的带宽数据外推到长距离（如10km以上时，）或将长光距离光纤上获得的数据折算到单位长度光纤时，多模光纤由于模耦合，不随长度线性恶化，需要考虑长度叠加指数r，具体关系为：

r：0．5~1抛物多模：0.75单模：r

=1光纤带宽基带响应测量方法(a)时域法脉冲展宽测量系统框图脉冲发生器LDO