(高清版)GBT 33779.3-2021 光纤特性测试导则 第3部分：有效面积(Aeff)

ICS33.180.10GB/T33779.3—2021国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会GB/T33779.3—2021 I 25测试方法 2 2 3 3 410结果 4附录A(资料性附录)单模光纤的有效面积与模场直径之间的关系 5附录B(规范性附录)方法A——直接远场扫描法 8附录C(规范性附录)方法B —远场可变孔径法………11附录D(规范性附录)方法C——近场扫描法 IGB/T33779.3—2021GB/T33779《光纤特性测试导则》分为以下部分：——第1部分：衰减均匀性； 第3部分：有效面积(A)。本部分为GB/T33779的第3部分。本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本部分由中华人民共和国工业和信息化部提出。本部分由全国通信标准化技术委员会(SAC/TC485)归口。本部分起草单位：武汉烽火科技集团有限公司、中讯邮电咨询设计院有限公司、长飞光纤光缆股份有限公司、江苏省邮电规划设计院有限责任公司、中国信息通信研究院、江苏亨通光纤科技有限公司。1GB/T33779.3—2021光纤特性测试导则第3部分：有效面积(Aerf)GB/T33779的本部分规定了单模光纤有效面积(Ac)的基准测试方法(RTM)和替代测试方法，规定了测试装置、样品和样品制备、测试程序、计算方法和结果等。本部分适用于GB/T9771(所有部分)中规定的B类单模光纤。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T9771(所有部分)通信用单模光纤3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。有效面积effectivearea一个与光纤非线性紧密相关的参数，它会影响光纤系统的传输质量，特别是在长距离光放大系统中的传输质量，有效面积Ae可以用式(1)定义： (1)式中：I(r)——光纤在半径r处基模的近场场强分布。注1:I(r)在整个光纤横截面上进行积分。注2:对于单模光纤，有效面积(Aa)与模场直径(MFD)之间的关系可参见附录A。对于特别强的光场，光纤的折射率与光纤中光的强度有关，表示为式(2)。在高功率密度系统应用时，光纤非线性会导致系统性能劣化。非线性系数定义为n₂/Aef。n=n。+n₂I…………(2)式中：no——折射率的线性部分；n₂———非线性折射率系数；2注：非线性系数是评估这种劣化的一个重要参数。4缩略语下列缩略语适用于本文件。DFFS:直接远场扫描(DirectFar-fieldScan)FFP:远场功率(Far-fieldPower)FWHM:半幅全宽(FullWidthatHalfMaximum)GBIP:通用接口总线(General-PurposeInterfaceBus)MFD:模场直径(ModeFieldDiameter)NA:数值孔径(NumericalAperture)NFP:近场功率(Near-fieldPower)NFS:近场扫描(Near-fieldScan)RTM:基准测试方法(ReferenceTestMethod)VA:可变孔径(VariableAperture)WDM:波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing)5测试方法测试单模光纤的有效面积有三种方法：——方法A:直接远场扫描法(RTM);—-—方法B:远场可变孔径法；——方法C:近场扫描法。三种方法的要求分别见附录B、附录C和附录D,不同测试方法之间的数学变换关系如图1所示。直接远场扣揣积分汉克尔变换远场可变近场图1三种测试方法之间的数学变换关系6测试装置6.2～6.8对测试装置的要求为有效面积的三种测试方法所共有，在附录B、附录C、附录D中还分别给出了对每一种测试方法的特定要求。3GB/T33779.3—2021在完成测试过程的时间内，光源位置、强度和波长应保持稳定。光源的光谱特性应选择消除多模传播，光源谱线的半幅全宽(FWHM)应不大于10nm。6.3调制通常通过对光源的调制来提高接收器的信噪比。如果采用这种方法，光检测器可连接到与光源调制频率同步的信号处理系统上。6.4光学注入系统光学注入装置应足以激励基模，可采用尾纤或光学透镜系统来激励被测光纤，注意滤除掉高阶模，必要时可在光纤尾端打一个半径合适的圈或加入其它类型的滤模器来滤除高阶模。6.5包层模剥除器为了从被测光纤中剥除包层模，应采用包层模剥除器。大多数情况下，光纤涂层折射率等于或大于光纤包层折射率时，光纤涂层就可起到包层模剥除器的作用。6.6检测器应采用合适的扫描检测器，检测器在接收光强范围内应是线性的。应采用合适的放大器来增加信号电平。6.8数据采集应使用一台计算机来执行仪表控制操作，以记录测试数据，并进行数据处理以获得最终结果。7样品7.1样品长度样品应是长度为(2±0.2)m的单模光纤。对于部分B6类单模光纤，可在被测样品上打若干小半径的圈或者采用更长的样品长度(例如7.2样品端面样品的输入端面和输出端面应平整、光滑，输出端面与光纤轴应有良好的垂直度。8测试程序8.1设备校准为了校准设备，应通过扫描一段已知的样品来测试光学放大装置的放大倍数，并记录这个放大倍数。4GB/T33779.3—2021分别见附录B、附录C和附录D中的方法。9计算方法分别见附录B、附录C和附录D中的方法。10.1测试结果报告应包括下列内容：——测试名称；——样品识别号；——被测光纤类型；——环境温度和相对湿度；——测试日期和操作人员。10.2报告中也可包括下列内容：——所用测试方法；——光源类型和FWHM谱宽；——仪器型号说明；——计算技术细节；——测试装置最近校准日期。5GB/T33779.3—2021(资料性附录)单模光纤的有效面积与模场直径之间的关系A.1概述本附录给出了几种常规单模光纤的有效面积(Aer)与模场直径(MFD)之间的关系。对于式(A.1)中I(r),如果用高斯分布进行近似描述，得式(A.1):I(r)=exp(-2r²/w²)……………w——模场半径。远离截止波长的较长波长处，Ae.不能从式(A.2)精确地估算。一般情况下，A.和w之间的经验关系式为式(A.3):…………………(A.3)A.3修正因子k采用可变孔径法测试模场直径(MFD),然后，利用汉克尔反变换，从输出光功率P(r)的远场功率(FFP)计算出近场功率(NFP)。最后利用式(1)从NFP中计算得出Aeff。修正因子k取决于波长和光纤参数，例如折射率剖面、MFD和零色散波长。图A.1示出B1.1或B1.3和B2光纤在1200nm～1600nm波长区内实测的MFD和Aa与波长λ之间的关系。图A.2给出B1.1或B1.3、B2和B1.2光纤在这同样波长区内计算的和实测的MFD、A.和修正因子k与波长λ之间的关系。6MFD/umMFD/um▲Ag△波长λ/nmB1.1或B1.3(SMF)[阶跃折射率]图A.1B1.1或B1.3和B2光纤的Aem和MFD实测值与波长λ的关系B1.1或B1.30.980.960.940.92B2(SGC-DSF)B2(DSC-1SF)B1.2(SMF)[实测的][阶跃折射率][非阶跃折射率]B2(SGC-DSE)[计算的][——]DSCSGC双层芯分层芯图A.2B1.1或B1.3、B2和B1.2光纤的修正因子k计算的和实测值与波长λ的关系7GB/T33779.3—2021B1.1或B1.3、B2和B1.2单模光纤例子的修正因子k的范围见表光纤类型波长λ下的修正因子kB1.1或B1.30.970～0.9800.960～0.970B1.20.975～0.9850B20.940～0.9500.950～0.960最佳波长区。对于为海底光缆和WDM系统应用而开发的其它光纤设计结构而言，Ae.与w的关系可能不同，宜采用式(1)来确定。图A.3给出了B2光纤(DSF)和B4光纤(NZ-DSF)在WDM应用的1520nm~1580nm波长区内的Aef和波长之间的关系。NZ-DSFINZ-DSF4NZ-1SF3NZ-DSF2NZ-DST5B2(13SF)D5F3D5F4DSF240B4(NZ-DSF)图A.3B2和B4光纤的Aer实测值与波长λ的关系对于B2光纤而言，得到k的平均值和标准偏差为0.953±0.005,对于B4光纤而言，得到k的平均GB/T33779.3—2021(规范性附录)方法A——直接远场扫描法本附录规定了直接远场扫描(DFFS)法测试单模光纤Aer的具体要求。B.2测试装置B.2.1测试装置框图直接远场扫描法用测试装置示意图见图B.1。被测光纤被测光纤旋转台滤模尾纤可调激光器光源接头放大器检测器计算机B.2.2扫描设备采用对远场光强分布进行扫描的机械装置，光检测器光敏面和光纤输出端面的距离应大于40wb/λ(2w是被测光纤的预期模场直径，b是光检测器的光敏面直径，λ是波长),或者它们之间的距离至少有10mm,以保证光检测器光敏面在远场覆盖的角度不太大。精确测试时要求测量仪表的最小动态范围应为50dB。对B1.1、B1.3光纤，相应的最大扫描半角应如果对B1.1、B1.3光纤，将上述数值分别限制在30dB、12.5°,对B2光纤，将上述数值分别限制在40dB、20°时，确定模场直径时就可能导致大于1%的相对误差。对B1.2光纤，可参考B1.1、B1.3光纤的要求。89GB/T33779.3—2021B.3计算方法B.3.1叠合远场辐射功率数据0≤θ,≤0max。作为下标i的角位置θ;(rad)函数的实测功率。叠合的功率曲线P₁(θ;)见式(B.1),其中…………(B.1)B.3.2计算近场光强图利用适当的数值积分方法来计算式(B.1)的积分。例如使用式(B.2),采用其它积分方法时计算精度不得低于该方法。………………(B.2)式中：△θ=θ₁-θo;Jo———零阶贝塞尔函数。计算半径r;值从零到一个足够大数值范围的近场值，在这个最大半径上计算得到的光强小于最大光强的0.01%。B.3.3计算积分项利用适当的数值积分方法来计算式(B.2)结果的积分。例如使用式(B.3)和式(B.4)计算，采用其它积分方法时计算精度不得低于该方法。式中：△r=r₁—ro;m———实测位置的数目。…………(B.3)…………(B.4)B.3.4计算结果根据有效面积Ae的定义，可得到式(B.5):…………(B.5)测试远场功率(FFP)数据的一个例子参见图B.2。0050/(°)20图B.2测试FFP数据的例子GB/T33779.3—2021(规范性附录)方法B——远场可变孔径法C.1概述本附录规定了远场可变孔径(VA)法测试单模光纤Ae的具体要求。C.2测试装置C.2.1测试装置框图远场可变孔径法用测试装置示意图见图C.1。或干涉滤光片(输入装置))8输山定位器和包层模(当需要时)钨光源(光源)输出装置图C.1远场可变孔径法装置的典型装置C.2.2孔径装置宜采用一台至少12个孔的机械装置，这些孔的半角数值孔径范围从0.02～0.25(B2光纤为0.4)。把透过孔的光收集起来，聚焦在检测器上。聚光装置的NA应足够大，不得影响测试结果。C.2.3输出远场可变孔径装置应把一个包含不同尺寸的透光圆孔的装置(例如一个带孔的轮盘)放在距光纤端距离D的地方(D至少为100w²/λ),它用来改变从光纤输出场图收集到的光功率。通常采用12个～20个孔，并放在距离光纤端20mm～50mm的地方。测试装置的最大数值孔径应不小于0.4。应采取措施使孔相对于场化功率GB/T33779.3—2021化功率图对中，以减少对光纤的端面角的敏感性。作为装置准备的一个环节，如图C.2所示，要仔细测试和记录光纤输出端位置和圆孔平面之间的距离D和每个孔径的直径Xi。确定轮盘内的每个孔径所对的半角，并记录这些0;值(依孔的尺寸增加的次序，i=1～n),以供计算用。这些值与测试波长无关。图C.2孔径设备装置C.3计算方法远场可变孔径(VA)法测试通过如图C.2所示的一个给定孔径所对光纤处的远场角0的归一化总功率f(θ)。这些功率值等于归一化远场功率分布F²(0)的积分。它用式(C.1)表示。…………(C.1)透过孔径的归一化光功率和角θ的函数曲线见图C.3。10.6·0.4-0工0/()图C.3实测的VA数据曲线图由式(C.2)中给出的四次函数拟合到远场孔径数据：f(θ)=Aθ⁴+Bθ³+Cθ²+Dθ¹+E…………(C.2)有效面积Aer由近场功率分布I(r)计算得到，计算细节如下：a)对积分功率数据f(θ)求导，得到远场功率分布F²(θ):…………(C.3)归一归一化功率分布曲线见图00.050.10.150.20.250/radFFP分布曲线b)利用式的汉克尔反变换，可以从远场光功率分布F²(θ)计算作为半径r的函数的近场光功率分布I(r)。近场分布I(r)相对于r的曲线见图