GB∕T 33779.3-2021 光纤特性测试导则 第3部分：有效面积(Aeff)(正式版)

ICS33.180.10光纤特性测试导则2021-04-30发布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 3术语和定义 2 2 2 3 3 4 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 附录D(规范性附录)方法C——近场扫描法 IGB/T33779.3—2021——第1部分：衰减均匀性；——第2部分：OTDR后向散射曲线解析； 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。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A.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(A.)与模场直径(MFD)之间的关系可参见附录A。非线性系数non-linearcoefficient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。十n₂I…………(2)式中：no——折射率的线性部分；n₂——非线性折射率系数；I———光纤内光强度。2GB/T33779.3—20214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。直接远场扫揣近场近场扫描图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。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。6.7放大器应采用合适的放大器来增加信号电平。6.8数据采集7.1样品长度对于部分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8测试程序为了校准设备，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-—光源波长；—光源类型和FWHM谱宽；5GB/T33779.3—2021(资料性附录)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。w——模场半径。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6um/D:M.1inum/D:M.1inume▲Ae△B1.1或B1.3(SMF)[阶跃折射率]图A.1B1.1或B1.3和B2光纤的Aer和MFD实测值与波长λ的关系B1.1或B1.30.98B2(DSC-1SF)B20.92B1.2(SMF)0.960.94[实测的][计算的]□B1.2(CSF)[非阶跃折射率]B2(DSC-DSF)DSC双层芯SGC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—2021光纤类型波长λ下的修正因子kB1.1或B1.30.970～0.9800.960～0.970B1.20.975～0.985B20.940～0.9500.950～0.960最佳波长区。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Ae和波长之间的关系。N/-DSIN7-DSFNZ-DSTB2(1DSF)D5F3D5F4DSF1DST240B4(NZ-DSF)NZ-DSFNZ-DSF3254I图A.3B2和B4光纤的Ae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B.1概述本附录规定了直接远场扫描(DFFS)法测试单模光纤Ae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。滤模尾纤可调激光器光源接头参考光路图B.1直接远场扫描(DFFS)的典型装置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。89GB/T33779.3—2021B.3计算方法B.3.1叠合远场辐射功率数据设P(θ)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0≤θ,≤θmax。…………(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.3.4计算结果根据有效面积Ae的定义，可得到式(B.5):测试远场功率(FFP)数据的一个例子参见图B.2。…………(B.3)…………(B.4)…………(B.5)0050/(°)20图B.2测试FFP数据的例子(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))0输山和包层模剥除器(当需要时)钨光源滤除器光学观察装置输出装置图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X;。确定轮盘内的每个孔径所对的半角，并记录这些θ;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。孔径一X8孔径所对的半角图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θ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。1000.150.250.05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Aef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)计算光功率²(0)归一化功率GB/T33779.3—2021计算光功率²(0)归一化功率FFP分布曲线见图C.4。00.050.10.150.20/rad图C.4FFP分布曲线b)利用式(C.4)的汉克尔反变换，可以从远场光功率分布F²(θ)功率分布I(r)。近场分布I(r)相对于r的曲线见图C.5。计算作为半径r的函数的近场光…………(C.4) 图C.5NFP分布曲线c)有效面积Ae.可以用近场分布I(r)和式(C.5)计算得到。…………(C.5)GB/T33779.3—2021(规范性附录)方法C——近场扫描法D.1概述本附录规定了近场扫描(NFS)法测试单模光纤Aei的具体要求。D.2测试装置D.2.1测试装置框图近场扫描法用测试装置示意图见图D.1。摄像机控制光导摄像管摄像机和显微镜滤光器数字处理器被测光纤计算机光源图D.1近场扫描法的测试框图采用对近场光强分布进行扫描的机械装置，光检