光纖傳輸損耗測試

  
實驗光纖傳輸損耗測試
 
1、實驗目的
  1. 了解光纖損耗的定義
  2. 了解截斷法、插入法測量光纖的傳輸損耗
     
    2、實驗原理
    光纖在波長光纖傳輸損耗測試(圖1)處的衰減係數為光纖傳輸損耗測試(圖2),其含義為單位長度光纖引起的光功率衰減,單位是dB/km。當長度為光纖傳輸損耗測試(圖3)時,
    光纖傳輸損耗測試(圖4)       (公式3.1
    ITU-T G.650G.651都規定截斷法為基準測量方法,背向散射法(OTDR法)和插入法為替代測量方法。本實驗采用插入法測量光纖的損耗。
    1)截斷法:(破壞性測量方法)
    截斷法是一個直接利用衰減係數定義的測量方法。在不改變注入條件下,分別測出長光纖的輸出功率光纖傳輸損耗測試(圖5)和剪斷後約2m長度短光纖的輸出功率光纖傳輸損耗測試(圖6),按定義計算出光纖傳輸損耗測試(圖7)。該方法測試精度最高。
    光纖傳輸損耗測試(圖8)
    3.1 截斷法定波長衰減測試係統裝置
     
    2)插入法
    插入法原理上類似於截斷法,隻不過用帶活接頭的連接軟線代替短纖進行參考測量,計算在預先相互連接的注入係統和接受係統之間(參考條件)由於插入被測光纖引起的功率損耗。顯然,功率光纖傳輸損耗測試(圖9)光纖傳輸損耗測試(圖10)的測量沒有截斷法直接,而且由於連接的損耗會給測量帶來誤差,精度比截斷法差一些。所以該方法不適用於光纖光纜製造長度衰減的測量。但由於它具有非破壞性不需剪斷和操作簡便的優點,用該方法做成的便攜式儀表,非常適用於中繼段長總衰減的測量。圖3.2示出了兩種參考條件下的測試原理框圖。
    光纖傳輸損耗測試(圖11)
    a
     
    光纖傳輸損耗測試(圖12)
     
    b
    3.2 典型的插入損耗法測試裝置
     
    3.2a)情況下,首先將注入係統的光纖與接收係統的光纖相連,測出功率光纖傳輸損耗測試(圖13)然後將待測光纖連到注入係統和接收係統之間,測出功率光纖傳輸損耗測試(圖14),則被測光纖段的總衰減A可由下式給出
    光纖傳輸損耗測試(圖15)       (公式3.2
    式中光纖傳輸損耗測試(圖16)光纖傳輸損耗測試(圖17)光纖傳輸損耗測試(圖18)分別是在參考條件、實驗條件下光纖輸入端、輸出端連接器的標稱平均損耗值(dB)。
    3.2b)情況下,首先將參考係統連在注入係統和接收係統之間,測出功率光纖傳輸損耗測試(圖19),然後如圖(a)一樣,測出功率光纖傳輸損耗測試(圖20),則被測光纖段的總衰減可由下式給出
    光纖傳輸損耗測試(圖21)                 (公式3.3
    情形(a)中,由於連接器的質量可能會影響測試精度;情形(b)中,采用了光學係統進行精密耦合,代替了連接器的耦合,可以得到精確的測量結果,當隻需要知道光纖的實際衰減時,它比較合適。當被測光纖段帶有半個連接器而且需要和其它元件串在一起時,情形(a)的測試結果更有意義。
    試驗平台中我們采用了插入法測量光纖的損耗,試驗框圖如3.3所示:
    光纖傳輸損耗測試(圖22)
    a
    光纖傳輸損耗測試(圖23)
    b
    3.3 插入損耗測試框圖
     
    3)光時域反射計(OTDR)測試
    背向散射法是通過光纖中後向散射光信號來提取光纖衰減及其他信息的,諸如光纖光纜的光學連續性、物理缺陷、接頭損耗和光纖長度等。它是一種間接地測量均勻樣品衰減的方法。下麵分析背向散射法的測量原理。
    將光功率為光纖傳輸損耗測試(圖24),脈衝寬度為光纖傳輸損耗測試(圖25)的窄帶光脈衝注入光纖,由於衰減,在傳輸距離光纖傳輸損耗測試(圖26)之後,光功率光纖傳輸損耗測試(圖27)
    光纖傳輸損耗測試(圖28)                               (公式3.4
    式中,光纖傳輸損耗測試(圖29)是衰減係數。由於瑞利散射的作用,在光纖傳輸損耗測試(圖30)處的光功率總有一部分背向散射回光纖輸入端。光纖傳輸損耗測試(圖31)處的背向散射光功率為
    光纖傳輸損耗測試(圖32)       (公式3.5
    式中,光纖傳輸損耗測試(圖33)是在光纖傳輸損耗測試(圖34)處光纖的瑞利背向散射係數,定義光纖傳輸損耗測試(圖35)
    光纖傳輸損耗測試(圖36)                              (公式3.6
    式中,光纖傳輸損耗測試(圖37)是瑞利散射係數;光纖傳輸損耗測試(圖38)是光在光纖中的群速度;光纖傳輸損耗測試(圖39)代表背向散射功率與瑞利散射總功率之比,它與光纖結構參數(芯徑、相對折射率差)有關。茶馆儿官方下载地址-茶馆儿官方下载地址下载最新版-茶馆儿官方下载地址破解版安装-茶馆儿官方下载地址安卓-茶馆儿官方下载地址苹果光纖傳輸損耗測試(圖40)處的背向散射光功率為
    光纖傳輸損耗測試(圖41)                                   (公式3.7
    由公式(3.7)和式(3.5),可得光纖傳輸損耗測試(圖42)之間的平均衰減係數為
    光纖傳輸損耗測試(圖43)                          (公式3.8
    如果光纖軸向不均勻,光纖傳輸損耗測試(圖44)不是常數,則公式(3.8)表示的衰減係數包含了一項與結構參數有關的待定項,這樣,直接從背向散射曲線上求得的光纖傳輸損耗測試(圖45)並不能代表實際的衰減係數,這也就是該方法的缺點所在。
    假定光纖的結構參數沿軸向均勻時,光纖傳輸損耗測試(圖46),則光纖傳輸損耗測試(圖47)間的平均衰減係數為
    光纖傳輸損耗測試(圖48)                                (公式3.9
    這時就可以從背向散射曲線求得實際的平均衰減係數了。
    3.4是一個典型的背向散射法測試係統框圖。這裏不再介紹各部分的作用和要求。利用背向散射原理製成的儀表稱為光時域反射計,簡稱OTDR 3.5示出了在對數坐標上的一條典型OTDR曲線,曲線上A-B間的衰減是
    光纖傳輸損耗測試(圖49)                           (公式3.10
    式中,光纖傳輸損耗測試(圖50)光纖傳輸損耗測試(圖51)是以對數刻度的背向散射功率電平,平均衰減係數為
    光纖傳輸損耗測試(圖52)                          (公式3.11
    式中,光纖傳輸損耗測試(圖53)是待測光纖的長度。若光纖軸向不均勻時,取從兩端測量的平均值作為平均衰減係數,從而消除了公式(3.8)中的待定項。背向散射法雖屬替代方法,可是它被廣泛的用在光纖光纜的研製、生產以及光通信工程的施工維護中。
     
     
    光纖傳輸損耗測試(圖54)
     
    3.4  背向散射法測試曲線
 
光纖傳輸損耗測試(圖55)
3.5  典型OTDR曲線
 
3、實驗步驟
本實驗采用插入法測試光纖的傳輸損耗係數,如果配置了光時域反射儀OTDR,則可采用背向散射法。
1)如圖3.3(a)所示,選擇光發送模塊A,通過開關KP102選擇數字光源驅動電路,KP101選擇“數字”。實驗平台加電並複位係統後(複位用來使係統從最初狀態開始運行,複位鍵按下後,液晶屏上將出現提示:“歡迎你”,“請選擇”等字樣,之後便可輸入操作者的選擇),從鍵盤輸入方波,按圖3.3(b)連接好待測光纖,此時用光功率計測試R點的輸出功率P1,此值定為光纖的入射功率。
2)將R點輸出的光信號輸入擾模器,經過待測光纖後,測出光功率P2,光纖的總損耗A=P2-P1 (dBm),然後就可粗略的估算出每公裏光纖的損耗值。
 
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