第2章 光纤和光缆课件.ppt

2.1光纤结构和类型 2.2 光纤传输原理 2.3光纤传输特性 2.4光缆 2.5光纤特性测量方法 图 2.22 剪断法光纤损耗测量系统框图 在实际应用中，可以采用插入法作为替代方法。插入法是在注入装置的输出和光检测器的输入之间直接连接，测出光功率P1，然后在两者之间插入被测光纤，再测出光功率P2，据此计算α值。这种方法可以根据工作环境，灵活运用，但应对连接损耗作合理的修正。  2. 后向散射法 瑞利散射光功率与传输光功率成比例。利用与传输光相反方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法，称为后向散射法。  设在光纤中正向传输光功率为P，经过L1和L2点(L1L2)时分别为P1和P2(P1P2)，从这两点返回输入端(L=0)。 光检测器的后向散射光功率分别为Pd(L1)和Pd(L2)，经分析推导得到，正向和反向平均损耗系数 式中右边分母中因子2是光经过正向和反向两次传输产生的结果。  后向散射法不仅可以测量损耗系数，还可利用光在光纤中传输的时间来确定光纤的长度L。显然， 式中，c为光速，n1为光纤的纤芯折射率，t为光脉冲发出到返回的时间。  图2.23示出后向散射法光纤损耗测量系统的框图。光源应采用特定波长稳定的大功率激光器，调制的脉冲宽度和重复频率应和所要求的长度分辨率相适应。 图 2.23 后向散射法光纤损耗测量 耦合器件把光脉冲注入被测光纤，又把后向散射光注入光检测器。光检测器应有很高的灵敏度。 图 2.24是后向散射功率曲线的示例， 图中 (a) 输入端反射区；   (b) 恒定斜率区， 用以确定损耗系数；  (c) 连接器、 接头或局部缺陷引起的损耗；   (d) 介质缺陷(例如气泡)引起的反射；  (e) 输出端反射区， 用以确定光纤长度。  图 2.24 后向散射功率曲线的示例 用后向散射法的原理设计的测量仪器称为光时域反射仪(OTDR)。这种仪器采用单端输入和输出，不破坏光纤， 使用非常方便。OTDR不仅可以测量光纤损耗系数和光纤长度，还可以测量连接器和接头的损耗，观察光纤沿线的均匀性和确定故障点的位置，确实是光纤通信系统工程现场测量不可缺少的工具。  2.5.2带宽测量 光纤带宽测量有时域和频域两种基本方法。时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽，又称脉冲法；频域法是测量通过光纤的频率响应，又称扫频法。两种方法是等效的， 这里只介绍扫频法。这种方法通常用于多模光纤的测量。  设在测量系统中，接入一段短光纤时，测出的频率响应为H1(f)，接入被测长光纤时，测出的频率响应为H2(f)，则光纤频率响应H(f)和3dB光带宽f3 dB应满足下式： |H(f3 dB)|= 写成对数形式： T(f) =10lg|(Hf3 dB)|=10［lg|H2(f)|-lg|H1(f)|］=-3 注意：由于经光检测器后，光功率按比例转换为电流(或电压)，因此3dB光带宽相应于6dB电带宽。图2.25示出用对数电平显示的频率响应H1(f)、H2(f)和由两曲线相减得到的光纤频率响应H(f)和6dB电带宽。 图 2.26示出扫频法光纤带宽测量系统的框图。扫频仪输出各种频率的正弦信号，对光源进行直接光强调制，输出光经光纤传输和光检测后，由选频表直接获得频率响应。 图 2.25 光纤频率响应和6dB电带宽 图 2.26 扫频法光纤带宽测量系统框 图2.12示出三种不同光源对应的rms脉冲展宽σ和折射率分布指数g的关系。由图可见，rms脉冲展宽σ随光源谱线宽度σ增大而增大，并在很大程度上取决于折射率分布指数g。 当g=g0时，σ达到最小值。g的最佳值g0=2+ε，取决于光纤结构参数和材料的波长特性。当用分布反馈激光器时，最小σ约为0.018 ns，相应的带宽达到10 GHz·km。 3. 单模光纤的色散 色度色散理想单模光纤没有模式色散，只有材料色散和波导色散。材料色散和[CM)]波导色散总称为色度色散(Chromatic Dispersion)，常简称为色散，它是时间延迟随波长变化产生的结果。   偏振模色散：在理想完善的单模光纤中，HE11模由两个具有相同传输常数相互垂直的偏振模简并组成。但实际光纤不可避