光纤传输特性的测量(精)
光纤传输特性测试实验
4.光纤弯曲所产生的辐射损耗；
5.外套损耗。
这些损耗可以分为两种不同的情况。一是石英光纤的固有损耗机理，像石英材料的本征吸收和瑞利散射，这些机理限制了光纤所能达到的最小损耗；二是由于材料和工艺所引起的非固有损耗机理，它可以通过提纯材料或改善工艺而减小甚至消除其影响，如杂质的吸收、波导散射等。
2.接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K601，K602，五个发光二极管全亮。
3.接通数字基带信号产生模块(K40)、光收发合一模块(K20)的直流电源。
4.将光跳线将1310nm光发机与光功率计连接起来。
(dB)（3）
光纤损耗测试实验测试方案：本实验利用剪断法测量光纤损耗，由于光纤的损耗很小，一般为0.2~0.5dB/km，为了使实验效果明显，则至少需要数千米的光纤，实现起来比较困难，所以在实验中我们建议使用小可变衰减器来代替光纤进行实验。在后继实验步骤中我们以小可变衰减器代替光纤进行，实验方框图如图6所示。如果实验条件允许则将光纤代替小可变衰减器即可。
8.用光功率计测量此时的光功率P2。
9.拆除小可变衰减器。
10.用光功率计测得此时的光功率为P1。
11.代入（1）式计算即得光纤损耗值。
12.抬起J502，关闭直流电源，拆除导线。
13.光功率计及拆除扰模器上的光纤，将实验箱还原。
B、光纤弯曲损耗测量
1.连接导线：将数字基带信号产生模块T402与光收发合一模块T201连接。
光纤弯曲损耗测试实现方案：因为光纤1550nm的弯曲损耗大于1310nm的弯曲损耗，本实验测试光纤传输此两种波长时的弯曲损耗，并将结果进行比较。将一段光
纤连接在1310nm的光发机与光功率计之间，向光发机的数字驱动电路送入一伪随机信号（长度为24位），保持注入电流恒定，测得此时的光功率为P1，将光纤按图6-7(a)所示方法在扰模器上缠绕，测得此时的光功率为P2，代入（1）式即可计算出光纤弯曲半径为R1时的光纤损耗。将光纤按图7(b)所示方法在扰模器上缠绕，测得此时的光功率为 ，代入（1）式即可计算出光纤弯曲半径为R2(R1<R2)时的光纤损耗。将1310nm光收发合一模块改为1550nm，重复上述实验。
光纤特性及传输试验
光纤特性及传输实验在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进 行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。
不管用什么方式调制，调制后 的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹 的带宽。
载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
能够用作无线电通信的频率 资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。
通 信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波 和亚毫米波时遇到了困难。
光波波长比微波短得多，用光波作载波，其潜在的通信容量是微波通信 无法比拟的，光纤通信就是用光波作载波，用光纤传输光信号的通信方式。
与用电缆传输电信号相比，光纤通信具有通信容量大、传输距离长、价格低廉、重量轻、易敷 设、抗干扰、保密性好等优点，已成为固定通信网的主要传输技术，帮助我们的社会成功发展至信 息社会。
实验目的1 . 了解光纤通信的原理及基本特性。
2 .测量半导体激光器的伏安特性，电光转换特性。
3 .测量光电二极管的伏安特性。
4 .基带（幅度）调制传输实验。
5 .频率调制传输实验。
6 .音频信号传输实验。
7 .数字信号传输实验。
实验原理1.光纤光纤是由纤芯、包层、防护层组成的同心圆柱体，横 截面如图1所示。
纤芯与包层材料大多为高纯度的石英玻 璃，通过掺杂使纤芯折射率大于包层折射率，形成一种光 波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输。
若纤芯的 折射率分布是均匀的，在纤芯与包层的界面处折射率突变， 称为阶跃型光纤：若纤芯从中心的高折射率逐渐变到边缘 与包层折射率一致，称为渐变型光纤。
若纤芯直径小于 1011m ，只有一种模式的光波能在光纤中传播，称为单模光纤。
若纤芯直径5011m 左右，有多个模式的光波能在光纤中传播，称为多模光纤。
防护层由缓冲涂层、加强材料涂覆层及套塑层组成。
光纤通信测量技术
～ ～ ～ 滤波器
相移法光纤色散测量系统框图
27
截止波长测量 根据公式，
c
2a n12 n22
2.405
实际截止波长的测量有：
1. 在弯曲状态下，测量损耗—波长函数的传输功率法； 2. 改变波长，观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一 个脉冲的时延法；
3. 改变波长，观察近场图由环形变为高斯形的近场法。
18
OTDR曲线示例：
OTDR 连接器
熔接点
连接器 (P.P.)
光纤末端
功率 (dB)
损耗 斜率显示衰减
反射
距离 (km)
19
AE3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ00介绍
RJ45网口
2个USB接口
测试端口
6.4吋TFT彩屏
便携提 手
方向控制键
单键测试
一键智 能
20
简洁直观的结果显示
21
光纤带宽的测量
1) 时域法（又称脉冲法）
频 率f / MHz 0
－6
f 6dB
H1( f )
H(f ) H2( f )
光纤频率响应和6dB电带宽
25
色散测量
光纤色散测量有相移法、脉冲时延法
和干涉法等。这里只介绍相移法，这种方
法是测C量(单)L模 光纤色散C的(基) 准方法。
Lw
26
光源 振荡器
包层模消除器
光检测器
波长选择器
被测光纤
相位计 计算机
光 源 L＞ Le
连 接 器 P 1
稳 态 模 光 纤
被 测 光 纤 L
连 接 器光 功 P 2 率 计
10
2. 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。 正向和反向平均损耗系数
光纤参数的测试方法
光纤参数的测试方法光纤的特性参数有多重,最为基本的有三种特性参数:光纤的几何特性参数、光纤的光学特性参数和光纤的传输特性参数。
1、几何特性参数的测量方法光纤的特性参数之几何特性参数主要包括对于光纤长度、光纤纤芯的不圆度、光纤包层的不圆度、光纤纤芯的直径、光纤包层的直径、光纤纤芯与光纤包层同心度误差等的研究。
通过折射近场法来直接测量在光纤横截面上产生的折射曲线的分布来对几何尺寸参数进行确定。
对于对光纤包层的确定并不难,难就难在对于纤芯的确定。
例如对于渐变型光纤的确定,因为光纤包层与光纤纤芯之间的过渡是具有连续性的,所以在光纤包层和光纤纤芯之间不存在明显的界限,所以如何去确定光纤纤芯和光纤包层之间的界限就存在着难点。
而针对这一难点,可以通过对于折射率分布情况的研究来确定。
在折射率分布曲线上确定给定值,通过给定值来界定光纤纤芯的边界,而折射率分布曲线上的给定值需要通过对光纤整个截断面的扫描来获取。
我们知道,受地球引力影响,光纤在生产过程中的整个横截断面并不能形成理想的圆对称,所以在扫描时应该根据不同情况进行区域分化扫描。
光纤包层的折射率是均匀的,所以在扫描光纤包层时幅度可以大一些。
而光纤纤芯的折射率存在很大的变化,所以对于光纤纤芯的扫描的幅度应该小一些。
折射近场法是测试光纤几何参数尺寸的基本测试方法。
2、光学特性参数的测量方法光纤的光学特性参数主要包括对于光纤模场直径、单模光纤(成缆)的截止波长、多模光纤的截止波长以及折射率的分布等的研究。
（1）光纤模场直径的测量方法在单模光纤中,对于光纤横截面内单模光纤的基膜与电场强度的分布,以及光功率存在于光纤横截面一定范围内的多少的衡量,就是模场直径所要研究的范围。
对于单模光纤的研究,不仅受到模场直径的定义影响,也受到模场直径的测量方法影响。
所以在测量单模光纤的模场直径时,根据不同测量方法的优缺点去选择合适的测量方法显得尤为重要。
主要的测量方法有横向偏移法和传输场法。
光纤特性实验研究实验报告
光纤特性实验研究一、光纤耦合及光纤器件传输效率测试实验光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖A】实验原理1.光纤的结构纤芯材料的主体是二氧化硅，里面掺极微量的其他材料，例如二氧化锗、五氧化二磷等。
掺杂的作用是提高材料的光折射率。
纤芯直径约5~~75μm（芯径一般为50或62.5μm）。
光纤外面有低折射率包层，包层有一层、二层（内包层、外包层）或多层（称为多层结构），但是总直径在100~200μm上下（直径一般为125μm）。
包层的材料一般用纯二氧化硅，也有掺极微量的三氧化二硼，最新的方法是掺微量的氟，就是在纯二氧化硅里掺极少量的四氟化硅。
掺杂的作用是降低材料的光折射率。
这样，光纤纤芯的折射率略高于包层的折射率。
两者折射率的区别，保证光主要限制在纤芯里进行传输。
包层外面还要涂一种涂料，是加强用的树脂涂层，可用硅铜或丙烯酸盐。
涂料的作用是保护光纤不受外来的损害，增加光纤的机械强度。
光纤的最外层是套层，它是一种塑料管，也是起保护作用的，不同颜色的塑料管还可以用来区别各条光纤。
2.光纤的数值孔径概念：入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。
这个角度就称为光纤的数值孔径。
光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。
不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。
3.光纤的种类：A.按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。
多模光纤：中心玻璃芯较粗（50或62.5μm），可传多种模式的光。
但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。
例如：6 00MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。
因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
单模光纤：中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10μm），只能传一种模式的光。
光纤试验方法规范第43部分传输特性和光学特性的测量
中华人民共和国国家标准
GB/T 15972.43-201×
代替GB/T 15972.43-2008
光纤试验方法规范 第 43 部分：传输特性和光学特性的fications for optical fiber test methods Part 43: Measurement methods and test procedures for transmission
——第 40 部分—第 49 部分：传输特性和光学特性的测量方法和试验程序（对应 IEC 60793-1-40 至 IEC 60793-1-49；代替 GB/T 15972.4X—2008）；
——第 50 部分—第 59 部分：环境性能的测量方法和试验程序（对应 IEC 60793-1-50 至 IEC 60793-1-59；代替 GB/T 15972.5X—2008）。
——第 20 部分—第 29 部分：尺寸参数的测量方法和试验程序（对应 IEC 60793-1-20 至 IEC 60793-1-29；代替 GB/T 15972.2X—2008）；
——第 30 部分—第 39 部分：机械性能的测量方法和试验程序（对应 IEC 60793-1-30 至 IEC 60793-1-39；代替 GB/T 15972.3X—2008）；
（征求意见稿）
2017.6.xx
201×-××-××发布
201×-××-××实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会
发布
目次
GB/T 15972.43-201×
前 言 ................................................................................II 1 范围 .................................................................................1 2 规范性引用文件 .......................................................................1 3 方法概述 .............................................................................1 4 装置 .................................................................................2 5 样品制备 .............................................................................5 6 程序 .................................................................................6 7 计算 .................................................................................6 8 结果 .................................................................................8 附录 A （资料性附录）不同样品长度测量的数值孔径间的映射关系 .............................8 附录 B （资料性附录）数值孔径测试时的缺省参数 ...........................................8
光纤的传输特性
光纤的传输特性光纤的传输特性主要包括光纤的损耗特性，色散特性和非线性效应。
光纤的损耗特性*************************************************************概念：光波在光纤中传输，随着传输距离的增加光功率逐渐下降。
衡量光纤损耗特性的参数：光纤的衰减系数〔损耗系数〕，定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位为dB／km。
其表达式为：式中求得波长在λ 处的衰减系数； Pi 表示输入光纤的功率， Po 表示输出光功率， L 为光纤的长度。
（1）光纤的损耗特性曲线•μμm的损耗为0.2dB/km以下，接近了光纤损耗的理论极限。
总的损耗随波长变化的曲线，叫做光纤的损耗特性曲线—损耗谱。
•从图中可以看到三个低损耗“窗口”：850nm波段—短波长波段、1310nm波段和1550nm波段—长波长波段。
目前光纤通信系统主要工作在1310nm波段和1550nm波段上。
（2）光纤的损耗因素光纤损耗的原因主要有吸收损耗和散射损耗，还有来自光纤结构的不完善。
这些损耗又可以归纳以下几种：1、光纤的吸收损耗光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的，把光能以热能的形式消耗于光纤中，是光纤损耗中重要的损耗。
包括：本征吸收损耗；杂质离子引起的损耗；原子缺陷吸收损耗。
2、光纤的散射损耗光纤内部的散射，会减小传输的功率，产生损耗。
散射中最重要的是瑞利散射，它是由光纤材料内部的密度和成份变化而引起的。
物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀，这种不均匀在冷却过程中被固定下来，它的尺寸比光波波长要小。
光在传输时遇到这些比光波波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生散射，引起损耗。
另外，光纤中含有的氧化物浓度不均匀以及掺杂不均匀也会引起散射，产生损耗。
3、波导散射损耗交界面随机的畸变或粗糙引起的模式转换或模式耦合所产生的散射。
在光纤中传输的各种模式衰减不同，长距离的模式变换过程中，衰减小的模式变成衰减大的模式，连续的变换和反变换后，虽然各模式的损失会平衡起来，但模式总体产生额外的损耗，即由于模式的转换产生了附加损耗，这种附加的损耗就是波导散射损耗。
光纤传输技术实验实验报告
光纤传输技术实验实验报告实验目的：本实验旨在使学生了解光纤传输技术的原理，掌握光纤通信的基本操作和测试方法，并通过实验加深对光纤传输特性的理解。
实验原理：光纤传输技术是利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。
光纤由纤芯和包层组成，光波在纤芯中以全反射的方式传播，从而实现长距离、高带宽的信息传输。
实验设备：1. 光纤传输实验平台2. 光源（激光器）3. 光纤连接器4. 光纤衰减器5. 光功率计6. 光时域反射仪（OTDR）7. 光纤熔接机（可选）实验步骤：1. 连接光纤传输实验平台，确保所有设备连接正确。
2. 打开光源，调节至合适的输出功率。
3. 将光源与光纤连接器连接，确保连接牢固。
4. 通过光纤传输实验平台传输光信号，观察光信号的传输情况。
5. 使用光功率计测量输入端和输出端的光功率，记录数据。
6. 如有必要，使用光纤衰减器调整光信号的强度。
7. 使用OTDR测试光纤的损耗和长度。
8. 根据实验要求，进行光纤熔接实验（可选）。
实验结果：1. 光功率计测量结果显示，输入端和输出端的光功率分别为X dBm和Y dBm。
2. OTDR测试结果显示，光纤的损耗为Z dB/km，长度为A km。
3. 若进行了光纤熔接实验，熔接点的损耗为B dB。
实验分析：通过实验数据，可以分析光纤传输的损耗特性和传输效率。
输入端和输出端的光功率差值反映了光纤的衰减情况。
OTDR测试结果可以进一步验证光纤的损耗和长度，为光纤传输系统的设计与优化提供参考。
实验结论：本次实验成功地展示了光纤传输技术的基本操作和测试方法。
通过实验，我们了解到光纤传输具有低损耗、高带宽等优点，是现代通信系统中不可或缺的技术之一。
实验中测量的数据和分析结果为光纤传输系统的设计和优化提供了重要的参考。
实验心得：通过本次实验，我对光纤传输技术有了更深入的了解。
实验过程中，我学会了如何操作光纤传输实验平台，如何使用光功率计和OTDR等测试工具。
此外，通过实际操作，我更加明白了光纤传输技术在现代通信领域的重要性。
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3 后向散射法
后向散射法也是一种非破坏性的测试方法，与切断 法和插入损耗法有本质上的不同。这种测试只需在光纤 的一端进行，而且一般有较好的重复性。原理如图10-3 所示。
利用后向散射法研制的一种仪器称为光时域反 射器（OTDR），可以测量如下参数：
(1) 光纤的衰减系数；
(2) 提供沿光纤长度损耗特性的详细情况；
图10—4
OTDR作为一种多功能的光纤测量仪器，在实验 研究、光纤制造、工程现场和维护测试时都很有用。
利用 OTDR 对光纤测试时的 一个典型回波波形 ( 图 10-5) 。 它提供了光纤损耗信息和光纤 线路上的中断点 ( 或故障点 ) 的 信息。 假设在 1 、 2 两点上后向散 射光的功率分别为 P1 和 P2 ，两 点间距离为L，则在这两点之间 的光纤损耗为： (10-3)
包括光纤传输特性测量和基本参数的测量。
光纤传输特性测量即光纤的衰减测量和光纤的色散测量。
本节重点要求： 1. 掌握基准测试方法和替代测试方法的概念； 2. 理解测定光纤的三种测试方法：切断法、插入损耗法和后 向散射法； 3. 了解光纤色散测量的两种方法：相移法、脉冲时延法。 §10.1.1 光纤衰减测量 §10.1.2 光纤色散测量
§10.1.1 衰减的测量
在光纤传输过程中，光信号能量损失的原因是复杂的， 有本征的和非本征的，在实用中最关心的是它的传输总损 耗。光信号沿光纤传输时，光功率的损耗叫做光纤的衰减。 不同波长光的衰减是不同的。
衰减以dB为单位。在波长上光沿光纤传输距离L后的 衰减定义为： (10-1) 式中， 、 分别是注入端和输出端的光功率。 对于一根均匀的光纤就可以定义单位长度 ( 通常是 1km)的衰减叫做衰减系数： （10-2）
（10-4）
色散的测量按照光强度调制的波形来划分有两类方法: 脉冲时延法(脉冲调制)和相移法(正弦信号调制) 。
1 脉冲时延法(时域法)
(3) 然后拆去“短路”光纤，接入待测光纤， 此时接收部分显示的即为待测 光 纤的总 平均 损耗 (dB) 。 用此值 除以 光纤的 长度 即为光 纤的 损耗 系 数 。
优点：
不如切断法的精确度高。但这种测试方法是非破坏 性的，所以测量简单方便，很适合于工程、维护使用。
缺点：
插入损耗法的测量精确度和重复性要受到耦合接头 (或连接器)的精确度和重复性的影响。
图10—5
优点：
1. 后向散射法是一种对特性均匀、连续、有接头的光纤进 行衰减测量的可选之法，它还能够测定物理缺陷和接头 的大致位路光传输的互相串扰或光纤陀螺仪的灵敏度时 也是很有用处的。
缺点：
1. 无法控制后向散射光的模式分布； 2. 对光纤的非均匀性很敏感。
第十章 光纤传输特性的测量
内容摘要： 光纤通信系统中的测量包括光纤传输特性和 系统传输特性。光纤特性的测量分为传输特性测 量和基本参数测量。光纤的损耗和色散属于传输 特性。光纤的光学特性和几何特性则属于光纤的 基本参数。 第一节 光纤特性的测量 第二节 光纤数字传输系统的传输特性测量（略）
第一节 光纤特性的测量
光纤衰减的测试方法有三种：切断法、插入损耗法和后向 散射法。其中，切断法属于 RTM法；插入损耗法和后向散射 法属于ATM法。
1 切断法
切断法是严格按照定义建立起来的测试方法，其基本 原理如图10-1所示。
在稳态注入条件下，首先测出待测光纤的输出光功 率 ，然后保持注入条件不变，在离注入端约2m～3m 处切断光纤，测量出短光纤的输出光功率。将作为待测光 纤的起端注入光功率 ，按照定义式(10-1)和式(10-2)就 可计算出待测光纤的衰减和衰减系数。
光纤的衰减系数是一个与长度无关的参数。 下面主要以原 CCITT 建议的测试方法为基本内容，介绍 基准测试方法(RTM)和替代测试方法(ATM)。
• 基准测试法(RTM)：
是严格按照光纤某一给定特性的定义进行的测试方法； • 替代测试法(ATM)： 是在某种意义上与给定特性的定义相一致的测试方法。
(3) 可以检测光纤的物理缺陷或断裂点位置；
(4) 测定接头的损耗和位置；
(5) 测量光纤的长度，等等。
——所有测试结果都可以在仪器上自动记录和显示 出来。
光时域反射计(OTDR)的基本原理如图10-18所示。 1. 测量时将大功率的窄脉冲光注入到待测光纤中；
2. 通过分析光脉冲在光纤中由于后向散射返回到注 入端的光信号的变化，可以得到光信号沿光纤传 输的情况。
2 插入损耗法
切断法用于现场测试时很困难、很费时。因此现场测试时常用插入 损耗法代替切断法。其实质是将切断法做成仪器，如图10-2所示。 (1) 由光发射设备和光接收设备组成一个完整的光纤传输系统，待测光纤即 为传输部分； (2) 在测试前首先对测量仪器进行校准，用1cm左右长的“短路”光纤连接系 统的发射和接收部分，通过调整光源的输出功率使得接收部分显示的功 率为0dBm；
§10.1.2
光纤色散测量
色散是光在光纤中传播时，不同波长的光的群时延不同。 在经典光学中色散是用折射率对波长的一阶导数(dn/d) 来表示，反映了折射率随波长变化快慢的程度。 对光纤来讲，色散是借助某种带有平均概念的量来表示 的，即用单位长度、单位波长间隔内的平均群时延来表示。 若在光波长为时， 单位长度的群时延为，则色散的 程度用色散系数来评定，其定义如下：
图10-1 切断法测量原理图。
在图10-1中，进行单一波长衰减测量时，标准光 源可使用谱宽窄的 LED或 LD，以提高动态范围；激 励器的作用是保证光纤输入端激励条件的稳定性，即 达到稳态模式分布。 使用切断法测量光纤衰减时，测量准确度与光纤 切割端面有较大的关系，所以测量样品的端头要严格 地处理，端面必须是一个平整的与轴垂直的镜面并保 持洁净。 由于这种测量方法需要切断光纤，显然它是破坏 性的。但是这种方法的测量精度高，可以低于 0.1dB， 所以它是光纤衰减测量的一种标准测试方法。 切断法用于现场测试时很困难、很费时。