光纤技术课件第三章光纤衰减测量
接收：接收端一般由光电二极管探测器和放大电 路组成。探测器可选用雪崩光电二极管APD和场 效应管FET。 信号处理：背向散射法测得的信号很弱，比入射 光功率低几十分贝。要从噪声中把所需的信号检 测出来，必须采用一种降低噪声的信号处理方法。 例如，采用取样积分器利用平均法消除噪声。这 种方法的原理是噪声的统计平均值趋于零，且信 号是周朗的，可以不断积累，因此信噪比可以提 高。
二、剪断法
2米
在测量衰减时，通常的剪断法要求两次测量，且在光纤始端和 终端使用同一个光源和探测器。
衰减谱测量
注入系统
宽光 谱
波长 滤光 器
二、剪断法
三、插入损耗法
测量原理
(a)校准输入参考电平
(b)衰减测量
四、背向散射法（又称后向散射法）
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，称为背向散射法。 瑞利散射光功率与散射点的入射光功率成正 比，因此测量沿光纤轴向返回的背向瑞利散 射光功率就可以获得光沿光纤传输损耗的信 息，从而可以测得光纤的衰减。
波长——λ（μm）
L波段
内容
一、衰减测量的光激励 二、剪断法 三、插入损耗法 四、背向散射法 五、光时域反射计
光纤测量的注入条件
一、衰减测量的光激励
1．多模光纤的注入条件 当光耦合进多模光纤时，会激励起很多模式，这 些模式所携带的能量各不和同，传输时的损耗也 不相同，而且由于光纤的弯曲及结构的不均匀性 等原因，使得各模式之间发生能量转换．经过相 当长一段距离后，最终损耗较小的低阶模将携带 较大光功率、损耗较大的高阶模将携带较小光功 率，于是各个模式携带和传送的光功率达到稳定， 此时称为稳态模分布，因此对于多模光纤各参数 的测量，只有在它达到稳态模分布之后才有意 义．
光纤传感技术 Fiber Optical Sensor
第三章 光纤衰减测量 Measurement of Fiber Attenuation
普通单模光纤的衰减随波长变化示意图
衰减（dB/km）
6
5
第一窗口
4
3
2
1
0。4 0。2
C 波段
1525~1565nm 第二窗口 第三窗口
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.57 1.62
可分辨的两个故障点的最小距离为
式中为脉冲宽度。对单脉冲来说．其能量取决于脉 宽，故瑞利散射回来的信号能量也取决于脉宽，因而， 提高分辨势必降低信噪比，怎样才能在不加宽单脉冲 宽度的基础上提高脉冲的能量呢? 采用编码信号代替单脉冲可以解决上述的矛盾。此时， 响应的分辨率取决于编码序列的码元宽度，不取决于 编码序列的总长度。然而，信号的能量取决于编码序 列的相关长度，其相关长度越长越好。 例如纠错编码序列，一种是伪随机序列。
HP8145A工作原理
HP 8145A采用格林码作为输入光的调制信号。 格林码是一种纠错编码脉冲。它的自相关函数的 特点是主瓣(时域)近似于一个d函数，而旁瓣很小 (实际可达峰值的10％)。
格林码（循环码－－Cyclic code) 1957 年发现 循环性——任一许用码字经过循环移位后，得到的 码组仍为一个许用码组
一、衰减测量的光激励
②滤摸器 当光耦合进光纤时．会激起瞬态模或其他不需要的传
导模，为了测量准确，要抑制掉这些模式，那么用来滤 除这些模的器件称为滤模器．通常这些需滤去的模损耗 都较大．如对光纤稍加弯曲，这些模很块就会衰减掉．
一、衰减测量的光激励
③包层模剥除器
当光耦合进光纤时，不仅会激起传导模，还会激 起非传导的辐射模辐射到包层中．当光纤的涂敷 层的折射率比包层的折射率低时，辐射模会在包 层与涂覆层界面上发生全反射，从而在包层中传 输，形成包层模．因为包层模会对测量产生严重 影响，所以需要除去． 包层模剥除器是一种使包层模转换成辐射模的部 件，它可以将包层模从光纤中除掉。
特此通知。 教务处
2006年10月8日
校准输入参考电平
返回
衰减测量
返回
三、背向散射法
背向散射记录曲线1
a—由于耦合部件和光纤前端面引起的菲涅耳反射脉冲。 b—光脉冲沿具有均匀损耗的光纤段传播时的背向瑞利散射曲 线。 c—由于接头或耦合不完善引起的损耗，或由于光纤存在某些缺 陷引起的高损耗区。 d—光纤断裂处，此处损耗峰的大小反映出损坏的程度。 e—光纤末端引起的菲涅耳反射脉冲。
五、光时域反射计(OTDR）
(Optical time domain reflectometer )
OTDR是利用背向散射法所做成的仪器。用单脉冲 做探测信号的传统的OTDR 存在着分辨率和信噪比、 动态范围、测量时间之间的矛盾。 如何解决这个矛盾？原则：在保证分辨率的前提下， 尽可能提高信噪比和动态范围，并减少测量时间。
美国Acterna公司
§2.5 光纤定向耦合器
第三章 思考题 用背向散射法测量光纤损耗的根据是什么?
关于加强必修课程考试工作的通知
各院（系）： 为了加强对学生学习的过程管理，加强学风建设，提高教学质量，
特对《苏州大学普通高等教育本、专科考试工作的规定》（苏大教 ［２００４］４６号）文中的本科生的必修课程的考试作如下补充说 明：
光纤的损耗系数
21L(PA PB)
返回
分母中2是由于衰减是经 过正向和反向两次的结果
多模光纤 n
r 阶跃型光纤
n
r 梯度型光纤
阶跃型多模光纤 梯度型多模光纤
返回
一、衰减测量的光激励
1．多模光纤的注入条件
能使多模光纤达到稳态模分布的注入条件有两 种方式：满注入和限制注入．所谓满注入就是要 均匀地激励起所有的传导模式，而限制注入就是 只激励起较低损耗的低阶模，而适当的抑制损耗 较大的高阶模． 当测量光纤的损耗时，采用限制注入方式，因为 损耗较大的高阶模的注入，会由于被测光纤长度 不同而使输出光功率不同，从而产生测量误差。
如 (a6a5a4a3a2a1a0) 是循环码的一许用码组 则 (a0a6a5a4a3a2a1) 也是一许用码组
格林码例子 A1左移 3 位后，得A2
A1 : 1 1 0 0 1 0 1 A2: 0 1 0 1 1 1 0
格林码自相关函数
互补格林码自相关函数
HP8145A工作原理框图
美国Acterna公司 MTS 5000光时域反射仪
一、衰减测量的光激励
稳态模功率分布模拟装置
无论以哪种注入方式，要达到稳态模分布需要配 置的设备有：扰模器、滤模器和包层模剥除器．
①扰模器 要达到稳态模分布，需要在光纤中传输很长距 离之后才行，这给测绘带来很多麻烦．根据模耦 合原理，采用强烈的几何扰动的方法．就能使多 模光纤各模式迅速达到稳态分布，这种器件称为 扰模器．
背向散射法原理
10lg P1() L P2()
1L0(lgP1lgP2)(dB/k
P后散射=kPi
用对数表示：
lgP后散射=lgPi+lgk
四、背向散射法
背向散射法测量原理框图
背向散射法是将大 功率的窄脉冲光注 人待测光纤，然后 在同一端检测沿光 纤轴向向后返回的 散射光功率。
信号的接收和处理
3．测量的分辨率、信噪比和动态范围之间存在矛盾。如要 提高故障检测的分辨率，则脉冲的能量要降低，因而信噪比和 动态范围均下降。
由于背向散射法存在上述缺点，故不能作为衰减测量的基准 方法。如怀疑其测量结果时，应以切断法的测量结果为标准。
剪断法与插入法、背向散射法比较
剪断法是根据损耗系数的定义，直接测量 传输光功率而实现的，所用仪器简单，测 量结果准确，因而被确定为基准方法。但 这种方法是破坏性的，不利于多次重复测 量。在实际应用中，可以采用插入法和背 向散射法作为替代方法。插入法和背向散 射法可以根据工作环境，灵活运用。但准 确度不如剪断法。
测量原理
剪断法是一种按衰减定义进行测量的方法。
1L0lgP P1 2(())(dB /km )
L(km)为光纤的长度，P1为输入光功率， P2为出光功率.
二、剪断法
首先，测量整根光纤的输出光功率P2，然后， 保持注入条件不变，在离注入端约2米处切断 光纤，并测量该短光纤的输出光功率P1 。由 于测量是在稳态条件下进行的，且约2米光纤 的衰减可忽略不计，故可将P1 看作是被测光 纤的始端注入功率。 剪断法测量准确度高(误差小于0.1dB)，它是 一种光纤衰减测量的标准方法。
１、本科生的必修课程必须进行期中考试，期中考试的成绩占总 成绩的２５％，期中考试的试卷交由学院（系）保存。
２、教师要检查学生的出勤情况，出勤情况和作业情况计入成绩， 占总成绩的５％。
３、期末考试成绩占总成绩的７０％。 ４、有条件的课程可以组织一定数量的小测验，计入平时成绩， 可对上面的比例作适当的调整。
当光纤存在故障点时，亦可采用此方法检测。
故障点位置： L (C) ti n2
背向散射记录曲线
背向散射法优点
背向散射法与剪断法、插人损耗法 相比，突出的优点是： 1．它是一种非破坏性的测量方法。 2．它是一种单端口测量法，即测量只需在光纤的 一端进行。这便于现场测量数公里的光缆。 3．它可以提供光纤损耗与长度关系的详细信息。 因此，可检测光纤的物理缺陷或断裂点位置，测量 接头损耗和位置，以及测量光纤长度等。
背向散射法的测量误差
测量误差来源于系统的噪声，光纤本身参数的不均匀性以及前、 后散射功率分布的不均匀性等。通常，最大误差可减小到 0.1dB。背向散射法测量衰减时存在的主要问题是：
1．由于背向散射系数非常小，因此注入端需要非常大的光 功率。
2. 由于散射体密度或数值孔径的影响，脉冲宽度值呈现不 均匀性．从而产生某些测量的不确定性。
美国HP公司8145A型OTDR简介
8145A 使用数字相关技术，对单模光纤在1300 nm 时 能 产 生 28dB 的 动 态 测 量 范 围 。 它 比 传 统 的 OTDR 测量速度快150倍，功率分辨率达0.01 dB， 距 离 分 辨 率 为 1m ， 最 大 测 量 距 离 为 200 km 。 OTDR 内部有一个32位微处理器，用以自动计算连 接损耗。它可提供宽度为125ns、250ns、500ns、 1ms、2ms、4ms、8ms几种探测脉冲。光源波长可 选择1300nm和1540nm两种低损耗波长。连接损 耗测量的重复性误差以95％的概率优于0.015dB衰 减 系 数 的 测 量 误 差 以 95 ％ 的 概 率 小 于 0.015dB ／ km .
二、剪断法
2米
在测量衰减时，通常的剪断法要求两次测量，且在光纤始端和 终端使用同一个光源和探测器。
衰减谱测量
注入系统
宽光 谱
波长 滤光 器
二、剪断法
三、插入损耗法
测量原理
(a)校准输入参考电平
(b)衰减测量
四、背向散射法（又称后向散射法）
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，称为背向散射法。 瑞利散射光功率与散射点的入射光功率成正 比，因此测量沿光纤轴向返回的背向瑞利散 射光功率就可以获得光沿光纤传输损耗的信 息，从而可以测得光纤的衰减。
波长——λ（μm）
L波段
内容
一、衰减测量的光激励 二、剪断法 三、插入损耗法 四、背向散射法 五、光时域反射计
光纤测量的注入条件
一、衰减测量的光激励
1．多模光纤的注入条件 当光耦合进多模光纤时，会激励起很多模式，这 些模式所携带的能量各不和同，传输时的损耗也 不相同，而且由于光纤的弯曲及结构的不均匀性 等原因，使得各模式之间发生能量转换．经过相 当长一段距离后，最终损耗较小的低阶模将携带 较大光功率、损耗较大的高阶模将携带较小光功 率，于是各个模式携带和传送的光功率达到稳定， 此时称为稳态模分布，因此对于多模光纤各参数 的测量，只有在它达到稳态模分布之后才有意 义．
光纤传感技术 Fiber Optical Sensor
第三章 光纤衰减测量 Measurement of Fiber Attenuation
普通单模光纤的衰减随波长变化示意图
衰减（dB/km）
6
5
第一窗口
4
3
2
1
0。4 0。2
C 波段
1525~1565nm 第二窗口 第三窗口
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.57 1.62
可分辨的两个故障点的最小距离为
式中为脉冲宽度。对单脉冲来说．其能量取决于脉 宽，故瑞利散射回来的信号能量也取决于脉宽，因而， 提高分辨势必降低信噪比，怎样才能在不加宽单脉冲 宽度的基础上提高脉冲的能量呢? 采用编码信号代替单脉冲可以解决上述的矛盾。此时， 响应的分辨率取决于编码序列的码元宽度，不取决于 编码序列的总长度。然而，信号的能量取决于编码序 列的相关长度，其相关长度越长越好。 例如纠错编码序列，一种是伪随机序列。
HP8145A工作原理
HP 8145A采用格林码作为输入光的调制信号。 格林码是一种纠错编码脉冲。它的自相关函数的 特点是主瓣(时域)近似于一个d函数，而旁瓣很小 (实际可达峰值的10％)。
格林码（循环码－－Cyclic code) 1957 年发现 循环性——任一许用码字经过循环移位后，得到的 码组仍为一个许用码组
一、衰减测量的光激励
②滤摸器 当光耦合进光纤时．会激起瞬态模或其他不需要的传
导模，为了测量准确，要抑制掉这些模式，那么用来滤 除这些模的器件称为滤模器．通常这些需滤去的模损耗 都较大．如对光纤稍加弯曲，这些模很块就会衰减掉．
一、衰减测量的光激励
③包层模剥除器
当光耦合进光纤时，不仅会激起传导模，还会激 起非传导的辐射模辐射到包层中．当光纤的涂敷 层的折射率比包层的折射率低时，辐射模会在包 层与涂覆层界面上发生全反射，从而在包层中传 输，形成包层模．因为包层模会对测量产生严重 影响，所以需要除去． 包层模剥除器是一种使包层模转换成辐射模的部 件，它可以将包层模从光纤中除掉。
特此通知。 教务处
2006年10月8日
校准输入参考电平
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衰减测量
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三、背向散射法
背向散射记录曲线1
a—由于耦合部件和光纤前端面引起的菲涅耳反射脉冲。 b—光脉冲沿具有均匀损耗的光纤段传播时的背向瑞利散射曲 线。 c—由于接头或耦合不完善引起的损耗，或由于光纤存在某些缺 陷引起的高损耗区。 d—光纤断裂处，此处损耗峰的大小反映出损坏的程度。 e—光纤末端引起的菲涅耳反射脉冲。
五、光时域反射计(OTDR）
(Optical time domain reflectometer )
OTDR是利用背向散射法所做成的仪器。用单脉冲 做探测信号的传统的OTDR 存在着分辨率和信噪比、 动态范围、测量时间之间的矛盾。 如何解决这个矛盾？原则：在保证分辨率的前提下， 尽可能提高信噪比和动态范围，并减少测量时间。
美国Acterna公司
§2.5 光纤定向耦合器
第三章 思考题 用背向散射法测量光纤损耗的根据是什么?
关于加强必修课程考试工作的通知
各院（系）： 为了加强对学生学习的过程管理，加强学风建设，提高教学质量，
特对《苏州大学普通高等教育本、专科考试工作的规定》（苏大教 ［２００４］４６号）文中的本科生的必修课程的考试作如下补充说 明：
光纤的损耗系数
21L(PA PB)
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分母中2是由于衰减是经 过正向和反向两次的结果
多模光纤 n
r 阶跃型光纤
n
r 梯度型光纤
阶跃型多模光纤 梯度型多模光纤
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一、衰减测量的光激励
1．多模光纤的注入条件
能使多模光纤达到稳态模分布的注入条件有两 种方式：满注入和限制注入．所谓满注入就是要 均匀地激励起所有的传导模式，而限制注入就是 只激励起较低损耗的低阶模，而适当的抑制损耗 较大的高阶模． 当测量光纤的损耗时，采用限制注入方式，因为 损耗较大的高阶模的注入，会由于被测光纤长度 不同而使输出光功率不同，从而产生测量误差。
如 (a6a5a4a3a2a1a0) 是循环码的一许用码组 则 (a0a6a5a4a3a2a1) 也是一许用码组
格林码例子 A1左移 3 位后，得A2
A1 : 1 1 0 0 1 0 1 A2: 0 1 0 1 1 1 0
格林码自相关函数
互补格林码自相关函数
HP8145A工作原理框图
美国Acterna公司 MTS 5000光时域反射仪
一、衰减测量的光激励
稳态模功率分布模拟装置
无论以哪种注入方式，要达到稳态模分布需要配 置的设备有：扰模器、滤模器和包层模剥除器．
①扰模器 要达到稳态模分布，需要在光纤中传输很长距 离之后才行，这给测绘带来很多麻烦．根据模耦 合原理，采用强烈的几何扰动的方法．就能使多 模光纤各模式迅速达到稳态分布，这种器件称为 扰模器．
背向散射法原理
10lg P1() L P2()
1L0(lgP1lgP2)(dB/k
P后散射=kPi
用对数表示：
lgP后散射=lgPi+lgk
四、背向散射法
背向散射法测量原理框图
背向散射法是将大 功率的窄脉冲光注 人待测光纤，然后 在同一端检测沿光 纤轴向向后返回的 散射光功率。
信号的接收和处理
3．测量的分辨率、信噪比和动态范围之间存在矛盾。如要 提高故障检测的分辨率，则脉冲的能量要降低，因而信噪比和 动态范围均下降。
由于背向散射法存在上述缺点，故不能作为衰减测量的基准 方法。如怀疑其测量结果时，应以切断法的测量结果为标准。
剪断法与插入法、背向散射法比较
剪断法是根据损耗系数的定义，直接测量 传输光功率而实现的，所用仪器简单，测 量结果准确，因而被确定为基准方法。但 这种方法是破坏性的，不利于多次重复测 量。在实际应用中，可以采用插入法和背 向散射法作为替代方法。插入法和背向散 射法可以根据工作环境，灵活运用。但准 确度不如剪断法。
测量原理
剪断法是一种按衰减定义进行测量的方法。
1L0lgP P1 2(())(dB /km )
L(km)为光纤的长度，P1为输入光功率， P2为出光功率.
二、剪断法
首先，测量整根光纤的输出光功率P2，然后， 保持注入条件不变，在离注入端约2米处切断 光纤，并测量该短光纤的输出光功率P1 。由 于测量是在稳态条件下进行的，且约2米光纤 的衰减可忽略不计，故可将P1 看作是被测光 纤的始端注入功率。 剪断法测量准确度高(误差小于0.1dB)，它是 一种光纤衰减测量的标准方法。
１、本科生的必修课程必须进行期中考试，期中考试的成绩占总 成绩的２５％，期中考试的试卷交由学院（系）保存。
２、教师要检查学生的出勤情况，出勤情况和作业情况计入成绩， 占总成绩的５％。
３、期末考试成绩占总成绩的７０％。 ４、有条件的课程可以组织一定数量的小测验，计入平时成绩， 可对上面的比例作适当的调整。
当光纤存在故障点时，亦可采用此方法检测。
故障点位置： L (C) ti n2
背向散射记录曲线
背向散射法优点
背向散射法与剪断法、插人损耗法 相比，突出的优点是： 1．它是一种非破坏性的测量方法。 2．它是一种单端口测量法，即测量只需在光纤的 一端进行。这便于现场测量数公里的光缆。 3．它可以提供光纤损耗与长度关系的详细信息。 因此，可检测光纤的物理缺陷或断裂点位置，测量 接头损耗和位置，以及测量光纤长度等。
背向散射法的测量误差
测量误差来源于系统的噪声，光纤本身参数的不均匀性以及前、 后散射功率分布的不均匀性等。通常，最大误差可减小到 0.1dB。背向散射法测量衰减时存在的主要问题是：
1．由于背向散射系数非常小，因此注入端需要非常大的光 功率。
2. 由于散射体密度或数值孔径的影响，脉冲宽度值呈现不 均匀性．从而产生某些测量的不确定性。
美国HP公司8145A型OTDR简介
8145A 使用数字相关技术，对单模光纤在1300 nm 时 能 产 生 28dB 的 动 态 测 量 范 围 。 它 比 传 统 的 OTDR 测量速度快150倍，功率分辨率达0.01 dB， 距 离 分 辨 率 为 1m ， 最 大 测 量 距 离 为 200 km 。 OTDR 内部有一个32位微处理器，用以自动计算连 接损耗。它可提供宽度为125ns、250ns、500ns、 1ms、2ms、4ms、8ms几种探测脉冲。光源波长可 选择1300nm和1540nm两种低损耗波长。连接损 耗测量的重复性误差以95％的概率优于0.015dB衰 减 系 数 的 测 量 误 差 以 95 ％ 的 概 率 小 于 0.015dB ／ km .
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光纤衰减系数的测量、LED的P-I特性测量
垂直张开度 水平张开度
实验内容与步骤
一、码型变换
（一）实验内容
1、了解光纤通信采用的线路码型及CMI码的特点。
2、了解CMI码的编解码实现方法。
3、分析CMI编解码器电路的各个测量点的波形。
4、比较CLK时钟、NRZ码及CMI码的异同。
(二)实验步骤
1、接好电源，打开交流电源，按下直流电源开关K1、K2，发光二极管D5—D14循环点亮，电路即正常工作。按下“复缆中传输的线路码通常为三电平的“三阶高密度双极性码，即HDB3码”，它是一种传号以正负极性交替发送的码型。在数字光纤通信中由于光源不可能发射负的光脉冲，因而不能采用HDB3码，只能采用“0”“1”二电平。
2、CMI码的编码规则是怎样的，CMI编解码器输入信码与输出信码的码型、码速各是怎样的？
2、按下“CMI”键后再按下“确认”键，向系统下达进行CMI编解码器实验的命令，并将K702跳线置于CMI处。用CLK时钟送入NRZ码到CMI编码，用示波器测出编码电路测量点TP110和TP114的波形。测量各点波形时示波器应接地，示波器探头的接地线要与GND接地点保持接触良好。
3、用示波器测出解码电路各测试点TP504和TP507的波形。
80
90
100
P
1.797μW
2.141μW
2.568μW
2.951μW
3.492μW
分析：实验数据值与标定值相近，但是有一定的误差，可能原因是仪器的老化。
思考题解答
1.讨论截断损耗测试法的误差有哪些？
答：（1）测量长度时可能测量不精确；
（2）光功率计、扰模器等仪器存在一定的噪声和干扰。
2.分析平均光发送功率的测试误差来源。
编码器输入32Kb/s的单极性的信码，输出64Kb/s的CMI码。
实验内容与步骤
一、码型变换
（一）实验内容
1、了解光纤通信采用的线路码型及CMI码的特点。
2、了解CMI码的编解码实现方法。
3、分析CMI编解码器电路的各个测量点的波形。
4、比较CLK时钟、NRZ码及CMI码的异同。
(二)实验步骤
1、接好电源，打开交流电源，按下直流电源开关K1、K2，发光二极管D5—D14循环点亮，电路即正常工作。按下“复缆中传输的线路码通常为三电平的“三阶高密度双极性码，即HDB3码”，它是一种传号以正负极性交替发送的码型。在数字光纤通信中由于光源不可能发射负的光脉冲，因而不能采用HDB3码，只能采用“0”“1”二电平。
2、CMI码的编码规则是怎样的，CMI编解码器输入信码与输出信码的码型、码速各是怎样的？
2、按下“CMI”键后再按下“确认”键，向系统下达进行CMI编解码器实验的命令，并将K702跳线置于CMI处。用CLK时钟送入NRZ码到CMI编码，用示波器测出编码电路测量点TP110和TP114的波形。测量各点波形时示波器应接地，示波器探头的接地线要与GND接地点保持接触良好。
3、用示波器测出解码电路各测试点TP504和TP507的波形。
80
90
100
P
1.797μW
2.141μW
2.568μW
2.951μW
3.492μW
分析：实验数据值与标定值相近，但是有一定的误差，可能原因是仪器的老化。
思考题解答
1.讨论截断损耗测试法的误差有哪些？
答：（1）测量长度时可能测量不精确；
（2）光功率计、扰模器等仪器存在一定的噪声和干扰。
2.分析平均光发送功率的测试误差来源。
编码器输入32Kb/s的单极性的信码，输出64Kb/s的CMI码。
光通信技术基础 光纤光缆 的讲解PPT课件
数值孔径
c
o
1
2
3
3 2
qC l
L
θ
y q1
1
z x 纤芯n1
包层n2
接收锥
NA表示光纤接收和传输光的能力，NA(或θc)越大，光 纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。
NA越大， 纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性 能越好; 但NA越大，经光纤传输后产生的信号畸变越大。
35
数值孔径：NA，导模，最大角度（可逆性） 是光纤能接收光辐射角度范围的参数，是表征
本章的重点： 光纤具有何种结构 光在光纤中如何传播 光纤的常用术语 光在光纤中传输信号衰减的主要机制。 dBm的计算，对通信用光纤的衰减有量级概念 光纤衰减的测量方法 光在光纤中传输信号，色散是如何影响传输的。
光纤的非线性效应有哪些，它们对通信的影响有一个概 念性的了解 光纤的简单分类（单模分类）：了解652光纤的零色散 点以及1550的色散值，653光纤和655光纤的色散特点 和名称，以及他们的应用环境。对656和657光纤有简 单的了解。 光纤是由什么材料制造的,光纤是如何制造的
(
x)
s
(
x)
dx
R(z)：反射系数 P(z)：光到达待测点z处的功率 α s(x)：背向散射光的单位长度衰减系数 α i(x)：光信号沿正向传播时单位长度损耗系数 Pi：输入功率
典型测量曲线
a段：由于耦合设备和光纤前端面引起的菲涅尔反射脉冲 b段：光脉冲沿具有均匀特性的光纤段传播时的背向散射曲线 c段：光纤的高损耗区，焊点等 d段：光纤活动连接、裂痕（或气泡） e段：光纤终端引起的反射损耗
测量特点： 基准测试法，属于破坏性测量，测量精度高，误差可
低于0.1dB 剪断法光纤损耗测量系统框图
光纤的损耗特性PPT教学课件
第四讲 光纤的损耗特性
主要内容
• 一、损耗的定义 • 二、损耗的种类及其产生原因 • 三、损耗波谱特性
损耗的定义
当光在光纤中传输时，随着传输距离的增
加，光功率逐渐减小，这种现象即称为
光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表
示：
10 lg Pi
L Po
(单位：dB/km)
• 损耗大小影响光纤的传输距离长短和中
3．三处最有可能发展成为城 市的是哪一处？为什么？除此 而外，你知道哪些地方还分布 有较大的城市？ 4. 综上所述，影响聚落形成 和发展的因素有哪些？
乡村的分布：乡村民居有的集中， 有的分散，大多依山傍水，沿河流、 山麓或公路、铁路分布。
城市的分布：城市是由乡村发展
而来的，在干流与支流汇合处，或 河流入海处，往往形成比较大的城市。
沿河流而建，屋顶坡度大，墙体单薄，门窗 较大。因南方降水量大，气温高。
形成和发展
聚 落
形式
分布
与地理环 境的关系
世界民居
1、城市与乡村的差异表现在 A乡村的道路较城市密集、错综复杂。 B人口的职业构成有较大的差异 C功能差别，乡村功能较为复杂 D人口密度不同，乡村人口稠密 2、下列哪种条件不利于聚落的形成 A水源充足 B交通便利 C自然资源丰富 D崎岖山地
6、读下图，北非的民居的屋顶大多是平顶。
这是为什么？
• 北非气候干旱，屋顶建成平顶还可晾晒农 产品。
7、民居临湖分布的现象相当普遍，在支流与干流汇 合处，或者河流入海处，往往形成比较大的城市。你 能解释这些现象吗？
临河临湖分布，水运交通便利，有利于物资 和人员的集散，容易形成较大城市。
课下搜集有关北极地区因纽特 人的冰屋、我国黄土高原的窑洞、 云南西双版纳地区的傣族竹楼的资 料和图片，试比较它们与当地自然 环境的关系。
主要内容
• 一、损耗的定义 • 二、损耗的种类及其产生原因 • 三、损耗波谱特性
损耗的定义
当光在光纤中传输时，随着传输距离的增
加，光功率逐渐减小，这种现象即称为
光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表
示：
10 lg Pi
L Po
(单位：dB/km)
• 损耗大小影响光纤的传输距离长短和中
3．三处最有可能发展成为城 市的是哪一处？为什么？除此 而外，你知道哪些地方还分布 有较大的城市？ 4. 综上所述，影响聚落形成 和发展的因素有哪些？
乡村的分布：乡村民居有的集中， 有的分散，大多依山傍水，沿河流、 山麓或公路、铁路分布。
城市的分布：城市是由乡村发展
而来的，在干流与支流汇合处，或 河流入海处，往往形成比较大的城市。
沿河流而建，屋顶坡度大，墙体单薄，门窗 较大。因南方降水量大，气温高。
形成和发展
聚 落
形式
分布
与地理环 境的关系
世界民居
1、城市与乡村的差异表现在 A乡村的道路较城市密集、错综复杂。 B人口的职业构成有较大的差异 C功能差别，乡村功能较为复杂 D人口密度不同，乡村人口稠密 2、下列哪种条件不利于聚落的形成 A水源充足 B交通便利 C自然资源丰富 D崎岖山地
6、读下图，北非的民居的屋顶大多是平顶。
这是为什么？
• 北非气候干旱，屋顶建成平顶还可晾晒农 产品。
7、民居临湖分布的现象相当普遍，在支流与干流汇 合处，或者河流入海处，往往形成比较大的城市。你 能解释这些现象吗？
临河临湖分布，水运交通便利，有利于物资 和人员的集散，容易形成较大城市。
课下搜集有关北极地区因纽特 人的冰屋、我国黄土高原的窑洞、 云南西双版纳地区的傣族竹楼的资 料和图片，试比较它们与当地自然 环境的关系。
光纤的测量
（3）用一根性能和被测光纤相同的辅助光纤代替 光纤耦合长度作用。
剪断法光纤损耗测试系统图
插入法
插入法是在注入装置的输出和光检 测器的输入之间用1～2m长的短光纤直 接连接，测出光功率Pi，然后在两者 间插入被测光纤，再测出光功率Po， 据此计算损耗系数。
插入法光纤损耗测试系统图
调制 振荡器
被测光纤
பைடு நூலகம்、带宽测量
光纤带宽是色散在频域的反映， 多模光纤的带宽主要由模式色散引 起。带宽的测试方法主要有时域法 和频域法。
• 时域法——又称脉冲展宽法。利 用测量通过光纤的光脉冲产生的 脉冲宽度确定光纤的带宽。
• 频域法——又称扫频法，通过光 纤的频率响应来测量带宽，此法 多用于多模光纤的测量。
时域法测试系统框图
光纤的测量
主要内容
• 一、损耗测量 • 二、带宽测量 • 三、色散测量 • 四、截止波长测量
光纤的特性参数
• 几何特性——纤芯与包层的直径、偏 心度、非圆率
• 光学特性——折射率分布、数值孔径、 模场直径和截止波长
• 传输特性——损耗、带宽、色散
一、损耗测量
• 剪断法 • 插入法 • 后向散射法
频域法测试系统框图
频域法测试曲线
三、色散测量
• [测试方法]： 相移法是测量单模光纤的色散的方法。
• [相移法测量原理] 用角频率为ω的正弦信号调制的光波，经长度为L的
单模光纤传输后，其时延取决于光波长λo。不同时延 产生不同的相位φ，用波长为λ1和λ2的受调制光波， 分别通过被测光纤，产生的时延差为Δτ，相移为Δφ， 则长度为L的光纤总色散为
C()L
光纤色散系数为 C() (L)
相移法测量系统框图
光纤工程中的衰减测试
光纤工程中的衰减测试(1)波长选择(λ):因不同的波长对应不同的光线特性(包括衰减、微弯等)，测试波长一般遵循与系统传输通信波长相对应的原则，即系统开放1550波长，则测试波长为1550nm。
(2)脉宽(PulseWidth):脉宽越长，动态测量范围越大，测量距离更长，但在OTDR曲线波形中产生盲区更大;短脉冲注入光平低，但可减小盲区。
脉宽周期通常以ns来表示。
(3)测量范围(Range):OTDR测量范围是指OTDR获取数据取样的最大距离，此参数的选择决定了取样分辨率的大小。
最佳测量范围为待测光纤长度1.5~2倍距离之间。
(4)平均时间:由于后向散射光信号极其微弱，一般采用统计平均的方法来提高信噪比，平均时间越长，信噪比越高。
例如，3min的获得取将比1min的获得取提高0.8dB的动态。
但超过10min的获得取时间对信噪比的改善并不大。
一般平均时间不超过3min。
(5)光纤参数:光纤参数的设置包括折射率n和后向散射系数n和后向散射系数η的设置。
折射率参数与距离测量有关，后向散射系数则影响反射与回波损耗的测量结果。
这两个参数通常由光纤生产厂家给出。
参数设置好后，OTDR即可发送光脉冲并接收由光纤链路散射和反射回来的光，对光电探测器的输出取样，得到OTDR曲线，对曲线进行分析即可了解光纤质量。
2经验与技巧(1)光纤质量的简单判别:正常情况下，OTDR测试的光线曲线主体(单盘或几盘光缆)斜率基本一致，若某一段斜率较大，则表明此段衰减较大;若曲线主体为不规则形状，斜率起伏较大，弯曲或呈弧状，则表明光纤质量严重劣化，不符合通信要求。
(2)波长的选择和单双向测试:1550波长测试距离更远，1550nm比1310nm光纤对弯曲更敏感，1550nm比1310nm单位长度衰减更小、1310nm比1550nm测的熔接或连接器损耗更高。
在实际的光缆维护工作中一般对两种波长都进行测试、比较。
对于正增益现象和超过距离线路均须进行双向测试分析计算，才能获得良好的测试结论。
光纤的基本特性及测试全PPT课件
直接比较法:是用图7.2.2所示的装置
图7.2.2 双接收器比较法示意图
SP必须为中性分数 器，因为一般的多 模分束器只对某一 波长某一角度21的入 射光起作用
R和t分别为分束器的反射光量和透射光量(R+t=100%)，并 且R和t不随波长而改变。如果接收器A和B所接收到的光通量分
别为 I 和A I，B 则光纤的损耗为:
1L0Log
P1 P2
1光源；2光纤注入系统；3待测光纤； 4光纤探测器
截断法测量聚合物光纤损耗原理
23
7.2.2 背向散射法
在光纤中不可避免地存在着由于折射率或物质不均 匀而产生的瑞利散射。瑞利散射光的特点是散射光 波长与入射光波长相同，散射光功率与该点入射功 率成正比
背向散射法:如果入射端注入一个大功率窄脉冲信 号。设法有效地接收这一背向散射信号，则可以 从中得到光纤的衰减系数。
在光纤中，色散有如下几种: (1)材料色散( )。这就是材料本身的折射率随频率而变，
于是，不同频率的光波传输的群速度不同，由于这个原因所产生 的色散叫做材料色散。这种色散在单模中占主要地位。
(2)多模色散( m )。它是由于传输的各模之间的群速度
不同所引起的色散，这种色散仅出现在多模光纤中，又称
前言
光纤的基本特性
光纤几何参数： 1.纤芯、包层直径、不园度、偏芯率 2.数值孔径 3.折射率分布
光纤物理参数： 1.损耗 2.色散 3.偏振、双折射
4
光学几何参量测量: 1.数值孔径:
N.A.n0sinm
2.折射率分布: (一)反射法:
P消除杂散光
5
(二)干涉法:
n n2 1gR 4R
n N t
110lg IA gt
光纤衰减测量
• 包层模剥除器是一种使包层模转换成辐射模 的部件，它可以将包层模从光纤中除掉。 • 由于光具有向高折射率介质折射的性质，将 滤模器中那一段光纤的涂敷层去掉，并浸在 折射率等于或稍大于包层折射率的匹配液中。 • 匹配液可以采用丙三醇(甘油)、四氯化碳和 液态石腊等。
包层模剥除器：一种使包层模转换成辐射模的部件。它可将 包层模从光纤中除掉。 如何实现包层模剥除？ 利用光束具有向高折射率介质方向偏折的性质。
3.3 剪断法
• 光纤损耗测量有两种基本方法： • 一种是测量通过光纤的传输光功率，称剪断法 和插入法； • 另一种是测量光纤的后向散射光功率，称后向 散射法。
1. 剪断法原理
剪断法是一种按衰减定义进行测量的方法，要求稳态注入条件。 A.测量整根光纤的输出功率p2()。 B.保持注入条件不变，离注入端约2m处剪断光纤，测量该处光纤的输出光功 率p 1 ( ) 。 在稳态条件下，约2m光纤的衰减可忽略不计。故p1()可看作被测光纤 的始端的注入功率。
测量衰减谱，光源的选择很重要 为了测量衰减谱，测量装置的光源应选用宽谱灯（卤灯），使用滤光片轮 选择波长。 单一波长的衰减测量使用窄谱的激光器光源。
光探测器要求：
（1）应能截取出射光锥的全部光，
采用大面积的探测器。 （2）它的光谱响应与光源特性一致。
多模光纤和单模光纤测量装 置的区别
测量装置基本相同。 不同之处: （1）注入条件；
纤输出端和输入端远场辐射角以及近场光斑尺寸均相一
致(匹配)，衰减符合长度相加性。
只有在稳态模式分布的条件下，才能得到惟一代表光纤本 征特性的α值。
获得稳态模式分布有三种方法：
(1) 建立NAb≈NAf 的光学系统； (2) 建立稳态模功率分布模拟器，一般包括扰模器、滤模器 和包层模消除器； (3) 用一根性能和被测光纤相同或相似的辅助光纤，代替光 纤耦合长度的作用，这种方法在现场应用得非常方便。 稳态模功率分布装置是根据耦合的机理，通过强烈的几 何扰动促使光纤中模式耦合尽快达到稳态分布的方法构成。
测量光纤的色散和衰减
实验十八 测量光纤的色散和衰减实验序号 No:225046测量光纤的色散和衰减Measurement of Fiber Dispersion and Attenuation 实验简介色散是光纤的传输特性之一，不同波长的光脉冲在光纤中具有不同的传播速 度，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。
光纤的色散现象对光纤通信极为不 利。
光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉 冲相重叠现象，形成传输码的失误差错。
为避免误码出现，就要拉长脉冲间距， 导致传输速率降低，减少了通信容量。
光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长 而越来越严重，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。
一、实现目的1、通过测量单模光纤的 13/15 之间以及 1550 窗口内两点之间的色散值，了解并掌握相移法 测量单模光纤色散的方法。
2, 通过测量单模光纤的衰减值，了解测量光纤损耗的常用方法之一：插入法（实际测量中 很多器件的插损、损耗都使用这种方法）。
二、实验原理（一）、色散概述色散是光纤的传输特性之一。
由于不同波长的光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因 此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。
光纤的色散现象对光纤通信极为不利。
光纤数 字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象， 即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。
为避免误码出现，就要拉长脉冲间 距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。
另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距 离的增长而越来越严重。
因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。
光纤的色散可分 为：1．模式色散又称模间色散：光纤的模式色散只存在于多模光纤中。
每一种模式到达光纤终 端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，从而出现色散现象。
2．材料色散：含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波在玻璃中的折射 率 ) (l n 不相同，传输速度不同就会引起脉冲展宽，导致色散。
光纤衰减带宽测量
(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。
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
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。
光纤传输特性的测量
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。
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。
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)
用半导体激光器作为光源测量光纤色散的基本装置. 此装置的优点是设备较简单，动态范围也比较大；缺点是 数据点减少，因此有可能影响到测量精度。故它适合于制 成仪表化的测试系统。
光源
单模光纤色散的测量可采用群时延相移法。 群时延相移法——通过测量不同波长下同一正弦调 制信号的相移得出群时延与波长的关系，进而算出色散 系数。 群时延相移法的本质是通过比较光纤基带调制信号 在不同波长下的相位来确定色散的特性。
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。
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
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。
光纤传输特性的测量
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。
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。
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)
用半导体激光器作为光源测量光纤色散的基本装置. 此装置的优点是设备较简单，动态范围也比较大；缺点是 数据点减少，因此有可能影响到测量精度。故它适合于制 成仪表化的测试系统。
光源
单模光纤色散的测量可采用群时延相移法。 群时延相移法——通过测量不同波长下同一正弦调 制信号的相移得出群时延与波长的关系，进而算出色散 系数。 群时延相移法的本质是通过比较光纤基带调制信号 在不同波长下的相位来确定色散的特性。
光纤衰减测量.ppt
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章
光纤的基本原理 光纤系统转换器和元件连接 光纤衰减测量 光纤色散测量 光纤传感器基本原理
第六章 第七章 第八章 第九章
光纤机械量传感器 光纤热工量传感器 光纤电磁量传感器 医用光纤传感器
第三章
光纤衰减测量
衰减是光纤传输特性的重要参量，它的
测量是光纤传输特性测量的重要内容之一。 衰减直接影响光纤的传输效率。对通信应用 的光纤，低衰减特性尤为重要。
3.3 剪断法
光纤损耗测量有两种基本方法：一种是测量通 过光纤的传输光功率，称剪断法和插入法；另 一种是测量光纤的后向散射光功率，称后向散 射法。
3.3.1. 剪断法原理
光纤衰减和光纤衰减系数
A 10 p a lg 1 ( dB /Km ) L L p 2
式中， L为被测光纤长度 (km) ， P1 和 P2 分别为输入光功 率和输出光功率(mW或W)。
乾淨清潔的端面
髒污的端面
損壞的端面
可調式光衰減器
模擬光衰減,可用於製造,或電信.
接收端需裝置幾dB固定式光衰減器,使其於在最佳 的光功率下工作.
3.5 背向散射法
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。
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
To Power Meter End
Power meter
光源 A
光源 B
Power meter
光纖顯微鏡
測試光纖接頭是否乾淨,可放大至400倍.當傳輸 速率愈來愈快,565Mb/s2.5Gb/s 10Gb/s 40Gb/s,如果光纖接頭不乾淨,將會影響傳輸的 品質.
光纤的基本原理 光纤系统转换器和元件连接 光纤衰减测量 光纤色散测量 光纤传感器基本原理
第六章 第七章 第八章 第九章
光纤机械量传感器 光纤热工量传感器 光纤电磁量传感器 医用光纤传感器
第三章
光纤衰减测量
衰减是光纤传输特性的重要参量，它的
测量是光纤传输特性测量的重要内容之一。 衰减直接影响光纤的传输效率。对通信应用 的光纤，低衰减特性尤为重要。
3.3 剪断法
光纤损耗测量有两种基本方法：一种是测量通 过光纤的传输光功率，称剪断法和插入法；另 一种是测量光纤的后向散射光功率，称后向散 射法。
3.3.1. 剪断法原理
光纤衰减和光纤衰减系数
A 10 p a lg 1 ( dB /Km ) L L p 2
式中， L为被测光纤长度 (km) ， P1 和 P2 分别为输入光功 率和输出光功率(mW或W)。
乾淨清潔的端面
髒污的端面
損壞的端面
可調式光衰減器
模擬光衰減,可用於製造,或電信.
接收端需裝置幾dB固定式光衰減器,使其於在最佳 的光功率下工作.
3.5 背向散射法
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。
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
To Power Meter End
Power meter
光源 A
光源 B
Power meter
光纖顯微鏡
測試光纖接頭是否乾淨,可放大至400倍.當傳輸 速率愈來愈快,565Mb/s2.5Gb/s 10Gb/s 40Gb/s,如果光纖接頭不乾淨,將會影響傳輸的 品質.