光纖傳輸特性測量

光纖的基帶響應(yīng)可用脈沖響應(yīng)g（t）（時域）或頻率響應(yīng)Gb（ω）（頻域）表達。帶寬以頻域定義，數(shù)值等于幅頻曲線下降到最大值一半處所對應(yīng)的頻率，即－6dB電帶寬，或－3dB光帶寬。

帶寬的直接測量只用在多模光纖。多模傳輸，不同模式的群速度不同，如果模式功率沒有達到穩(wěn)態(tài)或平衡分布，則激勵很小的變化會使接收的功率分布產(chǎn)生較大的變化，難以獲得重復(fù)的可靠測量結(jié)果，因此要求獲得接收功率穩(wěn)態(tài)分布的注入條件是十分重要的。

測量可應(yīng)用剪斷法或介入法。

測量光纖的損耗有三種方法：剪斷法、介入損耗法和背向散射法。剪斷法測量精度高，適于在實驗室和工廠采用。介入損耗法測量精度和重復(fù)性受到連接器的影響，不如剪斷法，適合現(xiàn)場使用。背向散射法是通過測量被測光纖的背向散射光來測量光纖損耗的方法，光纖均勻時測量梢度僅次于剪斷法。它的測量設(shè)備是一臺智能化儀表，使用方便。

損耗測量的注入條件：為了精確地測量光纖損耗，注入被測光纖的光波應(yīng)滿足以下條件。①多模光纖，光源激發(fā)出的各個模式間耦合應(yīng)達到動態(tài)平衡，各模式中的功率分配比例一定，即光纖輸出端的場圖的功率分布不隨光纖長度變化。措施是加擾模器；②加濾模器，用以消除單模光纖測量中的高次模；③加包層模消除器，用以消除包層模。

損耗測量設(shè)備的連接如圖1所示。

② 如圖1（b）所示。P1是發(fā)送系統(tǒng)與接收系統(tǒng)直接連接，校整后記錄的接收（參考）功率，P2是插入光纖后，記錄的接收功率。被測光纖的損耗A=101g（P1/P2）－Ca，dB，這里Ca是一個連接器的標稱平均損耗。

③ 背向散射法

④ （見光時城反射測量）

模場直徑2W，是描述光纖中光能沿光纖半徑集中程度的一個參量。它有一個嚴格的用積分來表示的數(shù)學(xué)表達式。模場直徑可用遠場掃描法、可變孔徑法和近場掃描法等測量。

遠場掃描法是一種嚴格與定義表達式聯(lián)系的測量方法。測試方框圖如圖4(a)所示。

掃描機械為一具有針孔式帶有尾纖的光電檢測器，測出遠場強度F2（q），其中q=sinθ/λ然后從定義數(shù)學(xué)表達式算出模場直徑。

可變孔徑法，使用1個至少有12個不同孔徑的掃描機械。這些孔徑應(yīng)包括數(shù)值孔徑從0.02到0.25（對色散移位光纖應(yīng)為0.4）半張角的范圍。通過孔徑傳輸?shù)墓?，由透鏡會聚到檢測器上。測量出每個孔徑傳送的光功率P（x），并且求出互補孔徑傳輸函數(shù)a（x）；a（x）=1－[P(x)/]，這里x=D·tanθ是孔徑半徑，D為孔徑與光纖端面的距離，Pmax為最大孔徑傳輸?shù)墓β?。然后?W與a（x）相應(yīng)公式算出模場直2W。

刀口掃描法使用一個直線性的刀口掃描機械。刀口應(yīng)與光纖軸和刀片邊正交，測量由刀口傳送的光功率K（x），它是刀口位置的函數(shù)，x=D·tanθ為刀口側(cè)向移動位置，D為刀口與光纖端面的距離。然后由K（x）與2W相應(yīng)的公式算出模場直徑2W。

近場掃描法使用顯微物鏡或透鏡組將近場圖放大并成像在掃描檢測器上。如圖4（b）所示。掃描測量近場強度分布f2（r）；r是徑向坐標。再根據(jù)2W與f2（r）的關(guān)系式算出相應(yīng)的模場直徑2W。

為保證單模光纖有效單模工作截止高階模，實用中，將截止波長規(guī)定為：在模場均勻激勵下（包括注入

較高次模在內(nèi)）光纖中總光功率與基模光功率之比，減小到某一較小的規(guī)定值（例如已選定0.ldB）時，所對應(yīng)的較大波長。CCITT建議了兩種截止波長：2m未成纜預(yù)涂覆光纖測得的截止波長λc和成纜光纖（22m）在使用狀態(tài)下測量的截止波長λcc。對截止波長的測量，可用傳輸功率法和分離軸心法。

傳輸功率法是按定義利用傳輸功率比：

R(λ)=10lg[P/P(λ)]=0.1，dB

式中P1（λ）為試樣光纖在規(guī)定條件下隨波長變化的輸出功率；Pi（λ）為參考傳輸功率。R（λ）-λ曲線來λc決定人或λcc。如圖3所示。

分離軸心法適用于未成纜預(yù)涂覆光纖。在預(yù)期截止波長附近區(qū)域測量輸出功率P1（λ）。與傳輸功率法一樣，測參考功率Pi（λ），并由R（λ）曲線決定λc。

① 是一種直接應(yīng)用損耗定義的測量方法。保持輸入條件不變，測量光纖兩點上的功率P1和P2。P2是從光纖終端輸出的功率；P1是在剪斷后約2m處光纖出射的功率。精確度高，適于工廠實驗室采用。

光纖的色散可用色散系數(shù)表示，即每單位長度單位譜寬引起的群時延變化（ps/rnn·km），是從測量不同波長經(jīng)已知長度的光纖傳輸所呈現(xiàn)的相對群時延來得到的?？捎孟嘁品?、脈沖時延法和干涉法進行測量。測量設(shè)備的連接如圖2所示。

相移法是在這種測試系統(tǒng)中對光源進行正弦調(diào)制。在不同波長下，通道信號與參考信號之間的相移ψ()由矢量電壓表測得。再計算出單位長度的群時延τ()。這樣，只要測出不同波長下的ψ()，計算出τ()，根據(jù)不同類型的光纖應(yīng)用合適的方程來擬合這些獲得的τ()數(shù)據(jù)點，色散系數(shù)D（λ）=dτ（λ）/dλ能從τ()的擬合表示式求導(dǎo)來決定。同時也決定了零色散波長λ0和零色散斜率

S=[dD(λ)/dλ]，ps/nm2·km。

脈沖時延法是用窄脈沖調(diào)制光源。測量用高速示波器或取祥示波器直接檢測不同波長的群時延τ()。色散系數(shù)由τ(λ)的擬合方程求導(dǎo)得到。

干涉法是采用馬赫一澤德（Mach-Eehnder）干涉儀在短段（幾米）光纖上測量色散。根據(jù)干涉圖的最大位置在不同波長時的位移來計算單位長度的群時延τ()，然后以合適方程擬合獲得的τ()數(shù)據(jù)點，再對波長求導(dǎo)得到色散系數(shù)D（λ）。該法只適用于縱向均勻性良好的光纖。

光纜不易分支，因為傳輸?shù)氖枪庑盘?，所以一般用于點到點的連接。光的總線拓撲結(jié)構(gòu)的實驗性多點系統(tǒng)已經(jīng)建成，但是價格還太貴。原則上，由光纖功率損失小、衰減少，有較大的帶寬潛力，因此，一般光纖能夠支持的接頭數(shù)比雙絞線或同軸電纜多得多。低價可靠的發(fā)送器為0.85um波長發(fā)光二極管LED，能支持100Mbps的傳輸率和1.5～2KM范圍內(nèi)的局域網(wǎng)。激光二極管的發(fā)送器成本較高，且不能滿足百萬小時壽命的要求。運行在0.85um波長的發(fā)光二極管檢波器PIN也是低價的接收器。

雪崩光二極管的信號增益比PIN大，但要用20～50V的電源，而PIN檢波器只需用5V電源。如果要達到更遠距離和更高速率，則可用1.3um波長的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)衰減很小，但要比0.85um波長系統(tǒng)貴源。另外,與之配套的光纖連接器也很重要，要求每個連接器的連接損耗低于25dB，易于安裝，價格較低。光纖的芯子和孔徑愈大，從發(fā)光二極管LED接收的光愈多，其性能就愈好。芯子直徑為100um，包層直徑為140um 的光纖，可提供相當好的性能。其接收的光能比62.5/125um光纖的多4dB，比50/125um光纖多8.5dB。運行在0.8um波長的光纖衰減為6dB/Km，運行在1.3um波長的光纖衰減為4dB/Km。0.8um的光纖頻寬為150MHz/Km，1.3um的光纖頻寬為500MHz/Km。

綜合布線系統(tǒng)中，主干線使用光纖做為傳輸介質(zhì)是十分合適的，而且是必要的。

采用一種光波波分復(fù)用技術(shù)WDM（WAVELENGTH DIVISION MULTI-PLEXING），可以在一條線路上復(fù)用、發(fā)送、傳輸多個位，一般按一個字節(jié)八位并行傳輸，對每個位流使用不同的波長，所以它所需的支持電路可在低速率下運行。WDM的光纖鏈路適合于字節(jié)寬度的設(shè)備接口，是一種新的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。