光纖傳輸特性測(cè)量介入損耗法

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(cè)光纖的損耗A=101g（P1/P2）－Ca，dB，這里Ca是一個(gè)連接器的標(biāo)稱(chēng)平均損耗。

③ 背向散射法

④ （見(jiàn)光時(shí)城反射測(cè)量）

① 是一種直接應(yīng)用損耗定義的測(cè)量方法。保持輸入條件不變，測(cè)量光纖兩點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室采用。

測(cè)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(cè)量精度高，適于在實(shí)驗(yàn)室和工廠采用。介入損耗法測(cè)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(chǎng)使用。背向散射法是通過(guò)測(cè)量被測(cè)光纖的背向散射光來(lái)測(cè)量光纖損耗的方法，光纖均勻時(shí)測(cè)量梢度僅次于剪斷法。它的測(cè)量設(shè)備是一臺(tái)智能化儀表，使用方便。

損耗測(cè)量的注入條件：為了精確地測(cè)量光纖損耗，注入被測(cè)光纖的光波應(yīng)滿(mǎn)足以下條件。①多模光纖，光源激發(fā)出的各個(gè)模式間耦合應(yīng)達(dá)到動(dòng)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(chǎng)圖的功率分布不隨光纖長(zhǎng)度變化。措施是加擾模器；②加濾模器，用以消除單模光纖測(cè)量中的高次模；③加包層模消除器，用以消除包層模。

損耗測(cè)量設(shè)備的連接如圖1所示。

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

帶寬的直接測(cè)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(méi)有達(dá)到穩(wěn)態(tài)或平衡分布，則激勵(lì)很小的變化會(huì)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(cè)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(cè)量可應(yīng)用剪斷法或介入法。

光纖的色散可用色散系數(shù)表示，即每單位長(zhǎng)度單位譜寬引起的群時(shí)延變化（ps/rnn·km），是從測(cè)量不同波長(zhǎng)經(jīng)已知長(zhǎng)度的光纖傳輸所呈現(xiàn)的相對(duì)群時(shí)延來(lái)得到的。可用相移法、脈沖時(shí)延法和干涉法進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量設(shè)備的連接如圖2所示。

相移法是在這種測(cè)試系統(tǒng)中對(duì)光源進(jìn)行正弦調(diào)制。在不同波長(zhǎng)下，通道信號(hào)與參考信號(hào)之間的相移ψ()由矢量電壓表測(cè)得。再計(jì)算出單位長(zhǎng)度的群時(shí)延τ()。這樣，只要測(cè)出不同波長(zhǎng)下的ψ()，計(jì)算出τ()，根據(jù)不同類(lèi)型的光纖應(yīng)用合適的方程來(lái)擬合這些獲得的τ()數(shù)據(jù)點(diǎn)，色散系數(shù)D（λ）=dτ（λ）/dλ能從τ()的擬合表示式求導(dǎo)來(lái)決定。同時(shí)也決定了零色散波長(zhǎng)λ0和零色散斜率

S=[dD(λ)/dλ]，ps/nm2·km。

脈沖時(shí)延法是用窄脈沖調(diào)制光源。測(cè)量用高速示波器或取祥示波器直接檢測(cè)不同波長(zhǎng)的群時(shí)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(cè)量色散。根據(jù)干涉圖的最大位置在不同波長(zhǎng)時(shí)的位移來(lái)計(jì)算單位長(zhǎng)度的群時(shí)延τ()，然后以合適方程擬合獲得的τ()數(shù)據(jù)點(diǎn)，再對(duì)波長(zhǎng)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。

為保證單模光纖有效單模工作截止高階模，實(shí)用中，將截止波長(zhǎng)規(guī)定為：在模場(chǎng)均勻激勵(lì)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(shí)，所對(duì)應(yīng)的較大波長(zhǎng)。CCITT建議了兩種截止波長(zhǎng)：2m未成纜預(yù)涂覆光纖測(cè)得的截止波長(zhǎng)λc和成纜光纖（22m）在使用狀態(tài)下測(cè)量的截止波長(zhǎng)λcc。對(duì)截止波長(zhǎng)的測(cè)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(zhǎng)變化的輸出功率；Pi（λ）為參考傳輸功率。R（λ）-λ曲線(xiàn)來(lái)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(zhǎng)附近區(qū)域測(cè)量輸出功率P1（λ）。與傳輸功率法一樣，測(cè)參考功率Pi（λ），并由R（λ）曲線(xiàn)決定λc。

模場(chǎng)直徑2W，是描述光纖中光能沿光纖半徑集中程度的一個(gè)參量。它有一個(gè)嚴(yán)格的用積分來(lái)表示的數(shù)學(xué)表達(dá)式。模場(chǎng)直徑可用遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法、可變孔徑法和近場(chǎng)掃描法等測(cè)量。

遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法是一種嚴(yán)格與定義表達(dá)式聯(lián)系的測(cè)量方法。測(cè)試方框圖如圖4(a)所示。

掃描機(jī)械為一具有針孔式帶有尾纖的光電檢測(cè)器，測(cè)出遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度F2（q），其中q=sinθ/λ然后從定義數(shù)學(xué)表達(dá)式算出模場(chǎng)直徑。

可變孔徑法，使用1個(gè)至少有12個(gè)不同孔徑的掃描機(jī)械。這些孔徑應(yīng)包括數(shù)值孔徑從0.02到0.25（對(duì)色散移位光纖應(yīng)為0.4）半張角的范圍。通過(guò)孔徑傳輸?shù)墓?，由透鏡會(huì)聚到檢測(cè)器上。測(cè)量出每個(gè)孔徑傳送的光功率P（x），并且求出互補(bǔ)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(chǎng)直2W。

刀口掃描法使用一個(gè)直線(xiàn)性的刀口掃描機(jī)械。刀口應(yīng)與光纖軸和刀片邊正交，測(cè)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(dòng)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(chǎng)直徑2W。

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

光纜不易分支，因?yàn)閭鬏數(shù)氖枪庑盘?hào)，所以一般用于點(diǎn)到點(diǎn)的連接。光的總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)性多點(diǎn)系統(tǒng)已經(jīng)建成，但是價(jià)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(xiàn)或同軸電纜多得多。低價(jià)可靠的發(fā)送器為0.85um波長(zhǎng)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(mǎn)足百萬(wàn)小時(shí)壽命的要求。運(yùn)行在0.85um波長(zhǎng)的發(fā)光二極管檢波器PIN也是低價(jià)的接收器。

雪崩光二極管的信號(hào)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(dá)到更遠(yuǎn)距離和更高速率，則可用1.3um波長(zhǎng)的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)衰減很小，但要比0.85um波長(zhǎng)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(gè)連接器的連接損耗低于25dB，易于安裝，價(jià)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(dāng)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(yùn)行在0.8um波長(zhǎng)的光纖衰減為6dB/Km，運(yùn)行在1.3um波長(zhǎng)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(xiàn)系統(tǒng)中，主干線(xiàn)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(xiàn)路上復(fù)用、發(fā)送、傳輸多個(gè)位，一般按一個(gè)字節(jié)八位并行傳輸，對(duì)每個(gè)位流使用不同的波長(zhǎng)，所以它所需的支持電路可在低速率下運(yùn)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)。