實(shí)驗(yàn)3 光纖傳輸損耗測(cè)試
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
圖3.5 典型OTDR曲線
3、實(shí)驗(yàn)步驟
本實(shí)驗(yàn)采用插入法測(cè)試光纖的傳輸損耗系數(shù)，如果配置了光時(shí)域反射儀OTDR，則可采用背向散射法。
1）如圖3.3(a)所示，選擇光發(fā)送模塊A，通過(guò)開(kāi)關(guān)KP102選擇數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路，KP101選擇“數(shù)字”。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加電并復(fù)位系統(tǒng)后（復(fù)位用來(lái)使系統(tǒng)從最初狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行，復(fù)位鍵按下后，液晶屏上將出現(xiàn)提示：“歡迎你”，“請(qǐng)選擇”等字樣，之后便可輸入操作者的選擇），從鍵盤輸入方波，按圖3.3(b)連接好待測(cè)光纖，此時(shí)用光功率計(jì)測(cè)試R點(diǎn)的輸出功率P1，此值定為光纖的入射功率。
2）將R點(diǎn)輸出的光信號(hào)輸入擾模器，經(jīng)過(guò)待測(cè)光纖后，測(cè)出光功率P2，光纖的總損耗A=P2-P1 (dBm)，然后就可粗略的估算出每公里光纖的損耗值。
注：此實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)必須具備擾模器和2公里以上的光纖（需另外配置）
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
- 了解光纖損耗的定義
- 了解截?cái)喾?、插入法測(cè)量光纖的傳輸損耗
2、實(shí)驗(yàn)原理
光纖在波長(zhǎng)
處的衰減系數(shù)為
，其含義為單位長(zhǎng)度光纖引起的光功率衰減，單位是dB/km。當(dāng)長(zhǎng)度為
時(shí)，
（公式3.1）
ITU-T G.650、G.651都規(guī)定截?cái)喾榛鶞?zhǔn)測(cè)量方法，背向散射法（OTDR法）和插入法為替代測(cè)量方法。本實(shí)驗(yàn)采用插入法測(cè)量光纖的損耗。
（1）截?cái)喾ǎ海ㄆ茐男詼y(cè)量方法）
截?cái)喾ㄊ且粋€(gè)直接利用衰減系數(shù)定義的測(cè)量方法。在不改變注入條件下，分別測(cè)出長(zhǎng)光纖的輸出功率
和剪斷后約2m長(zhǎng)度短光纖的輸出功率
，按定義計(jì)算出
。該方法測(cè)試精度最高。
圖3.1 截?cái)喾ǘúㄩL(zhǎng)衰減測(cè)試系統(tǒng)裝置
（2）插入法
插入法原理上類似于截?cái)喾?，只不過(guò)用帶活接頭的連接軟線代替短纖進(jìn)行參考測(cè)量，計(jì)算在預(yù)先相互連接的注入系統(tǒng)和接受系統(tǒng)之間（參考條件）由于插入被測(cè)光纖引起的功率損耗。顯然，功率
、
的測(cè)量沒(méi)有截?cái)喾ㄖ苯?，而且由于連接的損耗會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差，精度比截?cái)喾ú钜恍?。所以該方法不適用于光纖光纜制造長(zhǎng)度衰減的測(cè)量。但由于它具有非破壞性不需剪斷和操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，用該方法做成的便攜式儀表，非常適用于中繼段長(zhǎng)總衰減的測(cè)量。圖3.2示出了兩種參考條件下的測(cè)試原理框圖。
（a）
（b）
圖3.2 典型的插入損耗法測(cè)試裝置
圖3.2（a）情況下，首先將注入系統(tǒng)的光纖與接收系統(tǒng)的光纖相連，測(cè)出功率
然后將待測(cè)光纖連到注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間，測(cè)出功率
，則被測(cè)光纖段的總衰減A可由下式給出
（公式3.2）
式中
、
、
分別是在參考條件、實(shí)驗(yàn)條件下光纖輸入端、輸出端連接器的標(biāo)稱平均損耗值（dB）。
圖3.2（b）情況下，首先將參考系統(tǒng)連在注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間，測(cè)出功率
，然后如圖（a）一樣，測(cè)出功率
，則被測(cè)光纖段的總衰減可由下式給出
（公式3.3）
情形（a）中，由于連接器的質(zhì)量可能會(huì)影響測(cè)試精度；情形（b）中，采用了光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行精密耦合，代替了連接器的耦合，可以得到精確的測(cè)量結(jié)果，當(dāng)只需要知道光纖的實(shí)際衰減時(shí)，它比較合適。當(dāng)被測(cè)光纖段帶有半個(gè)連接器而且需要和其它元件串在一起時(shí)，情形（a）的測(cè)試結(jié)果更有意義。
試驗(yàn)平臺(tái)中我們采用了插入法測(cè)量光纖的損耗，試驗(yàn)框圖如3.3所示：
（a）
（b）
圖3.3 插入損耗測(cè)試框圖
（3）光時(shí)域反射計(jì)（OTDR）測(cè)試
背向散射法是通過(guò)光纖中后向散射光信號(hào)來(lái)提取光纖衰減及其他信息的，諸如光纖光纜的光學(xué)連續(xù)性、物理缺陷、接頭損耗和光纖長(zhǎng)度等。它是一種間接地測(cè)量均勻樣品衰減的方法。下面分析背向散射法的測(cè)量原理。
將光功率為
，脈沖寬度為
的窄帶光脈沖注入光纖，由于衰減，在傳輸距離
之后，光功率
為
（公式3.4）
式中，
是衰減系數(shù)。由于瑞利散射的作用，在
處的光功率總有一部分背向散射回光纖輸入端。
處的背向散射光功率為
（公式3.5）
式中，
是在
處光纖的瑞利背向散射系數(shù)，定義
為
（公式3.6）
式中，
是瑞利散射系數(shù)；
是光在光纖中的群速度；
代表背向散射功率與瑞利散射總功率之比，它與光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)（芯徑、相對(duì)折射率差）有關(guān)。設(shè)
處的背向散射光功率為
（公式3.7）
由公式（3.7）和式（3.5），可得
之間的平均衰減系數(shù)為
（公式3.8）
如果光纖軸向不均勻，
不是常數(shù)，則公式（3.8）表示的衰減系數(shù)包含了一項(xiàng)與結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的待定項(xiàng)，這樣，直接從背向散射曲線上求得的
并不能代表實(shí)際的衰減系數(shù)，這也就是該方法的缺點(diǎn)所在。
假定光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)沿軸向均勻時(shí)，
，則
間的平均衰減系數(shù)為
（公式3.9）
這時(shí)就可以從背向散射曲線求得實(shí)際的平均衰減系數(shù)了。
圖3.4是一個(gè)典型的背向散射法測(cè)試系統(tǒng)框圖。這里不再介紹各部分的作用和要求。利用背向散射原理制成的儀表稱為光時(shí)域反射計(jì)，簡(jiǎn)稱OTDR。 圖3.5示出了在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上的一條典型OTDR曲線，曲線上A-B間的衰減是
（公式3.10）
式中，
、
是以對(duì)數(shù)刻度的背向散射功率電平，平均衰減系數(shù)為
（公式3.11）
式中，是待測(cè)光纖的長(zhǎng)度。若光纖軸向不均勻時(shí)，取從兩端測(cè)量的平均值作為平均衰減系數(shù)，從而消除了公式（3.8）中的待定項(xiàng)。背向散射法雖屬替代方法，可是它被廣泛的用在光纖光纜的研制、生產(chǎn)以及光通信工程的施工維護(hù)中。
圖3.4 背向散射法測(cè)試曲線
圖3.5 典型OTDR曲線
3、實(shí)驗(yàn)步驟
本實(shí)驗(yàn)采用插入法測(cè)試光纖的傳輸損耗系數(shù)，如果配置了光時(shí)域反射儀OTDR，則可采用背向散射法。
1）如圖3.3(a)所示，選擇光發(fā)送模塊A，通過(guò)開(kāi)關(guān)KP102選擇數(shù)字光源驅(qū)動(dòng)電路，KP101選擇“數(shù)字”。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加電并復(fù)位系統(tǒng)后（復(fù)位用來(lái)使系統(tǒng)從最初狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行，復(fù)位鍵按下后，液晶屏上將出現(xiàn)提示：“歡迎你”，“請(qǐng)選擇”等字樣，之后便可輸入操作者的選擇），從鍵盤輸入方波，按圖3.3(b)連接好待測(cè)光纖，此時(shí)用光功率計(jì)測(cè)試R點(diǎn)的輸出功率P1，此值定為光纖的入射功率。
2）將R點(diǎn)輸出的光信號(hào)輸入擾模器，經(jīng)過(guò)待測(cè)光纖后，測(cè)出光功率P2，光纖的總損耗A=P2-P1 (dBm)，然后就可粗略的估算出每公里光纖的損耗值。
注：此實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)必須具備擾模器和2公里以上的光纖（需另外配置）