光纤通信测量技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光纤通信的测量技术,光纤通信的测量技术,1,光纤主要参数的测量,光发射机指标的测量,光接收机主要技术指标的测量,2,光纤特性测量方法,光纤的特性参数,几何特性：纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度；,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、带宽和色散。,3,光纤特性测量方法,损耗测量,带宽测量,色散测量,截止波长测量,4,损耗测量,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,光纤损耗系数由下式确定，即,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)。,5,剪断法光纤损耗测量系统框图,6,光功率和光纤长度的关系,7,测量条件：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值。,获得稳态模式分布有三种方法：,建立NAbNAf的光学系统；,建立稳态模式模拟器，一般包括扰模器和包层模消除器；,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。,8,扰模器,切断法测光纤衰减,9,在实际应用中，可以采用插入法作为替代方法。插入法是在注入装置的输出和光检测器的输入之间直接连接，测出光功率P1，然后在两者之间插入被测光纤，再测出光功率P2，据此计算值。这种方法可以根据工作环境，灵活运用，但应对连接损耗作合理的修正。,插入法测光纤衰减,10,2.后向散射法,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。,正向和反向平均损耗系数,11,后向散射法光纤损耗测量,12,后向散射功率曲线的示例,(a)：输入端反射区（Fresnel）；,(b)：恒定斜率区，用以确定损,耗系数；,(c)：连接器、接头或局部缺陷,引起的损耗；,(d)：介质缺陷(例如气泡)引起的,反射；,(e)：输出端反射区，用以确定,光纤长度。,P,A,P,B,(a),(b),(c),(d),(e),13,后向散射法不仅可以测量损耗系数，还可利用光在光纤中传输的时间来确定光纤的长度L，也可以用来确定光纤的断裂位置。,式中，c为光速，n1为光纤的纤芯折射率，t为光脉冲发出到返回的时间。,14,光时域反射仪（OTDR）,OTDR是Optical Time-domain Reflect meter的缩写。,光时域反射仪（OTDR）是光纤光缆的生产、施工及维护中不可缺少的重要仪表，被人称为光通信中的“万用表”。,OTDR根据后向散射原理制成，采用单端输入和输出，不破坏光纤，使用非常方便。不仅可以测量光纤损耗系数和光纤长度，还可以测量连接器和接头的损耗，观察光纤沿线的均匀性和确定故障点的位置。,15,OTDR可以告诉你什么?,光纤的总损耗,光纤的总回损(ORL),每个事件的损耗和反射,每一个事件的位置和类型,每段光纤的衰减,16,瑞利散射,Rayleigh 散射,脉冲信号在光纤中传送，由于光纤本身的散射特性，很弱的后向散射信号会返回OTDR，OTDR收到散射信号后会根据散射信号的强弱计算出光纤的衰减特性。这是OTDR测量衰减的原理。,OTDR利用瑞利散射进行光纤衰减测试(dB/Km),Source,Ray of light,Silica particles,17,背向反射,Fresnel 背向反射,起源于折射率的突变例如：(玻璃/空气),光纤断裂,机械连接,法兰盘和活动连接器,在OTDR曲线上可以看到,“,刺状,”,峰,OTDR收到回波信号后会根据回波时间计算出断点与接头的距离，这是OTDR测距原理。,18,OTDR曲线示例：,功率(dB),距离(km),斜率显示衰减,损耗,反射,OTDR 连接器,连接器(P.P.),熔接点,光纤末端,19,AE3000介绍,2,个,USB,接口,RJ45,网口,测试端口,方向控制键,6.4,吋,TFT,彩屏,便携提手,一键智能,单键测试,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）,时域法测试方框图,22,频域法测试方框图,2)频域法（又称扫频法）,23,设在测量系统中，接入一段短光纤时，测出的频率响应为H1(f)，接入被测长光纤时，测出的频率响应为H2(f)，则光纤频率响应H(f)和3dB光带宽f3 dB应满足下式：,写成对数形式：,注意：由于经光检测器后，光功率按比例转换为电流(或电压)，因此3dB光带宽相应于6dB电带宽。,24,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，这种方法是测量单模光纤色散的基准方法。,26,相移法光纤色散测量系统框图,27,截止波长测量,根据公式，截止波长,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。,28,弯曲损耗波长函数,注:一般实测截止波长稍小于理论截止波长,29,传输功率法截止波长测量系统框图,30,光发射机指标的测量,1.光发射机平均输出光功率的测量,31,对光发射机的光源调制后，由光功率计测出此时光发射机的平均输出光功率。,测量时应注意光功率计的选择。对短波长系统，必须选用短波长的光功率计，或者换用短波长的探头。长波长系统应该选用长波长的光功率计或换长波长探头。光功率一般用相对值“dBm”或者用绝对值“W”表示。,32,光 功 率 计,光功率计是用来测量光功率大小、线路损耗、系统富裕度及接收机灵敏度等的仪表，是光纤通信系统中最基本，也是最主要的测量仪表。,33,光功率计的种类很多：,根据显示方式的不同，可分成模拟显示型和数字显示型两类；,根据可接收光功率大小的不同，可分成高光平型（测量范围为1040dBm）、中光平型（范围为055dBm）和低光平型（范围为：090dBm）三类；,根据光波长的不同，可分为长波长型（范围为1.01.7m）、短波长型（范围为0.41.1m）和全波长型（范围为0.71.6m）三类,34,2.光发射机消光比的测量,消光比是光发射机的重要技术指标。在数字通信系统中，光发射机发送的是“0”码和“1”码的光脉冲。完善的光发射机，在发“0”码时应无光功率输出。实际的光发射机，由于其本身的缺陷，在发“0”码时会有残留矮尖脉冲存在，或者由于直流偏置IB的选择不当，光发射机在工作时会有多余光功率输出。表明光发射机存在这种缺点的程度用消光比(EXT)表示。,35,光发射机消光比的测量系统框图，仍见图 13.9。按照定义，测量时首先测出全“0”码时的平均输出光功率P0，然后再测出全“1”码时的平均输出光功率P1。PCM系统分析仪或伪码发生器送出的是伪随机码，基本上认为它产生“1”码的概率与产生“0”码的概率是相等的。因此，实测的全“1”码平均输出光功率P1应乘以 2。考虑到这一情况后，光发射机的消光比应该按照下式计算：,(13.4),36,光接收机主要技术指标的测量,1.光接收机接收灵敏度的测量,37,2.,光接收机动态范围的测量,光接收机的动态范围和接收灵敏度一样，是衡量光接收机质量好坏的重要技术指标。在实际的光纤数字通信系统中，由于种种原因,(,例如，光纤损耗随温度的变化和光源输出光功率随使用时间的增长而下降等等,),，都会导致光接收机输入光功率的变化。因此，一部质量好的光接收机，不仅要有高的接收灵敏度，而且也应该有较大的动态范围。这样，才能保证系统在各种条件下稳定可靠地工作。所以，测量光接收机的动态范围，对保证系统正常工作是十分重要的。,38,