光纤基本参数及其丈量办法常识
1.单模光纤模场直径的丈量
从理论上讲单模光纤中只需基模(LP0l)传输，基模场强在光纤横截面的存在与光纤的结构有关，而模场直径便是衡量光纤模截面上必定场强规模的物理量。关于均匀单模光纤，基模场强在光纤横截面上近似为高斯散布，一般将纤芯中场强散布曲线最大值1／e场所对应的宽度界说为模场直径。简略说来它是描绘光纤中光功率沿光纤半径的散布状况，或许说是描绘光纤所传输的光能的会集程度的参量。因而丈量单模光纤模场直径的中心便是要测出这种散布。
丈量单模光纤模场直径的办法有：横向位移法和传输功率法。下面介绍传输功率法。丈量体系的原理方框暗示如图1所示。
取一段2米长的被测光纤，将端面处理后放入丈量体系中，丈量体系主要由光源和视点能够滚动的光电检测器构成。光纤的输入端应与光源对准。别的为了保证只测主模(LP01)而没有高次模，在体系中加了一只滤模器，最简略的办法是将光纤打一个直径60mm的小圆圈。当光源所发的光通过被测光纤，在光纤结尾得到远场辐射图，用检测器沿极坐标作丈量，即可测得输出光功率与扫描视点间的联系，P—θ线如图2所示。然后，按模场直径的界说公式输入P和θ值，由核算机按核算程序算出模场直径。
2.光纤损耗的丈量
光纤损耗是光纤的一个重要传输参数。因为光纤有衰减，光纤中光功率随间隔是按指数的规则减小的。可是，关于单模光纤或近似稳态的形式散布的多模光纤衰减系数a是一个与方位无关的常数。若设P(Z1)为Z＝Z1处的光功率，即输入光功率。若设P(Z2)为Z2处的光功率，即这段光纤的输出功率。因而，光纤的衰减系数a界说为
因而，只需知道了光纤长度Z2-Z1和Z2、Z1处的光功率P(Z1)、P(Z2)，就可算出这段光纤的衰减系数a。丈量光纤的损耗有很多种办法，下面只介绍其间的两种办法。
1)切断法
切断法是一种丈量精度最好的办法，可是其缺陷是要切断光纤。这种丈量办法的丈量方框如图3所示。
取一条被测的长光纤接入丈量体系中，并在图中的“2”点方位用光功率计测出该点的光功率P(Z2)。然后，坚持光源的输入状况不变，在被丈量光纤接近输入端处“1”点将光纤切断，丈量“l”点处的光功率P(Z1)。这个丈量进程等于测了1～2两点间这段光纤的输入光功率P(Z1)和输出光功率P(Z2)，又知道“1”、“2”点间的间隔Z2-2l，因而，将这些值代入
即可算出这段光纤的均匀衰减系数。
在丈量方框图中斩波器(又称截光器)是一种能周期断续光束的器材。例如是一个有径向开缝的转盘。它将直流光信号变为交变光信号，作为参阅光信号送到锁相扩大器中，与通过了被测光纤的光信号确认，以战胜直流漂移和暗电流等影响，以保证丈量精度。
2)背向散射法
丈量原理。用背向散射法丈量光纤损耗的原理与雷达勘探方针的原理类似。在被测光纤的输入端射入一个强的光脉冲，这个光窄脉冲在光纤内传输时，因为光纤内部的不均匀性将发生瑞利散射(当然遇到光纤的接头及断点将发生更激烈的反射)。这种散射光有一部分将沿光纤回来向输入端传输，这种接二连三向输入端传输散射光称为背向散射光。从物理概念上看，这种背向散射光就将光纤上各点的“信息”送回了输入端。接近输入端的光波传输损耗少，故散射回来的信号就强，离输入端远的当地光波传输损耗大，散射回来的信号就弱。人们就用这种带有光纤各点“信息”的背向散射对光纤的损耗等进行丈量。这个丈量仪器称为光时域反射仪，简写成OTDR(OpTIcal TIme Domain Reflectometer)。一条有代表性的丈量曲线如图4所示。
曲线上A、D两个很强的回波对应于光纤的输入端面和输出端面引起的反射。曲线B点对应于一个光纤接头引起的散射回波。C点或许对应于光纤中的一个气泡引起的散射回波。怎样使用光纤的瑞利散射对光纤进行丈量，是关于从定量的视点进行评论。因为现在使用OTDR机器对光纤链路的损耗进行丈量时，能直观、直接从OTDR机器内读出所需数据，所以这儿不作定量评论。
光时域反射仪原理方框图，如图5所示。这种外表的作业原理是：首要用脉冲发生器调制一个光源使光源发生窄脉冲光波，经光学体系耦入光纤。光波在光纤中传输时呈现散射，散射光沿光纤回来，途中通过光纤定向耦合器输入光电检测器，经光电检测器变为电信号，再经扩大及信号处理送入显示器。其间对信号处理的原因是，背向散射光十分弱小，淹没在一片噪声中，因而，要用取样积分器积分，在必定时刻间隔对弱小的散射信号取样并求和。在这进程中，因为噪声是随机的，在求和时抵消掉了，然后将散射信号取了出来。用OTDR除了能够丈量光纤的损耗以外，还能够调查光纤沿线的损耗状况，以及某损耗忽然改变点的设备，光纤接头的插入损耗等。OTDR还有一个工程上的严峻用途，能够方便地找出光纤的断点。现在用OTDR丈量光纤损耗是最常用的一种办法。长处是丈量非破坏性，功用多，使用方便。可是，在使用时一直有一段盲区。别的用OTDR从光纤两头测出的衰减值有不同，一般取均匀值。
3.光纤色散与宽带的丈量
光纤的色散特性是影响光纤通信传输容量和中继间隔的一个重要因素。在数据信号通信中，如色散大，光脉冲展宽就严峻，在接纳端就或许因脉冲展宽而呈现相邻脉冲的堆叠，然后呈现误码。为了防止呈现这种状况，只好使码元间隔加大，或使传输间隔缩短。明显这就使得传输容量下降，中继局间隔变短，这是人们所不期望的。在模仿传输中，相同因为色散大，不同频率的模仿光信号频谱不相同，在接纳端就会使模仿信号呈现严峻失真。相同为了防止呈现这种状况，只好使传输模仿带宽下降，或传输间隔缩短，这是人们所不期望的。为此，高码率、宽带宽模仿信号的光纤通信体系中对光纤的色散就要仔细考虑。好像前面所述，因为光纤色散形成光脉冲的波形展宽，这是从时域观念剖析的状况，若是从频域视点来看，光纤有色散就表明光纤是有必定传输带宽的。因而脉冲展宽和带宽是从不同视点描绘光纤传输特性的两个紧密联系的参量。
从丈量办法上与此对应也有两种办法。一种是从时域视点来丈量光脉冲的展宽；另一种是从频域视点来丈量光纤的基带宽度。
1)用时域办法来丈量脉冲展宽
丈量原理。首要为了使问题还不至于杂乱，假定输入光纤和从光纤输出的光脉冲波形都近似成高斯散布的如图6所示。图6(a)是光纤输出光功率Pin(t)的波形图，从最大值A1降到A1/2时的宽度为Δτ1。图6（b)是光纤的输出光功率Pout(t)的波形图，其起伏降为一半时的宽度为Δτ2能够证明，脉冲通过光纤后的展宽Δτ与其输入、输出波形宽度Δτ1和Δτ2的联系为:
(1-1)
由此可见，Δτ不是Δτ2与Δτ1的简略相减的联系。所以，只需将测出来的Δτ1和Δτ2代入上式即能够算出脉冲展宽Δτ。求出Δτ今后，再依据脉冲的展宽Δτ和相应的带宽B间的公式
B＝0.44／Δτ (1-2)
将Δτ代入式中可求出相应的光纤每公里带宽。若Δτ的单位用ns，则B的单位是MHz。
丈量方框图。用时域法丈量光纤的脉冲展宽(然后核算出光纤带宽的方框图如图7所示)
首要用一台脉冲信号发生器去调制一个激光器。从激光器输出的光信号通过分光镜分为两路。一路进入被测光纤(因为色散效果，这一路的光脉冲信号被展宽)，经光纤传输抵达光电检测器1和接纳机1，送入双踪取样示波器并显示出来，这个波形相当于前面讲的Pout(t)。另一路，不通过被测光纤，通过反射镜直接进入光检测器2和接纳机器2，然后也被送入双踪示波器显示出来。因为这个波形没有通过被检测光纤，故相当于被测光纤输入信号的波形，即相当于Pin(t)。从显示出的脉冲波形上别离测得Pin(t)的宽度Δτ1和Pout(t)的宽度Δτ2。这样就可将Δτ1和Δτ2代入式(1-1)及(1-2)终究算出带宽B。最终还应该指出，用这种办法丈量单模光纤比较困难，因为其Δτ太小。
2)用频域法丈量光纤带宽
频域法丈量，便是用一个扫频振荡器发生的频率接连改变的正弦信号去调制激光器，然后研讨光纤关于不同的频率，来调制的光信号的传输才能。详细的说，便是要设法测出光纤传输己调制光波的频率响应特性。得到了频率响应特性后，即可按一般办法求出光纤的带宽。
设Pin(f)为输入被测光纤的光功率与调制频率f间的联系。Pout(f)为被测光纤输出的光功率与调制频率f联系。则被测光纤的频率响应特性H(f)为H(f)＝Pout(f)／Pin(f)，若以半功率点来确认光纤的带宽fc即10lgH(f)=10lg[Pout(f)/Pin(f)]＝10lg1／2＝-3dB。fc称为光纤的3dB光带宽。用频域法丈量光纤带宽的方框图如9所示：
因为丈量光纤的频率响应特性，需求测出输入光纤的光功率特性和从光纤输出的光功率特性，即需求得到两个信号，故在图9顶用一条短光纤的输出光功率来替代被测光纤的输入光功率。在图9中，由扫频信号发生器输出一个频率接连可调的正弦信号。使用这个信号去对激光器的光信号进行强度调制，然后将这个已调光信号耦合入光开关，由光开关顺次送出两路信号，一路光信号进入短光纤，经短光纤后边过光电检测器送入频谱剖析仪。用短光纤的输出信号来替代被测光纤的输入信号(因为光纤短，通过传输后信号改变很小，故能够以为便是输入信号)。另一路光信号是通过光开关送入被测光纤，由接连的正弦波调制的光信号通过光纤传输，携带了被测光纤对不同调制频率光信号的反响，从光纤输出，经光电检测器送入频谱剖析仪。这样频谱剖析仪中就得到了被测光纤的输入和输出两种光信号，因而，就可得到被测光纤的频率响应，然后可测出光纤的带宽。
