實驗3 光纖傳輸損耗測試
1、實驗?zāi)康?/span>
圖3.5 典型OTDR曲線
3、實驗步驟
本實驗采用插入法測試光纖的傳輸損耗系數(shù)，如果配置了光時域反射儀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，通過開關(guān)KP102選擇數(shù)字光源驅(qū)動電路，KP101選擇“數(shù)字”。實驗平臺加電并復(fù)位系統(tǒng)后（復(fù)位用來使系統(tǒng)從最初狀態(tài)開始運行，復(fù)位鍵按下后，液晶屏上將出現(xiàn)提示：“歡迎你”，“請選擇”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)連接好待測光纖，此時用光功率計測試R點的輸出功率P1，此值定為光纖的入射功率。
2）將R點輸出的光信號輸入擾模器，經(jīng)過待測光纖后，測出光功率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：此實驗的開設(shè)必須具備擾模器和2公里以上的光纖（需另外配置）
1、實驗?zāi)康?/span>
- 了解光纖損耗的定義
- 了解截斷法、插入法測量光纖的傳輸損耗
2、實驗原理
光纖在波長
處的衰減系數(shù)為
，其含義為單位長度光纖引起的光功率衰減，單位是dB/km。當(dāng)長度為
時，
（公式3.1）
ITU-T G.650、G.651都規(guī)定截斷法為基準(zhǔn)測量方法，背向散射法（OTDR法）和插入法為替代測量方法。本實驗采用插入法測量光纖的損耗。
（1）截斷法：（破壞性測量方法）
截斷法是一個直接利用衰減系數(shù)定義的測量方法。在不改變注入條件下，分別測出長光纖的輸出功率
和剪斷后約2m長度短光纖的輸出功率
，按定義計算出
。該方法測試精度最高。
圖3.1 截斷法定波長衰減測試系統(tǒng)裝置
（2）插入法
插入法原理上類似于截斷法，只不過用帶活接頭的連接軟線代替短纖進行參考測量，計算在預(yù)先相互連接的注入系統(tǒng)和接受系統(tǒng)之間（參考條件）由于插入被測光纖引起的功率損耗。顯然，功率
、
的測量沒有截斷法直接，而且由于連接的損耗會給測量帶來誤差，精度比截斷法差一些。所以該方法不適用于光纖光纜制造長度衰減的測量。但由于它具有非破壞性不需剪斷和操作簡便的優(yōu)點，用該方法做成的便攜式儀表，非常適用于中繼段長總衰減的測量。圖3.2示出了兩種參考條件下的測試原理框圖。
（a）
（b）
圖3.2 典型的插入損耗法測試裝置
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，測出功率
然后將待測光纖連到注入系統(tǒng)和接收系統(tǒng)之間，測出功率
，則被測光纖段的總衰減A可由下式給出
（公式3.2）
式中
、
、
分別是在參考條件、實驗條件下光纖輸入端、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，測出功率
，然后如圖（a）一樣，測出功率
，則被測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)量可能會影響測試精度；情形（b）中，采用了光學(xué)系統(tǒng)進行精密耦合，代替了連接器的耦合，可以得到精確的測量結(jié)果，當(dāng)只需要知道光纖的實際衰減時，它比較合適。當(dāng)被測光纖段帶有半個連接器而且需要和其它元件串在一起時，情形（a）的測試結(jié)果更有意義。
試驗平臺中我們采用了插入法測量光纖的損耗，試驗框圖如3.3所示：
（a）
（b）
圖3.3 插入損耗測試框圖
（3）光時域反射計（OTDR）測試
背向散射法是通過光纖中后向散射光信號來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、接頭損耗和光纖長度等。它是一種間接地測量均勻樣品衰減的方法。下面分析背向散射法的測量原理。
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)包含了一項與結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的待定項，這樣，直接從背向散射曲線上求得的
并不能代表實際的衰減系數(shù)，這也就是該方法的缺點所在。
假定光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)沿軸向均勻時，
，則
間的平均衰減系數(shù)為
（公式3.9）
這時就可以從背向散射曲線求得實際的平均衰減系數(shù)了。
圖3.4是一個典型的背向散射法測試系統(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域反射計，簡稱OTDR。 圖3.5示出了在對數(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，是待測光纖的長度。若光纖軸向不均勻時，取從兩端測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。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中。
圖3.4 背向散射法測試曲線
圖3.5 典型OTDR曲線
3、實驗步驟
本實驗采用插入法測試光纖的傳輸損耗系數(shù)，如果配置了光時域反射儀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，通過開關(guān)KP102選擇數(shù)字光源驅(qū)動電路，KP101選擇“數(shù)字”。實驗平臺加電并復(fù)位系統(tǒng)后（復(fù)位用來使系統(tǒng)從最初狀態(tài)開始運行，復(fù)位鍵按下后，液晶屏上將出現(xiàn)提示：“歡迎你”，“請選擇”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)連接好待測光纖，此時用光功率計測試R點的輸出功率P1，此值定為光纖的入射功率。
2）將R點輸出的光信號輸入擾模器，經(jīng)過待測光纖后，測出光功率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：此實驗的開設(shè)必須具備擾模器和2公里以上的光纖（需另外配置）