1、光纖傳輸損耗的測量一. 實驗目的和內容1了解光纖傳輸損耗的特性及其測量方法.2.掌握用切斷法測量光纖傳輸損耗的方法和技巧.二. 實驗基本原理在光纖傳輸過程中，光信號能量損失的原因有本征的和非本征的，在實用中最關心的 是它的傳輸總損耗。已經提岀的測立光纖總損耗的方法有3種：切斷法、插入損耗法和背向 散射法。4(兄)=io波長為兄的光沿光纖傳輸距離L的衰減且（久）（以dB為單位）泄義為(1)式中戸，4分別是注入端和輸出端的光功率。對于一根均勻的光纖，可泄義單位長度（通常是1km）的衰減系數°（久）（以dB / km為 單位），AW 101g（£/&）°（幾）=

2、L = L（2）光纖的衰減系數是一個與長度無關但與波長有關的參數。衰減測量注入條件為獲得精確、可重復的測量結果，由立義式（1）可見測量時應保證光纖中功率分布是 穩泄的，即滿足穩態功率分布的條件。實際的光纖由于存在各種不均勻性等因素，將引起 模耦合.而不同的模的衰減和群速度都不同。因此在多模傳輸的情況下，精確測量的主要問 題是測量結果與注入條件、環境條件（應力、彎曲、微彎）有關。實驗表明：注入光通過光纖 一定長度（耦合長度）后，可達“穩態”或“穩態模功率分布S這時模式功率分布就不再隨 注入條件和光纖長度而變，但在一般情況下對于質量較好且處于平直狀態的光纖，其耦合長 度也需要幾公里。因此在實際測疑

3、中，對于短光纖一般用穩態模功率分布裝置，或適當的光 學系統，或有足夠長的注入光纖，以獲得穩態功率分布條件。單模光纖因為只傳導一個模， 沒有穩態模功率分布問題，所以衰減測量不需要擾模。切斷法這是直接嚴格按照怎義建立起來的測試方法。在穩態注入條件下，首先測量整根光纖 的輸岀光功率巴（久）：然后，保持注入條件不變，在離注入端約2m處切斷光纖，測量此短 光纖輸岀的光功率人（久），因其衰減可忽略，故人（幾）可認為是被測光纖的注入光功率。因此, 按定義式（1）和（2）就可計算出被測光纖的衰減和衰減系數。如果要測量衰減譜，只要改 變輸入光波長，連續測量不同波長的叩）,然后保持注入條件不變，在離注入端約2m處

4、 切斷光纖，再連續測量同樣的不同波長的計算各個波長下的衰減，就可得到衰減譜 曲線.由于這種測量方法需要切斷光纖，所以是破壞性的，但測量精度髙，優于其它方法 O.ldB,所以是光纖衰減測量的一種標準測試方法。測試裝置如圖1所示。測量單一波長衰減 時，光源可使用譜寬窄的發光二極管（LED）或激光ffi（LD）,以提髙動態范圍。測衰減譜時則 應用寬光譜光源，再通過單色儀分光。光源應能在完成測試過程的足夠長時間內保持光強和 波長穩左。譜線寬度應不超過規圧值。插入損耗法上述切斷法除具有破壞性以外.用于現場測量既困難，又費時，因此現場測量需用非破 壞插入法來代替切斷法。目前插入損耗法對于多模光纖的測試，其

5、測量精度和重復性已可滿 足要求，所以彼選為替代測試方法。其測量原理如圖2。測量時先校準精入光功率然后把待測光纖插入，調整耦合頭使達到最佳耦合， 記下此光功率人。于是測得的衰減且A=許（2） P2。顯然，A包括了光纖衰減 期可和連接器（或接頭）損耗仏。最后，被測光纖衰減為6Z（/l）=A（2）/L（dB /km）式中A（A）=A（A）-Ai , dB / kmo可見，插入損耗法的測量精確度和重復性要受到耦合接頭 的精確度和重復性的影響，所以這種測試方法不如切斷法的精確度髙但因此法是非破壞性 的，測疑簡單方便，故適合干現場使用。背向散射法背向散射法也是一種非破壞性的測試方法。測試只需在光纖的一端進

6、行，而且一般有較 好的重復性。更由于這種方法不僅可以測量光纖的衰減系數，還能提供沿光纖長度損耗特性 的詳細情況，苴中包括檢測光纖的缺陷或斷裂點位冒、接頭的損耗和位置等，也可給出光纖 的長度，所以這種方法對實驗研究、光纖制造和工程現場都很有用。利用這種方法做成的 測量儀器，叫做光時域反射計（optical timedomain reflectometer）,簡稱OTDR。背向散射法是將大功率的窄脈沖注入被測光纖，然后在同一端檢測沿光纖背向返回的 散射光功率。因為主要的散射機理是瑞利散射，瑞利散射光的特征是它的波長與入射光波的 波長相同，光功率與該點的入射光功率成正比，所以測量沿光纖返回的背向瑞利

7、散射光功率 就可以獲得光沿光纖傳輸時損耗的信息，從而可以測得光纖的衰減故稱此方法為背向散射 法。其簡單原理框圖如圖3所示。140 0圖3背向散射法測量原理框圖1 光源 2光纖分路器3待測光纖4 光探測器5 信號處理單元 6 顯示器光脈沖通過方向耦合器注入被測光纖。光脈沖在光纖中傳輸，沿光纖各點來的背向瑞利散射 光返回到光纖耦合器，經方向耦合器輸入光檢測器，經信號處理后輸出，就可觀察和記錄所 測的結果。圖4是背向散射的典型記錄曲線，各段分別反映如下特性：相對背向皺射功率雷圖4背向散射法（對數坐標）測量的典型曲線a段一一由于耦合器和光纖前端而引起的菲涅耳反射脈沖：b段一一光脈沖沿具有均勻特性的光纖

8、段傳播時的背向瑞利散射曲線；c段一一由于接頭或耦合不完善引起的損耗，或者光纖存在某些缺陷引起的髙損耗區:d段一一光纖斷裂處，損耗峰大小反映了損壞的程度：e段一一光纖終端引起的反射損耗。由于被測光纖存在接頭或缺陷時各段背向散射系數不同，測得的衰減是不準確的，可能 產生很大的偏差。但是對于均勻、連續、無接頭和缺陷的光纖，衰減測疑的結果足夠精確.背向散射法同樣適用于單模光纖。雖然單模光纖中背向散射過程不能用幾何光學來研 究，但是根據波動光學的理論研究證明，單模光纖輸入端背向散射功率的表達式除了背向散 射系數的意義以外，與多模光纖相同。因此，背向散射法同樣適用于單模光纖的衰減特性測背向散射法測疑衰減有

9、以下缺點：無法控制背向散射光的模式分布，這常使兩傳輸 方向上測的衰減系數不同，為此可取兩方向測量值的平均。對光纖的非均勻性很敏感。 光纖 的不均勻.如數值孔徑.直徑或散射系數的變化等對背向散射信號有影響，不利于衰 減系數 的確左。由于這些缺點，使背向散射法不能作為測量衰減的基準方法，有疑問時, 應以切斷法的結果為準。三. 實驗用具與裝置圖實驗用具：鹵鉤燈，透鏡，單色儀，塑料光纖，光功率計。裝置圖:四白熾劉塾料光纖單色儀聚焦鏡實驗操作步驟功率訃1. 開啟鹵鴿燈電源,使光源成像于縫上，透鏡與縫之間的距離應使其相對孔徑與儀器 （單色儀）相對孔徑相等。2. 仔細調節光纖入射端而的位宜，要求光纖輸出最強的光。3使用BGJ型光功率計，按鍵打向短波和199.9nw檔。記錄單色儀波長鼓從17.5,18.0,18.5, 19.0, 19.5, 20.0, 20.5, 21.0八個點時光功率計的讀數（減去暗電流），重復三次測4.保持光纖輸入端不變，把光纖剪掉約一半重復上而八個點的測量三次。五數據處理以波長為橫坐標.衰減的dB數為縱坐標，用最小二乘法分析實驗數據，作出光纖損耗 隨波長變化的曲線10 M） dB數=L - 血 P（L） 厶為原光纖長度，/為光纖剪掉后剩下的長度。注：可利用硅光電池光譜特性測量實驗作的波長校正曲線匚