光纖通信測量參考書目光纖通信測量，劉娟等，西安電子科技大學出版社光纖光纜工程測試，胡先志，劉澤恒等著，人民郵電出版社光纜通信系統指標與測試，韋樂平，鄧忠禮等著，電子工業出版社測量的重要性沒有測量就沒有科學---門捷列夫光纖通信測量的內容光纖光纜的測量光器件（有源和無源器件）的測量光端機的測量系統的測量測量的標準國際電信聯盟電信分會（ITU-T）國際電工委員會（IEC）電信工業協會（TIA）電子電器工程師協會（IEEE）光纖光纜G.650－G.655光器件G.957G.917G.918端機設備和系統G.703G.704海底光纜G.971－G.974光纖通信測量中的ITU-T建議與國標第1章光纖及光纖通信的基本測量方法1.1光纖光纖的基本特點：光纖用來傳導光信號結構：纖芯和包層全反射條件：n1>n2纖芯包層

裸光纖的結構1.1光纖涂覆層作用：增加機械強度和可彎曲性，防水預涂覆層：幾十微米，一次涂覆緩沖層：第二層，多用硅樹脂材料二次涂覆：最外層，尼龍材料緊套和松套光纖1.1.1光纖的折射率分布描述從光纖纖芯到包層的折射率隨半徑的變化纖芯

n2(r)=n12[1-2D(r/a)g]r<a包層n2(r)=n22=常數r>=a

g

折射率分布指數光纖的折射率分布光纖折射率分布1.1.1光纖的折射率分布折射率分布指數g=1三角形分布g=2拋物線分布（梯度分布）g→∞階躍分布歸一化頻率VV=2p(a/l)NA=RaNA

芯中導模數量設計原則高帶寬和低色散：折射率分布衰減系數小：結構、摻雜、材料、制作、工藝剖面結構合理：易生產，成本低剖面類型——多模光纖階躍型多模光纖梯度型多模光纖n1n2n2

折射率分布n1n2n(r)n(r)折射率分布剖面類型——單模光纖1、非色散位移單模光纖（G.652光纖）匹配包層和下凹包層

SiO2+GeO2SiO2SiO2+GeO2SiO2SiO2+F非色散位移單模光纖折射率分布剖面類型——單模光纖2、色散位移單模光纖（G.653光纖）分段芯和雙臺階芯型

1550nm低衰減和零色散，抗彎性好、連接損耗低，設計自由度多，容易控制波導色散，實現零色散波長的移動（a）三角芯（b）雙臺階芯剖面類型——單模光纖3、截止波長位移單模光纖（G.654光纖）匹配包層型和下凹內包層型靠包層摻雜F使折射率下降優點：在1550nm波長處的最低衰減為0.15dB/km。SiO2+F純SiO2SiO2+F純SiO2SiO2剖面類型——單模光纖3、非零色散位移單模光纖（G.655光纖）

三角芯型和雙環芯型

內環具有可移動零色散波長的作用，外環對實現大有效面積和微彎曲損耗有較大的作用

三角芯具有略低的衰減，雙環芯則具有稍大的有效面積（a）三角芯（b）雙環芯剖面類型——單模光纖5、色散補償單模光纖6、色散平坦單模光纖

（a）分段芯（b）三包層（a）雙包層（c）四包層（b）三包層1.1.2光纖的傳輸特性衰減衰減是光纖的一個重要傳輸參數，它表明了光纖對光能的傳輸損耗，其對光纖質量的評定和光通信中中繼距離的確定起著決定性的作用。原因：吸收損耗，散射損耗，附加損耗

吸收損耗本征吸收:

紫外吸收和紅外吸收

材料中雜質吸收：過渡金屬元素和OH-離子結構中原子缺陷吸收：熱激勵和強輻射

散射損耗光纖中產生的散射損耗主要有：瑞利散射、米氏散射、波導散射、受激布里淵散射、受激拉曼散射、附加結構缺陷和彎曲散射、泄漏。

在光纖制造中，熔融態玻璃分子冷卻過程中的熱運動引起結構內部的密度和折射率起伏，當光遇到這種帶有隨機起伏的不均勻質點時發生散射。比光波長小得多的粒子引起的散射稱為瑞利散射，與光波長同樣大小的粒子引起的散射稱為米氏散射。

附加損耗附加損耗是光纖成纜之后產生的損耗

微彎就是光纖受到不均勻應力的作用，例如受到側壓力或者套塑光纖受到溫度變化時，光纖軸產生微小不規則彎曲，其結果是傳導模變換成輻射模而導致光能損耗。

彎曲損耗是光纖彎曲時，傳導模變換成輻射模而產生的損耗。

色散在光纖數字通信系統中，由于光纖中信號是由不同的頻率成分和不同的模式成分來攜帶的，這些不同的頻率成分和不同的模式成分的傳輸速度不同，從而引起色散。

常用時延差表示色散程度，時延差越大，色散就越嚴重色散的分類材料色散、波導色散和折射剖面色散

采用復雜的折射率分布形狀和改變剖面結構參數的方法獲得適量的負波導色散來抵消石英玻璃的正色散，從而達到移動零色散波長點的位置

偏振模色散

兩個偏振模的到達時間差稱為偏振模色散PMD（PolarizationModeDispersion）內因：纖芯的橢圓度和殘余內應力改變了光纖折射率分布。引起相互垂直的本征偏振以不同的速度傳輸，進而造成脈沖展寬外因則是成纜和敷設時的各種作用力，即壓力、彎曲、扭轉及光纜連接等都會引起PMDDt1.1.3光纖的分類A類為多模光纖

B類為單模光纖

P12表1.1多模光纖分類

表1.2單模光纖分類表1.3A1類多模光纖的結構尺寸參數表1.4四種梯度型多模光纖的傳輸性能及場合表1.5

三類九種階躍型多模光纖的傳輸性能和應用場合

梯度型多模光纖的結構階躍型多模光纖的結構單模光纖結構表1.6B1.1類單模光纖的結構尺寸參數

表1.7B4類單模光纖的結構尺寸參數單模光纖分類G652光纖：非色散位移單模光纖

G653光纖：色散位移單模光纖G654光纖：截止波長位移單模光纖G655光纖：非零色散位移單模光纖色散平坦單模光纖色散補償單模光纖G652光纖

Single-modeopticalfibre(SMF)常規單模光纖，標準光纖，非色散位移光纖零色散波長為1.31mm，損耗為0.4dB/km；在1.55mm處有最小損耗0.3dB/km，色散為17~20ps/(nm·km)。是目前應用最廣的光纖。G652A、G652B：B光纖增加了對PMD的規定G652C、G652D：對應A、B，全波光纖，消除了1380nm附近的水吸

收峰，即系統可以工作在1360~1530nm波段

損耗系數G653光纖Dispersionshiftedsinglemodeopticalfibre(DSF)在1.55mm處實現最低損耗與零色散波長一致，但由于在1.55mm處存在四波混頻等非線性效應，阻礙了其應用（波分復用）。G654光纖Cutoffshiftedsinglemodeopticalfibre在1.55mm處具有極低損耗（大約0.18dB/km）且彎曲性能好。最佳工作波長范圍為1500-1600nm

這種光纖制造特別困難，最低衰減光纖十分昂貴，且很少使用。它們主要應用在傳輸距離很長，且不能插入有源器件的無中繼海底光纖通信系統。G655光纖Non-zerodispersionshiftedsinglemodeopticalfibre(NZDSF)在1.55mm～1.65mm處色散值為0.1～6.0ps/（nm.km），用以平衡四波混頻等非線性效應，適用于高速（10Gb/s以上）、大容量、DWDM系統。G655A、G655B、G655C色散平坦單模光纖在1310~1550nm波段范圍內都是低色散，且具有兩個零色散波長，即1310nm和1550nm色散平坦單模光纖折射率剖面結構復雜，制造困難，尤其是該光纖的衰減大，離實用距離很遠。

色散補償單模光纖色散補償單模光纖是一種在1550nm波長處有很大的負色散的單模光纖

當常規單模光纖系統工作波長由1310nm升級擴容至1550nm波長工作區時，其總色散呈正色散值，通過在該系統中加入一段負色散光纖，即可抵消幾十千米常規單模光纖在1550nm處的色散值，從而實現業已安裝使用的常規單模光纖工作波長由1310nm升級擴容至1550nm，進而實現高速率、大容量、遠距離的傳輸。

光纖通信系統光纖通信系統的構成一個完整的光纖通信系統，是由兩端的數字終端設備和其間的光纖傳輸信道（即光纖數字線路系統）所組成。光纖傳輸信道包含光端機、光中繼器和光纜線路TXREGRXRRSST′TCCCCT、T′：光端機與數字設備接口S：緊靠在光接收機TX或中繼機REG的光連接器后面的光纖點R：緊靠在光接收機RX或中繼機REG的光連接器前面的光纖點光纖通信系統示意圖光纖通信系統的構成通常將光端機和光中繼機稱為光纖傳輸設備。

光端機與光纖有兩個連接點，即S、R，稱為光接口。光端機與數字終端設備也有兩個接口，為T′、T，稱為電接口。光纖傳輸設備的指標分為兩大類型，即光接口傳輸指標和電接口傳輸指標。1.3光纖測量系統的基本知識

光纖作為光的傳輸媒介，其參數的測量，一般由單個或多個波長的光通過光纖后，測量光的幅度和相位變化，再經過相應的數學處理得出。因此，任何光纖測試系統都必須具有發送、耦合、接收這三部分。光纖通信測量系統的基本知識光纖通信測量系統的組成光源：光電轉換；波長與功率的穩定性探測器：光電轉化在整個測量過程中都要求清潔，操作謹慎，注意光纖彎曲光纖端面注入系統

對于光纖測量系統，為保證測量系統的可靠性和重復性，需要使光信號模式達到穩定的狀態，為了獲得穩定狀態，采取以下三種穩態模式模擬器包層模消除器（claddingstripper）

濾模器(modefilter)

擾模器(scrambler)

包層模消除器claddingstripper

在光耦合過程中，并不只是激勵起傳導模，還會激勵起泄漏模和輻射模，而且當光纖發生微彎曲變形時，還會由傳導模轉變為輻射模。

當光纖的一次涂覆材料的折射率比石英包層的折射率低時，輻射模將會在包層和涂覆層的界面上產生全反射，從而形成包層模。

包層模消除器用于消除包層模的器件稱之為包層模消除器

只需將離光纖注入端不遠處的一段光纖涂覆層去掉，然后將其浸在折射率稍大于包層折射率的匹配液中，包層與涂覆層間的輸出光將折向匹配液中并被吸收。匹配液可由甘油、四氯化碳等。

濾模器modefilter

單模光纖是利用基模進行工作的，單模光纖參數的測量一般都只考慮基模場的分布及能量的變化等。

用來濾除高階模的器件稱為濾模器。

高階模有著衰減常數大的特點，對光纖稍加彎曲，這些高階模會很快衰減掉。因此只要在光纖注入端打個小圈就可起到濾模作用。為了統一起見，我們可作一個半徑小于30mm的圓柱，將光纖在上面繞一周即可。擾模器(scrambler)

擾模器一般用于測量多模光纖的衰減常數和帶寬傳輸常數

實驗表明，注入光經過一定長度路徑之后，傳導模經過長時間的耦合轉換，最后使各個傳導模所攜帶的功率達到穩定，我們稱之為穩態模分布。一般都要經過幾百米甚至上千米的光纖之后才能建立穩態模分布，

擾模器就是根據