第3章光纖的特性和測量3.1光纖的特性3.2單模光纖3.3光纖的主要參數(shù)及其測量

光纖的特性和測量－光纖的特性傳輸特性：損耗、色散、基帶響應等光學特性：數(shù)值孔徑、模場直徑、截止波長環(huán)境特性：溫度特性等幾何特性（芯徑、外徑、偏心度、橢圓度）機械特性:抗拉強度、篩選試驗等幾何特性：（芯徑、外徑、偏心度、橢圓度）

兩個主要參數(shù)：數(shù)值孔徑剖面（橫斷面）折射率分布一． 光纖數(shù)值孔徑反映光纖捕捉光線（或集光）能力大小的一個參數(shù)。漸變型：光纖的特性和測量－光纖的特性

—光學參數(shù)

二． 光纖的折射率分布

通常用剖面指數(shù)描述，不僅與數(shù)值孔徑有關，也與光纖的色散特性有關。階躍型光纖其折射率分布為：光纖的特性和測量－光纖的特性

—特性參數(shù)梯度型光纖：

當

階躍型 拋物型（平方律型光纖）梯度型、漸變型光纖的特性和測量－光纖的特性

—特性參數(shù)一． 光纖損耗產(chǎn)生的原因及分類

電子轉移的紫外吸收（1）材料固有吸收Si-O建的紅外吸收（2）

OH-離子吸收（3）吸收雜質吸收過渡金屬離子吸收（4）損耗原子缺陷吸收（5）

瑞利散射（6）散射光纖結構不完善散射（7）非線性效應散射（8）

光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性（1）紫外吸收（電子躍遷）

在組成光纖材料的原子系統(tǒng)中，一些處于低能級狀態(tài)的電子會吸收電磁能量而躍遷到高能級狀態(tài)，產(chǎn)生的吸收峰在紫外區(qū)的0.122μm處，影響區(qū)域~1μm，

0.85μm：0.2~0.3dB/km1.2μm：0.1dB/km1.33μm、1.55μm可以忽略不計紫外吸收對石英光纖在紅外區(qū)工作的影響不大。光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性（2） 石英分子振動伸縮振動曲線振動振動的基波波長：9.1μm、12.5μm、21μm、36.4μm處有振動吸收現(xiàn)象。

振動波長遠離目前光纖通信的工作波長范圍，對光纖的影響并不顯著。

光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性（3）

OH-

吸收損耗

在1.39，1.24，0.95μm三個波長上有吸收損耗峰。在1.39，1PPM（10-6）OH-

產(chǎn)生的吸收峰值損耗高達33db/km，目前OH-

的含量已經(jīng)降到10-9

以下，1.39波長上的吸收損耗就可以忽略不計，使整個波長區(qū)成為平坦的無吸收損耗區(qū)。造成光纖通信波長范圍內(nèi)吸收損耗的主要根源。光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性（4）

過渡金屬離子的吸收損耗

光纖材料中的金屬雜質要吸收光波的電磁能量，造成損耗，主要是鐵（Fe）、銅（Cu）、釩（V）、鉻（Cr）、錳（Mn）、鎳（Ni）和鈷（Co）等，由于現(xiàn)代技術水平的不斷提高，提純這些金屬雜質已可達到8PPb（10-9）以下。

金屬離子吸收損耗的影響已不顯著。

光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性（5） 原子缺陷吸收指玻璃受到某種激勵，例如熱激勵或強輻射激勵時所感生的一種損耗。石英玻璃受這種激勵影響最小。

原子缺陷吸收損耗造成的影響已經(jīng)很小。光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性（6） 瑞利散射瑞利散射是本征散射損耗，它是由于光纖材料—石英玻璃的密度不均勻和折射率不均勻引起的。損耗與光波波長的四次方成反比。

對0.85有影響對1.3以上波段，影響很小光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性（7） 結構不完善散射

由于波導結構不規(guī)則導致高階模的輻射形成損耗，結構缺陷包括纖芯和包層交界面的不完整性、芯徑的變化和光纖扭曲。

造成的散射損耗也越來越小，在0.02~0.2dB/km的范圍。光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性（8）非線性效應散射（布里淵散射和喇曼散射）

布里淵散射——光在光纖中傳輸時，光波電磁場引起的電致伸縮，使光波與光纖中無規(guī)則的熱運動的彈性波發(fā)生耦合而產(chǎn)生的。光波很強時，光波的電致伸縮形成的彈性波使光波自身發(fā)生顯著的受激散射，產(chǎn)生很強的相干光和聲波，它將大大減弱傳輸?shù)墓鈴姟?/p>

光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性

喇曼散射——傳輸介質的分子振動和旋轉使得極化強度不一樣而造成的散射。瑞利散射>布里淵散射>喇曼散射

1~2個數(shù)量級1~2個數(shù)級光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性光纖損耗的譜特性及工作窗1）從SIF、GIF到SMF，損耗依次減小。2）在0.8~1.55μm波段內(nèi)，除吸收峰外，光纖的損耗隨波長增加而迅速減少。3）由于OH-的吸收作用，使光纖的損耗譜特性在0.7~1.6之間出現(xiàn)三個損耗高峰，在每兩個損耗峰之間，有一個相對低的損耗區(qū)域，稱第一窗口、第二窗口和第三窗口。光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性

光纖損耗譜(a)三種實用光纖；(b)優(yōu)質單模光纖

光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性三. 減少光纖損耗的途徑a) 提高光纖材料的純度，減少雜質的吸收損耗；b) 改進并提高光纖的制造工藝，減少波導效應的散射損耗。光纖的特性和測量－光纖的特性

—損耗特性一． 概念

光纖的色散——脈沖信號在光纖中傳輸時被展寬的現(xiàn)象。

光纖中的脈沖被展寬現(xiàn)象光纖的特性和測量－光纖的特性

—色散特性

光纖中的脈沖被展寬現(xiàn)象圖示光纖的特性和測量－光纖的特性

—色散特性分析：

光纖中的傳播速度，光線2的路徑比光線1長，由于傳輸路徑的長短不一，二個光線所攜帶的光脈沖到達光纖終端的時間不一樣，光線1的脈沖先到，光線2的脈沖后到。光纖的特性和測量－光纖的特性

—色散特性

色散（脈沖展寬）危害——碼間干擾，當系統(tǒng)的碼速較高時，相鄰的信號脈沖之間的間隙較小，在傳輸一定距離后，脈沖將產(chǎn)生部分重疊而使脈沖判決發(fā)生困難。光纖中的碼間干擾光纖的特性和測量－光纖的特性

—色散特性二．描述色散的物理參數(shù)（1）時延差光纖中的色散可分為兩類三種：

模間色散（模式色散）模內(nèi)色散材料色散波導色散（結構色散）光纖的特性和測量－光纖的特性

—色散特性（a）模間色散指不同模式在光纖中傳輸時的傳播常數(shù)不同，從而傳輸同樣長的距離后產(chǎn)生群時延差。理解：多模光纖中存在許多不同的模式，不同的模式到達光纖終端的時間先后不同，造成光脈沖展寬，從而出現(xiàn)色散現(xiàn)象。光纖的特性和測量－光纖的特性

—色散特性

模間最大時延差指其中的最高次模和最低次模光線之間的傳輸時間差：

單位長度的時延差為：

上述公式需用模式群理論，即基于標量波動方程的WKB（Wentzel、KvamersandBrillouin三人名字的縮寫）方法，在幾何光學極限下，用近似方法分析非均勻纖芯的光纖。（b）模內(nèi)色散又稱顏色色散，主要是由于光源有一定譜寬，信號光中含有不同的波長成分而引起的（不同波長在同一媒質中傳輸速度不一樣）。理解：一般光源發(fā)出的光除中心波長外，還包括其附近若干不同的波長，稱為該光源的光譜，半導體激光器（LD）的頻譜窄，一般為2nm，發(fā)光二極管（LED）頻譜寬，一般為20~96nm。光纖的特性和測量－光纖的特性

—色散特性材料色散：考慮芯材料的折射率因光波長而變化，從而使不同波長的光在纖芯中傳播速度出現(xiàn)差異所引起的色散。結構色散（波導色散）：由于光纖中模式的傳播常數(shù)是頻率的函數(shù)引起的。它不僅與光源的譜寬有關，還與光纖的結構參數(shù)如V等有關。多模光纖：模式色散和材料色散單模光纖：材料色散和波導色散光纖的特性和測量－光纖的特性

—色散特性

Dm一材料的色散系數(shù)，表示單位長度（

km）、單位譜線寬度（nm）的光纖所產(chǎn)生的時延。

Dm

光源譜線寬度為Δλ（nm）、長度為L（km）的光纖，其總的材料色散時延可以表示為：

波導色散

Dw（v）階躍光纖基模的無因次色散系數(shù)，它是歸一化頻率V的函數(shù)，通常Dw(v)總的脈沖展寬（2）脈沖展寬均方根值

光在光纖中傳播時每個模都攜帶一定的光功率，由于在光纖終端各個模式到達的時間不同，使模所載光功率到達的時間不同，即在光纖終端，光是以時間而言的功率譜密度形式分布的。

光纖的特性和測量－光纖的特性

—色散特性

設各模式所攜帶光功率到達光纖終端的平均時間為〈t〉，早到或晚到的光脈沖功率其時間偏離值為（t-〈t〉），它的均方根值即為脈沖展寬的均方根值：

σ是單邊值，早到和晚到的光脈沖功率都考慮時，脈沖展寬均方根值應為其雙邊值2σ。多模階躍光纖

多模漸變光纖

三．光纖的帶寬光纖的帶寬可以用光纖對傳輸脈沖展寬來表示：

B=（Hz）A：輸出脈沖波形決定的常數(shù)（高斯：A=0.44）

脈沖展寬越大，光纖的帶寬越小（頻域），從增加光纖帶寬的觀點來看，一般希望Δ較小，即希望色散越小越好。

由模式畸變（模間色散）決定的每公里最佳折射率分布（α≈2）的漸變型光纖帶寬表達式為：

B（Hz.km）tS=

每公里突變型光纖的帶寬為

比較上二式，漸變型光纖的帶寬比突變型光纖的帶寬大倍。

光纖的帶寬與光源的譜線寬度成反比，因此，為了獲得足夠大的帶寬，應盡可能選擇譜線寬度窄的光源。光纖的特性和測量－光纖的特性

—色散特性一． 單模光纖的單模工作條件

V>VC

導行

V=VC

臨界

V<VC

截止

VC（LP11）=2.405單模工作條件：0<V<2.405V是結構參數(shù)，具有頻率的量綱。光纖的特性和測量—

單模光纖二．單模光纖的極化問題（1）研究目的單模光纖應用：制成各種高靈敏度的光纖傳感器，如磁場針、光陀螺、聲納、加速儀、流量計、溫度計等。對單模光纖的研究，主要集中在對其偏振問題的研究。單模光纖的極化問題=單模光纖中的偏振問題= 雙折射現(xiàn)象光纖的特性和測量—

單模光纖（2）概念

光纖極化問題：當纖芯不是理想的均勻對稱時，（幾何形狀及折射指數(shù)的非均勻對稱），將使單模光纖的偏振狀態(tài)（極化狀態(tài)）沿光纖的長度而變化稱光纖的極化問題。

光纖的特性和測量—

單模光纖

光矢量在空間的取向稱光的偏振，在電磁場理論中，稱為電磁場的極化。用電磁強度的端點在空間所描繪的軌跡說明光的偏振或電磁波的極化狀態(tài)，可分為三種情況：線偏振光圓偏振光橢圓偏振光光纖的特性和測量—

單模光纖(a) 線偏振光

當電場強度E在空間的取向不變時，則電場強度E端點變化的軌跡是一條直線，這時的光稱為線偏振光或稱直線極化波。

ExE

EY

線偏振光光纖的特性和測量—

單模光纖

電場E的兩個正交分量Ex和Ey的傳播常數(shù)一樣，初相角也一樣，在空間任一點的z處，它們的電場強度分量為:

因為，所以可得

在光的傳輸過程中，光的輸入偏振角不隨時間t和傳輸距離z的變化而變化，此時僅幅值Em變化，而其取向不變。(b)圓偏振光（圓極化波）

圓偏振光

當電場強度E的幅值不變，且在空間勻速旋轉，則E的端點變化軌跡是一個圓。這時的光便稱為圓偏振光或稱圓極化波。光纖的特性和測量－光纖的特性

—色散特性

維持圓偏振態(tài)的條件，必須是E的兩個分量Ex和Ey的幅值相等，傳播常數(shù)一樣，相位差為π/2，即Ezm=Eym=Em,。這時，電場E兩個正交分量Ex

和Ey的表達式可分別寫為:由此可得:

可見，若ay

不變或等于零，則隨時間t和傳輸距離z的變化而變化，這時E的端點軌跡必是一個圓。（C）橢圓偏振光（橢圓極化波）

當電場強度E的幅值和其空間取向均在改變時，E的端點軌跡是一個橢圓。這時的光稱為橢圓偏振光或橢圓極化波。橢圓偏振光是光的最一般形式。線偏振光和圓偏振光則為橢圓偏振光的特殊情況。光纖的特性和測量—

單模光纖

當光為橢圓偏振時，電場強度E的分量Ex

和Ey，除幅值、傳播常數(shù)不等外，其初相角也不相等，且相差一個固定值。這時，E的兩個分量可分別表示為:光纖的特性和測量—

單模光纖三．光的雙折射現(xiàn)象

當一束光通過各向異性晶體或介質時，要被分解為兩束折射光。這種現(xiàn)象稱為光的雙折射。其中一束光在入射面內(nèi)，且遵守折射定律，這束光稱為尋常光，以0光表示；另一束光不僅不在入射面內(nèi)，而且也不遵守折射定律，這束光稱為非尋常光，以e光表示。

光纖的特性和測量—

單模光纖

0光和e光都是線偏振光。0光是一個光矢量的振動方向垂直于自己主截面的線偏振光，而e光是光矢量的振動方向在自己的主截面內(nèi)的線偏振光。當晶體或介質的光軸在入射面時，o光和e光的主截面重合，這時二者光矢量的振動方向相互垂直。光纖的特性和測量

—

單模光纖

當平面偏振光垂直入射到晶體上，并且其振動面與晶體光軸間的夾角為φ時，則在晶體中要發(fā)生雙折射現(xiàn)象，即有o光和e光產(chǎn)生。設Em為入射光的振幅，則o光和e光的振幅便分別為

由于o光和e光在晶體中的傳播常數(shù)不一樣，即，所以在傳播過程中，二者要產(chǎn)生相位差：光的雙折射現(xiàn)象特點：l 0光、e光均為線編振光。

0光的振動方向垂直于自己的主截面，而e光在自己的主截面內(nèi)。當晶體或介質的光軸在入射面時。0與e的主截面重合。即0、e光的振動方向互相垂直。光纖的特性和測量—

單模光纖四．單模光纖中的雙折射現(xiàn)象

由于單模光纖的不完善，使基模LP01（HE11）的兩個模LP01x（HE11x）和LP01y（HE11y）的相位常數(shù)發(fā)生變化，在傳播中簡并受到破壞。

光纖的傳輸特性取決于光纖本身是否存在著雙折射現(xiàn)象。光纖的極化問題與雙折射現(xiàn)象統(tǒng)一。光纖的特性和測量—

單模光纖五．單模光纖偏振態(tài)的幾個物理量（1）橢圓極化度（光功率與光場的電場強度平方E2或電壓的平方V2成正比）Imax，Imin——光強的最大值和最小值當Imax=Imin

時，р=0，圓偏振光；當Imin=0時，р=1，線偏振光；當Imax≠Imin時，р<1，橢圓偏振光。光纖的特性和測量

—

單模光纖（2）模式的雙折射或偏振雙折射Δβ

單模光纖中兩個相互正交的偏振基模沿光纖軸向傳輸時的傳播常數(shù)差。

光纖結構的某種不完善，使得LP01x,LP01y模的相位常數(shù)βx,βy不同，從而使這兩個模式的相位差沿光纖的長度而變化，引起的總的電場和磁場極化狀態(tài)的變化。

（3）歸一化雙折射

B=ny-nx

兩個正交偏振模有效折射率差，反應雙折射狀態(tài)。（4）單模光纖的拍長兩波的相位差變化2π（極化方向旋轉2π的角度）又恢復至原來的狀態(tài)的傳播長度（沿z軸）為L：

L（βy-βx）=2π

L越小拍長越短，雙折射越嚴重。（5）極化色散（偏振模式色散）

指∠p01x,∠p01y模的相位常數(shù)βx,βy不同而引起的色散。（本質上也是模式色散。但與多模光纖中的模式色散不同）

模式傳輸單位長度所用時間。

模式在單位長度上的時延差。nx,ny一兩個雙折射軸的等雙折射指數(shù)。（折射率）六．單模光纖極化問題研究→穩(wěn)定單模光纖偏振態(tài)的途徑和方法1） 減小單模光纖的不完善性，降低橢圓度和減小折射。2） 制作盡可能高的雙折射光纖→當Δβ>3000rad/m時，則可達到偏振穩(wěn)定。3）光纖形成水平極化或垂直極化，使兩個極化方向的模式的傳輸損耗不等，以致使其中一個截止，而得到理想的單模光纖。光纖的特性和測量

—

單模光纖光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)基準測量方法，用RTM表示

代用測量方法，用ATM表示光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)類別項目結構參數(shù)（幾何參數(shù)）

芯徑、外徑（2b）、偏心率、

不圓度、傾斜度、長度、折射率分布光學參數(shù)數(shù)值孔徑、模場直徑、截止波長λc.傳輸參數(shù)損耗、色散、基帶響應機械性能抗拉強度、篩選試驗環(huán)境性能溫度特性一．光纖的測量方法

多模光纖參數(shù)測量方法項目基準方法代用方法幾何尺寸折射近場法近場法折射率分布折射近場法近場法

理論數(shù)值孔徑遠場光強法折射近場法損耗系數(shù)剪斷法背向散射法或插入損耗法模式帶寬時域法或頻域法光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)單模光纖參數(shù)測量方法項目基準方法代用方法模場直徑遠場掃描法可變孔徑法、遠場掩膜法截止波長傳輸功率法跑道半圓分離法損耗系數(shù)剪斷法背向散射擊法、插入損耗法總色散系數(shù)相移法脈沖時延法、干涉法光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)二．光纖測量的基本條件

一般的光纖參數(shù)測量要得到正確結果，必須方法正確、儀表精密、操作細心、環(huán)境清潔外，還需注意兩點：光纖試樣的制備光的注入條件

光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)（1）芯直徑2a

取折射率為ｎ３所對應圓周的直徑為纖芯直徑。ｎ３

=ｎ２

+k（ｎ０

-ｎ２）其中ｎ０：芯區(qū)內(nèi)的最大折射率，ｎ２：包層折射率，k的取值與測量方法和數(shù)據(jù)處理過程有關：I）若用近場法測n（r），并用拋物線對測量曲線進行擬合，則k=0II）直接在測量曲線上取參數(shù)

k=0.025（芯/包層過渡不太平緩）

k=0.05（芯/包層過渡明顯平緩）光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－結構、幾何參數(shù)

n（r）

n０

n3

n2

0

ar

芯直徑2a的測量(2)包層外徑2b

包層材料與一次涂敷材料差別顯著,在測量時經(jīng)常去除一次涂敷。(3)芯包層表面的不圓度ρ.如下圖(a)

Φmax

Φ

a

Φmin

bQSO

e

（a）（b）（c）

光纖結構偏差參數(shù)定義

<6%

φ—標稱直徑（4）芯/包層不同心度e/2a如圖(b)，有時用e表示，稱”偏心量”芯的不圓度=<6%參考表面（包層）的不圓度=<2%

第二.三式中，drmax和drmin分別是芯徑的最大值和最小值，Dsmax和Dsmin分別是參考表面（包層）的最大值和最小值(5)光纖端面的傾斜度該參數(shù)定義為光纖端面法線與光纖軸線的夾角QSO

,不通用，但在應用光纖的實踐中會經(jīng)常遇到。(6)長度L

對于km長度量級的光纖實際長度與受力情況有著明顯的關系。光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－結構、幾何參數(shù)（1）折射率分布n(r)(芯區(qū))近場：指距光纖輸出端(作為光源)極近處的光強分布,也即光強沿光纖端面上徑向r的分布，用f(r)表示。遠場：指距光纖輸出端極遠處的光強分布,也即光強按從光纖端出射角度θ’的變化情況，用F（θ’）表示。光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)

r

F（θi’）θi’

f(r)

F（θ’）

l=0l=∞

（a）近場（b）遠場傳輸場示意θ’光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)基準測量方法：折射法(設備要求較高)代用測量方法：近場法通過LNA+能均勻激發(fā)各種模式的光源，可以將近場光強分布(實測數(shù)據(jù))與n(r)直接聯(lián)系起來。原理：上圖，光纖端面上某點的LNA表示在這一點能夠接受的最大光線入射角，即以此角為頂角的圓錐之內(nèi)入射的光線才可在芯中作為導模傳播，如果各個圓錐中光線分布的密度是均勻的，端面各點處能夠接收的光功率多少便與等高圓錐的體積成比例。*比如：如果兩個等高圓錐體的材料密度相同且均勻，則其重量之比等于體積之比，同時與頂角成比例。光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)在光纖輸出端面r點外的輸出光功率若為P(r)，則：

P(r)=I0（n

2(r)-n22）式中I0為常數(shù)，包層折射率n2為已知．

考慮到n(r)和n2相差甚小，還可以用近似式

P(r)=kn（n(r)-n2）其中，kn是定標常數(shù)，即P(r)的曲線直接就是n(r)的分布形狀。光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)特點：原理和設備相對簡單不易完全消除包層模等干擾因素的影響精確度受到限制光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)(2)數(shù)值孔徑NA強度數(shù)值孔徑NA——遠場光強分布為基礎測NA。圖中實線表示實測的遠場曲線，它是光纖輸出的光按出射角的分布，由于其兩測變化平緩，無法讀取最大出射角的數(shù)據(jù)，因此，在該曲線上取0.1幅值以上的曲線段，并用最小二乘法將其擬合為拋物線(虛線)，然后將此拋物線向下延伸，便得到與橫軸的交點θI，.即強度數(shù)值孔徑定義為：

NAI=SinθI

光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)

F（θ’）

0.1θIθ’

遠場曲線及取值示意光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)3）模場直徑(MFD)

多模光纖導光區(qū)域可以2a代表。單模光纖，導光區(qū)即是基模場型所占的域。模場直徑——基模場邊界部分的場強為逐漸變化，按照某種法測選取適當?shù)膮?shù)表示這一區(qū)域的大小。或者說單模光纖的芯很細，不易精確測尺寸，需要重新定義與芯徑尺寸有關且比較易精確測量的新參數(shù)——MFD光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)定義方法：

ｆ（ｒ）

1/ｅ2W0

高斯模場ＭＦＤ

1/ｅ

ａ）前些年（近場法），對基模場的分布為近高斯形的，定義模場強度下降到幅值的時的曲線寬度為該模場的直徑，即下圖中的2W0ｂ）（遠場法）近年來，光纖的折射率分布多種多樣：w型、多包層型設x=sinθ’Ｃ）最新定義遠場直接掃描法（基準測量方法）

θ’為遠場分布的角度坐標。

或可變孔徑法

遠場數(shù)據(jù)為P（R），R為光闌的孔半徑

其中

Pmax——孔半徑R取最大時的的探測光功率刀口掃描法遠場數(shù)據(jù)為K（x）

x是刀口到中心軸間的距離，刀口至光纖端面的距離為D，x與角度θ’的關系是x=Dtgθ’近場掃描

近場f(r)，r是徑向坐標，f（x）是基模的近場強度分布，該定義用近場測量，統(tǒng)計方法進行數(shù)據(jù)處理，定義與原則與第二種相通，與第一種不同。（4）截止波長λC

測量原理：在足夠短波長情況下，給樣品光纖（常取2m）注入一定比例的LP01和LP11

模光功率后，慢慢改變光波長，當光波長由短向長逼近時，經(jīng)過光纖樣品的輸出功率會急劇下降，因其中的LP11模正在逐漸轉變?yōu)檩椛淠６鴵p失掉。經(jīng)過λC點之后，輸出功率的變化又趨平衡，此時只有基模在傳輸。根據(jù)P的變化規(guī)律，采用規(guī)定的方法便可得到λC。光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)方法：在足夠短光波長下，給樣品光纖注入一定比例的LP01和LP11

．樣品光纖繞一個D>280mm的圓圈，增大λ，測量一段波長區(qū)間點的輸出功率變化

P1（λi）。

*在光波長低于入c時應使光纖中只有這兩種模式傳輸。光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)在2狀態(tài)下（樣品光纖增繞D<60mm的圓圈或用另一短段多模光纖連接光源和探測器），測相同波長段參考信號的變化規(guī)律P2（λi）。*為消除光源光譜的影響——不同入、不同時間不均勻。畫典線R（dB）λC的法則將輸出功率陡降后的平穩(wěn)段看作直線，向上平移0。1dB的直線與R（λ）曲線下降段的交點即對應λC光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)光源探測器數(shù)據(jù)處理A單模光纖樣品

波長可變

φ60φ280

多模光纖（1~2m）

波長信號

原理框圖光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)

0．1dB

λCλ

um

（b）典型曲線（用多模光纖取參考信號）傳輸功率法λC示意圖光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－光學參數(shù)（1）光纖損耗ａ）剪斷法——基準測量法適用于光纖及所有無源器件SMO

EP

B光纖A

L

剪斷法測量裝置基本框圖

光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－傳輸特性參數(shù)光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－傳輸特性參數(shù)

光源S發(fā)出的穩(wěn)定光功率以一定方式注入到光纖之中，光纖的初始段經(jīng)過一段模處理裝置M，在光功率計先測出光纖末端A輸出的光功率P2，在距M約1~2米處B點剪斷光纖測得P1，

特點：設備簡單，準確性較高，但有一定的破壞性，不利于工程現(xiàn)場使用。光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－傳輸特性參數(shù)（a）滿注入+M

滿注入是規(guī)定光源經(jīng)一定的光學系統(tǒng)處理后，在光纖端面上形成的入射光斑直徑大于纖芯直徑，而且，入射光錐的光錐角大于光纖的數(shù)值孔徑角。光注入條件示意圖

光錐角光纖

入射光錐光斑兩種光注入方法光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－傳輸特性參數(shù)（b）有限相位空間注入（LPS）

LPS規(guī)定入射光斑直徑和入射光錐的數(shù)值孔徑分別等于纖芯直徑和光纖NA的70%，又稱70/70法則。光注入條件示意圖

光錐角光纖

入射光錐光斑ｂ）插入法和比較法

插入：將光纖兩端分別與光源和功率計的接口（也是活動連接器的形式）接妥即可測出P2，再將光源與光功率計直接耦合，測出P1，即可得到α，由于把被測光纖“插入”到光源和光功率計之間，故得名。

α+一個活動連接器的α光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－傳輸特性參數(shù)比較：測P1時，用一段短光纖（單芯光纜）以活動連接器的形式連接光纖與光功率計，相當于將被測光纖和短光纖進行“比較”而得名，測量誤差的大小只取決于活動連接器插入損耗的不一致性。光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－傳輸特性參數(shù)Ｃ）背向散射法（后向散射法）瑞利散射——散射中心向各個方向散射，只有圖示2θB范圍內(nèi)的光能在芯/包層界面處發(fā)生全反射，從而沿光纖向光源端傳播，θB與NA有關。后向散射光---以2θB能沿光纖返回光源端的散射光。測量原理：如果能在光源端檢測出這部分后向散射光的功率，便可得知在散射點處向前傳輸?shù)墓夤β省９饫w的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－傳輸特性參數(shù)

包層

芯2θB

后向散射光示意光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－傳輸特性參數(shù)光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－傳輸特性參數(shù)定量分析

輸入P0，傳輸?shù)絲處，

rf——

沿正方向損耗系數(shù)，

η——z處的后向散射光在前向傳輸光中所占比例

rb——后向散射光的后向損耗系數(shù)

則光傳回始端時的光功率應為：（a）αf和αb為常數(shù)，曲線應為一條斜率是的直線；（b）αf和αb不為常數(shù)，曲線各點斜率不同，表示不同光纖段的損耗系數(shù)。如果能測z1z2兩處散射回來的光功率，即可求得前后傳輸?shù)钠骄鶕p耗系數(shù)為：光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－傳輸特性參數(shù)耦合器

L1光纖鏈L2

Pd（z）

1

2

3

L1

L2

z

OTDR系統(tǒng)基本框圖及典型曲線脈沖發(fā)生器

信號處理及顯示DA

ＬD光纖的特性和測量—光時域反射儀光纖的特性和測量--OTDR曲線分析（a）曲線1、2、3段的斜率分別對應各段光纖的損耗系數(shù)；（b）L1點有一熔接點，故曲線出現(xiàn)一個下降臺階以示損耗；（c）L2處是一個活動連接器，兩光纖對接端面的空氣間隙產(chǎn)生菲涅耳反射，對應曲線在該處產(chǎn)生小尖峰；（d）在光纖鏈的未端E又存在菲濕耳反射，故又出現(xiàn)明顯尖峰。光時域反射儀（OTDR：OpticalTimeDomainReflection）測定光纖損耗了解光纖沿長度的損耗分布測定接頭損耗（突變位置）測定光纖長度測定光纖斷表明點的位置：在波形上讀出背向散射信號消失或損耗突然變大的時間，再據(jù)計算長度的方法即可。光時域反射儀有四個指標參數(shù)：動態(tài)范圍、靈敏度、分辨率、測量時間“死區(qū)”“死區(qū)”又稱“盲區(qū)”——指光纖鏈初始端能夠有效地檢測其后向散射光的最短距離，主要是由于光纖鏈始端的菲涅耳反射的強信號沖擊使得檢測系統(tǒng)飽和，從而需要一定恢復時間。光纖的特性和測量—光時域反射儀（2）光纖帶寬基帶響應——對于不同頻率的交變信號（通常是正弦信號）的傳輸能力。光纖的帶寬—以傳輸直流光（光強連續(xù)不變）為基準，當頻率增加使得傳輸效率下降一半時的頻率值(fC)多模：用基帶響應或帶寬單模：色散光纖的特性和測量--光纖的測量參數(shù)

－傳輸特性參數(shù)光纖帶寬多模模間色散階躍τS=拋物型τG=

光纖的脈沖響應：輸入脈沖的寬度極窄（趨于0）時經(jīng)光纖傳輸后的輸出脈沖。表示脈沖展寬的量：（ａ）脈沖的半幅全寬（FWHM）τ1/2，即脈沖的１/2幅值處的寬度。（ｂ）脈沖的均方根寬度

兩者之間的關系為：τ1/2如輸入輸出均為高斯形

其中τ1和τ2分別表示輸入和輸出脈沖的半幅全寬帶寬與τ1/2的關系：B光纖帶寬注意：短光纖樣品（如1-2km）上測出的帶寬數(shù)據(jù)外推到長距離（如10km以上時，）或將長光距離光纖上獲得的數(shù)據(jù)折算到單位長度光纖時，多模光纖由于模耦合，不隨長度線性惡化，需要考慮長度疊加指數(shù)r，具體關系為：

r：0．5~1拋物多模：0.75單模：r

=1光纖帶寬基帶響應測量方法(a)時域法脈沖展寬測量系統(tǒng)框圖脈沖發(fā)生器LDO