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光纤停止波长测试及影响身分

日期:2010年10月22日 08:41

                                                                                        涂昌伟   Tu changwei

                                                       成都中住光纤有限公司

                                                       Chendu SEI Optical Fiber Co.,Ltd

择要:

    当代光纤通信中单模光纤曾经作为的光传输次要序言,由光纤的传输实际可知,把包层和芯层鸿沟代入颠簸方程求解,可得LP11模停止光阴纤只要单模即LP01模传输,对应的波长叫作停止波长。在通讯链路中体系波长必需大于停止波长。国际电信同盟技术委员会ITU-T按照差别的测试条件和情况划定了停止波长测试办法和替换办法及响应尺度,本文次要针对用光谱传输功率法停止停止波长测试及影响测试停止波长的缘故原由停止论述。

关键词:单模光纤、停止波长、光谱传输功率法

Abstract: A Singlemode fiber is a primary optic transmission medium in modern Fiber-optic communication. With the fiber transmission theorywe solve wave equations according to fibers core-cladding boundary and know that fiber transmits only by Singlemode(LP01 mode) if the higher mode(LP11 mode) is cut-off. That wavelength is defined as cut-off wavelength. The system ‘s operating wavelength must be greater than the fiber cut-off wavelength in transmission-lank. The International Telecommunication Union Standardization Sector(ITU-T) rule the cut-off wavelength measuring method ,the substitution method and the corresponding standard by the deferent measuring factor and condition. This article describe the optic spectral transmitted power technique which measure the cut-off wavelength and the influent factor.

Key words: a Singlemode fiber, cut-off  wavelength, an optic spectral transmitted power technique

一.        停止波长的物理观点和界说

    按照光纤中光传输的标量颠簸方程求解可知,单模光纤LP11模的停止波长为:

                     1-1

    关于阶跃型光纤,Vc=2.40483。由上式获得的停止波长,其与光纤芯层直径和折射率n1有关,另外还和光纤的指数相对折射率有干系,大多数文献上称之为实际停止波长,记作λct。在工程使用中λct意义不大。普通中只在理论研究中有必然代价。

    人们凡是所说的停止波长是指测试停止波长,经由过程理论表白测试停止波长与所测光纤的长度和所处的形态有关(如蜿蜒和遭到应力感化等)。为了使测试停止波长在工程使用中有实际意义,如在光纤消费中掌握光纤拉丝张力,制造光缆和敷设光缆时掌握其在事情波长有用单模传输等。国际电信同盟标准化部分在ITU-T G.650(2000/10)中将实践丈量的停止波长分为三类并订定响应尺度,按照测试条件和测试式样差别分为:光缆停止波长、光纤停止波长和跳线光缆停止波长。

    1.光缆停止波长λcc,光缆停止波长是在预先将22m光缆平直安顿,剥去被测光缆端护套等保护层,两头各暴露出1m长的预涂覆光纤,并在两头暴露光纤各打一个40mm的小圈条件下测的成缆停止波长。理论证实,事情波长颠末22m成缆光纤后,LP11模不能持续传布。因而,光缆停止波长是确保光缆中光纤单模事情最为间接有用的参数。

    2.光纤停止波长λc,由于其测试简单,也是工程使用中最多的停止波长。光纤停止波长是指光纤在连结一个140mm松绕大圈其它部门平直、长度为2m光纤的条件下测的光纤停止波长。

    3www.www0192829.comλcj,跳线光缆波长是指跳线光缆包罗一个76mm松套小圈、长度为2m条件测得的停止波长。因为跳线光缆实践使用中能够长度很短,以是ITU-T专门对跳线缆和一般光缆划定了差别的测试条件和尺度。

    如上所述,λccλcλcjwww.www0192829.comλccλcλcj就是划定的条件下LP11模停止对应的波长。在实践使用中固然这三种对应干系不容易肯定,但对差别光纤和光缆构造、及实验条件,应确保在最长工作波长、两点持续的最短光缆段长处于单模传输是非常重要的,如今许多光纤光缆厂家都援用光缆停止波长为尺度,理论表白其对应光纤停止波长可延长到1290nm以至到1330nm。为了低落光纤模式乐音和色散对光纤体系的影响,划定λcc即最短光缆段长的停止波长小于体系波长即:λcc<λs长短常有须要的。

    凡是关于统一范例的光纤λccλcλcj普通有如下干系:

λc>λcj>λcc

    ITU-T(2000/10)中对G652G653G654G655不同类型光纤对应停止波长作了划定,同时GB/T9771-2000中也对几种不同类型的光纤的停止波长作了划定。上面列出今朝使用最广的两种光纤对应尺度:

G652光纤λcc1260mm, λc1250mm, λcj1250mm

G655光纤λcc1480mm, λc1470mm, λcj1480mm

二.   光纤停止波长的测试

  1)测试道理 

光纤停止波长的测试在ITU-T G6502000)中划定了传输功率法作为基准测试办法,而作为替换办法未成缆光纤停止波长测试法在实践工程中很少使用,今朝商用仪器也是接纳传输功率法作为测试道理,在光纤光缆等厂家中大量使用。

我们知道单模光纤中除了固有的吸取和散射消耗外,还有因外界感化使光纤发生的附加消耗,如:光纤芯包缺点、纵向不均匀性、光纤微(宏)弯等。这些附加消耗在单模光纤停止波长处发生的衰减很大,畴前面的停止波长界说可知,在实际停止波长以下波段,高阶模LP11模传输,而在厥后高阶模停止,对应波长只要基模存在,以是在靠近停止波长光阴纤功率急剧衰减。传输功率法的丈量道理就是在划定的尝试条件下,经由过程测试被测的一短段光纤随波长变革传输功率与参考的传输功率之比来肯定停止波长。                        

在实践使用中我们取2m长度的被测光纤作试样,用综合测试安装把传输功率谱和参考传输功率谱相比较,肯定光纤的停止波长,按照ITU G6502000)中划定了两种获得参考传输功率谱,这里取打一小圈所得光功率谱作为参考传输功率谱。

2)试验装置

传输功率法丈量单模光纤的试验装置,如下图所示。这个试验装置主要成分有:光源、包层模剥除器、光探测器等。

文本框: 图一   传输功率法试验装置图                

对如上安装简朴阐明以下:

光源:选用的光源FWHM谱宽不超过10nm。在完成全部丈量历程中,光源的位置、光强和波长应不变稳定,并可以在充足宽的波长范围内事情。调制:为改进接收器处的信噪比,凡是采纳调制光源办法,假如采纳这个法子,光探测器应与光源调制频次同步旌旗灯号处置体系毗连探测,体系应根本是线性的。注入条件与体系:使用的条件是平均地鼓励LP01LP11模,比方:不变的注入办法是用不变的大光斑、大数值孔径的注入光学系统。包层模剥除器:包层模剥除器:其是一个确保包层模转换为辐射模的器件,因而,它从光纤中剥除包层模,应肯定不能影响LP01模。光探测器:选用一个适宜的光探测器,以求截断来自光纤的所有辐射,光探测器的光谱呼应与光源的光谱特性相一致,光探测器应具有优良的外表平均性和线性灵敏度。

3)停止波长测试

本测试安装选用光纤光缆厂家接纳较多的PK2220作为测试手腕,其光源不变,接收器的信噪比力高,测试重复性较好,能满意ITU-T G6502000/10)停止波长对测试安装要求。

拔取一根2m单模光纤作为测试试样。用光纤剥线钳和切割刀把带有夹具光纤两头面切得平整,有条件的状况下能够测试一下端面角,要求端面角小于1.0然后停止下一步事情。拔取单模光纤停止波长测试菜单,我们拔取用打小圈作为参考旌旗灯号的测试办法。把2m光纤放在安装的输入输出端,调理端面校准安装,使光纤端面明晰便可,把2m光纤打一280mm的大圈,留意应连结光纤松驰不应遭到任何内部应力和比280mm小的天然蜿蜒。如许就能够停止试样光纤光功率谱P1(λ)测试,测试成果临时保留在数组CUTRUNDAT中。当试样光纤光功率谱测试终了时,查抄光纤的端面能否连结稳定,如连结残缺,把试样光纤打一60mm的小圈,这时候就能够测试光纤参考功率谱P2(λ),测试安装按照以下公式拟合衰减谱:

                                       2-1

这是含有高阶模即LP11模试样光纤功率谱P1(λ)和参考的传输功率P2(λ)获得的衰减谱消耗,测试停止波长就界说为其消耗降落到0.1dB时所对应的,拟合曲线如下图所示:

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                     图二   单模光纤谱消耗图                    

由图二可见,在改变区,高阶模功率随波长增大而低落,在光纤停止波长四周,衰减急剧降落,在以后各波长能够以为基本上只要LP01模传输,在图b中测试光纤功率谱P1(λ)在停止波长后有大批LP11模残存功率。

三.   影响测试停止波长的身分

    光纤测试停止波长是在划定的实验条件下获得的,在各工程使用中由于种种原因能够不会完整根据划定实验条件停止测试。前面曾经提出光纤长度和光纤所处的形态对光纤停止波长测试有很大影响,上面经由过程尝试总结各个身分对测试停止波长影响水平,可作为各光纤光缆厂家参考:

(1) 长度对测试停止波长的影响

  别离取1.5m2.0m3.0m试样其它实验条件满意ITU G650(2000/10)划定测试条件,得以下数据:

测试次数

1.5m样品

2.0m样品

3.0m样品

备注

1

1212.87

1242.65

1226.29

测试所用仪器为PK2220且挑选某光纤厂家同一盘光纤外端取样,测试值单元nm

2

1219.85

1240.16

1239.22

3

1219.41

1238.02

1248.32

4

1217.43

1246.31

1238.32

5

1216.15

1242.78

1244.84

平均值

1217.142

1241.984

1239.398

标准偏差

2.82

3.12

8.40


                   
图三     长度影响趋向图 

从如上两图及测试数据阐发:在停止光纤停止波长测试时,假如样品获得较短1.5m时,测试数据均值会比一般测试均值(取2m)时偏小,但标准偏差较好;假如样品获得太长3m时,测试时完整模仿操作工测试历程能够存在比28cm小的圈,以是测试停止波长均值比力靠近一般测试均值,但标准偏差及重复性十分差可从图三看出,测试的随机误差较大。

   可见样品长度对测试停止波长有很大影响,在工程使用中一定要根据停止波长测试条件准确取样及2m长度,不然测试的可信度会低落,对工程质量包管和导向会带来不利因素。

(2) 蜿蜒对停止波长的影响

别离用直径为14cm20cm28cm大圈对2m试样在其它实验条件满意ITU-T G650(2000/10)划定测试要求,得以下数据:

测试次数

14cm

20cm

28cm

备注

1

1216.17

1242.16

1242.65

测试所用仪器为PK2220且挑选某光纤厂家同一盘光纤外端取样,测试值单元nm

2

1214.25

1243.94

1240.16

3

1211.71

1244.11

1238.02

4

1231.61

1242.01

1246.31

5

1214.67

1241.72

1242.78

平均值

1214.08

1242.79

1241.98

标准偏差

1.63

1.14

3.12

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                        图四     蜿蜒影响趋向图 

   我们一般测试时用28cm大圈,因为仪器操作台成绩,把光纤圈放大操纵可能性很少,故只会商放小的状况。从图四停止阐发,当圈放到20cm时,光纤停止波长测试平均值和标准偏差变革较小,对测试数据影响不大;当圈放到14cm时,测试重复性较好但停止波长测试数据急剧减小,对测试成果十分倒霉。以是在操纵职员停止测试时,当碰到光纤测试样品不敷时,或在操作台有天然小圈时一定要睁开再停止测试。

(3) 内部应力对测试停止波长的影响

    在光纤拉制历程中,我们所得到的光纤芯并不是是幻想的圆,而是有必然的椭圆度,加上光纤遭到挤压、涂层毁伤、蜿蜒或改变等身分,能够使光纤遭到不对称的横向应力。这些应力的存在能够对测试停止波长发生影响,这里讨论一下光纤遭到微弯带来不对称横应力感化下光纤测试停止波长变革状况:

   下图为不受应力、1kg3kg微弯及光纤外表受不规则应力状况下对应测试停止波长光谱消耗图:

                             图五    0kg谱消耗图                   

                                    图六   1kg谱消耗图                   

                                图七3kg谱消耗图            

                     图八  光纤不规则受力谱消耗图 

测试次数

0kg

1kg

3kg

备注

1

1242.65

1219.74

1209.04

测试所用仪器为PK2220且挑选某光纤厂家同一盘光纤外端取样,测试值单元nm

2

1240.16

1219.29

1206.18

3

1238.02

1217.61

1204.61

4

1246.31

1219.71

1207.31

5

1242.78

1218.84

1208.24

平均值

1241.98

1219.04

1207.08

标准偏差

3.12

0.88

1.74

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                    图九   应力影响趋向图    

数据阐发:从图六、七光纤消耗谱看来,光纤遭到微弯侧应力状况其峰值有很大变革,跟着所受应力增长峰值最高dB低落越多,阐明LP11高阶模在较短波长时所传输光功率比没有受应力比力,急剧降落,同时光纤测试停止波长大大减小,测试成果比力三者标准偏差变革不大。图八是因为单模光纤包层遭到不规则横向应力,在测试光纤功率谱P1(λ)时有部门长波长有LP11高阶模残存功率存在,但在停止参考功率谱P2(λ)测试时LP11对宏弯小圈很敏感,走漏进来,因此从谱消耗来看有多峰征象发生。

光纤遭到应力测试停止波长变小,理论上我们所得测试停止波长较小越能包管光纤在体系事情波长单模传输,但工程使用中好比光缆敷设时我们会只管不让光纤遭到内部应力,让光纤处于松驰形态,不然能够对光纤衰减、PMD带来倒霉影响。以是光纤光缆厂家在测试光纤停止波长时要求光纤在松驰的形态下停止,这样才能包管我们获得的更能满意光缆停止波长的要求。

四.结束语

本文对光纤几种差别停止波长界说停止了较为体系的形貌,同时援用了ITU-T G6502000/10)给出了差别界说停止波长的响应尺度。在实践使用中差别工程援用与本人相适应的尺度,关于光纤制造厂家可援用光缆停止波长但要划定最大和最小光纤测试停止波长。传输功率法是光纤停止波长的基准测试办法,其测试道理和测试安装及对测试情况的要求在文中停止了论述。文中经由过程对ITU G652单模光纤停止尝试,从光纤长度、宏弯和光纤遭到不规则应力三方面总结了对光纤测试停止波长的差别水平影响。

参考文献:1. 赵梓森 等编著. 光纤通信工程,群众邮电邮版社1994                                                                                                                                                                                                                                                                             

          2. 胡先志、刘泽恒等编著.光纤光缆工程测试,人民邮电出版社,2001

          3. Diafar K.Mynbaev Lowell L.Scheiner ,Fiber-Optic Communications Technology ,Pearson education 2002

所属种别: 技术交流

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