光纖特性測量

光纖特性測量是對各類光纖相關參數的實驗驗證和定量測定。

基本介紹

• 中文名：光纖特性測量
• 外文名：measurement optical fiber of cha-racteristics
• 套用學科：光纖通信技術

簡介

為傳輸理論的研究，或為設計和工藝提供反饋信息，對生產過程的質量控制和產品檢驗、施工維護都是十分重要的。

光纖的基本特性

光纖的幾何參數：

1. 纖芯、包層直徑、不園度、偏芯率

2. 數孔直徑

3. 折射率分布

光纖物理參數

1. 損耗

2. 色散

3. 偏振、雙折射

光纖的損耗和色散是寬頻通信傳輸介質的兩個十分重要的特徵參量。

損耗：限制傳輸距離

色散：限制傳輸頻寬、中繼距離。

偏振、雙折射：對於光纖在寬頻通信、感測技術的套用。以及光纖中非線性的研究具有重要的意義。

光纖的傳輸損耗

光纖的傳輸損耗特性是決定光網路傳輸距離、傳輸穩定性和可靠性的最重要因素之一。光纖傳輸損耗的產生原因是多方面的，在光纖通信網路的建設和維護中，最值得關注的是光纖使用中引起傳輸損耗的原因以及如何減少這些損耗。光纖使用中引起的傳輸損耗主要有接續損耗（光纖的固有損耗、熔接損耗和活動接頭損耗）和非接續損耗（彎曲損耗和其它施工因素和套用環境所造成的損耗）兩類。

產生損耗的原因主要是：

(1) 材料的吸收損耗，包括纖芯和包層的物質吸收

(2) 材料（或物質）的散射，也包括纖芯和包層。

(3) 波導散射，即交界面隨機的畸變或粗糙所產生的散射。

(4) 波導彎曲所產生的輻射損耗。

(5) 外套損耗。

1、 材料的吸收損耗

材料吸收所產生的損耗是重要的損耗。早期的水平是1000~4000db/km，發現幾乎所有的損耗都是來源於材料吸收。材料吸收又有多種原因：

(1) 物質本徵吸收：由原子躍遷（電子吸收）所產生：紅外8-12μm，紫外拖尾0.7-1.1μm。

(2) 過度族金屬離子吸收：鐵，鑽，銅，鉻等吸收峰和吸收帶也隨他們的價狀態不同而不同。

(3) OH-離子吸收：在熔融石英玻璃里OH-的吸收帶在0.72,0.95，1.4μm的範圍里。

(4) 原子缺陷吸收：由於加熱過程：4價Ti-3價由於強烈的輻射，玻璃材料會受激而產生原子的缺陷而產生損耗。

2、 物質的散射損耗

物質內部的散射，會減小傳輸功率，產生損耗。

本徵散射：（物質散射中最重要的）它是使波導衰減不能太小的基本限制之一。

非線性散射：物質在強場作用下，也會誘發出對入射波的散射。（拉布散射、布里淵散射）

瑞利散射：密度不均勻或者內應力不均勻就引起折射率不均勻，從而產生散射。這種不均勻度與波長相比是小尺寸的。瑞利散射與波長λ的四次方成反比。

摻雜不均勻引起的散射：也屬於物質的本徵散射。

濃度的不均勻性的散射：所用玻璃種有些含有幾種氧化物，以改變折射率。而氧化物濃度的不均勻性或起伏，也會引起散射，產生損耗。一般而言，折射率的起伏是未知的，所以因之而產生的損耗（或散射）是不能計算的。反過來，倒是可以利用散射損耗去得出折射率的起伏。對於典型的高矽玻璃，濃度不均勻的散射損耗占總散射損耗的25%。

3、 波導散射損耗

(1) 由於拉制纖維時的不良性，造成纖維尺寸沿軸線起伏，如粗細不勻，截面形狀變化等，這種不均勻性同樣將引起光的散射。另外，纖芯和包層界面的不光滑、污染等，也將造成嚴重的散射損耗。

(2) 模式變換而產生了附加的損耗，這種附加的損耗就是波導散射損耗。

很多人曾經推導了薄膜波導和圓柱波導的這種模式耦合效應，並舉例作了計算。例如對薄膜波導，如果厚度為5μm，折射率差Δ=1%，交界面的偏離均方根值為0.9nm，每千米將產生10dBd的輻射損耗。

4、 光纖彎曲產生的輻射

光纖彎曲是一個複雜的理論問題，電磁波在彎曲部分傳輸時，越靠外面的速度越大，到一定地點，相速等於所在物質里的光速。

5、 外套損耗

串話：纖芯里的波導和輻射波的電磁場都要進入到包層。在寶成外圈，電磁場並沒有消失，還要伸展到外面去，這就要與臨近的光纖耦合。

為了避免串話，包層外面需要再套一層衰減大的套子，把進入套子的電磁場消滅掉。

這樣，物質吸收損耗就有三部分，即纖芯里、包層里和外套里的損耗，它們各不相等。對每一個模式又不相同，這是由於功率分配不同的緣故。

光纖特性的測量方法

由於光纖特性的敏感性，測量中光源

CCITT建議的測試方法

參數		RTM	ATM
衰減（損耗）		剪斷法	背向散射法、介入損耗法
基帶回響		頻域法
		時域法
色散		相移法	詠沖時延法、干涉法
截止波長		傳輸功率法	分離軸心法
模場直徑		遠場掃描法	可變孔徑法、刀口掃描法、近場掃描法
折射率分布		折射近場法	傳輸近場法
最大理論數值孔徑		折射近場法	傳輸近場法、遠場法
幾何尺寸	單模	傳輸近場法	折射近場法、側視法
	多模	折射近場法	傳輸近場法

穩定、發射技術、耦合方式、測試條件、樣品處理和信息檢測及數據處理，對光纖呈現的特性都有密切的關係。CCITT建議G.651和G.652對多模和單模光纖規範了相關參數的定義和實用可靠的測試方法，如表所列。基準測試法（RTM）嚴格與定義相聯繫，替代測試法（ATM）是在某種意義上與給定特性的定義相一致的測試方法。