光纖色散的測(cè)量

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯光纖色散的測(cè)量 1光纖色散的含義數(shù)字信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)是由不同的頻率成分或不同的模式成分來攜帶的這些不同的頻率成分或模式成分有不同的傳輸速度，當(dāng)它們?cè)诠饫w中傳輸一段距離后將相互散開，于是光脈沖展寬，這種現(xiàn)象稱為色散光纖的色散可以從光纖的時(shí)域特性和頻域特性兩方面來描述光脈沖波形在時(shí)間上發(fā)生了展寬實(shí)際上是從時(shí)域特性來描述了光纖的色散效應(yīng)而光纖的頻域特性，則是把光纖看作一個(gè)傳輸“網(wǎng)絡(luò)”，由于網(wǎng)絡(luò)總是有肯定帶寬的（不是無窮寬），所以就用光纖的頻帶寬度來從頻域特性描述光纖的色散效應(yīng)當(dāng)一個(gè)光脈沖通過光纖這個(gè)“網(wǎng)絡(luò)”時(shí)，這個(gè)光脈沖的頻率成分就受這個(gè)“網(wǎng)絡(luò)”的制約，在這個(gè)“

2、網(wǎng)絡(luò)”帶寬以外的頻率成分將被抑制掉，從而光脈沖消失了頻率失真由于時(shí)間波形與它的頻率成分是一一對(duì)應(yīng)的，因此這種頻率失真反映到波形上，就是光脈沖被展寬光纖色散包括材料色散、波導(dǎo)色散和模式色散，材料色散和波導(dǎo)色散都是由于信號(hào)由不同頻率成分?jǐn)y帶而引起的脈沖展寬，所以它們也稱頻率色散模式色散是由于信號(hào)由不同模式成分?jǐn)y帶而引起的脈沖展寬，在多模光纖中，三種色散都存在，只是模式色散遠(yuǎn)大于頻率色散，所以主要考慮模式色散，并用光纖帶寬來描述，在單模光纖中，只存在頻率色散，用色散系數(shù)來描述下面分別對(duì)多模光纖的帶寬和單模光纖的色散系數(shù)的測(cè)星予以介紹2多模光纖的帶寬及測(cè)量方法由上可知，光纖帶寬與脈沖展寬在實(shí)質(zhì)上是全都

3、的，下面進(jìn)行詳細(xì)分析假設(shè)光纖輸入、輸出端脈沖波形都近似為高斯分布，如圖5-6所示，圖中(a)是輸入光脈沖波形，幅度為A1，A1/2對(duì)應(yīng)的寬度1為此脈沖波形寬度(b)是輸出光脈沖波形，幅度為A2，A2/2對(duì)應(yīng)的寬度2為此脈沖波形寬度，經(jīng)證明，脈沖通過光纖后的展寬與其輸入、輸出波形寬度1, 2的關(guān)系為 圖5-6光纖輸入、輸出端光脈沖波形 可見，只要測(cè)出1,2然后代人上式即可算出脈沖寬度假如與圖5-6(a)對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)為Pin（f），(b)對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)為Pout（f），則光纖的頻率響應(yīng)特性H（f）為 當(dāng)上式等于1/2時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率稱為光纖的帶寬，用fc表示，即 所以fc是光纖的3dB光帶寬。但是，

4、在實(shí)際測(cè)量光纖帶寬時(shí)，總是把被測(cè)光纖的輸出光功率通過光電檢測(cè)器變?yōu)殡娦盘?hào)后，再進(jìn)行處理。由前可知，光電檢測(cè)器的輸入光功率與輸出電流成正比，所以有 把用分貝形式來表示，則為 我們把用分貝表示的值稱為電平值。因此，fc又稱為光纖的6dB電帶寬，如圖5-7所示。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)常常用到的光纖的基帶帶寬B既是fc。帶寬B和脈沖展寬間的關(guān)系如下所示。 式中，B的單位為MHz，的單位為ns。可見，知道后，依據(jù)上式即可求得光纖帶寬。依據(jù)以上對(duì)光纖帶寬的分析，可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)角度來對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，對(duì)應(yīng)的方法分別是時(shí)域法和頻域法。這兩種測(cè)量方法也是原ITU-T規(guī)定的基準(zhǔn)測(cè)試方法。（1）時(shí)域法時(shí)域法是通過測(cè)量光纖中的

5、脈沖展寬進(jìn)而計(jì)算出光纖帶寬的一種測(cè)量方法。它的測(cè)試方框圖如圖5-8所示。測(cè)試步驟如下： 圖5-8時(shí)域法光纖帶寬測(cè)試方框圖 先用一脈沖發(fā)生器去調(diào)制光源，使光源發(fā)出極窄光脈沖信號(hào)，且使其波形盡量接近高斯分布。注入系統(tǒng)采納“滿注入”方式，將符合要求的光信號(hào)耦合進(jìn)光纖。首先用一根短光纖將“1”，“2"兩點(diǎn)相連，即用短光纖的輸出信號(hào)來代替被測(cè)光纖的輸入信號(hào)，這時(shí)從示波器中得到的波形相當(dāng)于Pin(t)，并測(cè)量它的寬度1。然后再將被測(cè)光纖連到1”，“2"兩點(diǎn)之間，此時(shí)從示波器中得到的波形為Pout(t)，并測(cè)量它的寬度2。將1,2代入式（5-10）和式（5-15），即可算出帶寬B。(2)

6、頻域法頻域法是指當(dāng)光纖傳輸已調(diào)制的光波時(shí)，在光纖輸出端經(jīng)光電檢測(cè)器轉(zhuǎn)換，并用頻譜分析儀讀出電信號(hào)幅值，當(dāng)信號(hào)幅值的電平值下降6 dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率即是光纖帶寬它的測(cè)試方框圖如圖5-9所示詳細(xì)測(cè)試步驟如下： 圖5-9頻域法光纖帶寬測(cè)試方框圖 由掃頻信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)幅度不變而頻率連續(xù)可調(diào)的正弦電信號(hào)，用它對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，得到幅度相同而頻率變化的光正弦信號(hào)，注入系統(tǒng)采納“滿注入”方式，將符合要求的信號(hào)耦合進(jìn)光纖先將“1"，“2"兩點(diǎn)用短光纖相連，用短光纖的輸出信號(hào)代替被測(cè)光纖的輸入信號(hào)此信號(hào)經(jīng)光電檢測(cè)器變?yōu)殡娦盘?hào)，送給頻譜分析儀，得到隨不同調(diào)制頻率變化而變化的輸入功率PI1

7、(f)再將“1”，“2"兩點(diǎn)用被測(cè)光纖相連，此時(shí)從頻譜分析儀中得到隨不同調(diào)制頻率變化而變化的輸出功率PI2(f)將PI2(f)- PI1(f)得到被測(cè)光纖的幅頻特性曲線如圖5-7所示曲線上的一6dB所對(duì)應(yīng)的頻率即為光纖的帶寬3單模光纖的色散系數(shù)及測(cè)量方法由于單模光纖中只存在頻率色散，所以此時(shí)的色散與光源譜寬親密相關(guān)，光源的譜寬越窄，光纖的色散越小，帶寬越寬，傳輸?shù)男畔⒘吭酱笸ǔＮ覀冇蒙⑾禂?shù)來反映單模光纖色散大小。色散數(shù)D通常用單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的光波，走過單位長(zhǎng)度光纖后產(chǎn)生的平均時(shí)延差來表示。其定義是，在波長(zhǎng)下，若經(jīng)過單位長(zhǎng)度光纖后產(chǎn)生的時(shí)延差為()，則 它的單位表示光源譜寬為lnm時(shí)

8、，經(jīng)過1 km單位長(zhǎng)度光纖的脈沖展寬值是多少ps即然色散系數(shù)與光纖帶寬都能描述光纖色散，則由式(5-15)可得出它們的關(guān)系為 式中，B為單位光纖帶寬，單位為GHzkm;D為色散系數(shù)，單位為pSnmkm，為光源的譜線寬度，單位為nm。ITU -T對(duì)不同的光纖色散系數(shù)和相關(guān)參數(shù)都做了規(guī)定，下面簡(jiǎn)要介紹一下。（自學(xué)）(1)相移法不同波長(zhǎng)的信號(hào)經(jīng)過相同光纖傳輸后，因時(shí)延不同而表現(xiàn)出相位移動(dòng)的不同相移法就是通過測(cè)量經(jīng)同一正弦信號(hào)調(diào)制后的不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的相移差別來確定群時(shí)延與波長(zhǎng)的關(guān)系，進(jìn)而導(dǎo)精彩散系數(shù)的一種方法測(cè)量原理設(shè)正弦調(diào)制信號(hào)的頻率為f(MHz)，被測(cè)光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)(km)，輸入

9、信號(hào)的不同波長(zhǎng)分別為1，2，n，又記為i（i=1,2，,n）.為了測(cè)量便利，設(shè)一個(gè)參考光波長(zhǎng)為f，則對(duì)于輸入不同波長(zhǎng)的信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸后產(chǎn)生的相移差都是相對(duì)于參考波長(zhǎng)而言設(shè)i和f間經(jīng)光纖傳輸后的時(shí)延差為ti，相移差為i通過測(cè)量，得到i，又由于 于是，每公里的平均時(shí)延差為 這樣，通過測(cè)量不同波長(zhǎng)i下的i，依據(jù)上式計(jì)算出一組ii值，然后按不同光纖的群時(shí)延公式（）進(jìn)行曲線擬合，從而求出公式中的有關(guān)系數(shù)，進(jìn)而求得該光纖的色散系數(shù)D測(cè)量裝置圖5-10示出了用相移法測(cè)量色散系數(shù)的一種裝置圖中光源采納LD激光器，要求具有穩(wěn)定的光源強(qiáng)度和波長(zhǎng)相位計(jì)用來測(cè)量參考信號(hào)與被測(cè)信號(hào)間的相移差，此裝置光路部分簡(jiǎn)潔，測(cè)試

10、動(dòng)態(tài)范圍大，但需要多個(gè)激光器，選擇困難，價(jià)格昂貴 (2)脈沖時(shí)延法脈沖時(shí)延法就是通過測(cè)量經(jīng)同一窄脈沖調(diào)制后的不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的時(shí)延差，然后直接按定義計(jì)算精彩散系數(shù)，由于信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后會(huì)發(fā)生脈沖展寬，所以只有用足夠窄的窄脈沖調(diào)制信號(hào)，在接收端才能把兩個(gè)不同波長(zhǎng)的信號(hào)區(qū)分開測(cè)量原理設(shè)被測(cè)光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)(km)，輸入信號(hào)的不同波長(zhǎng)分別為1，2，n，記為i（i=1,2，,n）.為了測(cè)量的需要，找一個(gè)參考光波長(zhǎng)f，這樣，輸入不同波長(zhǎng)的信號(hào)經(jīng)過光纖傳輸后產(chǎn)生的時(shí)延差都是相對(duì)于參考波長(zhǎng)而言設(shè)入i和f間經(jīng)光纖傳輸后的時(shí)延差為ti，則通過示波器觀測(cè)到的ti，如圖5-11所示于是，單位長(zhǎng)度的平均時(shí)延差為 到此之后可與相移法一樣，求得色散系數(shù) 測(cè)量裝置圖5-12示出了用脈沖時(shí)延法