GB∕T 33779.3-2021 光纖特性測(cè)試導(dǎo)則 第3部分：有效面積(Aeff)(正式版)

ICS33.180.10光纖特性測(cè)試導(dǎo)則2021-04-30發(fā)布國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T33779.3—2021 I 3術(shù)語(yǔ)和定義 2 2 2 3 3 4 4附錄A(資料性附錄)單模光纖的有效面積與模場(chǎng)直徑之間的關(guān)系 5附錄B(規(guī)范性附錄)方法A——直接遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法 8附錄C(規(guī)范性附錄)方法B——遠(yuǎn)場(chǎng)可變孔徑法 附錄D(規(guī)范性附錄)方法C——近場(chǎng)掃描法 IGB/T33779.3—2021——第1部分：衰減均勻性；——第2部分：OTDR后向散射曲線解析； 本部分為GB/T33779的第3部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。本部分由中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部提出。本部分由全國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC485)歸口。1GB/T33779.3—2021光纖特性測(cè)試導(dǎo)則第3部分：有效面積(Aerf)GB/T33779的本部分規(guī)定了單模光纖有效面積(Ac)的基準(zhǔn)測(cè)試方法(RTM)和替代測(cè)試方法，規(guī)定了測(cè)試裝置、樣品和樣品制備、測(cè)試程序、計(jì)算方法和結(jié)果等。本部分適用于GB/T9771(所有部分)中規(guī)定的B類單模光纖。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T9771(所有部分)通信用單模光纖3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。有效面積effectivearea一個(gè)與光纖非線性緊密相關(guān)的參數(shù)，它會(huì)影響光纖系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，特別是在長(zhǎng)距離光放大系統(tǒng)中的傳輸質(zhì)量，有效面積A.可以用式(1)定義： (1)式中：I(r)——光纖在半徑r處基模的近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布。注1:I(r)在整個(gè)光纖橫截面上進(jìn)行積分。注2:對(duì)于單模光纖，有效面積(A.)與模場(chǎng)直徑(MFD)之間的關(guān)系可參見附錄A。非線性系數(shù)non-linearcoefficient對(duì)于特別強(qiáng)的光場(chǎng)，光纖的折射率與光纖中光的強(qiáng)度有關(guān)，表示為式(2)。在高功率密度系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，光纖非線性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能劣化。非線性系數(shù)定義為n?/Aef。n=n。十n?I…………(2)式中：no——折射率的線性部分；n?——非線性折射率系數(shù)；I———光纖內(nèi)光強(qiáng)度。2GB/T33779.3—20214縮略語(yǔ)下列縮略語(yǔ)適用于本文件。DFFS:直接遠(yuǎn)場(chǎng)掃描(DirectFar-fieldScan)FFP:遠(yuǎn)場(chǎng)功率(Far-fieldPower)FWHM:半幅全寬(FullWidthatHalfMaximum)GBIP:通用接口總線(General-PurposeInterfaceBus)MFD:模場(chǎng)直徑(ModeFieldDiameter)NA:數(shù)值孔徑(NumericalAperture)NFP:近場(chǎng)功率(Near-fieldPower)NFS:近場(chǎng)掃描(Near-fieldScan)RTM:基準(zhǔn)測(cè)試方法(ReferenceTestMethod)VA:可變孔徑(VariableAperture)WDM:波分復(fù)用(WavelengthDivisionMultiplexing)5測(cè)試方法測(cè)試單模光纖的有效面積有三種方法：——方法A:直接遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法(RTM);——方法B:遠(yuǎn)場(chǎng)可變孔徑法；——方法C:近場(chǎng)掃描法。三種方法的要求分別見附錄B、附錄C和附錄D,不同測(cè)試方法之間的數(shù)學(xué)變換關(guān)系如圖1所示。直接遠(yuǎn)場(chǎng)掃揣近場(chǎng)近場(chǎng)掃描圖1三種測(cè)試方法之間的數(shù)學(xué)變換關(guān)系6測(cè)試裝置6.2～6.8對(duì)測(cè)試裝置的要求為有效面積的三種測(cè)試方法所共有，在附錄B、附錄C、附錄D中還分別給出了對(duì)每一種測(cè)試方法的特定要求。3GB/T33779.3—2021通常通過對(duì)光源的調(diào)制來提高接收器的信噪比。如果采用這種方法，光檢測(cè)器可連接到與光源調(diào)制頻率同步的信號(hào)處理系統(tǒng)上。光學(xué)注入裝置應(yīng)足以激勵(lì)基模，可采用尾纖或光學(xué)透鏡系統(tǒng)來激勵(lì)被測(cè)光纖，注必要時(shí)可在光纖尾端打一個(gè)半徑合適的圈或加入其它類型的濾模器來濾除高階模。6.7放大器應(yīng)采用合適的放大器來增加信號(hào)電平。6.8數(shù)據(jù)采集7.1樣品長(zhǎng)度對(duì)于部分B6類單模光纖，可在被測(cè)樣品上打若干小半徑的圈或者采用更長(zhǎng)的樣品長(zhǎng)度(例如7.2樣品端面8測(cè)試程序?yàn)榱诵?zhǔn)設(shè)備，應(yīng)通過掃描一段已知的樣品來測(cè)試光學(xué)放大裝置的放大倍數(shù)，并記錄這個(gè)放大倍數(shù)。4GB/T33779.3—2021-—光源波長(zhǎng)；—光源類型和FWHM譜寬；5GB/T33779.3—2021(資料性附錄)A.1概述本附錄給出了幾種常規(guī)單模光纖的有效面積(Aer)與模場(chǎng)直徑(MFD)之間的關(guān)系。w——模場(chǎng)半徑。采用可變孔徑法測(cè)試模場(chǎng)直徑(MFD),然后，利用漢克爾反變換，從輸出光功率P(r)的遠(yuǎn)場(chǎng)功率修正因子k取決于波長(zhǎng)和光纖參數(shù)，例如折射率剖面、MFD和零色散波6um/D:M.1inum/D:M.1inume▲Ae△B1.1或B1.3(SMF)[階躍折射率]圖A.1B1.1或B1.3和B2光纖的Aer和MFD實(shí)測(cè)值與波長(zhǎng)λ的關(guān)系B1.1或B1.30.98B2(DSC-1SF)B20.92B1.2(SMF)0.960.94[實(shí)測(cè)的][計(jì)算的]□B1.2(CSF)[非階躍折射率]B2(DSC-DSF)DSC雙層芯SGC分層芯圖A.2B1.1或B1.3、B2和B1.2光纖的修正因子k計(jì)算的和實(shí)測(cè)值與波長(zhǎng)λ的關(guān)系7GB/T33779.3—2021光纖類型波長(zhǎng)λ下的修正因子kB1.1或B1.30.970～0.9800.960～0.970B1.20.975～0.985B20.940～0.9500.950～0.960最佳波長(zhǎng)區(qū)。采用式(1)來確定。圖A.3給出了B2光纖(DSF)和B4光纖(NZ-DSF)在WDM應(yīng)用的1520nm~1580nm波長(zhǎng)區(qū)內(nèi)的Ae和波長(zhǎng)之間的關(guān)系。N/-DSIN7-DSFNZ-DSTB2(1DSF)D5F3D5F4DSF1DST240B4(NZ-DSF)NZ-DSFNZ-DSF3254I圖A.3B2和B4光纖的Ae實(shí)測(cè)值與波長(zhǎng)λ的關(guān)系對(duì)于B2光纖而言，得到k的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.953±0.005,對(duì)于B4光纖而言，得到k的平均GB/T33779.3—2021(規(guī)范性附錄)方法A——直接遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法B.1概述本附錄規(guī)定了直接遠(yuǎn)場(chǎng)掃描(DFFS)法測(cè)試單模光纖Ae的具體要求。B.2測(cè)試裝置B.2.1測(cè)試裝置框圖直接遠(yuǎn)場(chǎng)掃描法用測(cè)試裝置示意圖見圖B.1。濾模尾纖可調(diào)激光器光源接頭參考光路圖B.1直接遠(yuǎn)場(chǎng)掃描(DFFS)的典型裝置B.2.2掃描設(shè)備采用對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布進(jìn)行掃描的機(jī)械裝置，光檢測(cè)器光敏面和光纖輸出端面的距離應(yīng)大于40wb/λ(2w是被測(cè)光纖的預(yù)期模場(chǎng)直徑，b是光檢測(cè)器的光敏面直徑，λ是波長(zhǎng)),或者它們之間的距離至少有10mm,以保證光檢測(cè)器光敏面在遠(yuǎn)場(chǎng)覆蓋的角度不太大。精確測(cè)試時(shí)要求測(cè)量?jī)x表的最小動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)為50dB。對(duì)B1.1、B1.3光纖，相應(yīng)的最大掃描半角應(yīng)如果對(duì)B1.1、B1.3光纖，將上述數(shù)值分別限制在30dB、12.5°,對(duì)B2光纖，將上述數(shù)值分別限制在40dB、20°時(shí)，確定模場(chǎng)直徑時(shí)就可能導(dǎo)致大于1%的相對(duì)誤差。89GB/T33779.3—2021B.3計(jì)算方法B.3.1疊合遠(yuǎn)場(chǎng)輻射功率數(shù)據(jù)設(shè)P(θ)作為下標(biāo)i的角位置θ;(rad)函數(shù)的實(shí)測(cè)功率。疊合的功率曲線P?(θ;)見式(B.1),其中0≤θ,≤θmax?！?B.1)B.3.2計(jì)算近場(chǎng)光強(qiáng)圖利用適當(dāng)?shù)臄?shù)值積分方法來計(jì)算式(B.1)的積分。例如使用式(B.2),采用其它積分方法時(shí)計(jì)算精度不得低于該方法。………………(B.2)式中：△θ=θ?-θo;Jo——零階貝塞爾函數(shù)。計(jì)算半徑r,值從零到一個(gè)足夠大數(shù)值范圍的近場(chǎng)值，在這個(gè)最大半徑上計(jì)算得到的光強(qiáng)小于最大光強(qiáng)的0.01%。B.3.3計(jì)算積分項(xiàng)利用適當(dāng)?shù)臄?shù)值積分方法來計(jì)算式(B.2)結(jié)果的積分。例如使用式(B.3)和式(B.4)計(jì)算，采用其它積分方法時(shí)計(jì)算精度不得低于該方法。式中：△r=r?—ro;m——-實(shí)測(cè)位置的數(shù)目。B.3.4計(jì)算結(jié)果根據(jù)有效面積Ae的定義，可得到式(B.5):測(cè)試遠(yuǎn)場(chǎng)功率(FFP)數(shù)據(jù)的一個(gè)例子參見圖B.2?！?B.3)…………(B.4)…………(B.5)0050/(°)20圖B.2測(cè)試FFP數(shù)據(jù)的例子(規(guī)范性附錄)方法B——遠(yuǎn)場(chǎng)可變孔徑法C.1概述本附錄規(guī)定了遠(yuǎn)場(chǎng)可變孔徑(VA)法測(cè)試單模光纖Ae的具體要求。C.2測(cè)試裝置遠(yuǎn)場(chǎng)可變孔徑法用測(cè)試裝置示意圖見圖C.1?；蚋缮鏋V光片(輸入裝置))0輸山和包層模剝除器(當(dāng)需要時(shí))鎢光源濾除器光學(xué)觀察裝置輸出裝置圖C.1遠(yuǎn)場(chǎng)可變孔徑法裝置的典型裝置C.2.2孔徑裝置宜采用一臺(tái)至少12個(gè)孔的機(jī)械裝置，這些孔的半角數(shù)值孔徑范圍從0.02～0.25(B2光纖為0.4)。把透過孔的光收集起來，聚焦在檢測(cè)器上。聚光裝置的NA應(yīng)足夠大，不得影響測(cè)試結(jié)果。C.2.3輸出遠(yuǎn)場(chǎng)可變孔徑裝置應(yīng)把一個(gè)包含不同尺寸的透光圓孔的裝置(例如一個(gè)帶孔的輪盤)放在距光纖端距離D的地方(D至少為100w2/λ),它用來改變從光纖輸出場(chǎng)圖收集到的光功率。通常采用12個(gè)～20個(gè)孔，并放在距離光纖端20mm～50mm的地方。測(cè)試裝置的最大數(shù)值孔徑應(yīng)不小于0.4。應(yīng)采取措施使孔相對(duì)于場(chǎng)圖對(duì)中，以減少對(duì)光纖的端面角的敏感性。作為裝置準(zhǔn)備的一個(gè)環(huán)節(jié)，如圖C.2所示，要仔細(xì)測(cè)試和記錄光纖輸出端位置和圓孔平面之間的距離D和每個(gè)孔徑的直徑X;。確定輪盤內(nèi)的每個(gè)孔徑所對(duì)的半角，并記錄這些θ;值(依孔的尺寸增加的次序，i=1～n),以供計(jì)算用。這些值與測(cè)試波長(zhǎng)無關(guān)?？讖揭籜8孔徑所對(duì)的半角圖C.2孔徑設(shè)備裝置C.3計(jì)算方法遠(yuǎn)場(chǎng)可變孔徑(VA)法測(cè)試通過如圖C.2所示的一個(gè)給定孔徑所對(duì)光纖處的遠(yuǎn)場(chǎng)角θ的歸一化總功率f(θ)。這些功率值等于歸一化遠(yuǎn)場(chǎng)功率分布F2(0)的積分。它用式(C.1)表示?！?C.1)透過孔徑的歸一化光功率和角θ的函數(shù)曲線見圖C.3。1000.150.250.05工0/(°)圖C.3實(shí)測(cè)的VA數(shù)據(jù)曲線圖由式(C.2)中給出的四次函數(shù)擬合到遠(yuǎn)場(chǎng)孔徑數(shù)據(jù)：f(θ)=Aθ?+Bθ3+Cθ2+Dθ1+E…………(C.2)有效面積Aef由近場(chǎng)功率分布I(r)計(jì)算得到，計(jì)算細(xì)節(jié)如下：a)對(duì)積分功率數(shù)據(jù)f(θ)求導(dǎo)，得到遠(yuǎn)場(chǎng)功率分布F2(θ):…………(C.3)計(jì)算光功率2(0)歸一化功率GB/T33779.3—2021計(jì)算光功率2(0)歸一化功率FFP分布曲線見圖C.4。00.050.10.150.20/rad圖C.4FFP分布曲線b)利用式(C.4)的漢克爾反變換，可以從遠(yuǎn)場(chǎng)光功率分布F2(θ)功率分布I(r)。近場(chǎng)分布I(r)相對(duì)于r的曲線見圖C.5。計(jì)算作為半徑r的函數(shù)的近場(chǎng)光…………(C.4) 圖C.5NFP分布曲線c)有效面積Ae.可以用近場(chǎng)分布I(r)和式(C.5)計(jì)算得到。…………(C.5)GB/T33779.3—2021(規(guī)范性附錄)方法C——近場(chǎng)掃描法D.1概述本附錄規(guī)定了近場(chǎng)掃描(NFS)法測(cè)試單模光纖Aei的具體要求。D.2測(cè)試裝置D.2.1測(cè)試裝置框圖近場(chǎng)掃描法用測(cè)試裝置示意圖見圖D.1。攝像機(jī)控制光導(dǎo)攝像管攝像機(jī)和顯微鏡濾光器數(shù)字處理器被測(cè)光纖計(jì)算機(jī)光源圖D.1近場(chǎng)掃描法的測(cè)試框圖采用對(duì)近場(chǎng)光強(qiáng)分布進(jìn)行掃描的機(jī)械裝置，光檢