光纤弯曲损耗的测试方案

塑料光纤弯曲损耗特性的测试与分析Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998天津工业大学毕业论文塑料光纤弯曲损耗特性的测试与分析姓名学院专业指导教师职称年月日摘要塑料光纤具因其质地柔软，芯径大，连接容易，传输带宽大，价格便宜等优点而广泛应用于照明，宽带接入网系统，短距离数据传输系统，汽车智能系统太阳能利用系统等诸多领域。

本文回顾了塑料光纤的发展历程，从其结构，材料等方面了解其性能，研究分析其损耗，色散等传输特性，最后通过通过实验测试和分析塑料光纤弯曲半径和弯曲圈数对弯曲损耗影响的变化规律以掌握更多的塑料光纤传输特性信息，探讨其本质，充实其理论。

关键词：塑料光纤；弯曲损耗；弯曲半径ABSTRACTPlastic optical fiber is widely used in various fields such as lighting, broadband access network system, short distance data transmission systems, automotive intelligent systems, solar energy utilization system because of its many advantages range from soft texture and large core diameter to easy connection, large transmission bandwidth and cheaper prices. My paper reviews the development of plastic optical fiber,explores its performance from its structure, materials, etc. And I will research and analyze its loss,dispersion and transmission characteristics. In the last, I will experiment testing and analyzing the variation of the bending loss due to bending radius and bending number of turns to explore its nature and enrich its theory.Key word：Plastic optical fiber; bending loss; bending radius目录第一章绪论塑料光纤及其发展历史塑料光纤（POF）是由高透明聚合物如聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）作为芯层材料，PMMA、氟塑料等作为皮层材料的一类光纤（光导纤维）。

光纤弯曲损耗的测试方案一．实验目的近些年，光纤的弯曲损耗问题引起众多学者越来越广泛的关注。

除去由于弯曲损耗在光纤通信中的不利影响之外，许多光纤光学传感器也利用了这一传感机理，如在某些传感器中．被测物理量产生一个小位移，该位移又使光纤弯曲半径发生变化，从而改变光衰减。

传统的理论都假设光纤具有无限大的包层．因此得到弯曲损耗随弯曲半径或工作波长单调的关系。

最近的研究发现单模光纤的弯曲损耗随工作波长及弯曲半径变化的振荡现象。

国外的研究人员从上世纪80年代，就已经开始对光纤的弯曲损耗进行比较系统的研究”，但在国内这方面的研究丁作开展较少”，相关的文献报道也比较少。

在本文中，我将分析弯曲损耗在850nm，1310nm和1550三种工作波长，强弯曲状态F的单模光纤弯曲损耗随弯曲半径的变化关系．讨论了弯曲半径、工作波长对单模光纤弯曲损耗的影响。

二．实验仪器光源单模光纤功率计扰模器三．实验原理在早期的研究工作中，对于弯曲的单模光纤，设定其包层为无限大，即光在芯区中传输时，包层及覆层的厚度对光的传输无任何影响%光损耗完全是由纯弯曲引起的，光功率的变化表示为：式中Pi，P分别为光纤弯曲前及弯曲后的光功率，2α是弯曲损耗系数，L是弯曲的长度，其中：将上述公式整理后可得：通过以上的分析，可以看到光纤弯曲引起的损耗依赖于波长和弯曲半径。

四．实验步骤1.测试弯曲半径对弯曲损耗的影响：试验所用光源波长为850nm半导体激光器，将长飞公司的单模光纤沿圆柱弯曲，测量在不同的弯曲半径下的弯曲损耗特性：（1）将光纤与光源连接，保持不要弯曲，测量光纤的输入功率和输出功率（2）将光纤弯曲，使弯曲半径为5mm,用功率计测出光纤的输入光功率和输出光功率，计算损耗：（3）同上，分别用8mm和10mm的弯曲半径测量，计算损耗。

（4）将康宁公司和长飞公司的单模光纤焊接在一起，重复上述步骤，测量损耗，与（3）实验结果比较。

2.测量光源波长对弯曲损耗的影响：选取长飞公司的单模光纤，弯曲半径为8mm,选用不同波长的光源进行测量，算出弯曲损耗：（1）选取850nm波长的光源与光纤连接，使光纤保持不弯曲，测出输入功率和输出功率，再将光纤弯曲，将弯曲半径保持在8mm,测量光纤的输入功率和输出功率，计算损耗（2）将波长变为1310nm,1550nm重复上述步骤，计算损耗。

实验⼆、光纤损耗及断点的检测实验⼆光纤损耗及断点的检测⼀、实验⽬的：了解光纤损耗的检测⼿段，认识光时域反射计，熟悉使⽤⽅法，利⽤光时域反射计检测光纤的损耗和断点。

⼆、实验仪器：1.光时域反射计OTDR ⼀台2.1550 nm波长的单模光纤若⼲3.打印机Epson5700 ⼀台4.跳线两根5.法兰盘两个三、实验原理：检测光纤损耗的基准⽅法是剪断法，剪断法的精度较⾼，但是这种⽅法属于破坏性测量，不适合现场使⽤，为了克服这⼀弱点，提出了两种替代⽅法插⼊法、背向散射法，其中背向散射法只需要光纤的⼀端测试，⽅法⼗分简单，很适合现场测量，特别是可⽤来测光纤的长度及确定故障点位置，所以这种⽅法应⽤⼴泛。

⽤这种⽅法测量光纤损耗的仪器称为光时域反射计（Optical time domain reflectometer），本实验即介绍利⽤OTDR对光纤损耗及断点的检测。

光时域反射计利⽤反射测量技术测量光波导（如光纤）特性的⼀种仪器，光纤中反射光造成光反射的原因有光缆的端部、光纤的断裂处、接头、连接器界⾯、裂纹、碎裂，或传输媒质的其它各向异性特点和不连续性。

从理论上分析主要是瑞利散射和菲涅尔反射。

1.瑞利散射在光纤中存瑞利散射，瑞利散射是由于光纤⾃⾝的缺陷和掺杂成分的不均匀性所产⽣的。

瑞利散射光的特点是散射光波长与⼊射光波长相同，散射光功率与该点⼊射光功率成正⽐。

散射光沿各⽅向皆有，但只有⼩部分在光纤数值孔径内的光会沿光纤轴向传播。

如在光纤输⼊端注⼊⼤功率窄脉冲光信号，在光脉冲沿着光纤传播时，各点的散射光部分将被返回到光纤的输⼊端。

离光纤输⼊端近的地⽅散射回来的光较强，⽽离输⼊端远的地⽅散射回来的光较弱。

离光纤输⼊端近的地⽅散射回来的光先返回⾄光脉冲输⼊端。

2.菲涅⽿反射光在传输过程中通过折射率不同的介质的界⾯产⽣的反射称为菲涅⽿反射。

根据菲涅⽿定理，功率为in P 的光垂直⼊射时，反射功率T P 与in P 有如下关系：)(1212n n n n P P in T +-=其中21n n 、分别为不连续处两侧折射率。

光纤光缆传输特性测试实验实验八单模光纤损耗测试实验一、实验目的1.学习单模光纤损耗的定义2.掌握单模光纤弯曲损耗测试方法二、实验内容1.测量单模光纤不同弯曲半径的损耗三、预备知识1.了解单模光纤的特点、特性四、实验仪器1.ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱1台2.FC接口光功率计1台3.万用表1台4.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根5.扰模器（可选）1台6.连接导线 20根五、实验原理在单模光纤中只传输LP01模, 没有多模光纤中各种模变换、模耦合及模衰减等问题, 因此其测量方法也与多模光纤有些不同。

对于单模光纤而言, 随着波长的增加, 其弯曲损耗也相应增大, 因此对1550nm波长的使用, 要特别注意弯曲损耗的问题。

随着光纤通信工程的发展, 最低衰减窗口1550nm波长区的通信必将得到广泛的运用。

CCITT对G.652光纤和G.653光纤在1550nm波长的弯曲损耗作了明确的规定:对G.652光纤, 用半径为37.5mm松绕100圈, 在1550nm波长测得的损耗增加应小于1dB；对G.653而言, 要求增加的损耗小于0.5dB。

图8-1 单模光纤弯曲损耗测试实验框图此处可不用扰模器, 可其它东西实现光纤的弯曲也可。

弯曲损耗的测量, 要求在具有较为稳定的光源条件下, 将几十米被测光纤耦合到测试系统中, 保持注入状态和接收端耦合状态不变的情况下, 分别测出松绕100圈前后的输出光功率P1和P2, 弯曲损耗可由下式计算得出。

)lg(1021P P A（8-1） 相同光纤, 传输相同波长光波信号, 弯曲半径不同时其损耗也必定不同, 同样, 对于相同光纤, 弯曲半径相同时, 传输不同光波信号, 其损耗也不同。

由于按照CCITT 标准, 光纤的弯曲损耗比较小, 在实验中采用减小弯曲半径的办法提高实验效果的明显性。

实验测试框图如图8-1所示。

即先测量1310nm 光纤通信系统光纤跳线没有进行缠绕时输出光功率P0, 再测单模光纤跳线按照图8-2中两种方法进行缠绕时的光功率P1和P2, 即可得到单模光纤传输1310nm 光波时的相对损耗值；同样, 组成1550nm 光纤传输系统, 重复上述操作即可得到单模光纤传输1550nm 光波时的相对损耗值。

光纤与电缆及其应用技术Op tical F iber &E lectric Cable2003年第1期N o.1　2003[收稿日期]　2002206226[作者简介]　郝素君(1946-),女,上海交通大学副教授.[作者地址]　上海市华山路1954号,上海交通大学光纤技术研究所浩然大厦1709室,200030测试技术单模光纤弯曲损耗的测量与分析郝素君,　游善红,　李晓东,　陈志勋(上海交通大学光纤技术研究所“区域光纤通信网与新型光通信系统”国家重点实验室,上海200030) [摘　要]　提供了弯曲半径从1.7mm 到5.8mm ,波长从1520nm 到1565nm 范围内单模光纤弯曲损耗的测试结果。

观察到了弯曲损耗呈震荡变化,随着弯曲半径的增加损耗减小,振幅减小,随着波长的增加损耗增加、振幅增大的现象,并利用光纤的耦合模理论对单模光纤弯曲损耗震荡进行了解释。

[关键词]　光纤损耗;耦合模理论;测量 [中图分类号]　TN 818 [文献标识码]　B [文章编号]　100621908(2003)0120012204Bend loss m ea surem en t and ana lysisof si ngle -m ode f ibersHAO Su 2jun ,　YOU Shan 2hong ,　L I X iao 2dong ,　CH EN Zh i 2xun(National Key Lab .on L ocal F iber -optic Co mm un ication Network &Advanced Optical Co mm un ication Syste m ,I n s.of Optical F iber Technology ,Shangha i J i aotong Un iv .,Shangha i 200030,Ch i na )Abstract :T he m easurem ents of the bend lo ss in single 2mode fiber fo r the bend radius from 1.7mm to 5.8mm and the w avelength s from 1520nm to 1565nm are given .T he o scillati ons of m easurem ents are observed .T he bend lo ss value and its o scillati ons decrease as the bend radius increases ,w h ile the bend lo ss value and the o scillati on am 2p litude increase as the w avelength increases .A n exp lanati on fo r the bend lo ss o scillati ons by the coup ling mode theo ry is given .Key words :op tical fiber lo ss ;coup ling mode theo ry ;m easurem ent0　前　言光纤通信系统的快速发展,导致了集成光学器件和小型光纤器件需求量的不断增长。

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本文回顾了塑料光纤的发展历程，从其结构，材料等方面了解其性能，研究分析其损耗，色散等传输特性，最后通过通过实验测试和分析塑料光纤弯曲半径和弯曲圈数对弯曲损耗影响的变化规律以掌握更多的塑料光纤传输特性信息，探讨其本质，充实其理论。

关键词：塑料光纤；弯曲损耗；弯曲半径ABSTRACTPlastic optical fiber is widely used in various fields such as lighting, broadband access network system, short distance data transmission systems, automotive intelligent systems, solar energy utilization system because of its many advantages range from soft texture and large core diameter to easy connection, large transmission bandwidth and cheaper prices. My paper reviews the development of plastic optical fiber,explores its performance from its structure, materials, etc. And I will research and analyze its loss, dispersion and transmission characteristics. In the last, I will experiment testing and analyzing the variation of the bending loss due to bending radius and bending number of turns to explore its nature and enrich its theory.Key word：Plastic optical fiber; bending loss; bending radius目录第一章绪论 (1)1.1塑料光纤及其发展历史 (1)1.2塑料光纤优点及应用 (1)1.3塑料光纤前景展望 (3)第二章塑料光纤的结构与性能 (4)2.1塑料光纤的传输原理 (4)2.1.1塑料光纤折射率分布 (4)2.1.2数值孔径 (6)2.2塑料光纤材料 (6)2.3几种网络传输媒质的比较 (8)第三章塑料光纤的弯曲损耗 (11)3.1塑料光纤的损耗机理 (11)3.2弯曲状态下的塑料光纤 (12)3.2.1弯曲POF的数值孔径 (12)3.2.2塑料光纤的弯曲损耗 (14)3.3光纤的宏弯损耗、微弯损耗和弯曲过渡损耗 (15)3.3.1光纤的宏弯损耗 (15)3.3.2 光纤的微弯损耗 (18)第四章塑料光纤弯曲损耗实验 (20)4.1实验装置 (20)4.2实验方法 (21)4.3塑料光纤弯曲损耗与弯曲半径的关系 (23)4.4塑料光纤弯曲损耗与弯曲圈数的关系 (24)第五章结论 (27)参考文献 (28)附录 (29)谢辞 (43)第一章绪论1.1塑料光纤及其发展历史塑料光纤（POF）是由高透明聚合物如聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）作为芯层材料，PMMA、氟塑料等作为皮层材料的一类光纤（光导纤维）。