光纤参数的测试方法
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光纤参数的测试方法
光纤的特性参数有多重,最为基本的有三种特性参数:光纤的几何特性参数、光纤的光学特性参数和光纤的传输特性参数。
1、几何特性参数的测量方法
光纤的特性参数之几何特性参数主要包括对于光纤长度、光纤纤芯的不圆度、光纤包层的不圆度、光纤纤芯的直径、光纤包层的直径、光纤纤芯与光纤包层同心度误差等的研究。
通过折射近场法来直接测量在光纤横截面上产生的折射曲线的分布来对几何尺寸参数进行确定。对于对光纤包层的确定并不难,难就难在对于纤芯的确定。例如对于渐变型光纤的确定,因为光纤包层与光纤纤芯之间的过渡是具有连续性的,所以在光纤包层和光纤纤芯之间不存在明显的界限,所以如何去确定光纤纤芯和光纤包层之间的界限就存在着难点。而针对这一难点,可以通过对于折射率分布情况的研究来确定。
在折射率分布曲线上确定给定值,通过给定值来界定光纤纤芯的边界,而折射率分布曲线上的给定值需要通过对光纤整个截断面的扫描来获取。我们知道,受地球引力影响,光纤在生产过程中的整个横截断面并不能形成理想的圆对称,所以在扫描时应该根据不同情况进行区域分化扫描。光纤包层的折射率是均匀的,所以在扫描光纤包层时幅度可以大一些。而光纤纤芯的折射率存在很大的变化,所以对于光纤纤芯的扫描的幅度应该小一些。折射近场法是测试光纤几何参数尺寸的基本测试方法。 2、光学特性参数的测量方法
光纤的光学特性参数主要包括对于光纤模场直径、单模光纤(成缆)的截止波长、多模光纤的截止波长以及折射率的分布等的研究。
（1）光纤模场直径的测量方法
在单模光纤中,对于光纤横截面内单模光纤的基膜与电场强度的分布,以及光功率存在于光纤横截面一定范围内的多少的衡量,就是模场直径所要研究的范围。对于单模光纤的研究,不仅受到模场直径的定义影响,也受到模场直径的测量方法影响。所以在测量单模光纤的模场直径时,根据不同测量方法的优缺点去选择合适的测量方法显得尤为重要。主要的测量方法有横向偏移法和传输场法。
（2）光纤的截止波长的测量方法
测量光纤的截止波长的方法有很多,其中包括有模场直径方法、传导进场法、折射功率法以及传导功率法和偏振分析法等等。其中的传导功率法被用作基准测试法,而模场直径法被用作替代测试法。
①传导功率法
主要是指根据光纤产生的传导功率与光纤的波长之间存在的关系曲线来确定截止波长的方法。其测量的精确了很高。测量机理主要是根据光纤中存在的衰减机理,确定急剧衰减的位置从而确定截止波长的方法。
②模场直径法
主要是指根据通过对随着光纤波长而不断变化的模场直径的研究来确定截止波长的方法。其测量机理主要是根据在光纤传输过渡阶段内,截止波长附近会产生模场直径会产生突变,模场直径会突然的增加,而正是基于模场直径的突然增加从而可以以此来判断截止波长。
（3）光纤折射率分布的测量方法
光纤的光学特性主要是在于光纤折射率。而对于光纤折射率的研究主要是针对于光纤剖面的研究。通过对于折射率分布的研究,有许多测量方法被应用,其中根据优缺点可以进行相对应的选择。而最主要,且应用广泛的就是,折射进场法和近场扫描法。
3、传输特性的测量方法
光纤的特性参数之传输特性参数主要包括对于光纤的损耗、光纤的色散以及光纤的非线性效应等的研究。
（1）光纤色散的测量
光纤在传输过程中,光纤的脉冲会根据传输距离的改变而发生改变,究其原因,是因为光纤之中存在着色散与模畸变。其中色散主要是指,在单色光在不同的波长的作用下促使群延时不同的一种现象。
光纤产生的色散主要有分为材料色散,波导色散和单模光纤色散。其中,材料色散主要是受到光纤材料的影响。波导色散主要是指模受到光波长度影响产生变异的现象。单模光纤的色散主要是指模内色散,是由群延时受波长影响产生的。
测量光纤在传输过程中的色散,有两种方法:相移法与脉冲时延法。主要是根据光强度产生的波形来划分的。相移法根据测量不同的光纤波长,在同一个正弦调制信号的相移,所得出的群延时和波长之间的关系,进而计算出光纤色散的系数的一种方法。其测量方法具有测量精度高的优点,且对于测试设备的要求也比较简单,所以具有广泛的应用。脉冲时延法是通过测量不同波长的时延差来确定光纤色散的系数。脉冲时延法主要需要喇曼光源以及半导体激光器的光源,其他还有白光脉冲光源等。
（2）光纤色损耗的测量
光纤在光传播的过程中,因为距离的不断增大,会有能量的损耗,其中主要有被光纤内部吸收的损耗,也有光纤外部的传输损耗。对于光纤损耗系数的测量,也是光纤参数测量中的一个重要的测量参量。
产生光纤损耗的原因有很多,而主要的损耗包括吸收损耗、辐射损耗和散射损耗。对此我们可以知道,吸收损耗主要与光纤自身的材质有关;辐射损耗主要与光纤自身的几何形状波动有关;散射损耗与光纤自身的结构缺陷和非线性效应有关。光纤的吸收损耗是光纤的本征损耗,包括紫外、红外和杂质吸收等等组成的。而光纤的散射耗损主要包括波导的散射耗损和瑞利的散射耗损组成。
4、总结
通过过对于光纤特性参数中的几何特性参数、光学特性参数、传输特性参数的研究,分别针对光纤的几何特性参数中运用折射进场法来研究几何特性参数尺寸的进行测量;光纤的光学特性参数中的光纤模场直径法和光纤截止波长的测量方法的研究;光纤的传输特性参数对光纤的色散和光纤所产生的损耗的测量方法的研究,为光纤通信做了进一步系统的深入。
