单模光纤弯曲损耗的测试

实验名称：自构建光纤链路的otdr测试实验实验日期：指导老师：林远芳学生姓名：同组学生姓名：成绩：一、实验目的和要求二、实验内容和原理三、主要仪器设备四、实验结果记录与分析五、数据记录和处理六、结果与分析七、讨论、心得一、实验目的和要求1. 了解瑞利散射及菲涅尔反射的概念及特点；2. 熟练掌握裸纤端面切割、清洁、连接对准方法及熔接技术；3. 熟悉光时域反射仪（optical time domain reflectometer，以下简称 otdr）的工作原理、操作方法和使用要点，能利用 otdr 测试、判断和分析光纤链路中的事件点位置及其产生原因，提高工程应用能力。

二、实验内容和原理1．otdr 测试基本理论散射：光遇到微小粒子或不均匀结构时发生的一种光学现象，此时光传输不再具有良好的方向性。

瑞利散射：当光在光纤中传播时，由于光纤的基本结构不完美（光纤本身的缺陷、制作工艺和材料组分存在着分子级大小的结构上的不均匀性），一部分光纤会改变其原有传播方向而向四周散射（图 1-3-1），引起光能量损失，其强度与波长的 4 次方成反比，随着波长的增加，损耗迅速下降。

后向或背向散射：瑞利散射的方向是分布于整个立体角的，其中一部分散射光纤和原来的传播方向相反，返回到光纤的注入端，形成连续的后向散射回波。

光纤中某一点的后向回波可以反映出光纤中光功率的分布情况，椐此可以测试出光纤的损耗。

菲涅尔反射：当光纤由一种媒质进入另一种媒质时会产生的一种反射，其强度与两种媒质的相对折射率的平方成正比。

如图1-3-2 所示，一束能量为p0 的光，由媒质 1（折射率为nl）进入媒质 2（折射率为 n2）产生的反射信号为p1，则n1n2p1nn21 2 衰减：指信号沿链路传输过程中损失的量度，以 db 表示。

衰减是光纤中光功率减少量的一种度量，光纤内径中的瑞利散射是引起光纤衰减的主要原因。

通常，对于均匀光纤来说，可用单位长度的衰减，即衰减系数来反映光纤的衰减性能的好坏。

单模光纤的特性参数及特性的理论分析陆锐勇 2009012303皖西学院信息工程学院通信工程2009级02班摘要：本文通过在理论上对单模光纤的特征参数（即影响单模光纤的传输效率因素），以及衰减特性的分析。

在单模光纤中存在弯缩损耗，材料对信号的吸收及模内色散等现象。

并结合实际应用的技术规范，对单模光纤的生产要求和研发趋势进行简单的总结和概述。

关键词：单模光纤、色散、宏弯损耗、微弯损耗、吸收Abstract: Based in theory of single mode fiber characteristic parameters (i.e. the effects of single mode optical fiber transmission efficiency factors ), and attenuation characteristics analysis. In a single-mode fiber in the presence of bending loss, material absorbs the signal and intramode dispersion phenomenon. Combined with the practical application of the technical specification for single-mode fiber, the production requirements and development trend for simple summary and overview.Key words: A single-mode optical fiber, dispersion, macro bending loss, microbending loss, absorption一、光纤的介绍光纤是一种高度透明的玻璃丝，由二氧化硅等高纯度玻璃经复杂的工艺拉丝制成。

如何使⽤OTDR进⾏光缆光纤测试和测试曲线分析⼀、光缆测试简介1.1 光缆传输损耗特性：①单模光缆的传输损耗典型值约为1310 nm传输损耗：≤0.36dB/km1550 nm传输损耗：≤0.22dB/km②光纤传输损耗分为：固有损耗和⾮固有损耗。

固有损耗：是光纤中传输的光波的散射与吸收所产⽣的损耗，是光纤材料本⾝的特性决定。

⾮固有损耗：包括杂质吸收损耗、散射损耗、光纤弯曲损耗和结构不规则损耗。

③光纤死接头衰耗≤0.08dB，光纤活接头衰耗≤0.5dB1.2 测试仪器：光缆⼯程常⽤的测量仪表包括：光源、光功率计、光时域反射仪（OTDR）、接地电阻测试仪、⾦属护套对地故障特测仪、误码分析仪等。

⼆、DTDR介绍打开今⽇头条，查看更多图⽚2.1 OTDR的功能：1、观察整个光纤线路2、定位端点和断点3、定位接头点(“故障点”)4、测试接头损耗5、测试端到端损耗6、测试反射值7、测试回波损耗8、建⽴事件点与地标的相对关系9、建⽴光纤数据⽂件10、数据归档2.2 测试范围：测试范围是指距离或显⽰范围。

对这⼀参数的设置意味着告诉（设置）OTDR应该在屏幕上显⽰多长距离。

为了显⽰整个光纤曲线，设置时这⼀范围必须⼤于被测光纤长度。

测试范围相对于被测光纤长度也不要差异太⼤，否则将会影响到有效分辨率。

同时，过⼤的测试范围还将导致过⼤⽽⽆效的测试数据⽂件，造成存贮空间的浪费。

2.3 波长：对同⼀根光纤，不同波长下进⾏的测试会得到不同的损耗结果。

测试波长越长，对光纤弯曲越敏感。

1550nm下测试的接头损耗⼤于在1310nm处的测试值。

下图中，第⼀个熔接点存在弯曲问题，⽽另外的熔接点在两个测试波长下状态近似，这表明光纤未受⼒。

2.4 平均平均(有时也称为扫描)可降低测试结果曲线的噪声⽔平，提⾼判读精度。

测试时，可以设定扫描次数为快, 中, 慢等三挡或⼀个特定的时间长度。

长的平均时间使你能够获得较好的结果曲线。

如果使⽤较短的测试脉宽或测试较长的光缆区段，就应该选择较长的平均时间。

光纤宏弯损耗性能影响因素的仿真研究彭星玲;张华;李玉龙【摘要】为了优选宏弯损耗敏感光纤，研发基于光纤宏弯损耗的光学器件，对影响单模光纤宏弯损耗的主要因素进行了理论分析和仿真研究。

基于D.Marcuse和H.Renner提出的光纤宏弯损耗理论模型，选取SMF28、SMF28e 和1060XP三种单模光纤，仿真研究了涂覆层、弯曲半径、光源波长、MAC值和弯曲圈数对光纤宏弯损耗性能的影响。

结果表明：无涂覆层、带吸收层的单模光纤宏弯损耗随着波长增长而增大、随着弯曲半径增大而减小、随着圈数增多而增大、随着MAC值增大而增大；光纤的丙烯酸酯类涂覆层会引起宏弯损耗随弯曲半径变化发生振荡；MAC值是衡量光纤宏弯损耗敏感性能的指标，也是优选宏弯损耗敏感光纤的重要参数。

因此，光纤宏弯损耗器件适合选用MAC值大的光纤，去除其涂覆层，增加吸收层，然后选择较长的波长、较小的弯曲半径和适当多的弯曲圈数。

%In order to select fibers which are sensitive to macrobending loss,optical devices based on optical fiber mac-robending loss are developed,and the main factors affecting macrobending loss of single mode fibers are analyzed theo-retically and simulated.Simulation study is carried out to investigate the impact of coating layers,bend radius,light wavelength,MAC value and the number of bend turns on the macrobending loss of optical fiber,based on two theoreti-cal models of a bend fiber with a core-infinite cladding structure and a bend fiber with a core-cladding-infinite coating layer structure,which are developed by D.Marcuse and H.Renner,respectively.The three types of fibers chosen for the simulation research are CorningSMF28,Corning SMF28e and Nufern 1 060XP single mode fiber.Resultsshow:(i) The macrobending loss of a single mode fiber with a core-infinite cladding structure increases with increase of wave-length,decrease of bend radius,increase of bend turns and increase of MAC value;(ⅱ)Oscillation phenomena of macrobending loss for a fiber are induced by the coating layers such as acrylate;(ⅲ)MAC is one parameter to affect the inherent macrobending loss performance of a fiber,while MAC value is the key parameter to reflect the inherent macrobending loss performance,as well as an important parameter to select a fiber that is sensitive to bend loss.Therefore,optical devices based optical fiber macrobending loss are suitable to choose single mode fibers with large MAC value,long wavelength,small bend radius,more bend turns,and especially a core-infinite cladding struc-ture,which is realized by removing the coating layers and adding an absorption layer.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】5页(P1132-1136)【关键词】宏弯损耗;涂覆层;弯曲半径;波长;MAC值;圈数【作者】彭星玲;张华;李玉龙【作者单位】南昌大学机器人与焊接自动化重点实验室，江西南昌330031;南昌大学机器人与焊接自动化重点实验室，江西南昌330031;南昌大学机器人与焊接自动化重点实验室，江西南昌330031【正文语种】中文【中图分类】TN818;TN2531 引言光纤由于直径小、柔韧易弯曲的特点，很容易在使用过程发生弯曲，如果光纤的弯曲半径小于一个临界值Rc，将引起光传播途径发生改变，使光从纤芯进入到包层，甚至可能穿过包层向涂覆层、甚至空气层泄露，从而引起宏弯损耗［1］。

对光纤参数的测试方法参照国标中相关的试验方法进行，下面列举出一些光纤基本参数的测试方法。

光纤的特性参数中，几何特性参数对光纤的包层直径、包层不圆度、芯/包层同心度误差的测试方法做出相关说明；光学特性参数对模场直径、单模光纤的截止波长、成缆单模光纤的截止波长的测试方法做出相关说明；传输特性参数对光纤的衰减、波长色散的测试方法做出相关说明。

2.1、光纤几何特性参数测试光纤的折射率分布、包层直径、包层不圆度、芯/包层同心度误差的测试方法。

测量包层直径、包层不圆度、芯/包层同心度误差的测试方法是折射近场法、横向干涉法和近场光分布法（横截面几何尺寸测定）。

光纤的折射率分布、包层直径、包层不圆度、芯/包层同心度误差的测试方法有三种。

●折射近场法折射近场法是多模光纤和单模光纤折射率分布测定的基准试验方法（RTM），也是多模光纤尺寸参数测定的基准试验方法和单模光纤尺寸参数测定的替代试验方法（ATM）。

折射近场测量是一种直接和精确的测量。

它能直接测量光纤（纤芯和包层）横截面折射率变化，具有高分辨率，经定标可给出折射率绝对值。

由折射率剖面图可确定多模光纤和单模光纤的几何参数及多模光纤的最大理论数值孔径。

●横向干涉法横向干涉法是折射率剖面和尺寸参数测定的替代试验方法（ATM）。

横向干涉法采用干涉显微镜，在垂直于光纤试样轴线方向上照明试样，产生干涉条纹，通过视频检测和计算机处理获取折射率剖面。

●近场光分布法这种方法是多模光纤几何尺寸测定的替代试验方法（ATM）和单模光纤几何尺寸（除模场直径）测定的基准试验方法（RTM）。

通过对被测光纤输出端面上近场光分布进行分析，确定光纤横截面几何尺寸参数。

可以采用灰度法和近场扫描法。

灰度法用视频系统实现两维（x-y）近场扫描，近场扫描法只进行一维近场扫描。

由于纤芯不圆度的影响，近场扫描法与灰度法得出的纤芯直径可能有差别。

纤芯不圆度可以通过多轴扫描来确定。

一般商用仪表折射率分布的测试方法是折射近场法。

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。

光纤光缆技术规范规范制订依据为YD/T901-2001及YD/T769-2003标准制订1 光缆中光纤技术指标1.1本公司生产的光缆采用G.652D A级优质单模光纤,其主要技术指标如下:1.2模场直经1310nm波长 9.2±0.4um1550nm波长 10.5±0.5um1.3包层直经: 125.0±1.0um1.4 芯同心度误差: ≤0.6um1.5包层不圆度:<1%1.6折射率系数1310nm: 1.46751550nm: 1.46811.7截止波长λc (在2m成缆上测试): ≤1250nmλcc (在22m成缆上测试): ≤1260nm1.8光纤衰减系数在1310nm处:≤0.35db/km在1550nm处:≤0.22db/km其中在1285~1330nm波长范围内,任一波长上光纤的衰减系数与1310nm波长范围上的衰减系数相比,其差值不大于0.03db/km。

另外，在1480~1580nm波长范围内，任一波长上光纤的衰减系数与1550nm波长的衰减系数相比，其差值不大于0.05db/km。

1.9衰减不均匀性在光纤后向散射曲线上，任意500m长度上衰减值与实测衰减值与全长度上平均500m的衰减值之差的最坏值不大于0.05db1.10色散系数1.10.1零色散波长为1300~1324nm之间范围1 .10.2零色散斜率Soman＜0.093Ps/(nm2.km)1.10. 3在1288~1339nm范围内,最大色散系数幅值＜3.5Ps/(nm..km)在1271~1360nm范围内,最大色散系数幅值＜5.3Ps/(nm.km)在 1550nm处色散系数＜18Ps/(nm.km)在1480～1580nm范围内色散系数不大于20ps/nm.km1.11宏弯损耗对单模光纤(B1.1，B4),以37.5mm半经松绕100圈后在1550nm波长上测得的弯曲附加衰减不大于0. 5dB/km，当用于STM－64系统时，在1625nm波长上测得的弯曲附加衰减也应不大于0.5dB。

光纤特性及传输实验在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。

不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。

载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。

能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。

通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。

光波波长比微波短得多，用光波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，光纤通信就是用光波作载波，用光纤传输光信号的通信方式。

与用电缆传输电信号相比，光纤通信具有通信容量大，传输距离长，价格低廉，重量轻易敷设，抗干扰，保密性好等优点，已成为固定通信网的主要传输技术，帮助我们的社会成功发展至信息社会。

【实验目的】1、 了解光纤通信的原理及基本特性。

2、 测量激光二极管的伏安特性，电光转换特性。

3、 测量光电二极管的伏安特性。

4、 音频信号传输实验。

5、数字信号传输实验。

【实验仪器】光纤特性及传输实验仪，示波器【实验原理】1、 光纤光纤是由纤芯，包层，防护层组成的同心圆柱体，横截面如图1所示。

纤芯与包层材料大多为高纯度的石英玻璃，通过掺杂使纤芯折射率大于包层折射率，形成一种光波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输。

若纤芯的折射率分布是均匀的，在纤芯与包层的界面处折射率突变，称为阶跃型光纤。

若纤芯从中心的高折射率逐渐变到边缘与包层折射率一致，称为渐变型光纤。

若纤芯直径小于10μm ，只有一种模式的光波能在光纤中传播，称为单模光纤。

若纤芯直径50μm 左右，有多个模式的光波能在光纤中传播，称为多模光纤。

防护层由缓冲涂层，加强材料涂覆层及套塑层组成。

通常将若干根光纤与其它保护材料组合起来构成光缆，便于工程上敷设和使用。

常见OTDR测试曲线解析一、正常曲线一般为正常曲线图， A 为盲区， B 为测试末端反射峰。

测试曲线为倾斜的，随着距离的曾长，总损耗会越来越大。

用总损耗（dB ）除以总距离（Km ）就是该段纤芯的平均损耗（dB/Km ）。

二、光纤存在跳接点中间多了一个反射峰，因为很有可能中间是一个跳接点，现城域网光缆中，比较常见。

如：现主干光缆由汇接局至光缆交接箱，当有需求时，需由光交接箱布放光缆至用户端，光交接箱就需跳纤联接，所以在测试这样的纤芯时，就会出现像图中这样的曲线图。

当然也会有例外的情况，总之，能够出现反射峰，很多情况是因为末端的光纤端面是平整光滑的。

端面越平整，反射峰越高。

例如在一次中断割接当中，当光缆砍断以后，测试的曲线应该如光路存在断点图所示，但当你再测试时，在原来的断点位置出现反射峰的话，那说明现场的抢修人员很有可能已经把该纤芯的端面做好了。

三、异常情况出现图中这种情况，有可能是仪表的尾纤没有插好，或者光脉冲根本打不出去，再有就是断点位置比较进，所使用的距离、脉冲设置又比较大，看起来就像光没有打出去一样。

出现这种情况，1、要检查尾纤连接情况； 2 、就是把OTDR 的设置改一下，把距离、脉冲调到最小，如果还是这种情况的话，可以判断：1、尾纤有问题；2、OTDR 上的识配器问题；3、断点十分近，OTDR 不足以测试出距离来。

如果是尾纤问题，只要换一根尾纤就知道，不行的话就要试着擦洗识配器，或就近查看纤芯了。

四、非反射事件1、这种情况比较多见，曲线中间出现一个明显的台阶，多数为该纤芯打折，弯曲过小，受到外界损伤等因素，多为故障点。

2、若光纤模式、折射率不一样，接续时也会出现此情况，常见光纤G651光纤（标准单模光纤，B1光缆），G653光纤（色散位移光纤，B2光缆）。

造成这种现象的原因是由于接头两侧光纤的背向散射系数不一样，接头后光纤背向散射系数大于前段光纤背向散射系数，而从另一端测则情况正好相反，折射率不同也有可能产生增益现象。