光纤传输损耗的测量
实验人：林晔顺023012037 合作人：林宗祥 组号：A8
【实验目的】
1、 了解光纤传输损耗的特性及其测量方法。
2、 掌握用实验手段测量光纤传输损耗的方法和技巧。
【实验仪器】
卤钨灯，透镜，单色仪，塑料光纤，光功率计
【实验原理】
衰减是光纤传输特性的重要参量，它的测量是光纤传输特性测量的重要内容之一，衰减直接影响光纤的传输效率。
波长为λ的光沿光纤传输一定距离的衰减()A λ为
()
()10lg(
)()
in out P A P λλλ= （1）
其中()in P λ为输入光功率，()out P λ为输出光功率。衰减以dB 为单位。
对于均匀的光纤，单位长度的衰减可以定义为衰减系数()αλ
()
10lg(
)()
()
()in out P P A L
L
λλλαλ=
= （2）
其中L 为光纤长度，光纤的衰减与波长和长度有关，而衰减系数仅由波长和光纤本身性质决定。
大多数传输线的光功率与其传输距离z 之间的关系是()()(0)z
P z P e
βλ-= （3）
其中β是功率衰减系数，它是对自然对数定义的，所以与衰减系数()αλ相差一个常数lge （约为4.34）。
进行衰减测量，要获得精确、可重复的测量结果，测量时要保证光纤中功率分布是稳定的，既满足稳态功率分布的条件。但实际的光纤由于各种不均匀性等原因，引起模耦合，而不同的模的衰减和群速度都不同。因此在多模传输的情况下，精确测量的主要问题是测量结果与注入条件、环境条件（应力、弯曲、微弯）有关。实验表明：主要让光通过光纤一定长度（耦合长度）后，可以达到“稳态”或者“稳态模功率分布”，这时模式功率分布就再不随注入条件和光纤长度而变化了。但是在一般情况下对于质量较好且处于平直状态的光纤，起耦合长度也需要几公里。所以在实际测量中，对于短光纤一般用稳态模功率分布装置，或适当的光学系统，或有足够长的注入光纤，以获得稳态功率分布条件。
测定光纤总损耗的方法有三种：切断法、插入损耗法和背向散射法。
1、切断法
切断法是直接严格按照定义建立起来的测试方法，要求满足稳态注入条件。首先测量整
条光纤的输出光功率
2()
Pλ；然后保持注入条件不变，在离注入处约2米（或小于2m）处
切断光纤，测量出此时的光纤输出功率
1()
Pλ。由于测量是在稳态条件下进行的，约2米长
的光纤损耗可以忽略，故
1()
Pλ可以看成是被测光纤的始端输入功率。
1
2
()
()10lg()
()
P
A
P
λ
λ
λ
=（4）
1
2
()
10lg()
()
()
()
P
P
A
L L
λ
λ
λ
αλ==（5）
这种方法虽然具有破坏性，但测量精度高，优于其他方法0.1dB。所以这次实验就采用切断法，其实验装置图如图1所示：
图1 切断法原理图
2、插入损耗法
测量时先校准输入光功率
1
()
Pλ，然后把待测光纤插入，调整耦合端使其达到最佳耦合，
记下光功率
2
()
Pλ，于是测得衰减'
12
()()()
A P P
λλλ
=-。显然'()
Aλ包括了光纤衰减()
Aλ
和连接器损耗
i
A。所以被测光纤的衰减为：
()
()
A
L
λ
αλ=（6）
其中'
()()
i
A A A
λλ
=-，可见其测量精度和重复性受到耦合接头的精确度和重复性的影响，所以其精度不如切断法高，但这种方法是非破坏性的，测量简单方便。其原理图如图2所示：
图2 插入损耗法原理图
3、 背向散射法
背向散射法也是一种非破坏性的测试方法。测量时只需在一端进行，且一般有较好的重复性，更由于这种方法不仅可以测量光纤的衰减系数，还可以提供沿光纤长度损耗特性的详细情况，其中包括检测光纤的缺陷和断裂点位冒、接头的损耗和位置等，也可以给出光纤的长度，所以这种方法对实验研究、光纤制造和工程现场都很有用。
【实验内容及步骤】
实验装置图
图3 实验装置示意图
测量一段光纤的衰减谱曲线，至少改变8个波长测量。
实验步骤
1、 认真阅读实验室的说明书，了解仪器的操作要领和注意事项。
2、 按工作原理图安装实验设备。
3、 调整透镜，使其焦点落在单色仪的进光缝上，并调节缝的宽度，使其等于光斑的直接宽
度。
4、 适当调节出光缝的大小，保证其输出光强，又使其输出单色光，避免杂光的污染。
5、 调节显微物镜，使到光线从显微镜中间水平输出，调节光纤的高度以及与显微镜的距离，
使到光线耦合到光纤里面。 6、 开始实验，波长400nm ～700nm ，每隔30nm 记录光输出功率2()P λ。
在离光源注入处约10cm 处剪断光纤，波长400nm ～700nm ，每隔30nm 记录光输出功率
1()P λ。并记录剪下来的光纤长度。
数据记录
实验时间： 2005-3-09 14：30－15：30 实验地点： 十友堂二楼光学实验室 剪下来的光纤长度：76.78cm
记录不同波长光波对应的输出功率1P 和2P ，并计算出衰减率，列于表1
