1、中华人民共和国国家标准光纤总规范第部分传输特性和光学特性试验方法发布实施国家质量技术监督局发布前言本标准是等效采用国际电工委员会光纤第部分总规范第篇传输特性和光学特性试验方法和修改单对光纤的传输特性和光学特性测试方法和光纤总规范中的进行修订的本标准某些条款中还参考采用了单模光纤相关参数的定义和试验方法和多模渐变折射率光纤缆的特性中的有关规定这样使我国的光纤国家标准与国际标准相一致以适应在此领域的国际技术交流和贸易往来迅速发展的需要本标准与和中的相比除增加了微弯敏感性光学连续性光透射率变化和宏弯敏感性的试验方法外衰减测试方法中增加了谱衰减模型波长色散测试方法中增加了微分相移法截止波长测试方法中增
2、加了成缆单模光纤截止波长的测定并将模场直径的测试方法归入到本标准中在光纤总规范总标题下包括五个部分第部分即总则第部分即尺寸参数试验方法第部分即机械性能试验方法第部分即传输特性和光学特性试验方法第部分即环境性能试验方法本标准是第部分本标准从实施之日起同时代替和本标准由中华人民共和国邮电部和电子工业部共同提出本标准由邮电部电信科学研究规划院归口本标准起草单位邮电部武汉邮电科学研究院电子工业部上海传输线研究所本标准主要起草人陈永诗吴金良刘泽恒陈国庆前言国际电工委员会是一个包括所有国家电工委员会国家委员会的世界性标准化组织的目标是促进电气和电子领域内涉及的所有标准化问题的国际合作为此目的除其它活动外发
3、布国际标准标准的制定委托给技术委员会对该内容感兴趣的任何国家委员会都可以参加这个制定工作与有联系的国际的政府的和非政府的组织也可参加制定工作与国际标准化组织按照双方协商确定的条件进行密切合作在技术问题上的正式决议或协议是由对这些问题特别关切的国家委员会参加的技术委员会制定的对所涉及的问题尽可能地代表了国际上的一致意见这些决议或协议应按国际应用的建议以标准技术报告或导则的形式发布并在此意义上为各国家委员会所接受为了促进国际上的统一各国家委员会有责任使其国家和地区标准尽可能采用国际标准国家或地区标准与标准之间的任何差异应在国家或地区标准中清楚地指明国际标准是由第技术委员会纤维光学的第分委员会光纤光
4、缆制定的年颁布的的第版已被修改它被分成了个标准每个标准包括一篇第版取消并替代的第篇形成了一个新的技术修订版本标准应与下列标准结合起来使用光纤第部分总规范第篇总则光纤第部分总规范第篇尺寸参数试验方法光纤第部分总规范第篇机械性能试验方法光纤第部分总规范第篇环境性能试验方法本标准文本以下列文件为依据国际标准草案表决报告表决批准本标准的全部资料可在上表列出的表决报告中查阅附录是标准的附录附修改单前言修改单是由第技术委员会纤维光学的第分委员会光纤光缆制定的修改单的文本依据下列文件最终国际标准草案表决报告表决批准本修改单的全部资料可在上表列出的表决报告中查阅中华人民共和国国家标准光纤总规范第部分传输特性和
5、光学特性试验方法代替一部分国家质量技术监督局批准实施范围本标准规定了光纤传输特性和光学特性的试验方法及其对试验装置注入条件程序计算方法结果的统一要求本标准适用于成品光纤光缆传输特性和光学特性的商业性检验引用标准下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性光纤总规范第部分尺寸参数试验方法传输特性和光学特性试验项目应从表列出的项目中选择确定的试验方法进行光纤传输特性和光学特性的测定适用的试验和合格判据应在产品规范中规定表光纤的传输特性和光学特性试验方法标准号试验方法适用的特性适用的光纤类型
6、截断法插入损耗法后向散射法谱衰减模型衰减单模光纤和多模光纤单模光纤后向散射法点不连续单模光纤和多模光纤冲击响应法频率响应法基带响应多模光纤可膨胀圆筒法固定直径圆筒法金属网格法微弯敏感性单模光纤传输或辐射光功率法后向散射法光学连续性单模光纤和多模光纤表完试验方法标准号试验方法适用的特性适用的光纤类型相移法脉冲时延法微分相移法干涉法将来考虑波长色散单模光纤和多模光纤单模光纤远场光分布法数值孔径多模光纤传输功率法单模光纤截止波长成缆单模光纤截止波长单模光纤直接远场扫描法远场可变孔径法近场扫描法模场直径单模光纤传输功率监测法后向散射监测法机械试验和环境试验时光透射率的变化单模光纤和多模光纤宏弯敏感性宏
7、弯敏感性单模光纤折射近场法横向干涉法近场光分布法折射率剖面单模光纤和多模光纤衰减衰减是光纤中光功率减少量的一种度量它取决于光纤的性质和长度并受测量条件的影响未加以控制的注入条件通常激励较高阶有损耗的模式这种模式会产生瞬态损耗并导致光纤衰减与光纤长度不成正比加以控制的稳态注入条件使光纤衰减与其长度成正比稳态条件下能确定光纤衰减系数串接光纤总衰减可由各自的衰减线性相加得出测量光纤衰减的四种试验方法描述如下截断法截断法是测量光纤衰减特性的基准试验方法在不改变注入条件时测出通过光纤两横截面的光功率和从而直接得出光纤衰减是光纤末端出射光功率是截断光纤后光纤截留段末端出射光功率根据测量原理本方法不可能获得
8、整个光纤长度上的衰减信息在变化条件下也很难测出光纤衰减变化在某些情况下其破坏性是本方法的一个缺点插入损耗法插入损耗法是测量光纤衰减特性的替代试验方法原理上类似于截断法但是注入系统输出端出射光功率测得的光纤衰减中包含了试验装置的衰减必须分别用附加连接器损耗和参考光纤段损耗对测量结果加以修正本方法不可能分析整个光纤长度上的衰减特性但根据先前已知的光功率有可能在环境条件如温度和受力变化时连续测量衰减变化插入损耗法测量精度比截断法低但它对被试光纤和两端可能固定的端头具有非破坏的优点特别适用于现场测试主要用于测量已连接起来的带有连接器的光缆后向散射法后向散射法是测量光纤衰减特性的替代试验方法它测量从光纤
9、中不同点后向散射至该光纤始端的后向散射光功率这是一种单端测量该方法的测量结果受光纤中光传输速度和光纤后向散射特性的影响不可能像截断法那样精确测量光纤衰减本方法允许对光纤整个长度或感兴趣的光纤段或串接的光纤链进行分析甚至可以鉴别分立的点例如接点点不连续本方法也可以用作光纤长度测量光纤不连续点断点接点的检查和定位光纤光学连续性的检查光纤后向散射光强度测量用双向平均的后向散射曲线描述和确定衰减均匀性的方法尚在考虑之中谱衰减模型可以用一个特征矩阵和一个矢量计算光纤谱衰减系数矢量包含三至五个波长上例如和或测量的衰减系数第一种方法如果是光纤或光缆提供者提供的该产品的特征矩阵模型化谱衰减系数可以用矢量表示矢
10、量由下式计算第二种方法如果是普通矩阵光纤或光缆提供者应提供一个修正因子矢量式变成普通矩阵是能用于不同的光纤设计或生产厂家假定是一种光纤类型的特征矩阵它可由标准体和或借助于标准体决定每个光纤提供者可以同用户最终用户或生产厂家比较他们的产品其差别由矢量决定本模型仅适用于类和类光纤定义一段光纤上相距的两个横截面和之间在波长处的衰减定义为式中通过横截面的光功率通过横截面的光功率对于稳态条件下的均匀光纤可定义单位长度衰减即衰减系数为式中光纤长度值与选择的光纤长度无关方法截断法试验装置衰减测定可在一个或多个波长上进行也可在某一波长范围内测量谱衰减特性适宜的试验装置框图如图和图所示图规定波长上测量衰减的试验
11、装置截断法图多个波长上测量衰减或谱衰减的试验装置截断法光源应采用稳定辐射的光源如卤钨灯激光器或发光二极管依据测量类型选择合适的光源在完成测量过程的时间内光源位置强度和波长应保持稳定光源波长范围应满足光纤测量的需要其谱线半幅全宽应保证对光纤谱衰减特性有足够的分辨率光纤输入端应与注入光束对准或者与注入光纤同轴连接光检测器组件应采用一适当的装置将从被试光纤出射的全部光功率耦合进光检测器例如光学透镜系统接有尾纤的折射率匹配接头或与光检测器直接耦合的折射率匹配接头对于带尾纤的光检测器尾纤须有足够大纤芯直径和数值孔径以便接收从参考光纤和被试光纤出射的全部光在接收光强范围和测量时间内检测器应具有良好的线性和
12、稳定性典型组件包括接有前置放大器的光生伏打型光电二极管同步检测时应采用锁相放大器信号处理为了改善接收机信噪比通常对光源进行调制这时应将光检测器连接到与光源调制频率同步的信号处理装置上检测系统应有良好的线性或具有已知的特性包层模剥除器应采用包层模剥除器防止检测到包层中传输的光功率当涂料折射率等于或大于光纤包层折射率时就不需要包层模剥除器注入条件单模光纤注入条件单模光纤注入条件应足以激励起基模滤去高阶模剥除包层模注入光纤的光功率在测量期间应保持稳定通常采用下列两种注入技术尾纤采用尾纤时应在光源尾纤和被试光纤之间使用折射率匹配材料消除干涉效应光学透镜系统采用这种光注入技术时应使用能使光纤注入端与注入
13、光束重复对中并稳定固定的定位装置为减少光纤定位对注入功率的敏感性可采用满注入方法为在感兴趣波长范围内滤除高阶模应采用诸如半径足够小的单个光纤圈例如作为滤模器将截止波长移至感兴趣的最短波长以下但圈的半径不能小到引起与波长相关的振荡为保证沿光纤短距离截留长度传输后不存在包层模需采用包层模剥除器包层模剥除器通常由折射率等于或稍大于光纤包层折射率的材料组成可以是一种直接加在除去被覆层光纤上靠近端点处的折射率匹配液在某些情况下光纤被覆层可起包层模剥除器作用多模光纤注入条件多模光纤注入条件应避免注入高阶瞬态模式使沿光纤的功率分布基本不变化即稳态模分布从而使光纤衰减与长度近似成线性关系通常采用下列两种注入技
14、术滤模器采用滤模器的衰减测量注入装置如图所示图采用滤模器的衰减测量注入装置可以选择一根与被试光纤类型相同的足够长典型长度不短于光纤作为滤模器也可选择将被试光纤以低张力在芯轴上绕几圈典型为圈的芯轴形式滤模器芯轴直径选择应保证在被试光纤中激励的瞬态模受到足够的衰减从而达到稳态模分布另外也可以采用搅模器和滤模器的组合形式即将一些金属球随机分布在不短于的与被试光纤类型相同的光纤上在金属球上施加压力来达到稳态模分布应采用远场测量方法比较均匀满注入的被试光纤不短于远场功率分布与采用芯轴滤模器或采用搅模器和滤模器组合形式的短段光纤远场功率分布芯轴直径或施加于金属球的压力的选择应保证两者的远场功率分布相接近短
15、光纤辐射图数值孔径按方法测量应为长光纤数值孔径的芯轴直径或施加于金属球的压力可能随光纤不同而不同这取决于光纤和涂覆层类型通常芯轴直径为在长度内绕圈光纤滤模器前注入的光功率分布应是基本均匀的对于不能产生这种分布的光源如或激光器应采用搅模器搅模器可由一种合适的光纤排列组成例如突变渐变突变型折射率分布光纤排列几何光学注入采用空间状态限制的衰减测量的几何光学注入装置如图所示图采用空间状态限制的衰减测量注入装置注入光束光斑尺寸应为被试光纤纤芯直径的数值孔径应为被试光纤数值孔径的这是不会产生泄漏模即非束缚模的最大几何注入的注入功率分布例如数值孔径为的渐变型折射率分布的多模光纤注入条件为均匀的光斑和数值孔径
16、对于同样光纤采用光斑和数值孔径应使注入光斑和光锥对中在纤芯上保持注入光束轴和光纤轴重合应采用包层模剥除器以保证沿光纤短距离传输后不存在包层模程序将被试光纤放入试验装置中记录输出光功率保证注入条件不变将光纤截断至截留长度例如离注入点记录从光纤截留长度输出光功率按衰减定义由和计算出与两点间光纤段的衰减和衰减系数使用几个波长上的衰减测量结果通过给出的关系式能够计算出谱衰减曲线结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试样长度试验数据按产品规范要求在规定波长上以表示的衰减和以表示的衰减系数以及谱衰减试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容光源类型光源谱宽注入技术试验装置方法插入
17、损耗法装置衰减测定可在一个或多个波长上进行也可在某一波长范围内测量谱衰减特性适宜的试验装置框图如图校正和图测量所示图插入损耗法试验装置校正图插入损耗法试验装置测量光源按规定光检测器组件按规定信号处理按规定包层模剥除器按规定耦合装置本方法要求使用精密的光纤对光纤的耦合装置使耦合损耗最小以保证结果可靠性该耦合装置可以是凭目视检查的机械微调架或纤芯对纤芯的连接器参考光纤参考光纤须是与被试光纤类型相同的光纤注入条件要求的注入条件应与的规定相似参考光纤和被试光纤的注入条件须相同程序采用与被试光纤同样类型的短段光纤例如其衰减可以忽略作为参考光纤对装置进行初始校准获得参考输入光功率将被试光纤连接到装置上并进
18、行耦合调节以使光检测器给出最大电平记录输出光功率按衰减定义由和计算出被试光纤衰减和衰减系数如果参考光纤衰减不能忽略应将参考光纤衰减加上计算值作为被试光纤衰减结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试样长度试验数据按产品规范要求在规定波长上以表示的衰减和以表示的衰减系数以及谱衰减试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容光源类型光源谱宽注入技术试验装置方法后向散射法本方法描述了用光时域反射计进行的三种基本测量程序长度见衰减或衰减系数见和沿光纤或光缆长度上点不连续的位置损耗和特征见这些测量旨在用于质量控制和接受试验也适合于安装和维护时的检查光时域反射计也可用来测量光学连续性
19、对光纤链路是否连续作出大致判断装置试验装置至少由以下几个部分组成如图所示图光时域反射计试验装置框图光发射器通常包括一个脉冲激光二极管能提供一个或多个脉冲宽度和脉冲重复频率多波长仪器通常具有多个光源标称中心波长可为或或按产品规范规定中心波长应在规定值的以内对于精确测量中心波长应在规定值的以内如果光源中心波长和规定波长差值大于应在测量结果报告中指出光源均方根谱宽应不大于或者光源半幅全宽应不大于如果谱衰减模型中采用的数据实际中心波长应在规定值的之内水峰波长区域的光源谱宽不应大于或应采用诸如光谱分析仪这样的合适测量仪器对光源中心波长和谱宽进行周期检定输出口应提供某种方法将被试光纤或盲区光纤连接到仪器面
20、板或光源尾纤上光分路器耦合器光分路器将光源输出光耦合到光纤和把后向散射光耦合到检测器同时避免光源与检测器的直接耦合耦合器光分路器不应有偏振效应光接收器通常包括光电二极管检测器检测器的带宽灵敏度线性度及动态范围应与采用的脉宽和接收信号电平相适应信号处理器宜有一个对数响应的信号处理器处理信号并采用信号平均技术提高信噪比显示器显示器可以是阴极射线管液晶显示器或是这两者或是计算机的部件显示器上垂直分度标尺宜为分贝数对应于往返光信号损耗之半的分贝数变化水平分度标尺宜为或对应于往返光信号群时延之半的长度仪器面板控制器应可对显示器上的曲线进行定位并应能对长度或分贝的较小区域显示的部分曲线进行扩展可控制一个或
21、多个能对曲线上某些点定位的可移动光标显示器上应能给出移动光标的坐标和一些适合于本仪器的辅助信息数据接口可选仪器可提供显示曲线的硬拷贝并能与计算机连接反射控制器可选为将高菲涅尔反射引起的接收器瞬时饱和降至最低限度以减少每一反射点后光纤盲区范围应采用电子屏蔽或在耦合器光分路器中采用适宜的方法为了减小连接处初始反射对结果的影响通常在连接器和被试光纤之间采用一段盲区光纤接头和连接器为了对曲线的附加影响减至最小所要求的任何接头或连接器应具有低插入损耗和低反射高回波损耗试样试样为盘上或缆内或是产品规范规定的一根光纤可在工厂或现场对单段或连接起来的多段光纤进行测量注应小心避免卷绕对点不连续或衰减测量引入人为
22、的衰减或者在长度或点不连续测量时引入明显伸长应使光纤端如在线盘的最里层导致的任何损耗在衰减系数的计算中能够忽略不计如果有效群折射率未知进行长度测量时应首先提供类似于中试样的校准光纤或光缆对仪器进行校准确定群折射率注入条件除长度测量的光注入条件可由测试人员自行处理外用进行其他测量的光注入条件应按的规定程序将被试光纤连接到仪器上或盲区光纤如采用的一端将盲区光纤如采用另一端连接到仪器上将诸如光源波长脉宽长度范围包括长度分辨率有效群折射率以及信号平均次数或时间等参数一起输入到仪器这些参数中某些值可能已在仪器中预置注如果有效群折射率未知应用已知长度的标准光纤或光缆对仪器进行校准确定群折射率由于光缆中存在
23、光纤余长或其他因素对同类光纤光缆的有效群折射率大于光纤的有效群折射率启动进行取样调整仪器显示的后向散射信号使曲线尽可能全屏幕显示如需增加分辨率应调整仪器按较大比例扩展感兴趣的区域长度测定如图所示将光标置于试样末端反射脉冲上升边缘的一点确定将同一光标或另一光标置于试样始端反射脉冲上升边缘的一点确定如试样前无光纤或光缆段则为零如试样前有已知长度为的光纤或光缆段则为如果由于不连续性极小而不易确定和的位置就在该处加一个绷紧的弯曲并改变弯曲半径以帮助光标定位对于的定位如有可能切割试样远端使那里产生反射试样长度为图曲线长度测定衰减和衰减系数测定如图所示将光标置于试样始端反射脉冲上升边缘的一点确定如试样前无
24、光纤或光缆段则为零将光标置于试样曲线线性区段始端紧挨近端确定将同一光标或另一光标置于试样末端反射脉冲上升边缘的一点确定如果由于不连续性极小而不易确定和的位置就在该处加一个绷紧的弯曲并改变弯曲半径以帮助光标定位对于的定位如可能切割试样远端使那里产生反射始于盲区之后光纤或光缆段的单向后向散射衰减始于盲区之后光纤或光缆段的单向后向散射衰减系数光纤或光缆段总单向后向散射衰减总通常能直接给出值和值该数据可以用两点法给出也可用最小二乘方近似法拟合曲线给出法得出的结果可能与两点法得出的结果不同但该方法的重复性更好应进行双向测量将双向测量获得的数值取平均得到精确的衰减和衰减系数如光纤两端均匀性好亦可进行单向测
25、量需要时可进行多波长测量对类和类光纤可按照给出的关系式计算谱衰减图曲线衰减测定点不连续的测定点不连续是连续的信号在朝上或朝下方向的暂时或永久性的局部偏移偏移特征能够随试验条件例如信号脉宽波长和方向变化点不连续的持续时间约为脉冲宽度为了确定点不连续而不是衰减不均匀性的存在应采用两种不同的脉宽观察有疑问的区域如果损耗或增益的形状随脉宽而变则该异常情况是点不连续否则要按照测量光纤或光缆衰减的程序进行衰减不均匀性测量如图所示将光标置于不连续点处功率开始上升或下降的始端来确定点不连续的位置一般仪器要求一对光标置于不连续点处的两侧将两根最佳拟合直线每一根分别由两点法或最小二乘方近似法得到外推到不连续点处的
26、位置两直线在不连续点处的垂直距离为点不连续的视在损耗或增益应进行双向测量将双向测量取得的数值进行平均这样可消除视在增益得出点不连续损耗图曲线点不连续的测定结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试验数据试样长度试样衰减或衰减系数点不连续特征等试样端别当测量长度或测量结果是双向平均值时不需要试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容光纤或光缆试样包括其类型有效群折射率测量仪器包括制造厂家型号及说明书注入条件定期检验的光源中心波长和谱宽方法谱衰减模型该方法由几个个波长上直接测得的衰减值来估算谱衰减装置本方法是对预先测量的衰减值进行计算而得出谱衰减不需要特定装置所选用的装置即
27、是测量单波长衰减的试验装置试样测量单波长衰减所要求的试样程序测量单波长衰减所采用的程序计算光纤的谱衰减系数可通过特征矩阵和矢量计算出来矢量个元素包含了个个预定波长例如和或上测量的衰减系数矩阵由下面给出式中估算谱衰减系数的波长数预定的波长数在这些波长上衰减系数已测得第一种方法中是光纤或缆提供者提供的该产品的特征矩阵模型化谱衰减即矢量从公式计算出来第二种方法中是普通矩阵这时光纤或光缆提供者应提供修正因子矢量从公式计算出矢量矢量个元素可包含在许多波长例如从间隔上估算的衰减系数在确定的波长范围内每一波长上实际衰减系数与估算衰减系数之差值的标准偏差宜小于如在确定波长范围外再指定一个附加波长范围则在每一波
28、长上实际衰减系数与估算衰减系数之差值的标准偏差宜小于和的值和波长范围应在用户和厂家之间达成协议和的元素是用统计方法获得的矢量的元素也应认为是统计数值为了指出估算衰减系数的精度光纤或光缆提供者在提供和时同时应提供一个矢量该矢量包含衰减系数实际值与估算值之差值的标准偏差注为便于矩阵使用应在预定波长上对光纤进行例行测量预定波长数可为三至五个如果可以达到足够的精度可减少预定波长数预定波长值例如和或尚待进一步研究该模型仅考虑用于未成缆光纤用于成缆光纤时考虑到成缆的影响和环境的影响矢量必须加上一个附加矢量结果测量结果报告应包括下列内容试验日期和操作人员试样识别号在相应波长上的衰减系数或谱衰减曲线报告中也可
29、包括下列内容测量预定波长衰减的试验方法估算谱衰减的矩阵或修正因子矢量如采用普通矩阵使用矩阵时获得的矢量它包含衰减系数实际值与估算值之差值的标准偏差模式基带响应模式基带响应是总基带响应的一部分总基带响应可由下式表示式中总带宽包括模式失真和波长色散模式失真带宽波长色散带宽注假定光纤模式失真基带响应和光源光谱均是高斯型分布波长色散带宽与光纤段长度成反比如果假定光源光谱是高斯型分布则可表示为式中光源的谱宽波长色散系数光纤段长度本技术旨在测量模式基带响应通过将这一项减至最小以使和之差小于来实现本章规定了测量模式基带响应的试验方法模式基带响应可在时域或频域中表示定义时域冲击响应冲击响应定义为这样一个函数即
30、它与光纤输入光功率的卷积等于光纤输出光功率频域频率响应频率响应定义为下式表示的函数式中横截面处调制信号的光功率谱横截面处调制信号的光功率谱幅度响应和相位响应分别为的绝对值和辐角在线性系统中时域和频域的基带响应通过下式互相联系方法冲击响应时域法装置本方法通过对被试光纤输入脉冲和输出脉冲进行比较借助于输入脉冲和输出脉冲的付里叶变换能够计算出基带频率响应及冲击响应合适的试验装置如图所示图模式基带响应试验装置冲击响应光源应采用一个激光器作光源其激光辐射超过自发辐射在测量期间光源位置强度和波长应保持稳定光源中心波长应在表选定的标称值的之内其谱宽不应超过表中给出的相应值表光源的中心波长标称值和谱宽包层模剥
31、除器按规定光检测器应优先采用高速光电二极管作光检测器光检测器带宽通常应大大超过被试光纤带宽然而需要作一些修正应说明检测器的基带响应和非线性度检测器表面灵敏度应是均匀的辅助设备应采用合适的辅助设备例如可调光脉冲序列发生器脉冲宽度和脉冲频率可调取样示波器记录仪注所作的测量应保证有适当的校准系统线性和系统稳定性注入条件注入系统应使注入系统的脉冲失真与被试光纤的脉冲失真相比小到可以忽略不计否则应记录注入系统的输出脉冲形状然后在光纤基带响应中考虑进去应使用满注入在这种情况下注入光锥角大于光纤最大理论数值孔径并且注入光斑直径与光纤纤芯直径相当应确认被试光纤无微弯注入系统输出端的能量分布基本恒定且与光源的耦
32、合无关表明所有传导模受到正常激励下列装置能提供满注入条件透镜系统注入光纤系统例如突变渐变突变光纤搅模器程序将被试光纤放入试验装置光纤输入端与注入光锥轴线对中光纤输出端与检测器表面对准使检测器能接收到被试光纤的全部出射光在被试光纤输入端和输出端记录脉冲按的定义计算出冲击响应如果需要按公式计算出被试光纤的频率响应结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试样长度测量时的标称波长由幅频特性曲线上光点确定的带宽试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容光源波长和谱宽注入类型试验装置完整的输入脉冲和输出脉冲波形曲线方法频率响应频域法装置本方法是测量幅度频率函数即幅度响应可采用下列两
33、种方法用输入脉冲激励时对光纤输出信号进行频谱分析对扫频输入信号或离散正弦波输入信号输出进行分析合适试验装置如图所示图模式基带响应的试验装置频率响应光源按规定包层模剥除器按规定光检测器按规定辅助设备应采用合适的辅助设备例如频谱分析仪或网络分析仪正弦波光源注所作的测量应保证有适当的校准系统线性和系统稳定性注入条件按规定程序将被试光纤放入试验装置光纤输入端与注入光锥轴线对中光纤输出端与检测器表面对准使检测器能接收到被试光纤的全部出射光在被试光纤输入端和输出端记录信号按的定义式计算出被试光纤的模式基带响应频域结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试样长度测量时的标称波长由幅频特性曲线上光点确
34、定的带宽试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容光源波长和谱宽注入类型试验装置完整的输入和输出频率响应曲线试验装置的频谱分辨率微弯敏感性本标准规定了测量类和类光纤微弯敏感性的三种方法方法可膨胀圆筒法适用于类光纤方法固定直径圆筒法适用于类和类光纤方法金属网格法方法是一种在施加的线性压力范围内测量单模光纤微弯敏感性的方法方法是一种在固定线性压力下测量类和类光纤微弯敏感性的较简单的方法方法是一种采用金属网格测量微弯敏感性的方法这三种方法的试验结果只能进行定性比较它通常在光纤的一般评估中采用而不在常规方式中采用试验应在正常的温度和相对湿度条件下进行方法可膨胀圆筒法本方法给出由于微弯效
35、应产生的损耗增加其损耗增加量是施加在光纤上线性压力的函数装置装置由一个可膨胀的圆筒组成其直径能连续改变为了避免宏弯效应要求包括膨胀部分的任何局部最小弯曲直径不小于圆筒表面应用具有选定粗糙度的特定材料例如叠盖砂纸的薄膜颗粒度级矿质覆盖在圆筒覆盖层表面上应至少能绕被试光纤圆筒膨胀时应采用方法装置测量光纤伸长率衰减测定应采用方法或方法的装置也可采用方法的装置程序将被试光纤在圆筒上无张力地小心绕上一层绕时应避免光纤任何交叉或重叠并使光纤固定以避免相对滑动应记录圆筒膨胀时衰减系数的变化和相位变化计算光纤伸长率可由下式求出式中相移调制频率试样长度与光弹系数真空中光速和有效群折射率有关的常数对于类光纤的典型
36、值为由此可计算线性压力式中施加于光纤上的张力静止条件下可膨胀圆筒半径光纤杨氏模量光纤玻璃部分横截面积作出衰减系数变化与线性压力或伸长率的函数关系曲线由所获得的点通过内插得到一条经过坐标原点的直线该直线的斜率即被试光纤的微弯敏感性微弯敏感性的单位为或结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号绕在可膨胀圆筒上的试样长度光源波长衰减系数变化与线性压力或伸长率的函数关系曲线图微弯敏感性试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容试验装置构成必要时可膨胀圆筒的最小直径采用材料的粗糙度和类型方法固定直径圆筒法本方法规定了检验类和类光纤微弯敏感性的程序它给出在光纤上施加固定线性压力时由微
37、弯效应所产生的附加损耗装置装置由固定直径的圆筒组成为了避免宏弯效应要求最小直径为圆筒表面应用具有选定粗糙度的特定材料例如叠盖砂纸的薄膜颗粒度级矿质覆盖在圆筒覆盖层表面上应至少能绕被试光纤衰减测量应采用方法截断法或方法后向散射法程序应用暂定值的卷绕力将被试光纤单层绕在圆筒上测量总衰减系数为了得到由微弯敏感性引起的衰减增加应用被试光纤固有的衰减系数对测得的总衰减系数进行修正在大卷绕力情况下测得的总衰减主要是微弯损耗计算微弯敏感性由下式求出微弯敏感性式中由微弯引起的衰减增加线性压力固定圆筒半径施加于光纤上的卷绕张力可采用不同的卷绕张力按程序进行多次测量结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号
38、绕在有覆盖层圆筒上的试样长度光源波长微弯敏感性试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容试验装置构成必要时圆筒直径采用材料的粗糙度和类型方法金属网格法本方法采用金属网格使光纤产生微弯从而确定光纤微弯损耗的相对敏感性装置光源光源的谱宽应不大于或在产品规范中规定在测量期间光源波长强度和位置应保持稳定并能在某一波长范围内或按产品规范中规定工作检测器应采用谱响应与光源相匹配的光电二极管检测器光检测器的系统响应应与所采用的调制技术相匹配并且在测量波长范围内是线性的为改善接收机信噪比应对光源进行调制滤模器为防止光纤中有高次模传输应采用滤模器可在光纤上打一直径为的单圈作为滤模器微弯引入设备产
39、生微弯损耗的典型设备如图所示金属基座平台起稳定作用其表面光滑两个定位柱固定在基座平台上一薄片硬化橡胶硬度为被固定在基座平台上它相对于定位柱不能移动橡胶片上面作了一个标记该标记是一个直径为的圆将橡胶片的一部分切割掉以防止光纤交叉这使被试光纤长度减少了大约橡胶片表面应平坦上面不能刻任何形式的槽金属网格在详细规范中规定上有二个孔以便能用基座平台上的定位柱对金属网格进行重复的精确定位标称质量为的顶板上有两个孔使得它能滑进基座平台上的定位柱一组负荷块例如或在产品规范中规定提供附加负荷以引起附加微弯损耗详细规范要求波长范围例如光源谱宽例如不大于波长步进量例如不大于负荷块重量例如为金属网格特征例如根丝编成采
40、样数例如程序将光纤绕成一圈圈的圆环放置在橡胶片上必要时用几片胶带不超过三片将光纤固定将金属网格安放在定位柱上小心地把顶板放下下推金属网格使之压在光纤上在规定的波长范围内记录功率读数将规定的负荷块压在顶板上并在规定波长范围内记录功率读数依次将其他的负荷块加在顶板上面并在规定波长范围内记录功率读数图微弯引入设备示意图金属网格法计算计算出平均损耗增量用表示该平均损耗增量是在规定波长范围内波长的函数结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号在规定波长范围内平均损耗增量试验日期和操作人员环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容微弯引入设备说明必要时光纤受压部分长度重复性和精度必要时模场直径截止波长
41、光学连续性本章并不作为一种测量方法而仅对连续或断裂的差异进行检测例如短光纤段在拉伸曲挠弯曲和扭转试验期间受到机械损伤时由于光纤长度分辨率的限制在采用后向散射设备可能不合适的情况下这种检测就非常必要当被试光纤足够长时后向散射技术是适用的这种技术在方法和方法中给出对下列场合可能需要检测断裂遭受机械损伤前的光纤试样遭受机械损伤后的光纤试样定义光学连续性光纤段光学连续性是表征沿该光纤段传导光功率的能力光学连续性可通过在光纤一端注入光并在另一端测量输出的光功率来表示光学不连续性断裂在设备特定的注入和检测配置情况下光纤输出端实际测得的光功率比注入光纤的光功率小一个约定值时则认为这根连续光纤光学不连续该约定
42、值应在用户和厂家之间达成协议方法传输或辐射光功率法本方法规定了光学连续性的试验装置它旨在指出一根光纤是否光学连续或是否产生严重的衰减增加装置试验装置由分离的发射单元和接收单元组成如图所示发射器包含一个光源接收器包括光电检测器稳定的放大器和指示接收功率电平表一种可供选择的方法是附加一个电路如果接收功率降到预定电平之下指示灯亮图传输或辐射光功率法的试验装置光源光源应是一个由灯泡或组成的大发光面的发射纤维光学终端器件为方便起见它也可与一根注入光纤耦合为了减少发射纤维光学终端器件一侧的损耗变化当采用注入光纤时注入光纤应是突变折射率分布型光纤其纤芯直径明显大于被试光纤纤芯直径光检测器采用与光源相匹配的接
43、收器例如光电二极管它与由灵敏度控制器调节的阀值检测器和指示器相连任何等效的器件都可作为接收器检测器的光敏面应有较大尺寸光纤定位器发射纤维光学终端和接收纤维光学终端的光纤定位器用于光纤的快速定位校验光纤连接发射器和接收器的校验光纤用于获得零校准点程序装置调节采用一根已知是光学连续的短校验光纤检验装置的工作情况当采用图所示装置时调节灵敏度控制器使接收光功率刚好超过阀值检测器的阀值并且指示器工作如采用功率计则注意读数应符合要求初始测量将被试光纤取代校验光纤在中确定的灵敏度值的基础上按对被试光纤预期的衰减量增加灵敏度保证指示器工作指示器工作表明光纤是光学连续的如果指示器不工作就增加灵敏度直至指示器工作
44、计算使指示器工作所需要的以表示的灵敏度增量如采用功率计则计算出指示功率与中指示功率之间的衰减增量如果衰减增量或灵敏度增量超过约定值则认为光纤断裂机械损伤后测量本测量仅对受机械损伤前已知是光学连续不断裂的光纤段进行使光纤经受所要求的机械损伤作用如有必要则更换试验装置中的光纤如果指示器不工作应增加灵敏度直至它工作计算相对于中确定的灵敏度值的灵敏度增量如采用功率计则计算出所指示的功率与中所指示的功率之间的衰减增量如果由于机械损伤试验导致衰减增量或灵敏度增量超过约定值则认为光纤断裂结果测量结果报告应包括下列内容试验名称试样识别号试样长度和预期衰减机械损伤试验导致的衰减增量或灵敏度增量试验日期和操作人员
45、环境温度和相对湿度报告中也可包括下列内容试验装置说明初始灵敏度的设定值中机械损伤试验前被试光纤灵敏度的设定值和指示器状态中和中波长色散波长色散是由组成光源谱的不同波长光波在光纤中以不同群速度传输引起的它取决于该光纤的特性和长度测量波长色散的四种试验方法描述如下相移法相移法是测量光纤波长色散的基准试验方法它在频域中通过检测记录和处理不同波长正弦调制信号的相移来测量不同波长信号的群时延从而推导出光纤波长色散它适用于测量类单模光纤和类多模光纤的波长色散脉冲时延法脉冲时延法是测量光纤波长色散的替代试验方法它在时域中通过直接检测记录和处理不同波长脉冲信号的群时延从而推导出光纤的波长色散它适用于测量类单模
46、光纤和类多模光纤的波长色散微分相移法微分相移法是测量光纤波长色散的替代试验方法它在波长范围内由两个相近波长间的微分群时延来测量特定波长上的波长色散系数它适合于测量类单模光纤的波长色散干涉法在考虑中定义波长色散波长色散是由组成光源谱的不同波长的光波以不同群速度传输所引起的光纤中每单位光源谱宽的光脉冲展宽用表示波长色散通常由材料色散波导色散和剖面色散三个部分组成波长色散系数光纤波长色散系数是每单位光纤长度的波长色散用表示零色散波长零色散波长是波长色散为零的波长用表示零色散斜率在零色散波长处波长色散系数对波长曲线的斜率值用表示方法相移法本方法适用于实验室工厂和现场测量长度大于的类单模光纤和类多模光纤
47、的波长色散在测量精度或重复性满足要求的情况下也可测量长度更短的光纤测量波长范围可按要求改变装置光源依据测量波长范围可采用多只激光器见图波长可调激光器发光二极管见图或其他宽带光源在测量期间光源位置强度和波长应保持稳定根据光源类型和试验装置可以采用光开关单色仪色散器件滤光器光耦合器或可调谐激光器构成波长选择器波长选择器可放在被试光纤的输入端或输出端采用三波长光源系统其波长范围覆盖零色散波长测量类光纤时光源中心波长偏差或不稳定性将对测量产生的最大误差零色散斜率的最大误差与为光源波长间隔成正比当时的最大误差约为图相移法试验装置多只激光器采用平均波长接近被测试样预期零色散波长的光源和或采用多于三个波长的
48、光源可获得较小误差通常采用一个温度受控的输出功率稳定的单纵模激光器就足够了现场试验装置的参考链路可能需要一只附加激光器图相移法试验装置选择作光源时应采用一只或多只应对它的光谱进行滤光例如采用单色仪给出三个或三个以上的谱线谱线的一般小于调制器调制器应用正弦波或梯形波或方波对光源进行幅度调制产生一个具有单一主付里叶分量的波形调制频率稳定度至少应为量级测量相移时应防止是整数的不确定性为此应采用诸如跟踪相位变化的方法或选择足够低的调制频率将相对相移限制在之内对于类光纤将相移限制在之内的最高调制频率应按下式确定式中预期的试样最大长度预期的零色散斜率预期的零色散波长测量中采用的使最低的一对波长另外为保证试
49、验装置有足够的测量精度光源调制频率必须足够高对于类光纤和光源波长间隔为的三波长系统最低调制频率应按下式确定式中试验设备总的相位不稳定度对试样预期的最短长度光源波长间隔平均值信号检测器和信号检测电子系统应将一个在测量波长范围内灵敏的光检测器和一个相位计一起使用为提高检测系统的灵敏度可采用一个放大器一个典型的系统可能包括光电二极管场效应晶体管放大器和矢量电压表检测器放大器相位计系统应只对调制信号的主付里叶分量响应在接收光功率范围内应引入恒定的信号相移接收功率范围可由可变衰减器控制参考信号为测量信号源的相位应向相位计提供一个具有与调制信号相同的主付里叶分量的参考信号参考信号相位应与调制信号同步一般从调制信号中分离出来下面给出参考信号的实例见图和图当信号源和检测器在同地场合时例如在实验室或校准期间信号发生器和相位计的参考端口之间可采用电连接当信号源和检测器在同地场合时也可采用分光器分光器插在试样之前和检测器对于光缆现场试验信号源和检测器异地可采用一条光学链路该光学链路一般包括与含被测试样的光学链路相类似的调制光源光纤和检测器现场试验信
