光缆通信工程中常用仪表介绍.ppt

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1、第第5章章 光缆通信工程中常用仪表介绍光缆通信工程中常用仪表介绍 5.1 光光 衰衰 减减 器器5.2 常常 用用 光光 源源5.3 光光 功功 率率 计计 5.4 光时域反射仪（光时域反射仪（OTDR）5.5 光光 纤纤 熔熔 接接 机机5.6 WDM中的光仪表与光器件中的光仪表与光器件 5.1 光光 衰衰 减减 器器5.1.1 用途与分类用途与分类光光衰衰减减器器是是对对光光信信号号进进行行衰衰减减的器件。的器件。光光衰衰减减器器有有两两种种类类型型，即即可可变变光衰减器和固定光衰减器。光衰减器和固定光衰减器。5.1.2 原理原理衰衰减减光光功功率率的的方方法法有有：反反射射一一部部分分光

2、光，吸吸收收一一部部分分光光，在在空空间间遮遮挡挡一一部部分分光光，用用偏振片选择光的偏振面等。偏振片选择光的偏振面等。5.1.3 使用方法使用方法1以以MN924A光衰减器为例，光衰减器为例，说明其使用方法，其面板结构及说明其使用方法，其面板结构及各部分的名称如图各部分的名称如图5.2 所示。所示。2DB-2900图5.2 MN924A光衰减器面板图 图5.3 DB-2900面板图 5.2 常常 用用 光光 源源光源是光纤测试的主要组成部分，是光源是光纤测试的主要组成部分，是光特性测试不可缺少的信号源。光特性测试不可缺少的信号源。5.2.1 用途与分类用途与分类光光纤纤通通信信测测量量中中使

3、使用用的的光光源源有有三三种种：稳稳定定光光源源、白白色色光光源源（即即宽宽谱谱线线光光源源）及及可见光光源。可见光光源。5.2.2 原理原理1发光二极管式稳定光源发光二极管式稳定光源发发光光二二极极管管是是比比较较稳稳定定的的半半导导体体发发光光器器件件，只只要要工工作作环环境境温温度度保保持持一一定定，其其输输出光功率就可以在长时间内保持稳定。出光功率就可以在长时间内保持稳定。图5.4 发光二极管式稳定光源 2激光二极管式稳定光源激光二极管式稳定光源图图5.5示示出出了了实实现现输输出出光光功功率率稳稳定定的的激激光二极管式稳定光源的原理框图。光二极管式稳定光源的原理框图。5.2.3 使用

4、方法使用方法1M921A光源光源2LP-5250光源光源5.3 光光 功功 率率 计计 5.3.1 用途及分类用途及分类光光功功率率计计是是用用来来测测量量光光功功率率大大小小、线线路路损损耗耗、系系统统富富裕裕度度及及接接收收机机灵灵敏敏度度等等的的仪仪表表，是是光光纤纤通通信信系系统统中中最最基基本本，也也是是最最主要的测量仪表。主要的测量仪表。光功率计的种类很多：光功率计的种类很多：根根据据显显示示方方式式的的不不同同，可可分分成成模模拟拟显显示型和数字显示型两类；示型和数字显示型两类；根根据据可可接接收收光光功功率率大大小小的的不不同同，可可分分成成高高光光平平型型（测测量量范范围围为

5、为1040dBm）、中中光光平平型型（范范围围为为055dBm）和和低低光光平平型型（范围为：（范围为：090dBm）三类；三类；根根据据光光波波长长的的不不同同，可可分分为为长长波波长长型型（范范围围为为1.01.7 m）、短短波波长长型型（范范围围为为0.41.1 m）和和全全波波长长型型（范范围围为为0.71.6 m）三类；三类；此此外外，根根据据接接收收方方式式的的不不同同，还还可可将将光功率计分成连接器式和光束式两类。光功率计分成连接器式和光束式两类。5.3.2 原理原理光光功功率率计计一一般般都都由由显显示示器器（又又称称指指示示器器，属属于于主主机机部部分分）和和检检测测器器（探

6、探头头）两两大部分组成大部分组成。图5.8 数字显示式光功率计原理框图 5.3.3 使用方法1ML93A2LP-5025图5.9 ML93A光功率计面板图 图5.11 光源光功率计测试连线示意图 5.4 光时域反射仪（光时域反射仪（OTDR）光时域反射仪（光时域反射仪（OTDR），），又称后向又称后向散射仪或光脉冲测试器，光纤光缆的生产、散射仪或光脉冲测试器，光纤光缆的生产、施工及维护工作中不可缺少的重要仪表，施工及维护工作中不可缺少的重要仪表，被人称为光通信中的被人称为光通信中的“万用表万用表”。5.4.1 用途用途可可用用来来测测量量光光纤纤的的插插入入损损耗耗、反反射射损损耗耗、光光纤纤

7、链链路路损损耗耗、光光纤纤长长度度、光光纤纤故故障障点点的的位位置置及及光光功功率率沿沿路路由由长长度度的的分分布布情情况况（即（即P-L曲线）等。曲线）等。5.4.2 原理及相关术语原理及相关术语1原理原理图5.12 OTDR原理框图 2基本术语基本术语在在OTDR光光纤纤测测试试中中经经常常用用到到的的几几个个基基本本术术语语为为背背向向散散射射、非非反反射射事事件件、反反射射事件和光纤尾端。事件和光纤尾端。（1）背向散射）背向散射光光纤纤自自身身反反射射回回的的光光信信号号称称为为背背向向散散射光（简称背向散射）。射光（简称背向散射）。（2）非反射事件）非反射事件光光纤纤中中的的熔熔接接

8、头头和和微微弯弯都都会会带带来来损损耗耗，但但不不会会引引起起反反射射。由由于于它它们们的的反反射较小，我们称之为非反射事件。射较小，我们称之为非反射事件。（3）反射事件）反射事件活活动动连连接接器器、机机械械接接头头和和光光纤纤中中的的断断裂裂点点都都会会引引起起损损耗耗和和反反射射，我我们们把把这这种种反反射射幅幅度度较较大大的的事事件件称称之之为为反反射射事事件。件。图5.13 OTDR测试事件类型及显示（4）光纤末端）光纤末端第第一一种种情情况况为为一一个个反反射射幅幅度度较较高高的菲涅尔反射。的菲涅尔反射。第第二二种种情情况况光光纤纤末末端端显显示示的的曲曲线线从从背背向向反反射射电

9、电平平简简单单地地降降到到OTDR噪噪声声电平以下。电平以下。5.4.3 性能参数、常见问题性能参数、常见问题及使用方法及使用方法1OTDR的性能参数的性能参数OTDR的的性性能能参参数数一一般般包包括括OTDR的的动动态态范范围围、盲盲区区、距距离离精精确确度度、OTDR接接收电路设计和光纤的回波损耗、反射损耗。收电路设计和光纤的回波损耗、反射损耗。（1）动态范围）动态范围 定定义义：把把初初始始背背向向散散射射电电平平与与噪噪声声电平的差值（电平的差值（dB）定义为动态范围。定义为动态范围。动动态态范范围围的的作作用用：动动态态范范围围可可决决定定最大测量长度最大测量长度。动动态态范范围围

10、的的表表示示方方法法：有有峰峰-峰峰值值（又又称称峰峰值值动动态态范范围围）和和信信噪噪比比（SNR1）两种表示方法。两种表示方法。动态范围的应用动态范围的应用动动态态范范围围大大小小决决定定仪仪器器可可测测量量光光纤纤的的最大长度。最大长度。测量范围与动态范围的关系测量范围与动态范围的关系初初始始背背向向散散射射电电平平与与一一定定测测量量精精度度下下的的可可识识别别事事件件点点电电平平的的最最大大衰衰减减差差值值被被定定义为测量范围义为测量范围。图5.18 动态范围与测量范围关系示意图 距离刻度距离刻度距距离离刻刻度度是是表表示示OTDR测测量量光光纤纤的的长长度指标，是度指标，是OTDR

11、的主要参数。的主要参数。（2）盲区）盲区 定义定义由由活活动动连连接接器器和和机机械械接接头头等等特特征征点点产产生生反反射射（菲菲涅涅尔尔反反射射）后后，引引起起OTDR接接收收端端饱和而带来的一系列饱和而带来的一系列“盲点盲点”称为盲区。称为盲区。衰减盲区衰减盲区 事件盲区事件盲区图5.19 事件、衰减盲区示意图 盲区和动态范围间的关系盲区和动态范围间的关系盲盲区区：决决定定OTDR横横轴轴上上事事件件的的精精确确程度。程度。动动态态范范围围：决决定定OTDR纵纵轴轴上上事事件件的的损损耗耗情况和可测光纤的最大距离。情况和可测光纤的最大距离。影响动态范围和盲区的因素：影响动态范围和盲区的因

12、素：a脉宽的影响脉宽的影响b平均时间对动态范围的影响平均时间对动态范围的影响 c反射对盲区的影响反射对盲区的影响 图5.20 脉冲宽度对测试的影响 图5.21 平均时间对动态范围的影响（3）距离精度）距离精度距距离离精精度度是是指指测测试试长长度度时时仪仪表表的的准准确度（又叫一点分辨率）。确度（又叫一点分辨率）。OTDR的的距距离离精精度度与与仪仪表表的的采采样样间间隔隔、时时钟钟精精度度、光光纤纤折折射射率率、光光缆缆的的成成缆缆因素和仪表的测试误差有关。因素和仪表的测试误差有关。图5.22 采样间隔对测试的影响 图5.23 分段设置折射率示意图 2常见问题常见问题（1）光纤类型不匹配）光

13、纤类型不匹配（2）增益现象）增益现象（3）盲区的影响消除）盲区的影响消除（4）幻峰（又叫鬼点）幻峰（又叫鬼点）3OTDR的操作和应用的操作和应用（以（以HP8147为例加以说明）为例加以说明）5.5 光光 纤纤 熔熔 接接 机机5.5.1 用途与分类用途与分类光光纤纤熔熔接接机机是是完完成成光光纤纤固固定定连连接接接接头头的专用工具的专用工具。光光纤纤熔熔接接机机可可根根据据被被接接光光纤纤的的类类型型不不同分为单模光纤熔接机和多模光纤熔接机；同分为单模光纤熔接机和多模光纤熔接机；根根据据操操作作方方式式的的不不同同，可可分分为为人人工工（或半自动）熔接机和自动熔接机；（或半自动）熔接机和自动

14、熔接机；根根据据一一次次熔熔接接光光纤纤芯芯数数的的不不同同分分为为单单纤熔接机和多纤熔接机；纤熔接机和多纤熔接机；根根据据接接续续过过程程中中监监控控方方式式的的不不同同，可可分分为为远远端端监监控控方方式式（RIDS，属属第第一一代代）熔熔接接机机，本本地地监监控控方方式式（LIDS，属属第第二二代代）熔熔接接机机和和纤纤芯芯直直视视方方式式（PAS，属属第第三三代代）熔接机。熔接机。5.5.2 工作原理工作原理1纤芯直视法（纤芯直视法（DCM法）熔接机法）熔接机图5.33 DCM法示意图 2本地监控方式熔接机本地监控方式熔接机 5.5.3 使用方法使用方法1TYPE-35SE熔接机的特点

15、2注意事项3操作方法图5.35 TYPE-35SE面板 图5.36 TYPE-35SE侧面端口示意图（1）键盘说明）键盘说明（2）参数设置）参数设置 设定外形的操作步骤设定外形的操作步骤 对芯方式的操作步骤对芯方式的操作步骤图5.37 TYPE35SE初始画面 图5.38 进入外形项显示画面 图5.39 第三层菜单画面 外径选择的操作步骤外径选择的操作步骤 数据显示与存入数据显示与存入 图5.40 对芯方式选择画面 图5.41 数据显示与存入画面 放电试验放电试验 时间时间（3）方式选择）方式选择图5.43 放电试验显示画面 图5.44 时间菜单显示画面 图5.45 方式选择画面 自自动动 手

16、手动动 分分步步 通通信信 参参数数 检检查查 图5.46 检查方式画图 图5.47 电机检查显示画面 图5.48 电极状态显示画面 光纤名光纤名 加热条件加热条件 图5.49 光纤名画图 图5.50 加热条件显示画面 图5.51 加热参数显示画面（4）熔接机自动熔接操作流程）熔接机自动熔接操作流程（5）光纤熔接点的补强）光纤熔接点的补强图5.52 光纤熔接机自动熔接流程图 图5.53 良好实例：保护套管端部未收缩示意图 图5.54 良好实例：被覆部位附有气泡示意图 图5.55 不良实例：进入保护套管的被覆光纤的长度不够 图5.56 不良实例：裸纤部位上附有小气泡示意图 图5.57 不良实例：

17、熔接部光纤弯曲示意图（6）熔接质量评估）熔接质量评估4熔接过程中的异常情况及处理熔接过程中的异常情况及处理5.6 WDM中的光仪表与光器件中的光仪表与光器件 5.6.1 WDM中的无源器件中的无源器件图5.58 进行光功率复合和分解的基本星形耦合器的概念 122光纤耦合器光纤耦合器通通常常使使用用器器件件的的根根据据输输入入和和输输出出端端口口进进行行表表征征命命令令。比比如如具具有有两两个个输输入入和和两两个个输输出出的的器器件件称称为为“22耦耦合合器器”，通通常常，NM耦合器具有耦合器具有N个输入和个输入和M个输出。个输出。图5.59 熔融光纤耦合器的横截面，它包括长为W的耦合区域和两个

18、长为l的锥形区域，耦合器总的拉伸长度为L=2l+W222波导耦合器波导耦合器在在理理想想的的星星形形耦耦合合器器中中，任任意意输输入入端端口口输输入入的的光光功功率率都都应应均均匀匀分分配配给给所所有有的的输输出出端端口口，耦耦合合器器的的总总损损耗耗包包括括分分路路损损耗耗和和通通过过星星形形的的每每一一个个通通路路的的附附加加损损耗耗，使使用用分贝表示的分路损耗的为分贝表示的分路损耗的为 对对单单一一输输入入功功率率Pin和和N个个输输出出功功率率，使用分贝表示的附加损耗为使用分贝表示的附加损耗为 图5.62 由12个22耦合器形成的88星形耦合器 由由图图5.62可可以以推推导导出出，构

19、构成成NN星星形形耦合器所需耦合器所需3dB耦合器的数量为耦合器的数量为5.6.2 WDM中的有源光器件中的有源光器件（光仪表）（光仪表）1可调谐光源可调谐光源图图5.63给给出出了了一一个个注注入入可可调调的的三三段段DBR激激光光器器调调谐谐范范围围的的例例子子。其其调调谐谐范范围围Dltune可用下式计算可用下式计算 2可调谐滤波器可调谐滤波器图图5.66显显示示了了可可调调光光滤滤波波器器的的基基本本概概念念。其其中中滤滤波波器器的的工工作作频频率率范范围围是是Dn，可可以采用电调谐来允许一个光频带通过。以采用电调谐来允许一个光频带通过。图5.66 可调谐光滤波器示意图 图图5.67给

20、给出出了了一一个个多多电电极极非非对对称称方方向向耦耦合合器器置置于于LiNbO3晶晶体体之之上上，其其中中一一个个臂臂比另一个臂薄。比另一个臂薄。电电光光调调谐谐可可实实现现8信信道道50GHz光光频频间间隔隔（在在1 550nm波波长长处处为为0.4nm），调调谐谐时时间间小小于于50ns。这这是是通通过过级级联联三三个个可可调调谐谐MZI来实现的，如图来实现的，如图5.68所示。所示。图图5.69给给出出了了一一个个可可调调谐谐光光纤纤法法布布里里-珀罗滤波器的例子。珀罗滤波器的例子。图5.69 光纤法布里-珀罗腔可调谐滤波器 图图5.70解解释释了了这这一一概概念念，这这种种结结构构采

21、采用用两两个个三三端端口口环环行行器器，并并将将N个个串串联联的的电电可调光纤反射光栅置于二者之间。可调光纤反射光栅置于二者之间。声声光光可可调调谐谐滤滤波波器器（AOTF）的的原原理理是是利利用用光光子子和和声声波波在在铌铌酸酸锂锂一一类类固固体体中中的的相互作用，如图相互作用，如图5.71所示。所示。3光谱分析仪及应用光谱分析仪及应用（1）具具有有不不同同性性能能等等级级（例例如如波波长长分分辨辨率率）的的光光谱谱分分析析仪仪（OSA）可可用用于于测测量量光光输输出出或或器器件件的的传传输输参参数数随随波波长长的的变变化化规律。规律。（2）EDFA增益与噪声系数的测试增益与噪声系数的测试计算增益计算增益G和量子极限噪声系数的和量子极限噪声系数的NF 图5.73 使用光源扣除法测量EDFA的噪声系数的系统框图