第2章光纤和光缆

nullnull2.1 光纤结构和类型 2.2 光纤传输原理 2.3 光纤传输特性 2.4 光缆 2.5 光纤特性测量方法第 2 章 光纤和光缆返回主目录null预备知识1、均匀平面波在两理想介质交界面的反射和折射介质n2光疏介质n1光密n法线方向折射率n1>n2θ1θ3θ2（1）反射定律θ1 = θ3 入射角等于反射角（2）折射定律（3）全反射当　　　　时　　如果再增大入射角，便只有反射光线，没有折射光线，称为全反射现象。null2、dB与dBm的定义（1）dB（分贝）——描述功率的相对值在设计和铺设光纤线路时，为了把信号功率与某个功率绝对值或某个噪声进行比较，定义了dB。null（2）dBm——描述功率的绝对值光纤通信中描述功率绝对值的最常用单位是dBm,以1 mv为基准，定义为：第 2 章 光 纤 和 光 缆第 2 章 光 纤 和 光 缆2.1光纤结构和类型 2.1.1光纤结构 光纤（Optical Fiber）： 纤芯：光能量传输的通道。 包层：为光的传输提供反射面和光隔离以及机械保护作用。 设折射率，纤芯为n1；包层为n2,则光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。null图2.1 光纤的外型n1>n2null2.1.2光纤类型 按折射率分布可以分为以下三种： （1）突变型多模光纤（StepIndex Fiber, SIF） 纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a=50~80 μm，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。带宽只有10~20 MHz·km，一般用于小容量（8 Mb/s以下）短距离（几km以内）系统。 null（2） 渐变型多模光纤（GradedIndex Fiber, GIF） 在纤芯中心折射率最大为n1，沿径向r向外围逐渐变小，直到包层变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a为50μm，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。渐变型多模光纤的带宽可达1~2 GHz·km，适用于中等容量（34~140 Mb/s）中等距离（10~20 km）系统。null（3）单模光纤（SingleMode Fiber, SMF） 折射率分布和突变型光纤相似，纤芯直径只有8~10 μm，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光纤只能传输一个模式（两个偏振态简并），所以称为单模光纤，其信号畸变很小。大容量（565 Mb/s~2.5 Gb/s）长距离(30 km以上)系统要用单模光纤。null根据常规单模光纤设计的特种单模光纤： （1）W型光纤。这种光纤有两个包层，内包层外直径2a′与纤芯直径2a的比值a′/a≤2。适当选取纤芯、外包层和内包层的折射率n1、n2和n3，调整a值，可以得到在1.3~1.6μm之间色散变化很小的色散光纤（DispersionFlattened Fiber, DFF），或把零色散波长移到1.55 μm的色散移位光纤（DispersionShifted Fiber, DSF）。色散平坦光纤适用于波分复用系统。null（2）三角芯光纤 纤芯折射率分布呈三角形，这是一种改进的色散移位光纤。这种光纤在1.55 μm有微量色散，有效面积较大，适合于密集波分复用和孤子传输的长距离系统使用，是一种非零色散光纤。 null（3）椭圆芯光纤 纤芯折射率分布呈椭圆形。这种光纤具有双折射特性，即两个正交偏振模的传输常数不同。强双折射特性能使传输光保持其偏振状态，因而又称为双折射光纤或偏振保持光纤。适用于外差接收方式的相干光系统null按光纤的 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 分： （1）石英系光纤 （2）石英芯，塑料包层光纤 （3）多成分玻璃纤维 （4）塑料光纤null2.2 光纤传输原理2.2 光纤传输原理描述光纤传输原理有两种方法： （1）几何光学射线法 几何光学的方法比较直观， 容易理解， 但不十分严格。 （2）解波动方程法 比较抽象，数学推导和演算复杂。null 2.2.1几何光学方法 分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布，并由此得到数值孔径和时间延迟的概念。  1. 突变型多模光纤(全反射导光) (1)相对折射率指数差（纤芯和包层折射率分别为n1和n2） 定义：null（2）数值孔径 为简便起见，以突变型多模光纤的交轴(子午)光线为例，进一步讨论光纤的传输条件。设纤芯和包层折射率分别为n1和n2，空气的折射率n0=1， 纤芯中心轴线与z轴一致， 如图2.4。null图 2.4 突变型多模光纤的光线传播原理null定义临界角θc的正弦为数值孔径(Numerical Aperture, NA)。根据定义和斯奈尔定律设Δ=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21或θc=12.2°。 NA表示光纤接收和传输光的能力。 1）NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。 2）NA越大 经光纤传输后产生的信号畸变越大null（3）时间延迟 现在我们来观察光线在光纤中的传播时间。根据图2.4，入射角为θ的光线在长度为L(ox)的光纤中传输，所经历的路程为l(oy)， 在θ不大的条件下，其传播时间即时间延迟为 式中c为真空中的光速。由式(2.4)得到最大入射角(θ=θc)和最小入射角(θ=0)的光线之间时间延迟差近似为 null2. 渐变型多模光纤(自聚焦导光） 渐变型多模光纤具有能减小脉冲展宽、增加带宽的优点。 渐变型光纤折射率分布的普遍公式为 式中，n1和n2分别为纤芯中心和包层的折射率，r和a分别为径向坐标和纤芯半径，Δ=(n1-n2)/n1为相对折射率差，g为折射率分布指数。 在g→∞，(r/a)→0的极限条件下，上式表示突变型多模光纤的折射率分布。g=2，n(r)按平方律(抛物线)变化，表示常规渐变型多模光纤折射率分布。具有这种分布的光纤，不同入射角的光线会聚在中心轴线的一点上，因而脉冲展宽减小。 null（1）局部数值孔径 由于渐变型多模光纤折射率分布是径向坐标r的函数，纤芯各点数值孔径不同，所以要定义局部数值孔径NA(r)和最大数值孔径NAmax null（2）射线方程的解 用几何光学方法分析渐变型多模光纤 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 解射线方程，射线方程一般形式为： 式中，ρ为特定光线的位置矢量， s为从某一固定参考点起的光线长度。选用圆柱坐标(r, φ，z)，把渐变型多模光纤的子午面(r - z)示于图2.5。 null 如式(2.6)所示，一般光纤相对折射率差都很小，光线和中心轴线z的夹角也很小，即sinθ≈θ。由于折射率分布具有圆对称性和沿轴线的均匀性，n与φ和z无关。在这些条件下， 式(2.7)可简化为null 解这个二阶微分方程， 得到光线的轨迹为：把式(2.6)和g=2代入式(2.8)得到： （2.13）null（3）自聚焦效应 为观察方便，把光线入射点移到中心轴线(z=0, ri=0)，由式(2.12)和式(2.13)得到 θ*=θ0cos(Az) 由此可见，渐变型多模光纤的光线轨迹是传输距离z的正弦函数，对于确定的光纤，其幅度的大小取决于入射角θ0， 其周期Λ=2π/A=2πa/ ， 取决于光纤的结构参数(a, Δ)， 而与入射角θ0无关。这说明不同入射角相应的光线，虽然经历的路程不同，但是最终都会聚在P点上，这种现象称为自聚焦(SelfFocusing)效应。 null 渐变型多模光纤具有自聚焦效应，不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上，而且这些光线的时间延迟也近似相等。 这是因为 (1)光线传播速度v(r)=c/n(r)(c为光速)，入射角大的光线经历的路程较长，但大部分路程远离中心轴线，n(r)较小，传播速度较快，补偿了较长的路程。 (2)入射角小的光线情况正相反，其路程较短，但速度较慢。 所以这些光线的时间延迟近似相等。 null2.2.2光纤传输的波动理论 虽然几何光学的方法对光线在光纤中的传播可以提供直观的图像，但对光纤的传输特性只能提供近似的结果。光波是电磁波，只有通过求解由麦克斯韦方程组导出的波动方程分析电磁场的分布(传输模式)的性质，才能更准确地获得光纤的传输特性。 参考 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf ：《光纤通信原理》 顾畹仪 李国瑞 北邮出版社 《光纤通信》 Gerd keiser 电子工业出版社null3. 多模渐变型光纤的模式特性  传输模数 对于突变型光纤，g→∞，M=V2/2； 对于平方律渐变型光纤，g=2，M=V2/4。 null 4. 单模光纤的模式特性 单模条件和截止波长从图2.8和表2.2可以看到，传输模式数目随V值的增加而增多。当V值减小时，不断发生模式截止， 模式数目逐渐减少。特别值得注意的是当V<2.405时，只有HE11(LP01)一个模式存在，其余模式全部截止。HE11称为基模，由两个偏振态简并而成。 由此得到单模传输条件为 V= (2.36) 由式(2.36)可以看到，对于给定的光纤(n1、n2和a确定)，存在一个临界波长λc，当λ<λc时，是多模传输，当λ>λc时，是单模传输，这个临界波长λc称为截止波长。由此得到null图 2.8 若干低阶模式归一化传输常数随归一化频率变化的曲线 null 光强分布和模场半径通常认为单模光纤基模HE11的电磁场分布近似为高斯分布 式中，A为场的幅度，r为径向坐标，w0为高斯分布1/e点的半宽度，称为模场半径。实际单模光纤的模场半径w0是用测量确定的，常规单模光纤的归一化的模场半径的经验公式为： 0.65+1.619V-1.5+2.879V-6 =0.65+0.434 +0.01492.3光纤传输特性 2.3光纤传输特性 光信号经光纤传输后要产生损耗和畸变(失真)，因而输出信号和输入信号不同。对于脉冲信号，不仅幅度要减小，而且波形要展宽。产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散。 损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离，色散则限制系统的传输容量。本节讨论光纤的色散和损耗的机理和特性，为光纤通信系统的设计提供依据。 null2.3.1光纤色散 1. 色散、 带宽和脉冲展宽 色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。  模式色散是由于不同模式的时间延迟不同而产生的， 它取决于光纤的折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。 材料色散是由于光纤的折射率随波长而改变，以及模式内部不同波长成分的光(实际光源不是纯单色光)，其时间延迟不同而产生的。这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。  波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的， 它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。 null 色散对光纤传输系统的影响，在时域和频域的表示方法不同。如果信号是模拟调制的:色散限制带宽(Bandwith)； 如果信号是数字脉冲:色散产生脉冲展宽(Pulse broadening)。 所以， 色散通常用3 dB光带宽f3dB或脉冲展宽Δτ表示。  （1）用脉冲展宽表示时， 光纤色散可以写成 Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2 式中Δτn、Δτm、Δτw分别为模式色散、材料色散和波导色散所引起的脉冲展宽的均方根值。  null（2）用3 dB光带宽f3dB表示色散 光纤带宽的概念来源于线性非时变系统的一般理论。如果光纤可以按线性系统处理，其输入光脉冲功率Pi(t)和输出光脉冲功率Po(t)的一般关系为 图 2.11 光纤带宽和脉冲展宽的定义 null 一般，频率响应|H(f)|随频率的增加而下降，这表明输入信号的高频成分被光纤衰减了。受这种影响，光纤起了低通滤波器的作用。 将归一化频率响应|H(f)/H(0)|下降一半或减小3dB的频率定义为光纤3dB光带宽f3 dB，由此得到 |H(f3dB)/H(0)|=1/2 (2.44a) 或 T(f)=10lg|H(f3dB)/H(0)|=-3 (2.44b)null 一般， 光纤不能按线性系统处理， 但如果系统光源的频谱宽度Δωλ比信号的频谱宽度Δωs大得多，光纤就可以近似为线性系统。光纤传输系统通常满足这个条件。光纤实际测试表明，输出光脉冲一般为高斯波形，设用高斯脉冲半极大全宽度(FWHM)Δτ= =2.355σ，代入式(2.47a)得到(2.45)null2） 输入脉冲不是δ函数。 设输入脉冲和输出脉冲为式(2.45)表示的高斯函数，其rms脉冲宽度分别为σ1和σ2，频率响应分别为H1(f)和H2(f)，根据傅里叶变换特性得到  H(f)= (2.48) 由此得到， 信号通过光纤后产生的脉冲展宽σ= 或Δτ= ，Δτ1和Δτ2分别为输入脉冲和输 出脉冲的FWHM。  null3. 单模光纤的色散 色度色散 理想单模光纤没有模式色散，只有材料色散和波导色散。材料色散和波导色散总称为色度色散(Chromatic Dispersion)，常简称为色散，它是时间延迟随波长变化产生的结果。  null经合理简化，单位长度的单模光纤色散系数为null 2.3.2光纤损耗 光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。  在最一般的条件下， 在光纤内传输的光功率P随距离z的变化，可以用下式表示  (2.59) 式中，α是损耗系数。设长度为L(km)的光纤， 输入光功率为Pi，根据式(2.59)，输出光功率应为 Po=Piexp (-αL) (2.60) 习惯上α的单位用dB/km， 由式(2.60)得到损耗系数  α= null 1. 损耗的机理 图2.15是单模光纤的损耗谱，图中示出各种机理产生的损耗与波长的关系，这些机理包括吸收损耗和散射损耗两部分。  （1）吸收损耗 1）SiO2引起的固有吸收（本征损耗） 由电子跃迁引起的紫外吸收；由分子振动引起的红外吸收 2）杂质引起的吸收。 过渡金属(例如Fe2+、Co2+、Cu2+)、氢氧根(OH-)离子null （2）散射损耗 1）瑞利(Rayleigh)散射（本征损耗） 主要由材料微观密度不均匀引起，与波长λ四次方成反比。 αR=A/λ4，当Δ分别为0.2%和0.5%时，A分别为0.86和1.02。 如果Δ=0.2%，在1.55μm波长，光纤最低理论极限为0.149 dB/km。 2）由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射null图 2.15 单模光纤损耗谱， 示出各种损耗机理 null 2. 实用光纤的损耗谱 根据以上分析和经验，光纤总损耗α与波长λ的关系可以表示为 式中，A为瑞利散射系数，B为结构缺陷散射产生的损耗，CW(λ)、IR(λ)和UV(λ)分别为杂质吸收、红外吸收和紫外吸收产生的损耗。 null 图 2.16光纤损耗谱 (a) 三种实用光纤； (b) 优质单模光纤 null由图2.16看到： （1）从多模突变型(SIF)、渐变型(GIF)光纤到单模(SMF)光纤，损耗依次减小。 （2）在0.8~1.55 μm波段内，除吸收峰外，光纤损耗随波长增加而迅速减小。 （3）从多模SIF、 GIF光纤到SMF光纤，色散依次减小(带宽依次增大)。 正因为这些特性， 使光纤通信从SIF、GIF光纤发展到SMF光纤，从短波长(0.85 μm)“窗口”发展到长波长(1.31 μm和1.55 μm)“窗口”，使系统技术水平不断提高。 null2.3.3光纤 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 和应用 制订光纤标准的国际组织主要有ITU - T(国际电信联盟 电信标准化机构)，即原CCITT(国际电报电话咨询委员会)和IEC(国际电工委员会)。 G.651 多模渐变型(GIF)光纤(0.85um） G.652 常规单模光纤（1.31/1.55um） G.653 色散移位光纤 （1.55um） G.654 1.55 μm损耗最小的单模光纤（1.55um） nullG.655非零色散光纤（1.54-1.56um） 是一种改进的色散移位光纤。在密集波分复用(WDM)系统中，当使用波长1.55 μm色散为零的色散移位光纤时，由于复用信道多，信道间隔小，出现了一种称为四波混频的非线性效应。这种效应是由两个或三个波长的传输光混合而产生的有害的频率分量，它使信道间相互干扰。如果色散为零，四波混频的干扰十分严重，如果有微量色散，四波混频反而减小。为消除这种效应，科学家开始研究了非零色散光纤。这种光纤的特点是有效面积较大，零色散波长不在1.55 μm，而在1.525 μm或1.585 μm。 这种光纤在密集波分复用和孤子传输系统中使用，实现了超大容量超长距离的通信。2.4光缆2.4光缆2.4.1光缆基本要求 保护光纤固有机械强度的方法，通常是采用塑料被覆和应力筛选。 光纤从高温拉制出来后，要立即用软塑料(例如紫外固化的丙烯酸树脂)进行一次被覆和应力筛选，除去断裂光纤，并对成品光纤用硬塑料(例如高强度聚酰胺塑料)进行二次被覆。  null 图 2.18二次被覆光纤(芯线)简图 (a) 紧套； (b) 松套； (c) 大套管； (d) 带状线 null图 2.19 松套管光纤的无应力“窗口” null 2.4.2光缆结构和类型 光缆一般由缆芯和护套两部分组成， 有时在护套外面加有铠装。  1. 缆芯 缆芯通常包括： 被覆光纤(或称芯线) 加强件 通常用杨氏模量大的钢丝或非金属材料例如芳纶纤维(Kevlar)做成。  2. 护套 护套起着对缆芯的机械保护和环境保护作用，要求具有良好的抗侧压力性能及密封防潮和耐腐蚀的能力。 null光缆类型多种多样，根据缆芯结构的特点，光缆可分为四种基本形式。（1）层绞式 把松套光纤绕在中心加强件周围绞合而构成。 这种结构的缆芯制造设备简单，工艺相当成熟，得到广泛应用。 采用松套光纤的缆芯可以增强抗拉强度，改善温度特性。null（2）骨架式 把紧套光纤或一次被覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。这种结构的缆芯抗侧压力性能好，有利于对光纤的保护。null（3）中心束管式 把一次被覆光纤或光纤束放入大套管中，加强件配置在套管周围而构成。这种结构的加强件同时起着护套的部分作用，有利于减轻光缆的重量。null（4）带状式 把带状光纤单元放入大套管内， 形成中心束管式结构，也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或松套管内， 形成骨架式或层绞式结构。带状式缆芯有利于制造容纳几百根光纤的高密度光缆，这种光缆已广泛应用于接入网。null一般光缆有: 室内光缆、 架空光缆、 埋地光缆和管道光缆等。  特种光缆常见的有： 电力网使用的架空地线复合光缆(OPGW)， 跨越海洋的海底光缆，易燃易爆环境使用的阻燃光缆以及各种不同条件下使用的军用光缆等。 null 2.4.3光缆特性 光缆的传输特性取决于被覆光纤。 对光缆机械特性和环境特性的要求由使用条件确定。光缆生产出来后，对这些特性的主要项目，例如拉力、压力、扭转、弯曲、冲击、振动和温度等， 要根据国家标准的规定做例行试验。成品光缆一般要求给出下述特性，这些特性的参数都可以用经验公式进行分析计算， 这里我们只作简要的定性说明。  1. 拉力特性 光缆能承受的最大拉力取决于加强件的材料和横截面积， 一般要求大于1 km光缆的重量，多数光缆在100~400 kg范围。 null 2. 压力特性 光缆能承受的最大侧压力取决于护套的材料和结构， 多数光缆能承受的最大侧压力在100~400 kg/10 cm。  3. 弯曲特性 弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折射率差Δ以及光缆的材料和结构。实用光纤最小弯曲半径一般为20~50 mm， 光缆最小弯曲半径一般为200~500 mm，等于或大于光纤最小弯曲半径。在以上条件下，光辐射引起的光纤附加损耗可以忽略，若小于最小弯曲半径，附加损耗则急剧增加。null4. 温度特性 光纤本身具有良好的温度特性。 光缆温度特性主要取决于光缆材料的选择及结构的设计采用松套管二次被覆光纤的光缆温度特性较好。温度变化时， 光纤损耗增加，主要是由于光缆材料(塑料)的热膨胀系数比光纤材料(石英)大2~3个数量级，在冷缩或热胀过程中，光纤受到应力作用而产生的。在我国，对光缆使用温度的要求，一般在低温地区为-40 ℃~+40 ℃， 在高温地区为-5 ℃~+60 ℃。 2.5光纤特性测量方法2.5光纤特性测量方法 光纤的特性参数很多，基本上可分为几何特性、光学特性和传输特性三类。 1.几何特性：纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度； 2.光学特性：折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长；3.传输特性：损耗、带宽和色散。每个特性参数有多种不同的测量方法 基准法：严格按照定义进行测量的方法。 替代法：在某种意义上与定义相一致的测量方法。 当两者有争议时，应以基准法为准。null 测量思路：本节介绍光纤损耗、带宽(色散)和截止波长的测量原理和测量方法。这些特性参数的测量的共同的特点是用特定波长的光通过光纤，然后测出输出端相对于输入端的光功率或幅度、相位等物理量的变化，再经过相应的数据处理而实现的。null2.5.1损耗测量 光纤损耗测量有两种基本方法：一种是测量通过光纤的传输光功率，称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散射光功率，称后向散射法。  1. 剪断法（基准法） 光纤损耗系数由式(2.61a)确定， 即 式中，L为被测光纤长度(km)，P1和P2分别为输入光功率和输出光功率(mW或W)。 null由于高阶模式的损耗比低阶模式的更大，在光纤中传输的(对数)光功率lgP与光纤长度L的关系不是线性关系。如图2.21所示，测得的α值与注入条件和光纤长度有关，但不能惟一代表光纤的本征特性。由图可见：（1）只有在稳态模式分布(注入光束数值孔径NAb和被测光纤数值孔径NAf相匹配)的注入条件下，lgP与L才是线性关系。 （2）满注入(NAb>NAf)或欠注入(NAbP2)，从这两点返回输入端(L=0)。 光检测器的后向散射光功率分别为Pd(L1)和Pd(L2)，经分析推导得到，正向和反向平均损耗系数 式中右边分母中因子2是光经过正向和反向两次传输产生的结果。 null 后向散射法不仅可以测量损耗系数，还可利用光在光纤中传输的时间来确定光纤的长度L。显然， 式中，c为光速，n1为光纤的纤芯折射率，t为光脉冲发出到返回的时间。 null图 2.23 后向散射法光纤损耗测量 null 用后向散射法的原理设计的测量仪器称为光时域反射仪(OTDR)。这种仪器采用单端输入和输出，不破坏光纤， 使用非常方便。OTDR不仅可以测量光纤损耗系数和光纤长度，还可以测量连接器和接头的损耗，观察光纤沿线的均匀性和确定故障点的位置，确实是光纤通信系统工程现场测量不可缺少的工具。  null 图 2.24是后向散射功率曲线的示例， 图中 (a)输入端反射区； (b)恒定斜率区，用以确定损耗系数； (c)连接器、接头或局部缺陷引起的损耗； (d)介质缺陷(例如气泡)引起的反射； (e)输出端反射区， 用以确定光纤长度。 (a)PA(b)(c)(d)(e)PBdB长度图 2.24 后向散射功率曲线的示例null 2.5.2带宽测量 光纤带宽测量有时域和频域两种基本方法。时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽，又称脉冲法；频域法是测量通过光纤的频率响应，又称扫频法。两种方法是等效的。  设在测量系统中，接入一段短光纤时，测出的频率响应为H1(f)，接入被测长光纤时，测出的频率响应为H2(f)，则光纤频率响应H(f)和3dB光带宽f3 dB应满足下式： |H(f3 dB)|= null写成对数形式： T(f) =10lg|(Hf3 dB)|=10［lg|H2(f)|-lg|H1(f)|］=-3 注意：由于经光检测器后，光功率按比例转换为电流(或电压)，因此3dB光带宽相应于6dB电带宽。图2.25示出用对数电平显示的频率响应H1(f)、H2(f)和由两曲线相减得到的光纤频率响应H(f)和6dB电带宽。 图 2.26示出扫频法光纤带宽测量系统的框图。扫频仪输出各种频率的正弦信号，对光源进行直接光强调制，输出光经光纤传输和光检测后，由选频表直接获得频率响应。null图 2.25 光纤频率响应和6dB电带宽 null 2.5.3色散测量 光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等。这里只介绍相移法，这种方法是测量单模光纤色散的基准方法。  用角频率为ω的正弦信号调制的光波，经长度为L的单模光纤传输后，其时间延迟τ取决于光波长λ。不同时间延迟产生不同的相位φ。用波长为λ1和λ2的受调制光波，分别通过被测光纤， 由Δλ=λ2-λ1产生的时间延迟差为Δτ，相位移为Δφ。根据式(2.52)，长度为L的光纤总色散为  C(λ)L= 用Δτ=Δφ/ω代入上式，得到光纤色散系数 null 图2.27示出相移法光纤色散测量系统的框图。用高稳定度振荡器产生的正弦信号调制光源，输出光经光纤传输和光检测器放大后，由相位计测出相位。可变波长的光源可以由发光管(LED)和波长选择器组成，也可以由不同中心波长的激光器(LD)组成。为避免测量误差，一般要测量一组λi-φi值，再计算出C(λ)。 null 2.5.4截止波长测量 理论计算：根据式(2.37)和式(2.36)， 截止波长  λc= 对常规单模光纤，通过对折射率分布的测量，确定纤芯半径a，纤芯和包层的折射率n1和n2，由式(2.66)就可以计算出理论截止波长λc。  实际测量： （1）传输功率法（基准方法）。在弯曲状态下，测量损耗—波长函数； （2）时延法。改变波长，观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个脉冲； （3）近场法：改变波长，观察近场图由环形变为高斯形。null 测量原理：LP11模在接近截止波长时，其传输功率对光纤弯曲十分灵敏，而基模LP01模在接近LP11模的截止波长时，其传输功率对光纤弯曲不十分灵敏。利用这个特点，测量在弯曲状态下的传输光功率随波长的变化，就可以确定截止波长。用2m长的被测光纤，接入测量系统的注入装置和光检测器之间，把被测光纤弯曲成φ280的圆圈，测量输出光功率P1(λ)；保持注入条件不变，把被测光纤弯曲成φ60的圆圈，这时消除了次低阶模LP11，只有基模LP01存在，测量输出光功率P2(λ)。 由此得到弯曲状态下损耗-波长函数  R(λ)=10lgnull 图2.28示出R(λ)曲线，0.1dB平行线与R(λ)的交点，确定为截止波长λc。一般实测截止波长稍小于理论截止波长。   null图 2.29 传输功率法截止波长测量系统框图 null第二章知识点小结1、光能量在光纤中传输的必要条件。2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。3、弱导波光纤的概念。4、相对折射率指数差的定义及计算。5、突变多模光纤的时间延迟。6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。8、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。7、归一化频率的表达式。null10、三种色散的定义。11、3dB带宽的表达式及相关计算。12、光纤损耗产生的机理。13、非零色散光纤。14、光缆缆芯的结构类型。15、光纤特性参数的测量方法。9、单模条件和截止波长。