1、光纖截止波長測試及阻礙因素涂昌偉 Tu changwei成都中住光纖Chendu SEI Optical Fiber Co.,Ltd摘要：現(xiàn)代光纖通信中單模光纖已經(jīng)作為的光傳輸要緊媒介，由光纖的傳輸理論可知，把包層 和芯層邊界代入波動方程求解，可得 LP11模截止光陰纖只有單模即LP01模傳輸，對應的波長叫作截止波長。在通信鏈路中系統(tǒng)波長必需大于截止波長。國際電信聯(lián)盟技術(shù)委員會ITU-T依照不同的測試條件和環(huán)境規(guī)定了截止波長測試方式和替代方式及相應標準，本文要緊針對 用光譜傳輸功率法進行截止波長測試及阻礙測試截止波長的緣故進行論述。關(guān)鍵詞：單模光纖、截止波長、光譜傳輸功率法Abstract:

2、A Singlemode fiber is a primary optic transmission medium in modern Fiber-optic communication. With the fiber transmission theory , we solve wave equations according to fiber ' s core-cladding boundary and know that fiber transmits only by Singlemode(LP01 mode) if the higher mode(LP11 mode) is c

3、ut-off. That wavelength is defined as cut-off wavelength. The system s operating wavelength must be greater than the fiber cut-off wavelength in transmission-lank. The International Telecommunication Union Standardization Sector(ITU-T) rule the cut-off wavelength measuring method ,the substitution m

4、ethod and the corresponding standard by the deferent measuring factor and condition. This article describe the optic spectral transmitted power technique which measure the cut-off wavelength and the influent factor.Key words: a Singlemode fiber, cut-off wavelength, an optic spectral transmitted powe

5、r technique一.截止波長的物理概念和概念依照光纖中光傳輸?shù)臉肆坎▌臃匠糖蠼饪芍瑔文９饫wLP11模的截止波長為:1-1關(guān)于階躍型光纖，Vc=。由上式取得的截止波長，其與光纖芯層直徑和折射率n1有關(guān)，另外還和光纖的指數(shù)相對折射率有關(guān)系，大多數(shù)文獻上稱之為理論截止波長，記作入cto在工程應用中入ct意義不大。一樣中只在理論研究中有必然價值。人們通常所說的截止波長是指測試截止波長，通過實踐說明測試截止波長與所測光纖的 長度和所處的狀態(tài)有關(guān)(如彎曲和受到應力作用等)。為了使測試截止波長在工程應用中有實際 意義，如在光纖生產(chǎn)中操縱光纖拉絲張力，制造光纜和敷設(shè)光纜時操縱其在工作波長有效單模傳輸?shù)?/p>

6、。國際電信聯(lián)盟標準化部門在ITU-T (2000/10)中將實際測量的截止波長分為三類并制定相應標準，依照測試條件和測試式樣不同分為：光纜截止波長、光纖截止波長和跳線光 纜截止波長。1 .光纜截止波長入cc,光纜截止波長是在預先將22m光纜平直安放，剝?nèi)ケ粶y光纜端護套等愛惜層，兩頭各袒露出1m長的預涂覆光纖，并在兩頭袒露光纖各打一個40mm的小圈條件下測的成纜截止波長。實踐證明，工作波長通過22m成纜光纖后，LPii模不能繼續(xù)傳播。因此，光纜截止波長是確保光纜中光纖單模工作最為直接有效的參數(shù)。2 .光纖截止波長入c,因為其測試容易，也是工程應用中最多的截止波長。光纖截止波 長是指光纖在維持一個

7、 140mm松繞大圈其它部份平直、長度為2m光纖的條件下測的光纖截止波長。3 .跳線光纜截止波長入 明跳線光纜波長是指跳線光纜包括一個 76mm松套小圈、長度 為2m條件測得的截止波長。由于跳線光纜實際應用中可能長度很短，因此 ITU-T專門對跳 線纜和一般光纜規(guī)定了不同的測試條件和標準。如上所述，入CC、入c、入cj是由于光纖種類、光纜結(jié)構(gòu)和實驗條件不同而取得的，但不管 如何的概念，關(guān)于入cc、入c和入cj確實是規(guī)定的條件下 LPii模截止對應的波長。在實際應用 中盡管這三種對應關(guān)系不易確信，但對不同光纖和光纜結(jié)構(gòu)、及實驗條件，應確保在最短工 作波長、兩點持續(xù)的最短光纜段優(yōu)勢于單模傳輸是超級

8、重要的，此刻很多光纖光纜廠家都引用光纜截止波長為標準，實踐說明其對應光纖截止波長可延長到1290nm乃至到1330nm。為了降低光纖模式噪音和色散對光纖系統(tǒng)的阻礙，規(guī)定入cc即最短光纜段長的截止波長小于系統(tǒng)波長即：入cc底是超級有必要的。通常關(guān)于同一類型的光纖入cc、入c、入cj 一樣有如下關(guān)系：入c入cj入ccITU-T(2000/10)中對G65二、G653、G654、G655不同類型光纖對應截止波長作了規(guī)定， 同時GB/T9771-2000中也對幾種不同類型的光纖的截止波長作了規(guī)定。下面列出目前應用最 廣的兩種光纖對應標準：G652 光纖入 ccW 1260mm,入 c 1250mm,入

9、 cjW 1250mmG655 光纖入 ccW 1480mm,入 c 1470mm,入 cjW 1480mm二.光纖截止波長的測試(1)測試原理光纖截止波長的測試在 ITU-T G650 (2000)中規(guī)定了傳輸功率法作為基準測試方式，而 作為替代方式未成纜光纖截止波長測試法在實際工程中很少應用，目前商用儀器也是采納傳 輸功率法作為測試原理，在光纖光纜等廠家中大量應用。咱們明白單模光纖中除固有的吸收和散射損耗外，還有因外界作用使光纖產(chǎn)生的附加損 耗，如：光纖芯包缺點、縱向不均勻性、光纖微(宏)彎等。這些附加損耗在單模光纖截止 波優(yōu)勢產(chǎn)生的衰減專門大，之前面的截止波長概念可知，在理論截止波長以下

10、波段，高階模 LP11模傳輸，而在其后高階模截止，對應波長只有基模存在，因此在接近截止波長光陰纖功 率急劇衰減。傳輸功率法的測量原理確實是在規(guī)定的實驗條件下，通過測試被測的一短段光纖隨波長轉(zhuǎn)變傳輸功率與參考的傳輸功率之比來確信截止波長。在實際應用中咱們?nèi)?2m長度的被測光纖作試樣，用綜合測試裝置把傳輸功率譜和參考傳 輸功率譜相較較，確信光纖的截止波長，依照 ITU G650 (2000)中規(guī)定了兩種取得參考傳輸 功率譜，那個地址取打一小圈所得光功率譜作為參考傳輸功率譜。(2)實驗裝置傳輸功率法測量單模光纖的實驗裝置，如以下圖所示。那個實驗裝置要緊成份有：光源、 包層模剝除器、光探測器等。夕鹵燈

11、單色儀注入系統(tǒng)新光 器參考信號被測光纖包層橫剝除器鎖相放大器波長控制繪圖儀圖一傳輸功率法試驗裝置圖對如上裝置簡單說明如下：光源：選用的光源 FWHMt寬不超過10nm。在完成整個測量進程中，光源的位置、光強和波長應穩(wěn)固不變，并能夠在足夠?qū)挼牟ㄩL范圍內(nèi)工作。調(diào)制：為改善接收器處的信噪比，通 常采取調(diào)制光源方式，若是采取那個方法，光探測器應與光源調(diào)制頻率同步信號處置系統(tǒng)連接探測，系統(tǒng)應大體是線性的。注入條件與系統(tǒng)：應用的條件是均勻地鼓勵LP01和LP11模,例如：穩(wěn)固的注入方式是用穩(wěn)固的大光斑、大數(shù)值孔徑的注入光學系統(tǒng)。包層模剝除器：包 層模剝除器：其是一個確保包層模轉(zhuǎn)換為輻射模的器件，因此，它從

12、光纖中剝除包層模，應 確信不能阻礙LP01模。光探測器：選用一個適合的光探測器，以求截斷來自光纖的所有輻射，光探測器的光譜響應與光源的光譜特性相一致，光探測器應具有良好的表面均勻性和線性靈敏度。（3）截止波長測試本測試裝置選用光纖光纜廠家采納較多的PK2220作為測試手腕，其光源穩(wěn)固，接收器的信噪比較高，測試重復性較好，能知足 ITU-T G650 （2000/10 ）截止波長對測試裝置要求。選取一根2m單模光纖作為測試試樣。用光纖剝線鉗和切割刀把帶有夾具光纖兩頭面切得 平整，有條件的情形下能夠測試一下端面角，要求端面角小于然后進行下一步工作。選取單 模光纖截止波長測試菜單，咱們選取用打小圈作

13、為參考信號的測試方式。把2m光纖放在裝置的輸入輸出端，調(diào)劑端面校準裝置，使光纖端面清楚即可，把 2m光纖打一 280mm大圈，注 意應維持光纖松馳不該受到任何外部應力和比280mm小的自然彎曲。如此就能夠夠進行試樣光纖光功率譜 R（入）測試，測試結(jié)果臨時保留在一數(shù)組CUTRUNDAT。當試樣光纖光功率譜測試完畢時，檢查光纖的端面是不是維持不變，如維持完好，把試樣光纖打一60mm勺小圈，這時就能夠夠測試光纖參考功率譜P2（入），測試裝置依照如下公式擬合衰減譜：1010g 02-1P2這是含有高階模即LP11模試樣光纖衰功率譜 Pi（入）和參考的傳輸功率 B（入）取得的衰減 譜損耗，測試截止波長就

14、概念為其損耗下降到時所對應的c,擬合曲線如以下圖所示：披氏圖二 單模光纖譜損耗圖由圖二可見，在轉(zhuǎn)變區(qū)，高階模功率隨波長增大而降低，在光纖截止波長周圍，衰減急劇下降，在以后各波長能夠以為大體上只有LP01模傳輸，在圖b中測試光纖衰功率譜 Pi（入）在截止波長后有少量 LP11模殘余功率。三.阻礙測試截止波長的因素光纖測試截止波長是在規(guī)定的實驗條件下取得的，在各工程應用中由于各類緣故可能可 不能完全依照規(guī)定實驗條件進行測試。前面已經(jīng)提出光纖長度和光纖所處的狀態(tài)對光纖截止 波長測試有專門大阻礙，下面通過實驗總結(jié)各個因素對測試截止波長阻礙程度，可作為各光 纖光纜廠家參考：標準偏差Cutoff Wave

15、length(1)長度對測試截止波長的阻礙別離取、試樣其它實驗條件知足ITU G650(2000/10)規(guī)定測試條件，得如下數(shù)據(jù):測試次數(shù)樣品樣品樣品備注1測試所用儀器 為PK2220且選 擇某光纖廠家 同一盤光纖外 端取樣，測試值 單位為nm)2345平均值標準偏差12451240m1235 ；1230g 1225e 1220V 1215w121012051200圖三 長度阻礙 c趨勢圖從如上兩圖及測試數(shù)據(jù)分析：在進行光纖截止波長測試時，若是樣品取得較短時，測 試數(shù)據(jù)均值會比正常測試均值(取2巾時偏小，但標準誤差較好；若是樣品取得太長3m時，測試時完全模擬操作工測試進程可能存在比28cm小的

16、圈，因此測試截止波長均值比較接近正常測試均值，但標準誤差及重復性超級差可從圖三看出，測試的隨機誤差較大。可見樣品長度對測試截止波長有專門大阻礙，在工程應用中必然要依照截止波長測試條件正確取樣及2m長度，不然測試的可信度會降低，對工程質(zhì)量保證和導向會帶來不利 因素。(2)彎曲對截止波長的阻礙別離用直徑為14cm、20cm、28cm大圈對 2m試樣在其它實驗條件知足ITU-T彎曲影響G650(2000/10)規(guī)定測試要求，得如下數(shù)據(jù)：測試次數(shù)14cm20cm28cm備注1測試所用儀器 為PK2220且選 擇某光纖廠家 同一盤光纖外 端取樣，測試值 單位為nm)2345平均值標準偏差標準偏差3.53

17、2.521.510.50142028Loop Diameter(cm)圖四 彎曲阻礙 c趨勢圖c咱們正常測試時用 28cm大圈，由于儀器操作臺問題，把光纖圈放大操作可能性很少，故只討論放小的情形。從圖四進行分析，當圈放到20cm時，光纖截止波長測試平均值和標準誤差轉(zhuǎn)變較小， 對測試數(shù)據(jù)阻礙不大；當圈放到14cm時，測試重復性較好但截止波長測試數(shù)據(jù)急劇減小，對測試結(jié)果超級不利。因此在操作人員進行測試時，當碰到光纖測試樣品不夠時，或在操作臺有自然小圈時必然要展開再進行測試。(3)外部應力對測試截止波長的阻礙在光纖拉制進程中，咱們所取得的光纖芯并非是理想的圓，而是有必然的橢圓度，加上 光纖受到擠壓、

18、涂層損傷、彎曲或扭轉(zhuǎn)等因素，可能使光纖受到不對稱的橫向應力。這些應力的存在可能對測試截止波長產(chǎn)生阻礙，那個地址討論一下光纖受到微彎帶來不對稱橫應力 作用下光纖測試截止波長轉(zhuǎn)變情形：以下圖為不受應力、1kg、3kg微彎及光纖表面受不規(guī)那么應力情形下對應測試截止波長光 譜損耗圖:1.001.20U401.80Wave I ength Cum)、Cutoff have 1ength=1242.65圖五 0kg ,譜損耗圖c5'T不丁“廣廣丁” y-T- T ' TLT"TTT ! I ；",丁丁歲歲七r7'“甘1，”口0,80L0Bl.ZHl 4目n60W

19、ave 1ength (um)Cutoff Wave 1ength=1219 . 74圖六ikgc譜損耗圖O.B0Have 1 ength (urn)Cutoff Wave Iength=1209 . 04圖七3kg c譜損耗圖have1sngth Cum)Cutoff Wave Iangth=1259.49圖八光纖不規(guī)那么受力譜損耗圖clrnnlnInMelfivawOOOOOOOO 54321098 2222221101Bend Stress(kg)301Bend Stress(kg)3測試次數(shù)0kg1kg3kg備注1測試所用儀器 為PK2220且選 擇某光纖廠家 同一盤光纖外 端取樣，測試值單位為nm>2345平均值標準偏差圖九應力阻礙 c趨勢圖數(shù)據(jù)分析：從圖六、七光纖損耗譜看來，光纖受到微彎側(cè)應力情形其峰值有專門大轉(zhuǎn)變， 隨著所受應力增加峰值最高dB降低越多，說明LP11高階模在較短波長時所傳輸光功率比沒有受應力比較，急劇下降，同光陰纖測試截止波長大大減小，測試結(jié)果比較三者標準誤差轉(zhuǎn) 變不大。圖八是由于單模光纖包層受到不規(guī)那么