課程設(shè)計(jì)試驗(yàn)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——課程設(shè)計(jì)試驗(yàn)

光纖無(wú)源器件測(cè)試試驗(yàn)講義

大恒新紀(jì)元科技股份有限公司

光纖無(wú)源器件測(cè)試試驗(yàn)講義

部分無(wú)源器件測(cè)試基礎(chǔ)知識(shí)：

近年來(lái)，光纖通信發(fā)展十分迅速，應(yīng)用日漸廣泛。作為光纖通信設(shè)備的重要組成部分的光無(wú)源器件，也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并逐步形成了規(guī)模產(chǎn)業(yè)。

光無(wú)源器件是一種光學(xué)元器件。其工藝原理遵守光學(xué)的基本理論，即光纖理論和電磁波理論，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、各種計(jì)算公式和各種測(cè)量方法和纖維光學(xué)、集成光學(xué)息息相關(guān)。

光無(wú)源器件是一門新興的、不斷發(fā)展的學(xué)科。光纖通信的發(fā)展召喚著功能更全、指標(biāo)更先進(jìn)的光無(wú)源器件不斷涌現(xiàn)；一種新型器件的出現(xiàn)往往會(huì)有力的促進(jìn)光纖通信的進(jìn)步，有時(shí)甚至使其躍上一個(gè)新的臺(tái)階。光纖通信系統(tǒng)對(duì)光無(wú)源器件的期望越來(lái)越大，器件的發(fā)展對(duì)系統(tǒng)的影響越來(lái)越深。除此而外，光無(wú)源器件在光纖傳感和其他光纖應(yīng)用領(lǐng)域也大有用武之地。

光纖通信元件包括光纜、光有源器件、光無(wú)源器件等。光纖無(wú)源器件主要包括耦合器/分路器(Coupler/Splitter)、隔離器(Isolator)、濾波器(Filter)和光開關(guān)(OpticalSwich)等，它們都是將來(lái)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中必不可少的器件。

下面我們先介紹一些基本的測(cè)試環(huán)境和條件，國(guó)標(biāo)GB/T13713－92中說(shuō)明測(cè)量條件如下：測(cè)試環(huán)境

無(wú)源器件的測(cè)量應(yīng)當(dāng)在GB2421－1989中所規(guī)定的正常大氣條件下進(jìn)行，即溫度：15～35攝氏度；濕度：45％～75％；氣壓：85Kpa～106Kpa。優(yōu)先測(cè)試條件光纖類別光源峰值波長(zhǎng)(nm)功率穩(wěn)定性（dB）50％功率處線寬（nm）注入到光纖中得功率(uW)檢測(cè)系統(tǒng)線性度（dB）動(dòng)態(tài)范圍頻譜相應(yīng)重復(fù)性（dB）0.15LED>8000.05100.05多模LD>8000.055000.05與光源匹配0.150.15單模LD>4000.055000.05注：：在整個(gè)測(cè)量周期中或至少1h；：注入到光纖中的功率不能高到產(chǎn)生非線性散射效應(yīng)的水平；：檢測(cè)系統(tǒng)的特性相應(yīng)不應(yīng)偏離比規(guī)定水平大的線性；：測(cè)量系統(tǒng)總穩(wěn)定性應(yīng)當(dāng)在整個(gè)測(cè)量周期中沒有超過規(guī)定的變化。測(cè)量應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)還有：

a，為了保證包層模不影響測(cè)量，應(yīng)按分規(guī)范的規(guī)定依靠光纖本身的衰減作用或靠加一個(gè)包

層模消除器來(lái)消除包層模；

b，注意保證與器件接口處的斑紋圖形不會(huì)影響插入損耗的測(cè)量；

c，在器件的整個(gè)測(cè)試中，每一邊的光纖或光纜應(yīng)當(dāng)保持固定，并考慮光纖上盡可能的沒有

應(yīng)力和較大的彎曲半徑；

各種試驗(yàn)后耦合器損耗變化量和分光比變化量不應(yīng)當(dāng)超過下表的數(shù)據(jù)（YD/T893-1997），序號(hào)12345試驗(yàn)項(xiàng)目（參照Bellcore1209）振動(dòng)試驗(yàn)(GB/T2423.10)沖擊試驗(yàn)(GB/T2423.15)高溫試驗(yàn)低溫試驗(yàn)高低溫循環(huán)試驗(yàn)插入損耗變化量（dB）

光纖之間耦合的最大功率。當(dāng)兩根光纖一致時(shí)，有?1??2，則F=1，上式就蛻變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)熔融拉錐型單模光纖耦合器的功率變換關(guān)系式

?2?22?C????Pz?Az?1?Fsinz??1?1??F?（8.5）?C??P?z??A?z?2?F2sin2?z??22?F???耦合器是光通信技術(shù)中一種重要的光無(wú)源器件，簡(jiǎn)言之，Coupler就是一類能使傳輸中的光信號(hào)在特別結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合，并進(jìn)行再分派的器件。主要應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)、光接入網(wǎng)、光纖CATV系統(tǒng)，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)，光纖傳感技術(shù)等領(lǐng)域。耦合器的常用參數(shù)有插入損耗、附加損耗、分光比、偏振相關(guān)損耗和方向性等，下面給出具體描述：A插入損耗(IL)

插入損耗定義為指定輸出端口的光功率相對(duì)輸入光功率的減少值。

ILi??10lgPOUTiPIN?dB?

B附加損耗(EL)

附加損耗是指所有輸出端口光功率總和相對(duì)于全部輸入光功率的減小值。

EL??10lg?POUTPIN?dB?

附加損耗是表達(dá)器件制造工藝質(zhì)量的指標(biāo)，反映的是器件制作過程中帶來(lái)的固有損耗；而插入損耗則表示各個(gè)輸出端口的輸出功率狀況，不僅有固有損耗的因素，更考慮了分光比的影響，試驗(yàn)中務(wù)必是學(xué)生搞明白這一點(diǎn)。C分光比（CR）

分光比是耦合器所特有的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，它定義為耦合器各輸出端口輸出功率占總輸出功率的分額，一般用百分比來(lái)表示。

CR??POUTiPOUT?100%

D偏振相關(guān)損耗(PDL)

是衡量器件性能對(duì)于傳輸光信號(hào)偏振態(tài)敏感程度的參量，有稱偏振靈敏度。它是指當(dāng)傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)發(fā)生2π變化時(shí)，器件的各個(gè)輸出端口輸出光功率的最大變化量。

??PDL??10lg?MAX?PMINPOUTjOUTj?dB?

在實(shí)際應(yīng)用中，光信號(hào)偏振態(tài)的變化是經(jīng)常發(fā)生的，因此，往往要求器件有足夠小的偏振相

關(guān)損耗，否則將直接影響器件的使用效果。E方向性(DL)和回?fù)p（RL）

方向性也是耦合器的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，它是衡量器件定向傳輸特性的參數(shù)。

DL??10lgPIN2PIN1?dB?

試驗(yàn)步驟：

A.耦合器插損、附加損耗、分光比的測(cè)量（插入法）

圖8.2試驗(yàn)裝置圖

1.將跳線一端接在光纖光源的測(cè)試使用波長(zhǎng)上，另一端接功率計(jì)。接通主機(jī)光源和功率計(jì)電源（假使要更換波長(zhǎng)，需要將關(guān)斷電源，然后切換跳線）；待穩(wěn)定后記錄下光源的輸出功率。2取下跳線。將耦合器的輸入端接在光纖光源的輸出端，耦合器的兩個(gè)輸出端口分別接功率計(jì)的兩個(gè)端口。（注意其他所有條件，包括光纖位置等都盡量保持不變）3.接通電源，記錄下功率計(jì)上兩個(gè)端口的功率值

4.利用前面提到的公式去計(jì)算插損、額外損耗和分光比5.換一個(gè)波長(zhǎng)，重復(fù)1—4步驟。6關(guān)閉光源和功率計(jì)，切斷電源。光功率計(jì)Pi1TJij耦合器光源圖8.3插損、額外損耗和分光比的測(cè)試光功率計(jì)PiM

B、方向性的測(cè)量測(cè)量尾纖型光纖耦合器的方向性，方法如下：

……

a)如圖8.4所示測(cè)量耦合器反射回到端口2的光功率P2。（所謂中止器，一般指匹配液或

者繞很小的環(huán)，讓光纖的端面沒有光反射）

TJ終光源止耦合器器P2

圖8.4尾纖型耦合器方向性測(cè)量原理

b)保證Pij穩(wěn)定后，使用一根標(biāo)準(zhǔn)跳線代替耦合器。直接測(cè)量光源輸出功率P1。（注意其他所有條件，包括光纖位置等都盡量保持不變）。c)按以下公式計(jì)算出光纖耦合器的方向性。

???10lgP2P1其中：α為方向性(dB)；P1為輸入光功率；P2為2端口輸出光功率。

思考題：

1，為什么選擇不同的光源，耦合器的分光比會(huì)不一樣。2，耦合器可以把能量分派到兩個(gè)端口（額外損耗很?。?，假使反過來(lái)把兩個(gè)端口輸入光，

會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

試驗(yàn)中四個(gè)耦合器分別為：I（49.9％）；II（40.9％）；III（11.0％），IV（31.4％）

試驗(yàn)二光纖隔離器（Isolator）的特性和參數(shù)測(cè)試

試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1．了解光纖隔離器的工作原理及基本結(jié)構(gòu)2．熟悉光纖隔離器在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

試驗(yàn)原理：

在高速率的光纖通信系統(tǒng)中要求激光源十分穩(wěn)定，為此，希望盡可能減少負(fù)載回到激光

器的反射光。光隔離器的性能是光正向通過時(shí)衰減很小，但反向通過時(shí)衰減很大的器件。光隔離器相當(dāng)于一種光非互易傳輸耦合器，所依據(jù)的基本原理是法拉第磁光效應(yīng)。即當(dāng)光波通過置于磁場(chǎng)中的法拉第旋光片時(shí)，光波的偏振方向總是沿與磁場(chǎng)（H）方向成右手螺旋的方向旋轉(zhuǎn)，而與光波的傳播方向無(wú)關(guān)。這樣，當(dāng)光波沿正向和反相兩次通過法拉第旋片時(shí)，其偏振方向旋轉(zhuǎn)角將疊加而不是抵消，這種現(xiàn)象成為“非互易旋光性〞

圖9.1隔離器工作基本原理圖

在9.1圖中，當(dāng)光從左到右傳，左面的起偏器將其偏振面確定在0o，經(jīng)過適合長(zhǎng)度的選光片旋光后，偏振面旋轉(zhuǎn)了45o，正好順利通過安放在45o角上的其次個(gè)起偏器。但如有發(fā)射光回來(lái)在逆方向上再次通過旋光片時(shí)，其偏振面會(huì)在源方向上再次轉(zhuǎn)45o，疊加的效果，偏振面就正好垂直于左面的起偏器，無(wú)法通過，從而實(shí)現(xiàn)單向傳輸，光隔離的功能。（注：這里給出的只是空間光隔離器的基本原理圖，目前實(shí)際中使用的絕大多數(shù)偏振無(wú)關(guān)的隔離器原理都使用這個(gè)原理，但結(jié)構(gòu)與此差異很大）。

衡量光隔離度性能的主要參數(shù)有A插入損耗

插入損耗是隔離器的重要技術(shù)指標(biāo)，其來(lái)源主要有偏振器、法拉第旋轉(zhuǎn)芯片和光纖準(zhǔn)直器的插入損耗。

隔離器的插入損耗測(cè)試方框圖如圖9.2所示，主要注意的是：光源的波長(zhǎng)必需在工作波長(zhǎng)的范圍內(nèi)，并使任何可能注入的高次模得到足夠的衰減，使隔離器的輸入端和檢測(cè)器處僅有基模傳輸；光信號(hào)沿隔離器的正向輸入。

標(biāo)準(zhǔn)連接器隔離器光功率計(jì)LD光源

圖9.2隔離器插入損耗測(cè)試原理示意圖

正向插入損耗α1，定義為正向傳輸時(shí)輸出光功率與輸入光功率之比。α1＝10log（Pin/Pout）dBB隔離度

隔離度是隔離器最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，表征了隔離器對(duì)反向傳輸光的衰減能力。主要受如下一些因素的影響：偏振器距法拉第旋轉(zhuǎn)器的距離；各個(gè)光學(xué)元件的表面反射率；偏振器的楔角、間距等。

隔離度的測(cè)試框圖如圖4：

標(biāo)準(zhǔn)連接器隔離器

光功率計(jì)LD光源

圖9.3隔離器隔離度測(cè)試原理示意圖

反向隔離度比α2，定義為反相傳輸時(shí)輸出功率與輸入功率之比。α2＝10log(P’in/P’out)dB*C偏振相關(guān)損耗(PDL)

PDL與插損不一樣，是指當(dāng)輸入光的偏振態(tài)發(fā)生變化而其他參數(shù)不變時(shí)器件的插損的最大變化量，是衡量器件插損受偏振態(tài)影響程度的指標(biāo)。

PDL的具體測(cè)試方案：改變隔離器前端輸入光的偏振態(tài)將測(cè)得器件的最大損耗減去最小損耗，即為PDL。

隔離器光功率計(jì)LD光源偏振控制器圖9.4隔離器偏振相關(guān)損耗測(cè)試原理框圖

*D回波損耗

隔離器的回波損耗RL是指正向入射到隔離器的光功率和沿輸入路徑返回隔離器輸入端口的光功率之比，這是一個(gè)相當(dāng)重要的指標(biāo)，由于假使隔離器的回波強(qiáng)，那么其對(duì)系統(tǒng)回返光進(jìn)行控制的同時(shí)，自身也會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)一定的反射。(注：匹配液可以用微彎代替，即將輸出光纖在手指等上繞數(shù)圈，損耗到輸出光強(qiáng)基本為0為止，但這里不推薦這種方法，由于這種方法適合于裸纖)

隔離器

3dB耦合器匹配液LD光源光功率計(jì)

圖9.5隔離器的回?fù)p測(cè)量原理圖

試驗(yàn)步驟：

1.將跳線接到光源測(cè)試使用的波長(zhǎng)上，另一端接功率計(jì)，記錄下光源的輸出功率。2.按圖9.2、9.3和9