(高清版)GBT 33779.3-2021 光纖特性測試導(dǎo)則 第3部分：有效面積(Aeff)

ICS33.180.10GB/T33779.3—2021國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會GB/T33779.3—2021 I 25測試方法 2 2 3 3 410結(jié)果 4附錄A(資料性附錄)單模光纖的有效面積與模場直徑之間的關(guān)系 5附錄B(規(guī)范性附錄)方法A——直接遠場掃描法 8附錄C(規(guī)范性附錄)方法B —遠場可變孔徑法………11附錄D(規(guī)范性附錄)方法C——近場掃描法 IGB/T33779.3—2021GB/T33779《光纖特性測試導(dǎo)則》分為以下部分：——第1部分：衰減均勻性； 第3部分：有效面積(A)。本部分為GB/T33779的第3部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別這些專利的責任。本部分由中華人民共和國工業(yè)和信息化部提出。本部分由全國通信標準化技術(shù)委員會(SAC/TC485)歸口。本部分起草單位：武漢烽火科技集團有限公司、中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司、長飛光纖光纜股份有限公司、江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責任公司、中國信息通信研究院、江蘇亨通光纖科技有限公司。1GB/T33779.3—2021光纖特性測試導(dǎo)則第3部分：有效面積(Aerf)GB/T33779的本部分規(guī)定了單模光纖有效面積(Ac)的基準測試方法(RTM)和替代測試方法，規(guī)定了測試裝置、樣品和樣品制備、測試程序、計算方法和結(jié)果等。本部分適用于GB/T9771(所有部分)中規(guī)定的B類單模光纖。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T9771(所有部分)通信用單模光纖3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。有效面積effectivearea一個與光纖非線性緊密相關(guān)的參數(shù)，它會影響光纖系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，特別是在長距離光放大系統(tǒng)中的傳輸質(zhì)量，有效面積Ae可以用式(1)定義： (1)式中：I(r)——光纖在半徑r處基模的近場場強分布。注1:I(r)在整個光纖橫截面上進行積分。注2:對于單模光纖，有效面積(Aa)與模場直徑(MFD)之間的關(guān)系可參見附錄A。對于特別強的光場，光纖的折射率與光纖中光的強度有關(guān)，表示為式(2)。在高功率密度系統(tǒng)應(yīng)用時，光纖非線性會導(dǎo)致系統(tǒng)性能劣化。非線性系數(shù)定義為n?/Aef。n=n。+n?I…………(2)式中：no——折射率的線性部分；n?———非線性折射率系數(shù)；2注：非線性系數(shù)是評估這種劣化的一個重要參數(shù)。4縮略語下列縮略語適用于本文件。DFFS:直接遠場掃描(DirectFar-fieldScan)FFP:遠場功率(Far-fieldPower)FWHM:半幅全寬(FullWidthatHalfMaximum)GBIP:通用接口總線(General-PurposeInterfaceBus)MFD:模場直徑(ModeFieldDiameter)NA:數(shù)值孔徑(NumericalAperture)NFP:近場功率(Near-fieldPower)NFS:近場掃描(Near-fieldScan)RTM:基準測試方法(ReferenceTestMethod)VA:可變孔徑(VariableAperture)WDM:波分復(fù)用(WavelengthDivisionMultiplexing)5測試方法測試單模光纖的有效面積有三種方法：——方法A:直接遠場掃描法(RTM);—-—方法B:遠場可變孔徑法；——方法C:近場掃描法。三種方法的要求分別見附錄B、附錄C和附錄D,不同測試方法之間的數(shù)學(xué)變換關(guān)系如圖1所示。直接遠場扣揣積分漢克爾變換遠場可變近場圖1三種測試方法之間的數(shù)學(xué)變換關(guān)系6測試裝置6.2～6.8對測試裝置的要求為有效面積的三種測試方法所共有，在附錄B、附錄C、附錄D中還分別給出了對每一種測試方法的特定要求。3GB/T33779.3—2021在完成測試過程的時間內(nèi)，光源位置、強度和波長應(yīng)保持穩(wěn)定。光源的光譜特性應(yīng)選擇消除多模傳播，光源譜線的半幅全寬(FWHM)應(yīng)不大于10nm。6.3調(diào)制通常通過對光源的調(diào)制來提高接收器的信噪比。如果采用這種方法，光檢測器可連接到與光源調(diào)制頻率同步的信號處理系統(tǒng)上。6.4光學(xué)注入系統(tǒng)光學(xué)注入裝置應(yīng)足以激勵基模，可采用尾纖或光學(xué)透鏡系統(tǒng)來激勵被測光纖，注意濾除掉高階模，必要時可在光纖尾端打一個半徑合適的圈或加入其它類型的濾模器來濾除高階模。6.5包層模剝除器為了從被測光纖中剝除包層模，應(yīng)采用包層模剝除器。大多數(shù)情況下，光纖涂層折射率等于或大于光纖包層折射率時，光纖涂層就可起到包層模剝除器的作用。6.6檢測器應(yīng)采用合適的掃描檢測器，檢測器在接收光強范圍內(nèi)應(yīng)是線性的。應(yīng)采用合適的放大器來增加信號電平。6.8數(shù)據(jù)采集應(yīng)使用一臺計算機來執(zhí)行儀表控制操作，以記錄測試數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理以獲得最終結(jié)果。7樣品7.1樣品長度樣品應(yīng)是長度為(2±0.2)m的單模光纖。對于部分B6類單模光纖，可在被測樣品上打若干小半徑的圈或者采用更長的樣品長度(例如7.2樣品端面樣品的輸入端面和輸出端面應(yīng)平整、光滑，輸出端面與光纖軸應(yīng)有良好的垂直度。8測試程序8.1設(shè)備校準為了校準設(shè)備，應(yīng)通過掃描一段已知的樣品來測試光學(xué)放大裝置的放大倍數(shù)，并記錄這個放大倍數(shù)。4GB/T33779.3—2021分別見附錄B、附錄C和附錄D中的方法。9計算方法分別見附錄B、附錄C和附錄D中的方法。10.1測試結(jié)果報告應(yīng)包括下列內(nèi)容：——測試名稱；——樣品識別號；——被測光纖類型；——環(huán)境溫度和相對濕度；——測試日期和操作人員。10.2報告中也可包括下列內(nèi)容：——所用測試方法；——光源類型和FWHM譜寬；——儀器型號說明；——計算技術(shù)細節(jié)；——測試裝置最近校準日期。5GB/T33779.3—2021(資料性附錄)單模光纖的有效面積與模場直徑之間的關(guān)系A(chǔ).1概述本附錄給出了幾種常規(guī)單模光纖的有效面積(Aer)與模場直徑(MFD)之間的關(guān)系。對于式(A.1)中I(r),如果用高斯分布進行近似描述，得式(A.1):I(r)=exp(-2r2/w2)……………w——模場半徑。遠離截止波長的較長波長處，Ae.不能從式(A.2)精確地估算。一般情況下，A.和w之間的經(jīng)驗關(guān)系式為式(A.3):…………………(A.3)A.3修正因子k采用可變孔徑法測試模場直徑(MFD),然后，利用漢克爾反變換，從輸出光功率P(r)的遠場功率(FFP)計算出近場功率(NFP)。最后利用式(1)從NFP中計算得出Aeff。修正因子k取決于波長和光纖參數(shù)，例如折射率剖面、MFD和零色散波長。圖A.1示出B1.1或B1.3和B2光纖在1200nm～1600nm波長區(qū)內(nèi)實測的MFD和Aa與波長λ之間的關(guān)系。圖A.2給出B1.1或B1.3、B2和B1.2光纖在這同樣波長區(qū)內(nèi)計算的和實測的MFD、A.和修正因子k與波長λ之間的關(guān)系。6MFD/umMFD/um▲Ag△波長λ/nmB1.1或B1.3(SMF)[階躍折射率]圖A.1B1.1或B1.3和B2光纖的Aem和MFD實測值與波長λ的關(guān)系B1.1或B1.30.980.960.940.92B2(SGC-DSF)B2(DSC-1SF)B1.2(SMF)[實測的][階躍折射率][非階躍折射率]B2(SGC-DSE)[計算的][——]DSCSGC雙層芯分層芯圖A.2B1.1或B1.3、B2和B1.2光纖的修正因子k計算的和實測值與波長λ的關(guān)系7GB/T33779.3—2021B1.1或B1.3、B2和B1.2單模光纖例子的修正因子k的范圍見表光纖類型波長λ下的修正因子kB1.1或B1.30.970～0.9800.960～0.970B1.20.975～0.9850B20.940～0.9500.950～0.960最佳波長區(qū)。對于為海底光纜和WDM系統(tǒng)應(yīng)用而開發(fā)的其它光纖設(shè)計結(jié)構(gòu)而言，Ae.與w的關(guān)系可能不同，宜采用式(1)來確定。圖A.3給出了B2光纖(DSF)和B4光纖(NZ-DSF)在WDM應(yīng)用的1520nm~1580nm波長區(qū)內(nèi)的Aef和波長之間的關(guān)系。NZ-DSFINZ-DSF4NZ-1SF3NZ-DSF2NZ-DST5B2(13SF)D5F3D5F4DSF240B4(NZ-DSF)圖A.3B2和B4光纖的Aer實測值與波長λ的關(guān)系對于B2光纖而言，得到k的平均值和標準偏差為0.953±0.005,對于B4光纖而言，得到k的平均GB/T33779.3—2021(規(guī)范性附錄)方法A——直接遠場掃描法本附錄規(guī)定了直接遠場掃描(DFFS)法測試單模光纖Aer的具體要求。B.2測試裝置B.2.1測試裝置框圖直接遠場掃描法用測試裝置示意圖見圖B.1。被測光纖被測光纖旋轉(zhuǎn)臺濾模尾纖可調(diào)激光器光源接頭放大器檢測器計算機B.2.2掃描設(shè)備采用對遠場光強分布進行掃描的機械裝置，光檢測器光敏面和光纖輸出端面的距離應(yīng)大于40wb/λ(2w是被測光纖的預(yù)期模場直徑，b是光檢測器的光敏面直徑，λ是波長),或者它們之間的距離至少有10mm,以保證光檢測器光敏面在遠場覆蓋的角度不太大。精確測試時要求測量儀表的最小動態(tài)范圍應(yīng)為50dB。對B1.1、B1.3光纖，相應(yīng)的最大掃描半角應(yīng)如果對B1.1、B1.3光纖，將上述數(shù)值分別限制在30dB、12.5°,對B2光纖，將上述數(shù)值分別限制在40dB、20°時，確定模場直徑時就可能導(dǎo)致大于1%的相對誤差。對B1.2光纖，可參考B1.1、B1.3光纖的要求。89GB/T33779.3—2021B.3計算方法B.3.1疊合遠場輻射功率數(shù)據(jù)0≤θ,≤0max。作為下標i的角位置θ;(rad)函數(shù)的實測功率。疊合的功率曲線P?(θ;)見式(B.1),其中…………(B.1)B.3.2計算近場光強圖利用適當?shù)臄?shù)值積分方法來計算式(B.1)的積分。例如使用式(B.2),采用其它積分方法時計算精度不得低于該方法?！?B.2)式中：△θ=θ?-θo;Jo———零階貝塞爾函數(shù)。計算半徑r;值從零到一個足夠大數(shù)值范圍的近場值，在這個最大半徑上計算得到的光強小于最大光強的0.01%。B.3.3計算積分項利用適當?shù)臄?shù)值積分方法來計算式(B.2)結(jié)果的積分。例如使用式(B.3)和式(B.4)計算，采用其它積分方法時計算精度不得低于該方法。式中：△r=r?—ro;m———實測位置的數(shù)目?！?B.3)…………(B.4)B.3.4計算結(jié)果根據(jù)有效面積Ae的定義，可得到式(B.5):…………(B.5)測試遠場功率(FFP)數(shù)據(jù)的一個例子參見圖B.2。0050/(°)20圖B.2測試FFP數(shù)據(jù)的例子GB/T33779.3—2021(規(guī)范性附錄)方法B——遠場可變孔徑法C.1概述本附錄規(guī)定了遠場可變孔徑(VA)法測試單模光纖Ae的具體要求。C.2測試裝置C.2.1測試裝置框圖遠場可變孔徑法用測試裝置示意圖見圖C.1?；蚋缮鏋V光片(輸入裝置))8輸山定位器和包層模(當需要時)鎢光源(光源)輸出裝置圖C.1遠場可變孔徑法裝置的典型裝置C.2.2孔徑裝置宜采用一臺至少12個孔的機械裝置，這些孔的半角數(shù)值孔徑范圍從0.02～0.25(B2光纖為0.4)。把透過孔的光收集起來，聚焦在檢測器上。聚光裝置的NA應(yīng)足夠大，不得影響測試結(jié)果。C.2.3輸出遠場可變孔徑裝置應(yīng)把一個包含不同尺寸的透光圓孔的裝置(例如一個帶孔的輪盤)放在距光纖端距離D的地方(D至少為100w2/λ),它用來改變從光纖輸出場圖收集到的光功率。通常采用12個～20個孔，并放在距離光纖端20mm～50mm的地方。測試裝置的最大數(shù)值孔徑應(yīng)不小于0.4。應(yīng)采取措施使孔相對于場化功率GB/T33779.3—2021化功率圖對中，以減少對光纖的端面角的敏感性。作為裝置準備的一個環(huán)節(jié)，如圖C.2所示，要仔細測試和記錄光纖輸出端位置和圓孔平面之間的距離D和每個孔徑的直徑Xi。確定輪盤內(nèi)的每個孔徑所對的半角，并記錄這些0;值(依孔的尺寸增加的次序，i=1～n),以供計算用。這些值與測試波長無關(guān)。圖C.2孔徑設(shè)備裝置C.3計算方法遠場可變孔徑(VA)法測試通過如圖C.2所示的一個給定孔徑所對光纖處的遠場角0的歸一化總功率f(θ)。這些功率值等于歸一化遠場功率分布F2(0)的積分。它用式(C.1)表示。…………(C.1)透過孔徑的歸一化光功率和角θ的函數(shù)曲線見圖C.3。10.6·0.4-0工0/()圖C.3實測的VA數(shù)據(jù)曲線圖由式(C.2)中給出的四次函數(shù)擬合到遠場孔徑數(shù)據(jù)：f(θ)=Aθ?+Bθ3+Cθ2+Dθ1+E…………(C.2)有效面積Aer由近場功率分布I(r)計算得到，計算細節(jié)如下：a)對積分功率數(shù)據(jù)f(θ)求導(dǎo)，得到遠場功率分布F2(θ):…………(C.3)歸一歸一化功率分布曲線見圖00.050.10.150.20.250/radFFP分布曲線b)利用式的漢克爾反變換，可以從遠場光功率分布F2(θ)計算作為半徑r的函數(shù)的近場光功率分布I(r)。近場分布I(r)相對于r的曲線見圖