CN104458217B

CN104458217B - 一种同步测试光纤衰减系数和截止波长的测试方法

Info

Publication number: CN104458217B
Application number: CN201410852007.6A
Authority: CN
Inventors: 胡姊娟; 黄琦凯; 沈奶连; 涂建坤; 龚江疆
Original assignee: SAIKELI OPTICAL CABLE CO Ltd SHANGHAI; Shanghai Electric Cable Research Institute
Current assignee: Shanghai Saikeli Photoelectric Technology Co ltd; Shanghai Electric Cable Research Institute
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2034-12-31
Also published as: CN104458217A

Abstract

本发明提供一种同步测试光纤衰减系数和截止波长的测试方法，采用弯曲参考法或多模参考法测试光纤衰减系数和截止波长。弯曲参考法包括以下步骤：测量待测长光纤出纤光功率；截取短光纤；测量短光纤在小圈和大圈状态下的出纤光功率；放开所述小圈，测量短光纤仅在大圈状态下的出纤光功率；计算截止波长和衰减系数。多模参考法包括以下步骤：测量待测长光纤出纤光功率；截取短光纤；测量短光纤的出纤光功率；调用系统中已有的多模光纤输出端处的出纤光功率；拟合短光纤在大圈状态下的传输功率谱，计算截止波长和衰减系数。本发明通过弯曲参考法或多模参考法可实现同步测量光纤衰减系数和截止波长，从而减少测试步骤，缩短测试时间，有效提高测试效率。

Description

一种同步测试光纤衰减系数和截止波长的测试方法

技术领域

本发明涉及一种光纤参数测试方法，特别是涉及一种同步测试光纤衰减系数和截止波长的测试方法。

背景技术

光纤衰减系数(也称衰耗系数)是指每公里光纤对光信号功率的衰减值，其是多模光纤和单模光纤最重要的特性参数之一，在很大程度上决定了单模和多模光纤通信的中继距离。另外，截止波长的定义为：单模光纤通常存在某一波长，当所传输的光波长超过该波长时，光纤只能传播一种模式(基模)的光，而在该波长之下，光纤可传播多种模式(包含高阶模)的光。因此，在光纤实际应用时，经常需要对光纤衰减系数和截止波长进行测试，以为光纤生产中控制光纤拉丝张力、制造光缆和敷设光缆时控制其在工作波长有效单模传输等提供重要的依据。

目前，光纤衰减系数和截止波长的测试是分开单独进行的，同时，光纤截止波长的测试有弯曲参考法和多模参考法两种测试方式，故在对光纤衰减系数和截止波长进行测试时，测试步骤繁多，过程繁杂，测试时间过长，从而导致测试效率低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种同步测试光纤衰减系数和截止波长的测试方法，有效提高测试效率，缩短测试时间。

为实现上述目的，本发明提供一种同步测试光纤衰减系数和截止波长的测试方法，采用弯曲参考法或多模参考法测试光纤衰减系数和截止波长，所述弯曲参考法包括以下步骤：

A1、将一段长为L的待测长光纤装入光功率测试设备中，测量待测长光纤输出端处的出纤光功率P1(λ)；

A2、在离所述待测长光纤输入端的2m处截断待测长光纤，得到一段长为2m的短光纤；

A3、将所述短光纤折弯装入光功率测试设备中，折弯后的短光纤上设有并排分布的一小圈和一大圈，保持步骤A1中测量待测长光纤时的注入条件，测量短光纤在小圈和大圈状态下、短光纤输出端处的出纤光功率P2(λ)；

A4、放开所述小圈，保持步骤A3中测量短光纤时的注入条件，测量短光纤仅在大圈状态下、短光纤输出端处的出纤光功率P3(λ)；

A5、拟合短光纤在小圈和大圈状态下的出纤光功率P2(λ)与短光纤仅在大圈状态下的出纤光功率P3(λ)之间的对数比R(λ)：

R (λ) = 10 \log (\frac{P 3 (λ)}{P 2 (λ)})

待测长光纤的截止波长λ_c为：在R(λ)-λ曲线上，当R(λ)＝0.1dB处的最大波长；

待测长光纤的衰减系数α(λ)为：

α (λ) = 10 \times \frac{\log (P 2 (λ) / P 1 (λ))}{L};

所述多模参考法包括以下步骤：

B1、将一段长为L的待测长光纤装入光功率测试设备中，测量待测长光纤输出端处的出纤光功率P1(λ)；

B2、在离所述待测长光纤输入端的2m处截断待测长光纤，得到一段长为2m的短光纤；

B3、将所述短光纤折弯装入光功率测试设备中，折弯后的短光纤上设有一大圈，保持步骤B1中测量待测长光纤时的注入条件，测量短光纤输出端处的出纤光功率P4(λ)；

B4、调用系统中已有的多模光纤的参考光功率Pm(λ)；

B5、拟合短光纤在大圈状态下的传输功率谱Am(λ)：

Am (λ) = 10 \lg (\frac{P 4 (λ)}{Pm (λ)})

待测长光纤的截止波长λ_c为：将Am(λ)-λ曲线的长波长部分拟合一条直线，将该直线向上平移0.1dB后得到一条参考直线，该参考直线与Am(λ)-λ曲线相交处的最大波长；

待测长光纤的衰减系数α(λ)为：

α (λ) = 10 \times \frac{\log (P 4 (λ) / P 1 (λ))}{L} .

优选地，所述步骤A3中，所述小圈的直径为60mm。

进一步地，所述步骤A3和步骤B3中，所述大圈的直径为280mm；所述步骤B4中，所述第一大圈的直径为280mm。

优选地，所述光功率测试设备为一光功率计。

优选地，所述步骤B4中，多模光纤的参考光功率Pm(λ)的测试步骤为：取一段长度小于10m的多模光纤，将该多模光纤折弯装入光功率测试设备中，折弯后的多模光纤上设有一与大圈直径相同的第一大圈，保持步骤B3中测量短光纤时的注入条件，测量多模光纤输出端处的出纤光功率P5(λ)，P5(λ)记为所述多模光纤的参考光功率Pm(λ)。

进一步地，所述步骤A5中，在R(λ)-λ曲线上，当λ＝λ_c时，R(λ_c)与R_(max)之间的差值ΔR不小于2dB。

进一步地，所述步骤B5中，在Am(λ)-λ曲线上，当λ＝λ_c时，Am(λ_c)与Am_(max)之间的差值ΔAm不小于2dB。

如上所述，本发明涉及的一种同步测试光纤衰减系数和截止波长的测试方法，具有以下有益效果：

本发明通过弯曲参考法或多模参考法可实现同步测量光纤衰减系数和截止波长，从而减少测试步骤，缩短测试时间，有效提高测试效率。

附图说明

图1为本发明中弯曲参考法的测试流程图。

图2为本发明中多模参考法的测试流程图。

图3为短光纤处于打小圈和大圈时的状态图。

图4为短光纤处于打大圈或多模光纤处于打第一大圈时的状态图。

图5为本发明一实施例中R(λ)-λ曲线图。

图6为本发明一实施例中Am(λ)-λ曲线图。

元件标号说明

1 短光纤

2 小圈

3 大圈

4 多模光纤

5 第一大圈

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种同步测试光纤衰减系数和截止波长的测试方法，采用弯曲参考法或多模参考法来同步测试光纤衰减系数和截止波长。一般而言，多数光纤测试时采用弯曲参考法；但是，由于一些光纤具有优异的抗弯曲特性，其对弯曲状态不敏感，故该类光纤只能采用多模参考法进行测试，而不能采用弯曲参考法。

当采用弯曲参考法同步测试光纤衰减系数和截止波长时，如图1所示，其测试流程包括以下步骤：

A1、将一段长为L的待测长光纤装入光功率测试设备中，测量待测长光纤输出端处的出纤光功率P1(λ)，所述出纤光功率即为输出光功率；

A3、将所述短光纤折弯装入光功率测试设备中，如图3所示，折弯后的短光纤1上设有并排分布的一小圈2和一大圈3，保持步骤A1中测量待测长光纤时的注入条件，测量短光纤在小圈和大圈状态下、短光纤输出端处的出纤光功率P2(λ)；

A4、放开所述小圈2，此时短光纤上仅设有一个所述大圈3，如图4所示，保持步骤A3中测量短光纤时的注入条件，测量短光纤仅在大圈状态下、短光纤输出端处的出纤光功率P3(λ)；

R (λ) = 10 \log (\frac{P 3 (λ)}{P 2 (λ)})

待测长光纤的截止波长λ_c为：在R(λ)-λ曲线上，当R(λ)＝0.1dB处的最大波长即为所求的截止波长λ_c，R(λ)-λ曲线如图5所示；

待测长光纤的衰减系数α(λ)为：

α (λ) = 10 \times \frac{\log (P 2 (λ) / P 1 (λ))}{L} .

弯曲参考法测试流程中，光纤衰减系数的测量方式为截断法，其基于光纤衰减系数的定义：每公里光纤对光信号功率的衰减值。因此，本申请在不改变注入条件的前提下测量出通过测量待测长光纤两段截面的光功率P1(λ)和P2(λ)来直接计算出待测长光纤的衰减系数。

具体说，在设定的波长范围内，先测量待测长光纤在各波长下的出纤光功率P1(λ)；截断的短光纤与待测长光纤为同一输入端，故短光纤的输入端状态不变，同时保持测量待测长光纤时的注入条件固定不变，再测量短光纤在各波长下的出纤光功率P2(λ)。由于短光纤的长度非常短，只有2m，故短光纤的衰减可忽略，因此，短光纤的出纤光功率P2(λ)等于短光纤的注入光功率，即输出光功率；同时又因短光纤与待测长光纤为同一输入端，且测试时的注入条件相同，故短光纤的注入光功率P2(λ)等于待测长光纤的注入光功率，从而得到待测长光纤在各波长下的衰减值α(λ)：式中，P2(λ)为待测长光纤的注入光功率，P1(λ)为待测长光纤的出纤光功率，L为待测长光纤的长度，单位为km；α(λ)的单位为dB/km。

弯曲参考法测试流程中，待测长光纤的截止波长的测试原理为：

由光纤传输理论可知：要保证光纤单模传输，就要使光纤的归一化频率V值足够小。当归一化频率V值减小到某一值Vc时，则光纤的高次模LP11正好截止，光纤只传导基模LP01，故Vc称为高次模LP11的归一化截止频率。

Vc = \frac{2 π}{λ_{c}} n_{1} a \sqrt{2 Δ}

式中：为相对折射率差；n₁为纤芯折射率；n₂为包层折射率；a为芯径。

由上述公式所确定的波长λ_c即为高次模LP11的截止波长，只有当光纤的工作波长大于单模光纤的截止波长λ_c时，才能保证光纤单模工作。

基于传输功率法，即测量光纤中传输的光功率随波长变化的光谱曲线，并同参考传输光功率的光谱曲线比较后得到该光纤的截止波长。通过弯曲参考技术得到参考传输功率的光谱曲线，弯曲参考技术是将被测的单模光纤绕一个半径较小的圈，以带有这样一个小圈的单模光纤的传输光功率谱作为参考传输光功率谱。

由于高次模LP11在接近它的截止波长时，其传输功率对弯曲十分敏感，而基模LP01对弯曲不那么敏感。故本申请中，测量一段长为2m的短光纤在舒展状态下和在打小圈弯曲状态下的出纤功率之比随波长的变化关系，就可以找出高次模LP11的截止波长λ_c。

具体说，根据所述步骤A3至A5，如图3所示，将从待测长光纤上截取的长为2m±0.2m的短光纤1折弯成小圈2和大圈3后接入光功率测试设备中，本实施例中，所述小圈2的直径为60mm，足以滤去高次模LP11；所述大圈3的直径为280mm，同时大圈3和小圈2与短光纤1的直线段相切设置；之后在设定的波长范围内测量短光纤在打小圈和大圈状态下的出纤光功率P2(λ)，即步骤A3；短光纤在打小圈和大圈状态下的出纤光功率P2(λ)作为参考传输光功率谱。放开小圈2，使短光纤仅处于大圈的状态下，如图4所示，保持步骤A3中的注入条件固定，在设定的波长范围内测量短光纤仅在打大圈状态下的出纤光功率P3(λ)，即步骤A4；最后，通过拟合R(λ)-λ曲线来计算短光纤的截止波长λ_c，也即为待测长光纤的截止波长。注意：在进行步骤A3和步骤A4时，短光纤不允许受到任何外部应力，以保证测试结果的准确性。

优选地，为了保证截止波长λ_c测量的准确性，在R(λ)-λ曲线上，如图5所示，当λ＝λ_c时，R(λ_c)与R_(max)之间的差值ΔR应不小于2dB，R_(max)为在设定的波长范围内、R的最大值；若ΔR小于2dB，则说明设定的波长范围不合理，此时应扩大波长的扫描范围，扩大单模注入条件，反复进行调整并重新进行测量，直至ΔR大于或等于2dB。

由上述内容可知：采用弯曲参考法时，步骤A3同时作为光纤衰减系数测试的第三步和截止波长测试的第一步，即短光纤在小圈和大圈状态下的出纤光功率P2(λ)同时作为光纤衰减系数计算时的注入光功率和光纤截止波长计算时、滤除高次模LP11下的参考传输光功率谱，最后通过步骤A5同步计算光纤的衰减系数和截止波长。故本发明涉及的弯曲参考法将光纤衰减系数的测试过程和截止波长的测试过程融合在一起，实现衰减系数和截止波长的同步测试，而非衰减系数和截止波长分开单独进行测试，进而大大缩短了光纤参数测试时间，简化测试步骤和复杂的测试过程，一步到位，实现了一次性测试得到两个所需参数的目的，最终大大提高测试效率。

当采用多模参考法同步测试光纤衰减系数和截止波长时，如图2所示，其测试流程包括以下步骤：

B1、将一段长为L的待测长光纤装入光功率测试设备中，测量待测长光纤输出端处的出纤光功率P1(λ)，出纤光功率即为输出光功率；

B3、将所述短光纤折弯装入光功率测试设备中，如图4所示，折弯后的短光纤1上设有一大圈3，该大圈3的直径为280mm，且与短光纤1的直线段部分相切设置，保持步骤B1中测量待测长光纤时的注入条件，测量短光纤输出端处的出纤光功率P4(λ)；

B4、取一段长度小于10m的多模光纤，将该多模光纤折弯装入光功率测试设备中，如图4所示，折弯后的多模光纤4上设有一与大圈3直径相同的第一大圈5，故第一大圈5的直径也为280mm，且与多模光纤4的直线段部分相切设置，保持步骤B3中测量短光纤时的注入条件，测量多模光纤输出端处的出纤光功率P5(λ)，P5(λ)记为多模光纤的参考光功率Pm(λ)；

B5、拟合短光纤在大圈状态下的传输功率谱Am(λ)：

Am (λ) = 10 \lg (\frac{P 4 (λ)}{Pm (λ)})

待测长光纤的截止波长λ_c为：将Am(λ)-λ曲线的长波长部分拟合一条直线，如图6所示，将该直线向上平移0.1dB后得到一条参考直线，该参考直线为图6中的虚线部分，所述参考直线与Am(λ)-λ曲线相交处的最大波长即为所求的截止波长λ_c；

待测长光纤的衰减系数α(λ)为：

α (λ) = 10 \times \frac{\log (P 4 (λ) / P 1 (λ))}{L} .

多模参考法中，对于长波长的定义为：找出Am(λ)-λ曲线上衰减最大的波长，在大于该波长的区域内，找出使α(λ)-8-8λ为最小的那个波长，此波长即是大波长部分的最小波长，而大波长部分的最大波长是大波长部分的最小波长加上150nm。

多模参考法测试流程中，光纤衰减系数的测量方式也为截断法，其原理与弯曲参考法测试流程中光纤衰减系数的测试原理一样，故此处不再重复叙述。

采用多模光纤替代被测试样，使多模光纤保持与短光纤相同的注入状态和测试状态，在设定的波长范围内测量多模光纤的输出光功率P5(λ)，以作为参考光功率Pm(λ)。优选地，在采用多模参考法时，可将多模光纤的参考光功率Pm(λ)预先存入计算机中，以便于在测试时重复使用，以提高测试效率。

优选地，为了保证截止波长λ_c测量的准确性，在Am(λ)-λ曲线上，当λ＝λ_c时，Am(λ_c)与Am_(max)之间的差值ΔAm不小于2dB，Am_(max)为在设定的波长范围内、Am的最大值；若ΔAm小于2dB，则说明设定的波长范围不合理，无法观察到截止波长曲线峰，此时应扩大波长的扫描范围，扩大单模注入条件，反复进行调整并重新进行测量，直至ΔAm大于或等于2dB，且Am(λ)-λ曲线的长波长区域应有足够的长度来拟合一条直线。

由上述内容可知：采用多模参考法时，步骤B3同时作为光纤衰减系数测试的第三步和截止波长测试的第一步，即短光纤在大圈状态下的出纤光功率P4(λ)同时作为光纤衰减系数计算时的注入光功率和光纤截止波长计算时的传输光功率，最后通过步骤B5同步计算光纤的衰减系数和截止波长。故本发明涉及的多模参考法将光纤衰减系数的测试过程和截止波长的测试过程融合在一起，实现衰减系数和截止波长的同步测试，而非衰减系数和截止波长分开单独进行测试，进而大大缩短了光纤参数测试时间，简化测试步骤和复杂的测试过程，一步到位，实现了一次性测试得到两个所需参数的目的，最终大大提高测试效率。

进一步地，本申请中，所述光功率测试设备为一光功率计，当然，也可以选用其他设备。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种同步测试光纤衰减系数和截止波长的测试方法，采用弯曲参考法或多模参考法测试光纤衰减系数和截止波长，其特征在于：

所述弯曲参考法包括以下步骤：

R (λ) = 10 l o g (\frac{P 3 (λ)}{P 2 (λ)})

待测长光纤的衰减系数α(λ)为：

所述多模参考法包括以下步骤：

B4、调用系统中已有的多模光纤的参考光功率Pm(λ)，多模光纤的参考光功率Pm(λ)的测试步骤为：取一段长度小于10m的多模光纤，将该多模光纤折弯装入光功率测试设备中，折弯后的多模光纤上设有一与大圈直径相同的第一大圈，保持步骤B3中测量短光纤时的注入条件，测量多模光纤输出端处的出纤光功率P5(λ)，P5(λ)记为所述多模光纤的参考光功率Pm(λ)；

B5、拟合短光纤在大圈状态下的传输功率谱Am(λ)：

A m (λ) = 10 \lg (\frac{P 4 (λ)}{P m (λ)})

待测长光纤的衰减系数α(λ)为：

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述步骤A3中，所述小圈的直径为60mm。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述步骤A3和步骤B3中，所述大圈的直径为280mm；所述步骤B4中，所述第一大圈的直径为280mm。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述光功率测试设备为一光功率计。

5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述步骤A5中，在R(λ)-λ曲线上，当λ＝λ_c时，R(λ_c)与R_(max)之间的差值ΔR不小于2dB。

6.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述步骤B5中，在Am(λ)-λ曲线上，当λ＝λ_c时，Am(λ_c)与Am_(max)之间的差值ΔAm不小于2dB。