GB/T 15972.41-2021 光纤试验方法规范 第41部分:传输特性的测量方法和试验程序 带宽.pdf
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时域法需采用辐射光源(如注入型激光二极管),用来产生短时,窄谱宽脉冲。时域法要求装置具备 通过电学或光学开关光源的能力。某些光源通过电触发产生光脉冲时,需提供产生触发脉冲的装置,如 电函数发生器或者类似装置可用于实现此目的。装置的输出端应可同时用作产生光源脉冲和触发记录 系统。有些光源也可以是自触发,在这种情况下,记录系统与光源产生的脉冲以电或光电方式进行 同步。
6.1.1.2辐射光源要求
辐射光源应满足: 使用一个已知中心波长和波长精度的辐射光源。对A1a.2类多模光纤,要求850nm波长精 度土10nm;对A1a.3和A1a.4类多模光纤,850nm波长精度土2nm;对A1a.4类多模光纤, 953nm波长精度土6nm;对A1类其他子类或中心波长及A3和A4类光纤的波长精度 土1onm以内。 b) 对于注人式激光二极管,激光耦合进光纤的功率应超过自发辐射的最低光功率15dB。 使用足够窄线宽的光源,确保测量带宽至少在受试光纤的实际模间带宽的90%以内。这个可 以通过计算归一化模间色散极限(NIDL)(见附录B)。对于A4类多模光纤,任何激光二极管 的线宽需足够窄到可以忽略其对带宽测量结果的影响。 1 对于A1和A3类多模光纤,通过光源谱宽计算每个波长的NIDL(见附录B),如公式(2) 所示:
水利管理NIDL= IDF Aa
....................2.
中 入 光源的半幅全宽(FWHM),单位为纳米(nm); IDF 模内色散因子,单位为吉赫兹千米纳米(GHz·km·nm); NIDL一—不定义1200nm到1400nm。光源谱宽应小于或等于10nm,单位为吉赫兹千米 (GHz·km)。 主:NIDL值的可接受度主要依赖于特定使用者的测试要求。例如:0.5GHz·km的NIDL能满足最小高于 500MHz·km的光纤测试。如果NIDL太低,需要更小的光源谱宽。 辐射光源在整个单脉冲的持续时间以及整个测量的期间内应保持稳定
6.1.2方法 B—频域法
频域法需使用辐射光源,如连续波注入激光二极管。频域法要求装备具备通过电或光方式来转换 光源能量的能力。需通过要求的驱动放大器将跟踪发生器或网络分析仪的调制输出与调制器相连
6.1.2.2辐射光源要求
辐射光源要求见6.1.1.2
辐射光源要求见6.1.1.2
方法C通过DMD计算得到的满注入模式
6.2.1满注入(OFL)
6.2.1.1A1类多模光纤的0FL条件
无论光源的辐射特性如何,在光源和受试光纤间使用搅模器产生一个可控的注人条件。与附录E 呆持一致,搅模器的输出应耦合到受试光纤的输出端。光纤的位置在整个测试过程中应保持稳定。视 领系统可用来辅助在光纤成像过程中的光纤对中。 如附录E中所述,对于高带宽(大于1500MHz·km)的A1a类多模光纤,受试光纤输入端光强的 变化可能导致测量结果产生25%的变化。装置在注入条件上的细微变化是导致这些差异的原因。方 去C被引人作为获得改进的一种手段。 应采用一个合适的包层模剥除器,以消除包层中传输的光功率。通常光纤涂层具有此功能,如涂层 无此功能,则应在试样两端附近使用包层模剥除器。这种光纤在具备包层滤模功能的光纤中占较小的 又重,但需注意在此过程中避免微弯。 注:通过满注人条件获得的光纤带宽支持A1类多模光纤,尤其是LED应用中在850nm和1300nm波长。一些 激光应用也支持满注人,但是可能会导致链路长度(850nm波长)减少或者限制激光光源(1300nm波长)
6.2.1.2A3类和A4类多模光纤的满注入条件
OFL应通过注人光锥角大于光纤最大理论数值孔径,并且注人光斑直径与光纤纤芯直径相当来实 现。光源应能同时激励低阶模和高阶模。 注:采用搅模器几乎可以激励所有模式。模式激励对光源和搅模器对准以及其间光器件的相互作用非常敏感(其 间光器件如连接头或光学成像系统)。大NA和芯径的光源仅激励子午模或LP。m模。 6.2.2限模注入(RML)
6.2.2.1A1b光纤的RML条件
带宽的限模注入是通过一段RML光纤来过滤满注入(OFL)而得到。OFL在附录E中定义,需要 在角度和空间上足够大的光满注人到RML光纤中。RML光纤的芯径为23.5μm士0.1uμm,数值孔径 为0.208士0.01。RML光纤应具有阿尔法值近似为2的渐变型折射率剖面,在850nm和1300nm满 主人带宽大于700MHz·km。为了对接方便,RML光纤的包层直径为125μm。为了消除泄露模,
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对于方法A和方法C,或者如果需要来自方法B的冲击响应,则需采用能对检测到的光脉冲波形 进行傅里叶变换的计算设备。该设备可以实现任何一种快速傅里叶变换或其他合适的算法,并且对于 其他信号调节功能.波形平均和存储也是有用的。
样品应是长度已知的光纤或光缆
参考光纤应为与受试光纤相同类型的短光纤,或从受试光纤中截取。除A4类多模光纤外,参考光 纤长度应小于1%受试光纤长度或小于10m,取其中较短者。对于A4类多模光纤,参考光纤长度应为 1m~2m。在RML条件下,模式剥除器的输出就是参考信号。
7.3受试光纤端面制备
受试光纤样的输入端面和输出端面应平整、光滑,与光纤轴应垂直
7.4受试光纤放置要求
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对于A1类多模光纤,放置状态(盘具类型,收线张力和其他卷绕特性)可能显著影响结果。由于卷 绕在盘具上的光纤适合运输,大多数质量控制测量是在这种放置方式下进行的。但基准放置方式应是 无应力的松绕状态。基于盘具卷绕状态下测试数据,可用映射函数来计算得到基准放置状态下的期望 值。映射函数可以从一组光纤分别用两种方式放置方式下的测量结果中推导出来。 对于A4类多模光纤,受试光纤应松绕成直径不小于300mm的圈,没有任何应力。确定受试光纤 不受宏弯和微弯的影响,发射系统输出的能量分布基本恒定
7.5受试光纤端面定位
8.1方法A时域(脉冲失真)法
8.1.1输出端脉冲测量
输出端脉冲测量步骤如下: a)将光脉冲信号注人测受试光纤并调整光衰减器或检测电子器件,使得来自光纤的一个整个光 脉冲显示在校准示波器上,包括所有前沿和后沿的幅度大于或等于1%或一20dB的峰值 幅度。 b 记录检测到的幅度和校准的示波器扫描速率。 记录光纤输出脉冲,并计算该脉冲的傅里叶变换,见附录C。 d 通过测量激励参考光纤的信号来确定受试光纤的输入脉冲信号。这可以通过使用从受试光纤 或类似光纤上截取的参考长度的光纤来实现
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b)在相同光纤类别和与受试光纤相同的标称光学尺寸的参考光纤上按7.3制备输人和输出端。 C) 按7.5所述对中输人和输出端,如果使用光衰减器,调整获得正确显示的脉冲幅度。 d) 使用与测试样本相同的示波器扫描速率记录系统输入脉冲,并计算附录C的每个输入脉冲 里叶变换
8.2.1输出频率响应
a 如果设备存在将光纤定位在搅模器输出中与测试样本的输入相同的位置,则具有与测试样本 具有相同标称特性的另一短的光纤长度可以替代为参考。使用参考光纤替换受试光纤。如果 需要,应用包层模式剥离器,并将检测器前面的输出端对齐。 b 从低频扫描源的调制频率于,以提供足够的直流零参考电平到高于3dB带宽的高频。记录参 考光纤输出的相对光功率作为f的一个函数,并将此功率表示为P(f)。 注:可以记录与引脚(f)相关的功能,如对数引脚(f),最后得到9.2中的IH(f)I。
8.3方法C通过DMD计算得到的满注入模式带宽法(OMB)
方法C测量步骤如下!
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表1在850nm波长通过DMD计算OMB.的DMD权重值
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计算频率响应H(f),根据附录C计算一3dB带宽,f3B。 如果测量的一3dB频率超过NIDL(按附录B计算)除以光纤长度,L以km为单位,报告测量结 果。在这种情况下,如例1所示,测量结果很可能受到设备的限制。 示例1:长度为2.2km的长度标准化的测量的一3dB频率为2.2GHz·km的光纤,但该测量系统在该波长处具有 2GHz·km的NIDL。优选地,结果报告为">归一化测量值”(在该示例中为">2.2GHz·km”)。类似地,实际测量值 优选地被报告为">《测量值}”(在该示例中为">1.0GHz")。“>"符号表示测量值可能受到测试集的限制。如果测量的 3dB频率超过SSFL(如4.6中所述),则将结果报告为大于SSFL,如示例2所示。 示例2:长度为2.2km的光纤具有0.95GHz(2.09GHz·km)的测量一3dB频率,大于测试集的SSFL,0.9GHz (1.98GHz·km)。将结果报告为">(SSFL)”(">0.9GHz”,此处)。报告长度归一化结果为">(SSFL乘以千米的样本 长度”(">1.98GHz·km")。“>符号需要显示测量值受测试的限制值
计算频率响应H(f),根据附录C计算一3dB带宽,f3B。 如果测量的一3dB频率超过NIDL(按附录B计算)除以光纤长度,L以km为单位,报告测量结 果。在这种情况下,如例1所示,测量结果很可能受到设备的限制。 示例1:长度为2.2km的长度标准化的测量的一3dB频率为2.2GHz·km的光纤,但该测量系统在该波长处具有 2GHz·km的NIDL。优选地,结果报告为">归一化测量值”(在该示例中为">2.2GHz·km")。类似地,实际测量值 尤选地被报告为“>(测量值)”(在该示例中为“>1.0GHz")。“>"符号表示测量值可能受到测试集的限制。如果测量的 3dB频率超过SSFL(如4.6中所述),则将结果报告为大于SSFL,如示例2所示。 示例2:长度为2.2km的光纤具有0.95GHz(2.09GHz·km)的测量一3dB频率,大于测试集的SSFL0.9GHz 1.98GHz·km)。将结果报告为">(SSFL)”(">0.9GHz”,此处)。报告长度归一化结果为>(SSFL乘以千米的样本 长度”(">1.98GHz·km")。“>"符号需要显示测量值受测试的限制值
9.2其他报告方法的计
详细规范可能需要其他报告方法来代替f3邮: a) 光纤传递函数H(f),见C.1; b) 功率谱H(f),见C.2; c) 光纤脉冲响应h(t),见D.1; d) RMS脉冲响应(精确方法),见D.2; RMS脉冲响应(差分平方近似法),见D.3
详细规范可能需要其他报告方法来代替于3: ) 光纤传递函数H(f),见C.1; 功率谱H(f),见C.2; 光纤脉冲响应h(t),见D.1; d RMS脉冲响应(精确方法),见D.2: RMS脉冲响应(差分平方近似法),见D.3
需要时,将带宽或脉冲展宽归一化为单位长度,如GHz·km或ns/km。如果带宽或脉冲 化为单位长度,则应报告使用的长度相关公式
11.1测量结果报告应包括下列内容
每次测量报告以下信息: 试验方法名称; 注人条件(RML,OFL或DMD); 测试日期; 试样名称; 测试结果:于3邮或详细规范里要求的其他测试结果; 测量时的标称波长; 试样长度; 长度归一化公式(如使用)
11.2如有要求,报告中也可包括下列内容
以下信息可应要求提供: 光源:类型,实际光源波长,最大指定或实际光谱宽度(FWHM); 状态(如果不测量); 搅模器和注人装置; 测量波长的归一化模间色散极限(NIDL); 检测器类型和操作条件; 计算带宽或其他报告方法的计算程序的细节; 包层光剥除方法; 测试设备的最新校准日期; 试验名称; 测试人员。
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B.1模内色散因子(IDF)
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附录B (规范性附录) 模内色散因子和归一化模间色散极限
降低测量值。IDF的目的是提供一种修正这种测量误差的方法。IDF以GHz·km·nm为单位,是测 量带宽下降到模间带宽的90%时,每千米长度、每纳米光源线宽所对应的频率。有关IDF的推导见B.3, 基于标称IDF性能,表B.1中的数据给出了商用A1类多模光纤的最低预期IDF。对于表格中 200nm以下波长的数据,最大零色散波长入。的光纤(即NA为0.29的光纤或A1d类多模光纤)IDF 最大。对于表格中大于1400nm波长的数据,最小零色散波长入。的光纤(即NA为0.20的光纤,或 A1a类多模光纤)IDF最大。IDF在1200nm和1400nm之间不使用
表B.1商用A1类多模光纤的最低预期IDF
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B.2归一化模间色散极限(NIDL)
测试可得到的最大带宽受归一化模间色散极限(NIDL)的限制。根据6.1.1.2,使用从表B.1获得的 IDF值来计算每个测试组的测量波长的NIDL。计算中使用的光源谱宽可以是设备制造商指定的最大 值,或者测量值。 由于NIDL基于IDF,因此当测得的长度归一化带宽等于NIDL时,测得的长度归一化带宽会比受 式光纤的实际模间带宽少10%。测量的带宽小于NIDL时,误差会减小,并在其之上迅速增加。因测 试样本的实际色散将小于IDF中使用的值,并且光源谱宽可能被夸大,实际误差通常会小百分之几。 由于这些近似值和光谱不稳定性,对色散进行校正并不合适。 对于波长从1200nm到1400nm的NIDL没有定义,因为在这个范围内的激光器使用时,光纤测 量中的模内色散可以忽略不计,
对于IDF的推导,假定下列具有高斯分布: 。色度和模式瞬时脉冲展宽分别用Dchrom和Dmodlal表示; b)所有频率响应(振幅); c)光源光谱,表示为△入。(FWHM,单位为nm)。 色散和带宽之间的关系表示为公式(B.1):
当RMS色散单位为皮秒(ps),一3dB带宽单位为吉赫兹(GHz),则K=187。 假设色度色散Dchmm和模式色散Dmadl是独立的,那么总(测量)色散Dmm,可以写成公式(B.2):
结合公式(B.1)和(B.2),可以得到公式(B.3):
Dmn=/Dshron + Dhoadal
BW. BWmea BWhre BWmodeal
令ε表示由色度色散引起的测量误差,因此得到公式(B.4): BWmeax = (1 )BWmodal 色度带宽可以按公式(B.5)计算:
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,因此得到公式(B.4) Wmeas =(1e)BWmodn BW modhl = 440 D()L△
.(B.4) BW modlal 440 ...(B.5 DOLA
BWmodal 色度带宽,单位为吉赫兹(GHz); D(入) 波长入处的光纤色散系数,在GB/T15972.42中定义,单位为皮秒每纳米千米[ps (nm · km)]; 一光纤长度,单位为千米(km)。 结合公式(B.3),(B.4),(B.5)提供了IDF定义如公式(B.6):
BWmodal— 色度带宽,单位为吉赫兹(GHz); D(入) 波长入处的光纤色散系数,在GB/T15972.42中定义,单位为皮秒每纳米千米[p (nm · km)]; 一光纤长度,单位为千米(km)。 结合公式(B.3),(B.4),(B.5)提供了IDF定义如公式(B.6):
IDF 一模内色散因子,单位为吉赫兹·千米·纳米(GHz·km·nm); D(a)—波长入处的光纤色散系数,单位为皮秒每纳米千米[ps/(nm·km)】
IDF 一模内色散因子,单位为吉赫兹·千米·纳米(GHz·km·nm); D(a)—波长入处的光纤色散系数,单位为皮秒每纳米千米[ps/(nm·km)l
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C.1.1方法A——时域(脉冲失真)法
光纤传递函数传递函数H(f)、功率谱H(f)和f3d
时域测量从输人脉冲α(t)和输出脉冲b(t)开始。输人脉冲和光纤输出脉冲傅里叶变换的计算 如公式(C.1)和公式(C.2)所示:
a(t) 时间输人脉冲; b(t)时间输出脉冲; A(f)——输人脉冲傅里叶变换; B(f) 一光纤输出脉冲傅里叶变换。 对于时域法,光纤传递函数的计算方法,如公式(C.3)所示:
f),B(f)和H(f)是通常表示为实数和虚数对的复数向
C.1.2方法 B——频域法
当使用网络分析仪或等效的相位测量设备时,进行传输函数的计算如公式(C.4)、公式(C.5)、公式 C.6)所示:
C.2.1方法A—时域(脉冲失真)法
A(f)=Pin(f)X[cos(i(f))+isin(in(f))] B(f)=Pout(f)X[cos(Pou(f))+isin(Pou(f))] B(f) H(f): A(f)
C.2.2方法 B频域
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IH(f)|=10lg Pout(f) 10lg Pout (O) P.(f) P.(0) ..(C.8
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附录D (规范性附录) 其他表达函数的计算
D.1光纤冲击响应h(t)
受试光纤的冲击响应h(t)应计算为公式(D.1):
h(t)=/ H(f)eji2tdf ......................( D..
H(f)一光纤传递函数(见附录C)。 在高频时,如果在数据采集时产生混叠效应,H(f)信噪比变低。 注:为了对频域测量执行此计算,方法B还应收集相位信息以进行精确的脉冲响应计算。可以通过使用电网分 仪而不是电谱分析仪来实现。
吊环标准D.2RMS冲击响应.精确方法
RMS脉冲展宽应根据受试光纤脉冲响应h(t)(见D.1)计算,如公式(D.2)和(D.3)所示:
D.3RMS冲击响应,平方近似差法
E.2.2.3带有弯曲的阶跃
E.2.2.4用于验证搅模器的试验装置
为了确保搅模器有效,需测 和远场辐射的输出模式。 T15972.20和GB/T15972.43中描述了适当的测试装置。如果在搅模器输出的图像上执行验 检,适当的测试设备可能与GB/T 15972.43中描述的不同
E.2.2.5微定位装置/光学元件
需要将来自搅模器的光耦合到受试光纤的设备。这可以是与光学器件一起的微定位器,以将搅模 器输出成像到受试光纤的输人端。空间分辨率和位置重复性应足够高以保证可重复的耦合条件。或 者,可以采用将搅模器输出对接到受试光纤的输人端的临时耦合
精装修标准规范范本E.2.3包层模剥除器
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