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四种最常用的光纤测试仪器

大西洋仪器网  2016-08-17 10:39   点击 462

●光功率计(optical power meter )

在光纤系统中,测量光功率是最基本的。光功率计主要用于光功率和光损耗的测量,通过测量发射端机或光网络的绝对功率,一台光功率计就能够评价光端设备的性能。

用光功率计与稳定光源组合使用,则能够测量连接损耗、检验连续性,并帮助评估光纤链路传输质量。

※光功率计分类

按照光功率测量方法的不同,光功率计可以分为热转换型光功率计和半导体光电检测型光功率计

热转换型光功率计利用黑体吸收光功率后温度升高的特性,来计算光功率的大小,这种光功率计的优点是光谱响应曲线平坦、准确度高,但成本偏高、响应时间较长,因此,一般被用来作为标准光功率计

半导体光电检测型光功率计利用半导体PN结的光电效应,通过计算,得出光功率的大小。

※光功率计工作原理

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光电探测器将输入光功率转换成与之成正比的电流信号,经I/V变换、程控放大电路等放大到一定的电压,然后再经A/D变换器变换成数字信号送CPU进行数据处理与校准,用软件完成对数转换计算,最后得到被测光功率的线性值和对数值,并将结果显示出来。

※光功率计主要技术指标

功率计主要技术指标包括:波长范围、功率范围、功率测量准确度、分辨率。

●稳定光源(Stable light source)

稳定光源是被广泛应用的光电子基础测量仪器之一,主要用于 对光系统发射已知功率和波长的光。对现成的光纤系统,通常也可把系统的发射端机当作稳定光源;如果端机无法工作或没有端机,则需要单独的稳定光源。稳定光源的波长应与系统端机的波长尽可能一致。稳定光源与光功率计结合在一起,可以测量光纤系统的光损耗。

※稳定光源分类

稳定光源按发射中心波长的不同,可以分为单一波长光源、多路稳定光源、波长可调稳定光源三类。

单一波长光源,例如如850nm稳定光源、980nm稳定光源、1310nm稳定光源、1480nm稳定光源、1550nm稳定光源等,一般情况,波长单一光源稳定度比较高,并可以增加集成内部调制功能(即带内调制的稳定光源,用于移去杂散光或用于同相检测)和集成外部调制功能(即带外调制的稳定光源,用作电/光变换器进行基带特性测量)。

多路稳定光源主要用于多芯光缆损耗的测量,可以同时输出多路波长的光信号。通常将两个或两个以上单一波长光源集成在一起,例如,同时能输出1310nm和1550nm两个波长的光信号,即双路稳定光源,也可以将更多的单一光源集成在一起,构成多路稳定光源

波长可调稳定光源是指输出光的波长在一定范围内可以连续设置,该类光源最大的特点是波长和功率在一定范围内均可以连续设置,主要用于密集波分复用元器件和光纤放大器的参数测试。

※稳定光源工作原理

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电源电路产生激光器驱动和其它电路所需的各种电源;衰减电路用于设置激光器的工作电流,从而改变光源的输出功率,可在0-6dB范围内连续衰减;调制电路产生一定频率的方波,用来调制激光器,产生调制光;主控制电路控制内调制和衰减电路;保护电路一是采取开关机延时电路、限流和防止反向驱动激光器的措施,使激光器组件不致因通过大驱动电流而损坏,二是对激光器组件进行温度控制,使激光器组件在设定的温度范围内工作,不致因温度过高而损坏;显示电路用来显示当前光源的工作状态和衰减量。

※稳定光源的主要技术指标

中心波长:是指光源输出光的光谱几何中心波长。在实际应用中,无法产生只具有单一波长的光源,即使是纯度最高的激光,也有一定的波长分布范围,例如需要产生波长为1550nm的激光,光源产生的也许是1549nm-1551nm的激光,但是1550nm这个波长的光能量最大,就是所谓的中心波长。

光谱宽度:指光谱或光谱特性的波长范围的量度。

输出功率:是指输出激光的功率。

稳定度:表示光源在规定时间内输出光功率的变化情况,变化量越小,稳定度越好。

内调制频率:是指内部电路加在输出激光上的调制频率。

衰减:光源的输出功率在一定范围内可以连续递减。

●光万用表Optical Multimeter

光纤多用表是一种高效的光网络工程作业工具,融光源、光功率计、光纤识别等功能于一体,用来测量光纤链路的光功率损耗。

万用表主要技术指标:

光功率测试波长:可以测试的波长范围,如850nm、1310nm、1550nm

光功率测试范围:测试相关波长的功率范围,如-50~+3dBm

光功率测试准确度:测试光功率的准确度,如±0.20dB

光源波长:光源模块的工作波长,如1310nm、1550nm。

光源输出频率:光源的调制频率,如270Hz、1kHz、2kHz。

光源稳定度:光源输出光功率的稳定度,如±0.08dB/1h。

光接口:光纤连接接口,如FC/PC、 FC/APC、SC/PC、SC/APC等接口。有些光纤多用表的部分接口为选件,用户可以根据测试需要选择。

光时域反射仪(optical time-domain reflectometer)

光时域反射仪简称OTDR,它根据光的后向散射与菲涅耳反向原理制作,利用光在光纤中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息,通过对测量曲线的分析,了解光纤的均匀性、缺陷、断裂、接头耦合等若干性能的仪器。可用于测量光纤衰减、接头损耗、光纤故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等,是光缆施工、维护及监测中必不可少的工具。

光时域反射仪分类

OTDR按照结构类型可以分为台式、便携式、手持式、掌上型、卡式及模块化等类型产品。台式和便携式OTDR体积较大、重量较重,携带不方便,一般适用于实验室,早期产品中存在,目前已不再生产;手持式和掌上型OTDR体积小、重量轻、便于携带,是目前OTDR市场上的主力产品;卡式及模块化OTDR不能独立作为测试仪器,必须借助PC机平台,通过在PC机上运行相应的应用软件,并通过PC机内部的总线接口或外部接口与卡式或模块化OTDR通信,最终实现OTDR测试功能,该类OTDR一般适用于用户进行二次开发,主要应用于光缆监控系统中。

OTDR按照所测试的光纤类型也可以分为单模OTDR、多模OTDR及单多模一体化OTDR。

OTDR按照能够提供的测试波长数量可分为单波长、双波长、三波长及四波长等类型产品。

光时域反射仪工作原理

   OTDR测试是通过发射光脉冲到光纤内,然后在OTDR端口接收返回的信息来进行。当光脉冲在光纤内传输时,会由于光纤本身的性质、连接器、接合点、弯曲或其它类似的事件而产生散射和反射。其中一部分的散射和反射就会返回到OTDR中,返回的有用信息由OTDR的探测器来测量,它们就作为光纤内不同位置上的时间或曲线片断。

从发射信号到返回信号所用的时间,再确定光在玻璃物质中的速度,就可以计算出距离:d=(c×t)/2(IOR)。在这个公式里,c是光在真空中的速度,而t是信号发射后到接收到信号(双程)的总时间(两值相乘除以2后就是单程的距离)。因为光在玻璃中要比在真空中的速度慢,所以为了精确地测量距离,被测的光纤必须要指明折射率(IOR),IOR是由光纤生产商来标明。

   OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减(损耗/距离)程度。形成的轨迹是一条向下的曲线,它说明了背向散射的功率不断减小,这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗。

   菲涅尔反射是离散的反射,它是由整条光纤中的个别点而引起的,这些点是由造成反向系数改变的因素组成,例如玻璃与空气的间隙。在这些点上,会有很强的背向散射光被反射回来。因此,OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点,光纤终端或断点 。

OTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号,然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行,然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示,这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱(或光纤的状态)。

光时域反射仪主要技术指标

光输出中心波长:是由输出光谱的峰值谱与其它谱纵模按规定方法(RMS法或FWHM法)计算求得的波长值。由于在不同的波长点光纤损耗值不同,光输出中心波长通常应与被测光纤系统所用的波长一致,一般标称为850nm或1300nm或1310nm或1550nm等。OTDR的实际输出波长与标称波长的偏差一般应小于±20nm,如果波长偏差较大将会引起较大的损耗测试误差。

动态范围:以dB表示,该参数反映测长能力,在相同的条件下,动态范围越大,则可测试的距离越长,另外,对相同的动态范围指标,光纤链路的平均损耗(以dB/km表示)越小,则可测试的距离越长。动态范围的大小除与测试波长有关外,还与发射的光脉冲宽度有关,脉宽越宽,则动态范围越大。

测距准确度:测距准确度为反映光时域反射计所测得的光纤长度与光纤真实长度偏差程度的指标。

测损耗线性度:测损耗线性度(以dB/dB表示)表明OTDR测量均匀损耗光纤曲线的线性误差,决定不同测量条件下测试损耗的准确度。

事件/衰减盲区:以m表示,反映了光时域反射计的测短能力,即近端测试能力,事件/衰减盲区的大小与脉宽有关,脉宽越宽,则盲区越大,一般光时域反射计标称的盲区都是指在最小脉宽条件下测得的。

  测试距离:实际上测试距离就是光在光纤中的传播速度乘上传播时间,对测试距离的选取就是对测试采样起始和终止时间的选取。测量时选取适当的测试距离可以生成比较全面的轨迹图,对有效的分析光纤的特性有很好的帮助。

  脉冲宽度:可以用时间表示,也可以用长度表示,在光功率大小恒定的情况下,脉冲宽度的大小直接影响着光的能量的大小,光脉冲越长光的能量就越大。同时脉冲宽度的大小也直接影响着测试死区的大小,也就决定了两个可辨别事件之间的最短距离,即分辨率。显然,脉冲宽度越小,分辨率越高,脉冲宽度越大测试距离越长。

  折射率:就是待测光纤实际的折射率,这个数值由待测光纤的生产厂家给出,单模石英光纤的折射率大约在1.4-1.6之间。越精确的折射率对提高测量距离的精度越有帮助。这个问题对配置光路由也有实际的指导意义,实际上,在配置光路由的时候应该选取折射率相同或相近的光纤进行配置,尽量减少不同折射率的光纤芯连接在一起形成一条非单一折射率的光路。

来源:大西洋仪器网    编辑:jiang
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