一種多模光纖帶寬測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種多模光纖帶寬測(cè)量裝置，還設(shè)及一種多 模光纖寬帶測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖可W看作是一個(gè)低通濾波器，當(dāng)高頻分量通過時(shí)就會(huì)受到衰減。一個(gè)很窄的 光脈沖包含很多高頻分量，運(yùn)個(gè)很窄的光脈沖經(jīng)過一段多模光纖后，光脈沖會(huì)被展寬，W致 影響鄰近碼的識(shí)別。速率越高碼間干擾越嚴(yán)重，從而限制了傳輸碼速。
[0003] 多模光纖的帶寬參數(shù)是WMHz . km為單位，指一段光纖所能通過的最大調(diào)制頻率 脈沖的調(diào)制頻率和光纖長(zhǎng)度的乘積。由于帶寬限制著多模光纖系統(tǒng)信道所能傳輸?shù)淖罡吖?脈沖速率，在高速、大信息容量光纖網(wǎng)中，光纖的帶寬對(duì)于傳輸距離的影響不可忽略，運(yùn)時(shí) 多模光纖只能傳輸幾百米的距離，因此準(zhǔn)確測(cè)量多模光纖的帶寬參數(shù)非常重要，運(yùn)也是多 模光纖出廠時(shí)必測(cè)帶寬參數(shù)的原因。
[0004] 帶寬測(cè)量的方法有兩種:時(shí)域法和頻域法。國際電信聯(lián)盟(ITU)推薦用頻域法測(cè)量 多模光纖的帶寬參數(shù)。
[0005] GB/T 15972.41-2008《光纖試驗(yàn)方法規(guī)范第41部分:傳輸特性和光學(xué)特性的測(cè)量 方法和試驗(yàn)程序一一帶寬》對(duì)頻域法測(cè)量多模光纖帶寬的描述如圖1所示，包括：
[0006] 輔助設(shè)備
[0007] 應(yīng)采用合適的輔助設(shè)備，例如：
[000引a)頻譜分析儀或網(wǎng)絡(luò)分析儀；
[0009] b)正弦波光源。
[0010] 程序
[00川 1.試樣端面對(duì)中
[0012] 將光纖輸入端與注入光錐軸線對(duì)中，并將光纖輸出端與檢測(cè)器表面對(duì)準(zhǔn)，使檢測(cè) 器能接收到被試光纖的全部出射光。
[0013] 2.數(shù)據(jù)采集和處理
[0014] 啟動(dòng)試驗(yàn)裝置，分別記錄被試光纖的輸出光信號(hào)P2( CO)和參考光纖的輸出光信號(hào) Pi(w)〇
[001引 3.參考光纖
[0016]可用截?cái)喾▽⒈粶y(cè)光纖距注入端約2m處剪斷后作為參考光纖，也可用預(yù)先記錄并 存儲(chǔ)的參考光纖的數(shù)據(jù)。如果光源或接收器的光電部分有改變時(shí)應(yīng)重復(fù)存儲(chǔ)參考數(shù)據(jù)。 [0017] 計(jì)算
[001引a)根據(jù)記錄結(jié)果Pi( CO )和P2( ? )，按
的定義計(jì)算出頻率響應(yīng)G( CO );
[0019] b)繪制幅一頻特性曲線，并對(duì)曲線進(jìn)行高斯函數(shù)擬合，W消除基帶響應(yīng)曲線不規(guī) 則對(duì)帶寬測(cè)量結(jié)果帶來的影響。曲線上-3地(光功率)點(diǎn)為被試光纖的帶寬。
[0020] GB/T 15972.41-2008《光纖試驗(yàn)方法規(guī)范第41部分:傳輸特性和光學(xué)特性的測(cè)量 方法和試驗(yàn)程序一一帶寬》只是泛泛地描述了多模光纖帶寬參數(shù)的測(cè)量方法，僅羅列了多 模光纖帶寬參數(shù)的簡(jiǎn)單測(cè)量步驟，并沒有從優(yōu)化測(cè)量重復(fù)性、改善測(cè)量結(jié)果的不確定度等 方面進(jìn)行分析和描述，也沒有給出多模光纖帶寬的高斯線型擬合公式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021] 本發(fā)明的目的是提出一種多模光纖帶寬測(cè)量裝置及方法，在進(jìn)行多模光纖帶寬測(cè) 量時(shí)，正確使用頻譜分析儀，優(yōu)化測(cè)量參數(shù)設(shè)置，從而改善多模光纖帶寬值的測(cè)量重復(fù)性。 多模光纖的基帶頻響呈高斯型，本發(fā)明給出了多模光纖帶寬參數(shù)的高斯線型擬合公式，進(jìn) 一步改善了多模光纖帶寬值的測(cè)量重復(fù)性和測(cè)量不確定度。
[0022] 本發(fā)明的技術(shù)方案是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的：
[0023] -種多模光纖寬帶測(cè)量裝置，包括:合成掃源、光發(fā)射機(jī)、光注入系統(tǒng)、被測(cè)多模光 纖、環(huán)形通量測(cè)試系統(tǒng)、光接收機(jī)、頻譜分析儀、頻率計(jì)、計(jì)算機(jī)；
[0024] 合成掃源發(fā)射出設(shè)定頻率范圍的正弦波信號(hào)，該掃頻信號(hào)調(diào)制光發(fā)射機(jī)，調(diào)制光 經(jīng)過光注入系統(tǒng)后，入射到被測(cè)多模光纖，經(jīng)光纖傳輸后，由環(huán)形通量測(cè)試系統(tǒng)監(jiān)測(cè)并調(diào)整 光注入系統(tǒng)，再由光接收機(jī)解調(diào)出調(diào)制電信號(hào)，該電信號(hào)由頻譜分析儀測(cè)量，W地值記錄輸 出光頻域函數(shù)P2( CO)，并存儲(chǔ)在頻譜分析儀存儲(chǔ)器B里;然后剪斷光纖，在剪斷處測(cè)量輸入 光頻域函數(shù)Pi( ?)，并存儲(chǔ)在頻譜分析儀存儲(chǔ)器A里;存儲(chǔ)器A、B的dB值相減得到光纖基帶 W地表示的幅頻特性曲線，該曲線數(shù)據(jù)代入數(shù)學(xué)模型，并用最小二乘法計(jì)算出-3地點(diǎn)對(duì)應(yīng) 的頻率值，該頻率值乘W被測(cè)多模光纖的長(zhǎng)度就是被測(cè)多模光纖的帶寬值。
[0025] 可選地，被測(cè)多模光纖的長(zhǎng)度由多模光時(shí)域反射計(jì)測(cè)量出。
[0026] 可選地，所述頻率計(jì)用于校準(zhǔn)頻譜分析儀的時(shí)鐘信號(hào)。
[0027] 可選地，所述光注入系統(tǒng)包括擾模器、濾模器和包層模剝除器，其中擾模器采用強(qiáng) 烈?guī)缀螖_動(dòng)方法，加速各模式迅速達(dá)到穩(wěn)態(tài)分布，濾模器和包層模剝除器用于濾除高階模 和包層中的光模式。
[00%]可選地，所述環(huán)形通量測(cè)試系統(tǒng)用于評(píng)價(jià)光注入態(tài)是否符合滿注入條件。
[0029] 基于上述裝置，本發(fā)明還提出了一種多模光纖寬帶測(cè)量方法，W高斯函數(shù)為基礎(chǔ) 建立數(shù)學(xué)模型，繪制幅頻特性曲線，并對(duì)曲線進(jìn)行高斯函數(shù)擬合，消除被測(cè)多模光纖基帶響 應(yīng)曲線不規(guī)則對(duì)帶寬測(cè)量結(jié)果帶來的影響，曲線上-3地點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率即為被測(cè)多模光纖的 帶寬;將多模光纖帶寬測(cè)量曲線數(shù)據(jù)帶入高斯模型，從而得到帶寬測(cè)量值。
[0030] 可選地，多模光纖的帶寬由高斯線型的最小二乘式確定，建立一個(gè)W高斯線型為 基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型，在該數(shù)學(xué)模型中有兩個(gè)參數(shù):帶寬和峰值功率，由高斯數(shù)學(xué)公式（1)式可 知，運(yùn)兩個(gè)參數(shù)用于產(chǎn)生相對(duì)于頻率f的高斯功率譜分布：
(1)
[0032] 式中：bandwi化h--多模光纖的帶寬；
[0033] 地amp(OHz)-一頻率為零赫茲時(shí)，高斯線型上的峰值功率；
[0034] 采用最小二乘法，由多模光纖帶寬測(cè)量曲線上的各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)反求出（1)式中的 bandwi dth和pkamp (OHz)兩個(gè)變量，從而得到帶寬值：
[0037] 式中:N--采樣點(diǎn)數(shù)；
[0038] Xi--每個(gè)采用點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率值；
[0039] yi-一每個(gè)采用點(diǎn)對(duì)應(yīng)的幅度值。
[0040] 可選地，采用寬帶光接收機(jī)對(duì)其頻響校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到所需頻率點(diǎn)的 響應(yīng)度，消除光接收機(jī)頻響對(duì)帶寬測(cè)量結(jié)果的影響。
[0041] 可選地，采用頻譜分析儀用于測(cè)量、分析頻域信號(hào)。
[0042] 可選地，在多模光纖帶寬參數(shù)測(cè)量之前，對(duì)頻譜分析儀進(jìn)行功率校準(zhǔn)和頻率校準(zhǔn)。
[0043] 本發(fā)明的有益效果是：
[0044] 本發(fā)明提出使用環(huán)形通量測(cè)試系統(tǒng)評(píng)估光注入態(tài)是否符合滿注入條件，保障裝置 的測(cè)量重復(fù)性，分析和描述了對(duì)多模光纖帶寬參數(shù)測(cè)量重復(fù)性的優(yōu)化W及改善多模光纖帶 寬測(cè)量結(jié)果的不確定度，并給出多模光纖帶寬參數(shù)的高斯線型擬合公式。
【附圖說明】
[0045] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可 W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他的附圖。
[0046] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中模式基帶響應(yīng)試驗(yàn)裝置(頻率響應(yīng))結(jié)構(gòu)圖；
[0047] 圖2為本發(fā)明的多模光纖帶寬測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0048] 圖3為多模光纖帶寬測(cè)量采樣曲線和高斯擬合曲線仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0050] 帶寬限制著多模光纖系統(tǒng)信道所能傳輸?shù)淖罡吖饷}沖速率，是多模光纖出廠時(shí)的 必測(cè)參數(shù)。
[0化1] GB/T 15972.41-2008《光纖試驗(yàn)方法規(guī)范第41部分:傳輸特性和光學(xué)特性的測(cè)量 方法和試驗(yàn)程序一一帶寬》只是泛泛地描述了多模光纖帶寬的測(cè)量方法，僅列出了光纖帶 寬參數(shù)的簡(jiǎn)單測(cè)量步驟，并沒有從優(yōu)化測(cè)量重復(fù)性、改善測(cè)量結(jié)果的不確定度等方面進(jìn)行 分析和描述，也沒有給出多模光纖帶寬的高斯線型擬合公式。
[0052] 本發(fā)明采用頻域法測(cè)量多模光纖的帶寬參數(shù)，分析和描述了對(duì)測(cè)量重復(fù)性的優(yōu)化 W及改善測(cè)量結(jié)果的不確定度，并給出多模光纖帶寬的高斯線型擬合公式。
[0053] 下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0054] 在多模光纖中，色散引起了脈沖擴(kuò)展。多模光纖的色散主要有兩類:色度色散（由 光源中不同的波長(zhǎng)在光纖中的傳輸速率不同引起)和模式色散（由光纖中存在多個(gè)模式引 起），光纖的色散決定了光纖的帶寬。在W激光器作為光源的多模光纖傳輸系統(tǒng)中，模式帶 寬是多模光纖帶寬的主要決定因素。本發(fā)明通過測(cè)量多模光纖的模式基帶響應(yīng)來確定多模 光纖的帶寬。
[0055] 實(shí)際多模光纖的基帶響應(yīng)呈高斯線型。在基帶頻率響應(yīng)的幅頻曲線上，半幅值點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的頻率為光截止頻率f C，該頻率稱為多模光纖的-3dB光帶寬（或-6地電帶寬），該值乘 W被測(cè)光纖的長(zhǎng)度即為被測(cè)多模光纖的帶寬。多模光纖帶寬參數(shù)的單位是MHz ? km。
[0056] 如圖2所示，本發(fā)明的測(cè)量裝置主要包括:合成掃源、光發(fā)射機(jī)、光注入系統(tǒng)、被測(cè) 多模光纖、環(huán)形通量測(cè)試系統(tǒng)、光接收機(jī)、頻譜分析儀、頻率計(jì)、計(jì)算機(jī)等。
[0057] 合成掃源發(fā)射出設(shè)定頻率范圍的正弦波信號(hào)，該掃頻信號(hào)調(diào)制光發(fā)射機(jī)，調(diào)制光 經(jīng)過光注入系統(tǒng)后，入射到被測(cè)多模光纖，經(jīng)光纖傳輸后，由環(huán)形通量測(cè)試系統(tǒng)監(jiān)測(cè)并調(diào)整 光注入系統(tǒng)直至符合滿注入條件，再由光接收機(jī)解調(diào)出調(diào)制電信號(hào)，該電信號(hào)由頻譜分析 儀測(cè)量，WdB值記錄輸出光頻域函數(shù)P2( CO)，并存儲(chǔ)在頻譜分析儀B存儲(chǔ)器里。然后在距離 注入端約2米處剪斷光纖，在剪斷處測(cè)量輸入光頻域函數(shù)Pi(CO),并存儲(chǔ)在頻譜分析儀A存 儲(chǔ)器里。存儲(chǔ)器A、B的地值相減得到測(cè)量結(jié)果，即光纖基帶W地表示的幅頻特性曲線。該曲 線數(shù)據(jù)代入建立的數(shù)學(xué)模型，并用最小二乘法準(zhǔn)確計(jì)算出-