[毕业论文]光缆线路工程设计

重庆邮电大学计算机科学与技术学院本科毕业设计（论文）

② 渐变光纤

渐变光纤是指：光纤轴心处的折射率最大（n1），而沿剖面径向的增加而逐渐变小，其变化规律一般符合抛物线规律，到了纤芯与包层的分界处，正好降到与包层区域的折射率n2 相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的即为n2。

2.按传播模式分类──多模光纤与单模光纤

多模光纤是指能够同时传输多种模式的光纤，而单模光纤则只能传输单一的基模模式。

3.按工作波长分类──短波长光纤与长波长光纤 ① 短波长光纤

在光纤通信发展的初期，人们使用的光波波长在0.6～0.9 微米范围内（典型值为0.85 微米），习惯上把在此波长范围内呈现低衰耗的光纤称作短波长光纤。

② 长波长光纤

把工作在1.0～2.0 微米波长范围的光纤称之为长波长光纤。长波长光纤因具有衰耗低、带宽宽等优点，特别适用于长距离、大容量的光纤通信。

4.按套塑类型分类──紧套光纤与松套光纤

2．3光纤的基本参数

光纤的各种参数很多，最重要的参数有：光纤芯径、光纤数值孔径NA以及归一化频率。

1．光纤芯径：这是光波导的几何尺寸，一般说芯径越大，集光效应越好，越有利于远距离传输。然而，过大的芯径也会带来一些不利的影响，如增加成本，模式不容易控制等。

2．光纤的数值孔径：为了保证在光纤的芯包界面上能发生全反射，在光纤端面上的入射角必须小于孔径角，即小于光纤的最大光接收角。这个最大的光接收角记作?max。光纤的数值孔径NA定义为：

2NA?sin?maxn12?n2?n12? （2.2）

NA的物理意义表示光纤接收入射光的能力，NA越大，表示接收有用光的本

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领越大。

3．光纤中传播的模式及归一化频率：光纤中传播的模式就是光纤中存在的电磁场场形，或者说是光纤中存在的光场场形。因为光波是一种频率很高的电磁波。各种场形都是光波导中经过许许多多次的反射和干涉的结果。而且各种模式是不连续的离散的。

光纤中能够存在（即能够传播）的模式不是无限多的，只能是既满足全反射条件又能够满足相位一致条件的模式才能存在，而其它模式则被截止。设Nmax为光纤中最大的模式数，它可表示为：

Nmax?1?2V??2T? （2.3）

其中参数V定义为：

2V?2?a/?n12?n2?k0an12? （2.4）

这里的V是光纤的重要参数之一，它一方面与波导宽度a成正比，被称为归一化波导宽度；另一方面又与k0??/C（C为光速）成正比，因而又称为归一化频率。

2．4光纤传输参数的测量

2．4．1光纤衰减特性的测量

光纤衰减与波长密切相关。光纤衰减是表示光信号在光纤中传输时能量损失的一个重要的传输参数。可用下列三种方法来测量损耗：截断法、插入法、向后散射法（OTDR）。

截断法是根据光纤衰减定义的测试方法。在稳态注入条件下，首先测量整根光纤的输出光功率P2(?)。然后保持注入条件不变，在离注入端约2m处剪断光纤，

1(?)。 测量此段光纤输出的光功率P1(?)就是被测光纤的始端注由于2m光纤的衰减很小，可以忽略不计，因此P入光功率，被测光纤的衰减可按下式计算：

A(?)?10lgp1 dB （2.5）

P28

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插入法与截断法的不同之处在于，插入法用带活动接头的连接软线代替短光纤进行参考测量。插入法测量过程如下：

首先将注入系统的光纤与接收系统的光纤连接，测出光功率P1(?)。然后将待测光纤连接注入系统和接收系统之间，测出光功率P2(?)。被测光纤段的总衰减A(?)可由下式计算：

A(?)?10lgP1 ?c0?c1?c2(dB) （2.6）

P2其中c0、c1、c2是连接器0、连接器1、连接器2的标称平均损耗值（dB）。不同的活动连接器，标称平均损耗值不同。

向后散射法是通过光时域反射仪OTDR（Optical Time Domain Reflectometer）不剪断光纤来测试光纤衰减的方法，此法测试重复性和精确度比剪断法差。采用后向散射法测试某段光纤衰减，通常应对光纤分别进行双方向测试，然后取平均值作为被测光纤的衰减，如图2.1所示[1]

OTDR 图2.1 后向散射法测试光纤衰减装置图

OTDR 被测光纤 后向散射法可以测量光纤的全程总衰减，也可以用来检查中继段光纤全程的光学连续性，测量光纤任何两点间的衰减和光纤接头损耗及光纤故障点定位。向后散射法是光缆施工和维护中经常使用的一种测试手段，但向后散射法测试光纤衰减也有不足之处，主要是测量结果受光纤均匀性和光纤反射系数影响，还与操作者对OTDR的游标的正确定位密切相关。

2．4．2光纤的基带响应与带宽

1.光纤的基带响应

在光纤通信中，一般来说是利用信息的信号来调制光的强度来传输的。光纤对调制信号的响应称为基带响应，它是决定光纤传输容量的一个重要特性，基带

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响应既可用时域表示，也可用频域表示。前者是测脉冲响应经过数学换算得出光纤带宽值；后者也称为扫频法，适合于中继站间测试且精度较高。

时域法采用很窄的电脉冲调制光源，从而产生很窄的光脉冲。当满足注入条件时，将此窄光脉冲耦合到被测多模光纤中。由于光纤的模间和模内存在时延，使得输出光脉冲产生变形，展宽即可得到多模光纤的带宽。这种方法又称为脉冲变形法。

采用时域法时，将被调制的窄光脉冲输入光纤，该脉冲在光纤中传输时被展宽。也就是说，用被调制光脉冲展宽的情况来描述光纤传输光脉冲的“能力”。显然，在理想情况下，被传输的光脉冲应保持原来宽度。

采用频域测量法时，用频率连续变化的正弦信号调制激光器来研究光纤对不同频率调制的光信号的传输能力。具体地说，就是先测出光纤传输已调制光波的频率响应特性，然后，按一般方法求出光纤的带宽。

2.光纤的带宽

带宽测量方法分为频域法和时域法。使用时域测量法可以同时测得幅度和相位响应。用频域法只能测得幅度响应。

2．4．3单模光纤的色散及测量

单模光纤色散测量有三类方法：相移法（正弦信号调制）、脉冲时延法（脉冲调制）和干涉法。其中相移法和脉冲时延法也分别称为频域法和时域法。

相移法是通过测量不同波长下同一正弦调制信号的相移得出群时延与波长的关系，进而算出色散系数的一种方法。相移法的本质是通过比较光纤基带调制信号在不同波长下的相位来确定色散特性。

测定不同波长的窄光脉冲经光纤传输后的时延差，可直接由定义式得出光纤的色散系数，这种方法称为脉冲时延法。相移法属于频域测量，而脉冲时延法则属时域测量。脉冲时延法的关键是极窄光脉冲的产生、探测和测量。为此，要求具有产生很窄脉冲的电脉冲发生器、高速响应探测器和高速取样示波器。

用干涉法测单模光纤色散已经被ITU-T确认为色散测量的一种替代方法。这种方法的优点是只需对几米长的光纤进行测量。如果整根光纤的色散是均匀的，则短光纤的测试结果可代表整根光纤；如果被测试光纤的色散沿轴向不均匀，则可以对短光纤的两端分别测试，两次测试结果的平均值就是整根光纤的色散值。

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