光纤光缆传输特性测试实验
实验七 多模光纤衰减测试实验
一、实验目的
1、了解光纤损耗的定义
2、学会用插入法测量多模光纤的损耗
二、实验内容
1、测量多模光纤的衰减
2、测量多模光纤的弯曲损耗
三、预备知识
1、了解多模光纤的特点、特性
四、实验仪器
1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台
2、850nm 光发端机 1个
3、FC 接口光功率计 1台
4、万用表 1台
5、ST/PC-FC/PC多模光跳线 1根
6、FC/PC-FC/PC多模光跳线 1根
7、扰模器 1台
8、小可变衰减器（或2km 光纤） 1个
9、连接导线 20根
五、实验原理
1、损耗机理
本实验研究无源器件多模光纤的损耗。
对于光纤来说，产生损耗的原因较复杂，光能在光纤中传输时，除了由于吸收、散射而使光能损失外，由于成缆敷设造成的光纤微弯和宏弯曲，光纤的耦合和接续，都会使光能产生附加的损失。归纳起来，产生衰减的原因大致可以分为三大类：吸收损耗，散射损耗，附加损耗，具体如下：
（1）纤芯和包层物质的吸收损耗，包括石英材料的本征吸收和杂质吸收；
（2）纤芯和包层材料的散射损耗，包括瑞利散射损耗以及光纤在强光场作用下诱发的受激喇曼散射和受激布里渊散射；
（3）由于光纤表面的随机畸变或粗糙所产生的波导散射损耗；
（4）光纤弯曲所产生的辐射损耗；
（5）外套损耗。
这些损耗可以分为两种不同的情况：一是石英光纤的固有损耗机理，像石英材料的本征吸收和瑞利散射，这些机理限制了光纤所能达到的最小损耗；二是由于材料和工艺所引起的非固有损耗，它可以通过提纯材料或改善工艺而减小甚至消除其影响，如杂质的吸收、波导散射等。
光纤中平均光功率沿长度减少的规律为：
P (Z ) =P (0)10-(αZ ) （7-1）
其中P(Z)和P(0)分别为轴向距离Z 处和Z ＝0处的光功率，α为光纤的衰减系数，定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km。当Z=L时，
α(λ) =-10log P (Z L )
P (0) dB/km （7-2）
这里α(λ) 表示在波长λ处的衰减系数。应用上式时，要特别注意两点：
（1）假定光纤沿轴向是均匀的 ，即α与轴向位置无关。
（2）对多模光纤，必须达到平衡模分布。只有满足这样的条件，测得的衰减系数才能线性相加。
2、损耗测量
测量光纤损耗的方法很多，CCITT 建议以剪断法为参考，插入法为第一替代法，背向散射法为第二替代法。
多模光纤损耗的测量，注入条件是头等重要的。多模光纤中可以传输成百上千个模，由于耦合条件的不同，各模携带的初始能量亦不同，传播过程中，由于模变换、模耦合和模衰减，各模携带的能量比例不断变化，只有经过很长的传输距离后，各模传输能量的比例才能固定下来。这时才达到了平衡模分布或稳态模分布。也就是说光纤输出端的近场分布和远场分布不再随长度而变化。随着光纤轴向均匀性的差异和光纤所处的状态不同，达到平衡模分布的长度也不一样，一般可从几百米到几千米不等。显然，测量剪断后2m 光纤的长度是远远达不到平衡模分布要求的。为了满足测量的要求，必须加速平衡模分布建立的过程，就是说，要人为地控制注入条件和注入技术，使1～2m 长光纤输出端的场分布接近平衡模分布。注入技术采取的措施包括扰模器（scrambler ）、滤模器（mode filter）和包层模剥除器（cladding stripper）等。
在实验系统测试多模光纤损耗时，采用CCITT 推荐的以剪断法为测试方法，用小可变衰减器替代可调衰减的多模光纤，用柱状扰模器形成平衡模分布，测试实验框图如图7-1所示。
测试方法为首先用光纤跳线接850nm 光发端机，经过扰模器扰模后测试得到A 点处光功 率P 0，取下光功率计，接上待测光纤（小可变衰减器模拟），再用光功率计测试得到B 点光功率P 1，代入公式7-2即得多模光纤（小可变衰减器）损耗。
P 0
图7-1 多模光纤损耗测试实验框图
六、注意事项
1、光源、光跳线的插头属易损件，应轻拿轻放，使用时切忌用力过大。
2、测量光纤弯曲损耗时，光纤在扰模器上缠绕不可拉得过紧。
3、不可带电拔插光电器件，要拔插光电器件，须先关闭电源后进行。
七、实验步骤
1、用一根ST-FC 光跳线一端接入850nm 光发端机经扰模器扰模后与光功率计相连。
2、连接导线：PCM 编译码模块T661与CPLD 下载模块983连接，T980与光发模块输入端T101连接。
3、将拨码开关BM1、BM2和BM3拨到数字、850nm 和850nm 。K121拨下。
4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。
5、接通PCM 编译码模块(K60)、CPLD 下载模块（K90），光发模块(K10)的直流电源。
6、用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104）。
7、慢慢调节电位器W101，使驱动电流达到额定值，即使V=25mV。
8、用光功率计测量此时的光功率P 0。
9、从光功率计端取下光纤，接入小可变衰减器（或待测光纤），用FC-FC 多模光纤跳线与光功率计连接。
10、用光功率计测得此时的光功率为P 1。
11、代入7-2式计算即得光纤损耗值。
12、依次关闭各直流电源、交流电源。拆除导线，光学器件，将实验箱还原。
八、实验报告
1、字迹工整
2、原理分析透彻
3、通过实验结果，计算得到待测光纤损耗
4、对实验结果以及误差分析正确
九、思考题
1、分析用剪断法测量光纤损耗中扰模器的作用，若不使用扰模器，则会对实验结果有何影响？
2、测量光纤损耗时，对光纤稍微用力拉紧，比较此时测得的光纤损耗的变化，并分析其原因。
3、查阅相关文献资料，比较插入法测试光纤损耗与剪断法测试光纤损耗的优缺点。