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光纤截止波长测试及阻碍因素
光纤截止波长测试及阻碍因素
涂昌伟Tuchangwei
成都中住光纤
ChenduSEIOpticalFiberCo.,Ltd
摘要：
现代光纤通信中单模光纤已经作为的光传输要紧媒介，由光纤的传输理论可知，把包层和芯层边界代入波动方程求解，可得LP11模截止光阴纤只有单模即LP01模传输，对应的波长叫作截止波长。
在通信链路中系统波长必需大于截止波长。
国际电信联盟技术委员会ITU-T依照不同的测试条件和环境规定了截止波长测试方式和替代方式及相应标准，本文要紧针对用光谱传输功率法进行截止波长测试及阻碍测试截止波长的缘故进行论述。
关键词：
单模光纤、截止波长、光谱传输功率法
Abstract:
ASinglemodefiberisaprimaryoptictransmissionmediuminmodernFiber-opticcommunication.Withthefibertransmissiontheory，wesolvewaveequationsaccordingtofiber’score-claddingboundaryandknowthatfibertransmitsonlybySinglemode（LP01mode）ifthehighermode（LP11mode）iscut-off.Thatwavelengthisdefinedascut-offwavelength.Thesystem‘soperatingwavelengthmustbegreaterthanthefibercut-offwavelengthintransmission-lank.TheInternationalTelecommunicationUnionStandardizationSector（ITU-T）rulethecut-offwavelengthmeasuringmethod,thesubstitutionmethodandthecorrespondingstandardbythedeferentmeasuringfactorandcondition.Thisarticledescribetheopticspectraltransmittedpowertechniquewhichmeasurethecut-offwavelengthandtheinfluentfactor.
Keywords:
aSinglemodefiber,cut-offwavelength,anopticspectraltransmittedpowertechnique
一．截止波长的物理概念和概念
依照光纤中光传输的标量波动方程求解可知，单模光纤LP11模的截止波长为：
1-1
关于阶跃型光纤，Vc=。
由上式取得的截止波长，其与光纤芯层直径和折射率n1有关,另外还和光纤的指数相对折射率有关系，大多数文献上称之为理论截止波长，记作λct。
在工程应用中λct意义不大。
一样中只在理论研究中有必然价值。
人们通常所说的截止波长是指测试截止波长，通过实践说明测试截止波长与所测光纤的长度和所处的状态有关（如弯曲和受到应力作用等）。
为了使测试截止波长在工程应用中有实际意义，如在光纤生产中操纵光纤拉丝张力，制造光缆和敷设光缆时操纵其在工作波长有效单模传输等。
国际电信联盟标准化部门在ITU-T（2000/10）中将实际测量的截止波长分为三类并制定相应标准，依照测试条件和测试式样不同分为：
光缆截止波长、光纤截止波长和跳线光缆截止波长。
1．光缆截止波长λcc，光缆截止波长是在预先将22m光缆平直安放，剥去被测光缆端护套等爱惜层，两头各袒露出1m长的预涂覆光纤，并在两头袒露光纤各打一个40mm的小圈条件下测的成缆截止波长。
实践证明，工作波长通过22m成缆光纤后，LP11模不能继续传播。
因此，光缆截止波长是确保光缆中光纤单模工作最为直接有效的参数。
2．光纤截止波长λc，因为其测试容易，也是工程应用中最多的截止波长。
光纤截止波长是指光纤在维持一个140mm松绕大圈其它部份平直、长度为2m光纤的条件下测的光纤截止波长。
3．跳线光缆截止波长λcj，跳线光缆波长是指跳线光缆包括一个76mm松套小圈、长度为2m条件测得的截止波长。
由于跳线光缆实际应用中可能长度很短，因此ITU-T专门对跳线缆和一般光缆规定了不同的测试条件和标准。
如上所述，λcc、λc、λcj是由于光纤种类、光缆结构和实验条件不同而取得的，但不管如何的概念，关于λcc、λc和λcj确实是规定的条件下LP11模截止对应的波长。
在实际应用中尽管这三种对应关系不易确信，但对不同光纤和光缆结构、及实验条件，应确保在最短工作波长、两点持续的最短光缆段优势于单模传输是超级重要的，此刻很多光纤光缆厂家都引用光缆截止波长为标准，实践说明其对应光纤截止波长可延长到1290nm乃至到1330nm。
为了降低光纤模式噪音和色散对光纤系统的阻碍，规定λcc即最短光缆段长的截止波长小于系统波长即：
λcc<λs是超级有必要的。
通常关于同一类型的光纤λcc、λc、λcj一样有如下关系：
λc>λcj>λcc
ITU-T（2000/10）中对G65二、G653、G654、G655不同类型光纤对应截止波长作了规定，同时GB/T9771-2000中也对几种不同类型的光纤的截止波长作了规定。
下面列出目前应用最广的两种光纤对应标准：
G652光纤λcc≤1260mm,λc≤1250mm,λcj≤1250mm
G655光纤λcc≤1480mm,λc≤1470mm,λcj≤1480mm
二．光纤截止波长的测试
（1）测试原理
光纤截止波长的测试在ITU-TG650（2000）中规定了传输功率法作为基准测试方式，而作为替代方式未成缆光纤截止波长测试法在实际工程中很少应用，目前商用仪器也是采纳传输功率法作为测试原理，在光纤光缆等厂家中大量应用。
咱们明白单模光纤中除固有的吸收和散射损耗外，还有因外界作用使光纤产生的附加损耗，如：
光纤芯包缺点、纵向不均匀性、光纤微（宏）弯等。
这些附加损耗在单模光纤截止波优势产生的衰减专门大，之前面的截止波长概念可知，在理论截止波长以下波段，高阶模LP11模传输，而在其后高阶模截止，对应波长只有基模存在，因此在接近截止波长光阴纤功率急剧衰减。
传输功率法的测量原理确实是在规定的实验条件下，通过测试被测的一短段光纤随波长转变传输功率与参考的传输功率之比来确信截止波长。
在实际应用中咱们取2m长度的被测光纤作试样，用综合测试装置把传输功率谱和参考传输功率谱相较较，确信光纤的截止波长，依照ITUG650（2000）中规定了两种取得参考传输功率谱，那个地址取打一小圈所得光功率谱作为参考传输功率谱。
（2）实验装置
传输功率法测量单模光纤的实验装置，如以下图所示。
那个实验装置要紧成份有：
光源、包层模剥除器、光探测器等。
图一传输功率法试验装置图
对如上装置简单说明如下：
光源：
选用的光源FWHM谱宽不超过10nm。
在完成整个测量进程中，光源的位置、光强和波长应稳固不变，并能够在足够宽的波长范围内工作。
调制：
为改善接收器处的信噪比，通常采取调制光源方式，若是采取那个方法，光探测器应与光源调制频率同步信号处置系统连接探测，系统应大体是线性的。
注入条件与系统：
应用的条件是均匀地鼓励LP01和LP11模，例如：
稳固的注入方式是用稳固的大光斑、大数值孔径的注入光学系统。
包层模剥除器：
包层模剥除器：
其是一个确保包层模转换为辐射模的器件，因此，它从光纤中剥除包层模，应确信不能阻碍LP01模。
光探测器：
选用一个适合的光探测器，以求截断来自光纤的所有辐射，光探测器的光谱响应与光源的光谱特性相一致，光探测器应具有良好的表面均匀性和线性灵敏度。
（3）截止波长测试
本测试装置选用光纤光缆厂家采纳较多的PK2220作为测试手腕，其光源稳固，接收器的信噪比较高，测试重复性较好，能知足ITU-TG650（2000/10）截止波长对测试装置要求。
选取一根2m单模光纤作为测试试样。
用光纤剥线钳和切割刀把带有夹具光纤两头面切得平整，有条件的情形下能够测试一下端面角，要求端面角小于然后进行下一步工作。
选取单模光纤截止波长测试菜单，咱们选取用打小圈作为参考信号的测试方式。
把2m光纤放在装置的输入输出端，调剂端面校准装置，使光纤端面清楚即可，把2m光纤打一280mm的大圈，注意应维持光纤松驰不该受到任何外部应力和比280mm小的自然弯曲。
如此就能够够进行试样光纤光功率谱P1（λ）测试，测试结果临时保留在一数组CUTRUNDAT中。
当试样光纤光功率谱测试完毕时，检查光纤的端面是不是维持不变，如维持完好，把试样光纤打一60mm的小圈，这时就能够够测试光纤参考功率谱P2（λ），测试装置依照如下公式拟合衰减谱：
2-1
这是含有高阶模即LP11模试样光纤衰功率谱P1（λ）和参考的传输功率P2（λ）取得的衰减谱损耗，测试截止波长就概念为其损耗
下降到时所对应的
，拟合曲线如以下图所示：
图二单模光纤谱损耗图
由图二可见，在转变区，高阶模功率随波长增大而降低，在光纤截止波长周围，衰减急剧下降，在以后各波长能够以为大体上只有LP01模传输，在图b中测试光纤衰功率谱P1（λ）在截止波长后有少量LP11模残余功率。
三．阻碍测试截止波长的因素
光纤测试截止波长是在规定的实验条件下取得的，在各工程应用中由于各类缘故可能可不能完全依照规定实验条件进行测试。
前面已经提出光纤长度和光纤所处的状态对光纤截止波长测试有专门大阻碍，下面通过实验总结各个因素对测试截止波长阻碍程度，可作为各光纤光缆厂家参考：
（1）长度对测试截止波长的阻碍
别离取、、试样其它实验条件知足ITUG650（2000/10）规定测试条件，得如下数据：
测试次数
样品
样品
样品
备注
1
测试所用仪器为PK2220且选择某光纤厂家同一盘光纤外端取样，测试值单位为nm。
2
3
4
5
平均值
标准偏差
图三长度阻碍
趋势图
从如上两图及测试数据分析:
在进行光纤截止波长测试时，若是样品取得较短时，测试数据均值会比正常测试均值（取2m）时偏小，但标准误差较好；若是样品取得太长3m时，测试时完全模拟操作工测试进程可能存在比28cm小的圈，因此测试截止波长均值比较接近正常测试均值，但标准误差及重复性超级差可从图三看出，测试的随机误差较大。
可见样品长度对测试截止波长有专门大阻碍，在工程应用中必然要依照截止波长测试条件正确取样及2m长度，不然测试的可信度会降低，对工程质量保证和导向会带来不利因素。
（2）弯曲对截止波长的阻碍
别离用直径为14cm、20cm、28cm大圈对2m试样在其它实验条件知足ITU-TG650（2000/10）规定测试要求，得如下数据：
测试次数
14cm
20cm
28cm
备注
1
测试所用仪器为PK2220且选择某光纤厂家同一盘光纤外端取样，测试值单位为nm。
2
3
4
5
平均值
标准偏差
图四弯曲阻碍
趋势图
咱们正常测试时用28cm大圈，由于仪器操作台问题，把光纤圈放大操作可能性很少，故只讨论放小的情形。
从图四进行分析，当圈放到20cm时，光纤截止波长测试平均值和标准误差转变较小，对测试数据阻碍不大；当圈放到14cm时，测试重复性较好但截止波长测试数据急剧减小，对测试结果超级不利。
因此在操作人员进行测试时，当碰到光纤测试样品不够时，或在操作台有自然小圈时必然要展开再进行测试。
（3）外部应力对测试截止波长的阻碍
在光纤拉制进程中，咱们所取得的光纤芯并非是理想的圆，而是有必然的椭圆度，加上光纤受到挤压、涂层损伤、弯曲或扭转等因素，可能使光纤受到不对称的横向应力。
这些应力的存在可能对测试截止波长产生阻碍，那个地址讨论一下光纤受到微弯带来不对称横应力作用下光纤测试截止波长转变情形：
以下图为不受应力、1kg、3kg微弯及光纤表面受不规那么应力情形下对应测试截止波长光谱损耗图：
图五0kg
谱损耗图
图六1kg
谱损耗图
图七3kg
谱损耗图
图八光纤不规那么受力
谱损耗图
测试次数
0kg
1kg
3kg
备注
1
测试所用仪器为PK2220且选择某光纤厂家同一盘光纤外端取样，测试值单位为nm。
2
3
4
5
平均值
标准偏差
图九应力阻碍
趋势图
数据分析：
从图六、七光纤损耗谱看来，光纤受到微弯侧应力情形其峰值有专门大转变，随着所受应力增加峰值最高dB降低越多，说明LP11高阶模在较短波长时所传输光功率比没有受应力比较，急剧下降，同光阴纤测试截止波长大大减小，测试结果比较三者标准误差转变不大。
图八是由于单模光纤包层受到不规那么横向应力，在测试光纤衰功率谱P1（λ）时有部份长波长有LP11高阶模残余功率存在，但在进行参考功率谱P2（λ）测试时LP11模对宏弯小圈很灵敏，泄漏出去，因此从谱损耗来看有多峰现象产生。
光纤受到应力测试截止波长变小，理论上咱们所得测试截止波长较小越能保证光纤在系统工作波长单模传输，但工程应用中比如光缆敷设时咱们会尽可能不让光纤受到外部应力，让光纤处于松驰状态，不然可能对光纤衰减、PMD带来不利阻碍。
因此光纤光缆厂家在测试光纤截止波长时要求光纤在松驰的状态下进行，如此才能保证咱们取得的更能知足光缆截止波长的要求。
四．终止语
本文对光纤几种不同截止波长概念进行了较为系统的描述，同时引用了ITU-TG650（2000/10）给出了不同概念截止波长的相应标准。
在实际应用中不同工程引用与自己相适应的标准，关于光纤制造厂家可引用光缆截止波长但要规定最大和最小光纤测试截止波长。
传输功率法是光纤截止波长的基准测试方式，其测试原理和测试装置及对测试环境的要求在文中进行了论述。
文中通过对ITUG652单模光纤进行实验，从光纤长度、宏弯和光纤受到不规那么应力三方面总结了对光纤测试截止波长的不同程度阻碍。
参考文献：
1.赵梓森等编著.光纤通信工程，人民邮电邮版社，1994
2.胡先志、刘泽恒等编著.光纤光缆工程测试，人民邮电出版社，2001
3.DiafarLowell,Fiber-OpticCommunicationsTechnology,Pearsoneducation2002
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