CN104764590A - 一种高精度光纤衰减测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种高精度光纤衰减测量方法，属于光纤特征参数测试技术领域，具体包括以下步骤：步骤一、连接高精度光纤衰减测量装置；步骤二、记录光功率计初始测得的输出功率；步骤三、采用截断法，重新记录输出功率作为待测光纤的输入功率；步骤四、根据步骤二和步骤三的结果计算待测光纤的光纤衰减；本发明消除了光功率计端光纤跳线尾纤与光功率计的耦合效率对测量带来的影响，而待测光纤与光功率计端光纤跳线尾纤通过熔接机实现，测量误差取决于熔接机的对准误差，而熔接机的对准误差远远小于光纤适配器带来的误差，经过截断法前后连接效率变化小，因此大大减小了测量误差。

Description

一种高精度光纤衰减测量方法

技术领域

本发明属于光纤特征参数测试技术领域，具体涉及一种高精度测量光纤衰减测量方法。

背景技术

当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光纤长度变长，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤衰减。衰减是衡量光纤性能的重要指标之一，在光纤通信领域，光纤衰减决定了通信***所能达到的最大无中继距离；在光纤传感领域，光纤衰减影响传感***精度。

目前光纤衰减的测量方法主要有截断法和背向散射法。

截断法是指在光纤输出功率稳定的情况下，首先测量整根光纤的输出功率，之后保持光源输出条件不变，在离光源输入端2-3m处将光纤切断，测量这一小段光纤的输出功率，由于这一小段光纤很短，衰减可以忽略不计，故该输出功率可认为是被测光纤的注入功率。因此，按光纤衰减计算公式即可计算被测光纤的衰减。

背向散射法测量光纤损耗的原理与雷达探测目标原理相似，利用光纤内部背向反射光携带的光纤各点信息对光纤损耗进行测量。

截断法的测量误差主要来源于光纤截断后与功率计的重新耦合过程，在此过程中需要对光纤端面重新进行处理并在光功率计输入端口重复插拔，导致待测光纤与截断后短光纤与光功率计的耦合效率差异，引入测量误差。同时，截断法操作过程中需要对光纤端面进行多次处理，不同测量人员测量结果有一定的差异。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中，光纤通过适配器与光源耦合的效率低，测量精度和效率低的问题，提出一种高精度测量光纤衰减测量方法。

具体步骤如下：

步骤一、连接高精度光纤衰减测量装置；

将光源端光纤跳线一端***光源，另一端利用熔接机与待测光纤中的一端熔接，形成熔点，同时将光功率计端光纤跳线一端***光功率计；之后将待测光纤的另一端与光功率计端光纤跳线的另一端放入熔接机中进行对准。

步骤二、记录光功率计初始测得的待测光纤输出功率；

当待测光纤通过熔接机对准光功率计端光纤跳线时，光功率计直接测量输出功率，记为输出功率P₂。

步骤三、采用截断法，重新记录输出功率作为待测光纤输入功率；

保持熔点不变，将待测光纤的另一端截断，保留2-3m截断后待测光纤，放入熔接机与光功率计端光纤跳线重新进行对准，记录光功率计中测得的输出功率，作为待测光纤的输入功率P₁。

步骤四、根据步骤二和步骤三的结果计算待测光纤的光纤衰减；

将步骤二测得的输出功率P₂和步骤三测得的输入功率P₁带入光纤的衰减公式：

$\mathrm{\α}=\frac{10}{L}\lg \frac{P_1}{P_2}(\mathrm{dB}/\mathrm{km})$

α表示光纤的衰减系数，L为光纤长度，以km为单位；P₁和P₂分别为待测光纤的输入和输出光功率，以mW或uW为单位。

本发明的优点与积极效果在于：

(1)本发明一种高精度光纤衰减测量方法，不需要光纤与光功率计重复耦合，避免了光纤截断后与截断前耦合效率的差异。

(2)本发明一种高精度光纤衰减测量方法，利用跳线分别与光源和光功率计耦合，耦合效率高，不需要对光纤端面进行多次处理。

(3)本发明一种高精度光纤衰减测量方法，测量过程中只引入了一个熔点，待测光纤与光功率计端跳线尾纤通过熔接机进行对准，由于通过熔接机进行光纤对准的可重复性高，误差很小，大大提高了测量精度。

附图说明

图1是本发明一种高精度光纤衰减测量方法的流程图；

图2是传统截断法测量待测光纤输出功率的示意图；

图3是本发明中采用截断法测量待测光纤输出功率的示意图；

图4是本发明高精度光纤衰减测量装置的示意图；

图5是本发明采用截断法后测量截断后待测光纤输出功率的示意图；

图6是本发明采用截断法与传统方法进行光纤衰减测量结果比较示意图。

图中：

1-光源      2-光源端光纤跳线  3-熔点

4-待测光纤  5-熔接机          6-光功率计端光纤跳线

7-光功率计  8-截断后待测光纤

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

一种高精度光纤衰减测量方法，是基于截断法进行的改进，如图1所示，具体步骤如下：

步骤一、连接高精度光纤衰减测量装置；

高精度光纤衰减测量装置，如图4所示，包括：光源1，光源端光纤跳线2，待测光纤4，熔接机5，光功率计端光纤跳线6和光功率计7；

光源1连接光源端光纤跳线2的一端，同时将光源端光纤跳线2的另一端通过熔接机5熔接待测光纤4中的一端，光源端光纤跳线2与待测光纤4的熔接点成为熔点3；

待测光纤4的另一端与光功率计端光纤跳线6的一端用来通过熔接机5进行对准；光功率计端光纤跳线6的另一端直接***光功率计7；

现有技术中，光纤与光源通过适配器连接，需要对光纤端面重复手动处理，耦合效率低，影响测量精度。

步骤二、记录光功率计初始测得的待测光纤输出功率；

当待测光纤4中通过熔接机5对准光功率计端光纤跳线6时，光功率计7直接测量输出功率，记为输出功率P₂。

步骤三、采用截断法，重新记录输出功率作为待测光纤输入功率；

如图5所示，保持待测光纤4与光源端光纤跳线2间的熔点3不变，在待测光纤4的另一端进行截断，保留2-3m截断后待测光纤8，重新放入熔接机5内，与光功率计端光纤跳线6重新进行对准，记录光功率计7中测得的输出功率；

保留2-3m光纤能够消除光纤内高阶模对测量的影响，同时2-3m光纤的衰减很小，可忽略不计，此时截断后光纤的输出功率可视为待测光纤4的输入功率P₁。

步骤四、根据步骤二和步骤三的结果计算待测光纤的光纤衰减；

传统截断法中，如图2所示，考虑光纤与光功率计间的耦合效率，光纤衰减由下式表示：

$\mathrm{\α}=\frac{10}{L}\lg \frac{P_1}{P_2}=\frac{10}{L}\lg \frac{P_1^{\′}{\mathrm{\Δ}}_1}{P_2^{\′}{\mathrm{\Δ}}_2}=\frac{10}{L}\lg \frac{P_1^{\′}}{P_2^{\′}}+\frac{10}{L}\lg \frac{{\mathrm{\Δ}}_1}{{\mathrm{\Δ}}_2}(\mathrm{dB}/\mathrm{km})$

其中，α表示光纤的衰减系数，L为光纤长度，以km为单位；P₁和P₂分别为待测光纤的输入和输出光功率，以mW或uW为单位。

P₁'为经过截断法后的光纤实际输出功率，P₂'为截断前的光纤实际输出功率，

Δ₁为待测光纤截断后与光功率计的耦合效率，Δ₂为待测光纤截断前与光功率计的耦合效率；

经过截断法后光功率计测得功率P₁：

P₁＝P₁'Δ₁

截断法前光功率计测得功率P₂：

P₂＝P₂'Δ₂

公式最后一项为测量误差，与截断前后耦合效率相关。

在传统截断法中，待测光纤需要通过适配器与光功率计耦合，每次耦合需要手动进行多次光纤端面处理，耦合效率重复性无法保证，待测光纤截断前后耦合效率有差异，导致测量存在误差。

本发明中，如图3所示，利用待测光纤4与光功率计端光纤跳线6间的连接代替传统光纤与光功率计间的耦合，光纤衰减由下式计算：

$\mathrm{\α}=\frac{10}{L}\lg \frac{P_1}{P_2}=\frac{10}{L}\lg \frac{P_1^{\′}{\mathrm{\Δ}}_1^{\′}{\mathrm{\Δ}}_3}{P_2^{\′}{\mathrm{\Δ}}_2^{\′}{\mathrm{\Δ}}_3}=\frac{10}{L}\lg \frac{P_1^{\′}}{P_2^{\′}}+\frac{10}{L}\lg \frac{{\mathrm{\Δ}}_1^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_2^{\′}}(\mathrm{dB}/\mathrm{km})$

其中，Δ'₁为待测光纤4截断后与光功率计端光纤跳线6的耦合效率，Δ'₂为待测光纤4截断前与光功率计端光纤跳线6的耦合效率，Δ₃为光功率计端光纤跳线6与光功率计7的耦合效率，

经过截断法后光功率计测得功率P₁：

P₁＝P₁'Δ'₁Δ₃

截断法前光功率计测得功率P₂：

P₂＝P₂'Δ'₂Δ₃

将步骤二测得的输出功率P₂和步骤三测得的输入功率P₁带入光纤的衰减公式：

$\mathrm{\α}=\frac{10}{L}\lg \frac{P_1}{P_2}(\mathrm{dB}/\mathrm{km})$

本发明L选取6.1km，分别采用传统方法与本发明高精度光纤衰减测量方法各进行五次测试，测试数据见表1和表2，根据测试数据绘制比较示意图，如图6所示，结果显示采用本发明的高精度光纤衰减测量方法与传统方法相比，更加接近说明书给出的光纤衰减系数α为3.5dB/km，更为准确、稳定。

表1采用传统方法的光纤衰减测量结果

表2采用高精度光纤衰减测量方法的光纤衰减测量结果

本发明消除了光功率计端光纤跳线6尾纤与光功率计7的耦合效率对测量带来的影响，而待测光纤4与光功率计端光纤跳线6尾纤通过熔接机5实现，测量误差取决于熔接机5的对准误差，而熔接机5的对准误差远远小于光纤适配器带来的误差，经过截断法前后连接效率变化小，因此大大减小了测量误差。

本发明在测量过程中通过光源端光纤跳线2与光源1连接，同时光功率计端光纤跳线6和光功率7计连接，不需要待测光纤4直接与光源1直接耦合，也不需要待测光纤4与光功率计7耦合，耦合效率高，省时省力；测量过程中只引入了一个熔点3，待测光纤4与光功率计端光纤跳线6尾纤通过熔接机5进行对准，由于通过熔接机5进行光纤对准的可重复性高，误差很小，大大提高了测量精度。

本发明用熔接机5进行两光纤端面间的对准，代替了待测光纤4与光功率计7间的重复耦合，避免了光纤截断后与截断前耦合效率的差异。

Claims (1)

1.一种高精度光纤衰减测量方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一、连接高精度光纤衰减测量装置；

将光源端光纤跳线一端***光源，另一端与待测光纤中的一端熔接，形成熔点，同时将光功率计端光纤跳线一端***光功率计；之后将待测光纤的另一端与光功率计端光纤跳线的另一端放入熔接机中进行对准；

步骤二、记录光功率计初始测得的待测光纤输出功率；

光功率计直接测量输出功率，记为输出功率P₂；

步骤三、采用截断法，重新记录输出功率作为待测光纤输入功率；

保持熔点不变，将待测光纤的另一端截断，待测光纤截断后保留2-3m，放入熔接机与光功率计端光纤跳线重新进行对准，记录光功率计中测得的输出功率，作为待测光纤的输入功率P₁；

步骤四、根据步骤二和步骤三的结果计算待测光纤的光纤衰减；

将输出功率P₂和输入功率P₁带入光纤的衰减公式：

$\mathrm{\α}=\frac{10}{L}1g\frac{P_1}{P_2}(\mathrm{dB}/\mathrm{km})$

α表示光纤的衰减系数，L为光纤长度，以km为单位；P₁和P₂分别为待测光纤的输入和输出光功率，以mW或uW为单位。