GB/T 15972.4-1998 光纤总规范 第4部分：传输特性和光学特性试验方法

中华人民共和国国家标准

光纤总规范

第部分传输特性和光学特性

试验方法

发布实施

国家质量技术监督局发布

前言

本标准是等效采用国际电工委员会光纤第部分总规范第篇传输特

性和光学特性试验方法和修改单对光纤的传输特性和光学特性测试方

法和光纤总规范中的进行修订的标准某些条款中还参考采用了

单模光纤相关参数的定义和试验方法和多模渐变折射

率光纤缆的特性中的有关规定

这样使我国的光纤国家标准与国际标准相一致以适应在此领域的国际技术交流和贸易往来迅速

发展的需要

标准与和中的相比增加了微弯敏感性光学连

续性光透射率变化和宏弯敏感性的试验方法外衰减测试方法中增加了谱衰减模型波长色散测试方

法中增加了微分相移法截止波长测试方法中增加了成缆单模光纤截止波长的测定并将模场直径的测

试方法归入到标准中

在光纤总规范总标题下包括五个部分

第部分即总则

第部分即尺寸参数试验方法

第部分即机械性能试验方法

第部分即传输特性和光学特性试验方法

第部分即环境性能试验方法

标准是第部分

标准从实施之日起同时代替和

标准由中华人民共和国邮电部和电子工业部共同提出

标准由邮电部电信科学研究规划院归口

标准起草单位邮电部武汉邮电科学研究院电子工业部上海传输线研究所

标准主要起草人陈永诗吴金良刘泽恒陈国庆

前言

国际电工委员会是一个包括所有国家电工委员会国家委员会的世界性标准化

织的目标是促进电气和电子领域内涉及的所有标准化问题的国际合作为此目的其它活动外

发布国际标准标准的制定委托给技术委员会对该内容感兴趣的任何国家委员会都可以参

加这个制定工作与有联系的国际的政府的和非政府的组织也可参加制定工作与国际标准

化组织按照双方协商确定的条件进行密切合作

在技术问题上的正式决议或协议是由对这些问题特别关切的国家委员会参加的技术委员

会制定的对所涉及的问题尽可能地代表了国际上的一致意见

这些决议或协议应按国际应用的建议以标准技术报告或导则的形式发布并在此意义上为各

国家委员会所接受

为了促进国际上的统一各国家委员会有责任使其国家和地区标准尽可能采用国际标

准国家或地区标准与标准之间的任何差异应在国家或地区标准中清楚地指明

国际标准是由第技术委员会纤维光学的第分委员会光纤光缆制定

的

年颁布的的第版已被修改它被分成了个标准每个标准包括一篇

第版取消并替代的第篇形成了一个新的技术修订版

标准应与下列标准结合起来使用

光纤第部分总规范第篇总则

光纤第部分总规范第篇尺寸参数试验方法

光纤第部分总规范第篇机械性能试验方法

光纤第部分总规范第篇环境性能试验方法

标准文本以下列文件为依据

国际标准草案表决报告

表决批准标准的全部资料可在上表列出的表决报告中查阅

附录是标准的附录

附修改单前言

修改单是由第技术委员会纤维光学的第分委员会光纤光缆制定的

修改单的文依据下列文件

最终国际标准草案表决报告

表决批准修改单的全部资料可在上表列出的表决报告中查阅

中华人民共和国国家标准

光纤总规范

第部分传输特性和光学特性

试验方法

代替

一部分

范围

标准规定了光纤传输特性和光学特性的试验方法及其对试验装置注入条件程序计算方法结

果的统一要求

标准适用于成品光纤光缆传输特性和光学特性的商业性检验

引用标准

下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成为标准的条文标准出版时所示版均

为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性

光纤总规范第部分尺寸参数试验方法

传输特性和光学特性试验项目

应从表列出的项目中选择确定的试验方法进行光纤传输特性和光学特性的测定适用的试验和

合格判据应在产品规范中规定

表光纤的传输特性和光学特性

试验方法标准号试验方法适用的特性适用的光纤类型

截断法

插入损耗法衰减单模光纤和多模光纤

后向散射法

谱衰减模型单模光纤

后向散射法点不连续单模光纤和多模光纤

冲击响应法基带响应多模光纤

频率响应法

可膨胀圆筒法

固定直径圆筒法微弯敏感性单模光纤

金属网格法

传输或辐射光功率法光学连续性单模光纤和多模光纤

后向散射法

国家质量技术监督局批准实施

表完

试验方法标准号试验方法适用的特性适用的光纤类型

相移法单模光纤和多模光纤

脉冲时延法

微分相移法波长色散单模光纤

干涉法将来考虑

远场光分布法数值孔径多模光纤

传输功率法单模光纤截止波长

单模光纤

成缆单模光纤截止波长

直接远场扫描法

远场可变孔径法模场直径单模光纤

近场扫描法

传输功率监测法机械试验和环境试验时单模光纤和多模光纤

后向散射监测法光透射率的变化

宏弯敏感性宏弯敏感性单模光纤

折射近场法

横向干涉法折射率剖面单模光纤和多模光纤

近场光分布法

衰减

衰减是光纤中光功率减少量的一种度量它取决于光纤的性质和长度并受测量条件的影响

未加以控制的注入条件通常激励较高阶有损耗的模式这种模式会产生瞬态损耗并导致光纤衰减

与光纤长度不成正比加以控制的稳态注入条件使光纤衰减与其长度成正比稳态条件下能确定光纤

衰减系数串接光纤总衰减可由各自的衰减线性相加得出

测量光纤衰减的四种试验方法描述如下

截断法

截断法是测量光纤衰减特性的基准试验方法在不改变注入条件时测出通过光纤横截面

的光功率和从而直接得出光纤衰减是光纤末端出射光功率是截断光纤后

光纤截留段末端出射光功率

根据测量原理方法不可能获得整个光纤长度上的衰减信息在变化条件下也很难测出光纤衰减

变化在某些情况下其破坏性是方法的一个缺点

插入损耗法

插入损耗法是测量光纤衰减特性的替代试验方法原理上类似于截断法但是注入

系统输出端出射光功率测得的光纤衰减中包含了试验装置的衰减必须分别用附加连接器损耗和参考

光纤段损耗对测量结果加以修正

本方法不可能分析整个光纤长度上的衰减特性但根据先已知的光功率有可能在环境条

件如温度和受力变化时连续测量衰减变化

插入损耗法测量精度比截断法低但它对被试光纤和两端可能固定的端头具有非破坏的优点特别

适用于现场测试主要用于测量已连接起来的带有连接器的光缆

后向散射法

后向散射法是测量光纤衰减特性的替代试验方法它测量从光纤中不同点后向散射至该光

纤始端的后向散射光功率这是一种单端测量

该方法的测量结果受光纤中光传输速度和光纤后向散射特性的影响不可能像截断法那样精确测

量光纤衰减

方法允许对光纤整个长度或感兴趣的光纤段或串接的光纤链进行分析甚至可以鉴别分立的

点例如接头点不连续

方法也可以用作光纤长度测量光纤不连续点断点接点的检查和定位光纤光学连续性的检

查光纤后向散射光强度测量

用双向平均的后向散射曲线描述和确定衰减均匀性的方法尚在考虑之中

谱衰减模型

可以用一个特征矩阵和一个矢量计算光纤谱衰减系数矢量包含三至五个波长上例如

和或测量的衰减系数

第一种方法如果是光纤或光缆提供者提供的该产品的特征矩阵模型化谱衰减系数可以用矢

量表示矢量由下式计算

第二种方法如果是普通矩阵光纤或光缆提供者应提供一个修正因子矢量式变成

普通矩阵是能用于不同的光纤设计或生产厂家假定是一种光纤类型的特征矩阵它可由标准体

和或借助于标准体决定每个光纤提供者可以同用户最终用户或生产厂家比较他们的产品其差别由

矢量决定

本模型仅适用于类和类光纤

定义

一段光纤上相距的个横截面和之间在波长处的衰减定义为

式中通过横截面的光功率

通过横截面的光功率

对于稳态条件下的均匀光纤可定义单位长度衰减即衰减系数为

式中光纤长度

值与选择的光纤长度无关

方法截断法

试验装置

衰减测定可在一个或多个波长上进行也可在某一波长范围内测量谱衰减特性适宜的试验装置框

图如图和图所示

图规定波长上测量衰减的试验装置截断法

图多个波长上测量衰减或谱衰减的试验装置截断法

光源

应采用稳定辐射的光源如卤钨灯激光器或发光二极管依据测量类型选择合适的光源

在完成测量过程的时间内光源位置强度和波长应保持稳定光源波长范围应满足光纤测量的需要其

谱线半幅全宽应保证对光纤谱衰减特性有足够的分辨率光纤输入端应与注入光束对准或

者与注入光纤同轴连接

光检测器组件

应采用一适当的装置将从被试光纤出射的全部光功率合进光检测器例如光学透镜系统接有

尾纤的折射率匹配接头或与光检测器直接合的折射率匹配接头对于带尾纤的光检测器尾纤须有足

够大纤芯直径和数值孔径以便接收从参考光纤和被试光纤出射的全部光

在接收光强范围和测量时间内检测器应具有良好的线性和稳定性典型组件包括接有前置放大器

的光生伏打型光电二极管同步检测时应采用锁相放大器

信号处理

为了改善接收机信噪比通常对光源进行调制这时应将光检测器连接到与光源调制频率同步的

信号处理装置上检测系统应有良好的线性或具有已知的特性

包层模剥器

应采用包层模剥器防止检测到包层中传输的光功率当涂料折射率等于或大于光纤包层折射率

时就不需要包层模剥器

注入条件

单模光纤注入条件

单模光纤注入条件应足以激励起基模滤去高阶模剥除包层模注入光纤的光功率在测量期间应

保持稳定通常采用下列种注入技术

尾纤

采用尾纤时应在光源尾纤和被试光纤之间使用折射率匹配材料消干涉效应

光学透镜系统

采用这种光注入技术时应使用能使光纤注入端与注入光束重复对中并稳定固定的定位装置为减

少光纤定位对注入功率的敏感性可采用满注入方法

为在感兴趣波长范围内滤高阶模应采用诸如半径足够小的单个光纤圈例如作为滤模

器将截止波长移至感兴趣的最短波长以下但圈的半径不能小到引起与波长相关的振荡

为保证沿光纤短距离截留长度传输后不存在包层模需采用包层模剥器包层模剥器通常由

折射率等于或稍大于光纤包层折射率的材料成可以是一种直接加在去被覆层光纤上靠近端点处

的折射率匹配液在某些情况下光纤被覆层可起包层模剥器作用

多模光纤注入条件

多模光纤注入条件应避免注入高阶瞬态模式使沿光纤的功率分布基不变化即稳态模分布从

而使光纤衰减与长度近似成线性关系通常采用下列种注入技术

滤模器

采用滤模器的衰减测量注入装置如图所示

图采用滤模器的衰减测量注入装置

可以选择一根与被试光纤类型相同的足够长典型长度不短于光纤作为滤模器也可选择将

被试光纤以低张力在芯轴上绕几圈典型为圈的芯轴形式滤模器芯轴直径选择应保证在被试光

纤中激励的瞬态模受到足够的衰减从而达到稳态模分布另外也可以采用搅模器和滤模器的组合形

式即将一些金属球随机分布在不短于的与被试光纤类型相同的光纤上在金属球上施加压力

来达到稳态模分布

应采用远场测量方法比较均匀满注入的被试光纤不短于远场功率分布与采用芯轴滤模器

或采用搅模器和滤模器合形式的短段光纤远场功率分布芯轴直径或施加于金属球的压力的选

择应保证两者的远场功率分布相接近短光纤辐射图数值孔径按方法测量应为长光

纤数值孔径的芯轴直径或施加于金属球的压力可能随光纤不同而不同这取决于光纤

和涂覆层类型通常芯轴直径为在长度内绕圈光纤

滤模器前注入的光功率分布应是基均匀的对于不能产生这种分布的光源如或激光器应

采用搅模器搅模器可由一种合适的光纤排列成例如突变渐变突变型折射率分布光纤排列

几何光学注入

采用空间状态限制的衰减测量的几何光学注入装置如图所示

图采用空间状态限制的衰减测量注入装置

注入光束光斑尺寸应为被试光纤纤芯直径的数值孔径应为被试光纤数值孔径的这是

不会产生泄漏模即非束缚模的最大几何注入的注入功率分布例如数值孔径为的

渐变型折射率分布的多模光纤注入条件为均匀的光斑和数值孔径对于同样光纤

采用光斑和数值孔径

应使注入光斑和光锥对中在纤芯上保证注入光束轴和光纤轴重合

应采用包层模剥器以保证沿光纤短距离传输后不存在包层模

程序

将被试光纤放入试验装置中记录输出光功率

保持注入条件不变将光纤截断至截留长度例如离注入点记录从光纤截留长度输出

光功率

按衰减定义由和计算出与点间光纤段的衰减和衰减系数

使用几个波长上的衰减测量结果通过给出的关系式能够计算出谱衰减曲线

结果

测量结果报告应包括下列内容

试验名称

试样识别号

试样长度

试验数据

按产品规范要求在规定波长上以表示的衰减和以表示的衰减系数以及谱衰减

试验日期和操作人员

环境温度和相对湿度

报告中也可包括下列内容

光源类型

光源谱宽

注入技术

试验装置

方法插入损耗法

装置

衰减测定可在一个或多个波长上进行也可在某一波长范围内测量谱衰减特性适宜的试验装置框

图如图校正和图测量所示

图插入损耗法试验装置校正

图插入损耗法试验装置测量

光源

按规定

光检测器组件

按规定

信号处理

按规定

包层模剥器

按规定

合装置

方法要求使用精密的光纤对光纤的合装置使合损耗最小以保证结果可靠性该合装置可

以是凭目视检查的机械微调架或纤芯对纤芯的连接器

参考光纤

参考光纤须是与被试光纤类型相同的光纤

注入条件

要求的注入条件应与的规定相似参考光纤和被试光纤的注入条件须相同

程序

采用与被试光纤同样类型的短段光纤例如其衰减可以忽略作为参考光纤对装置进行

初始校准获得参考输入光功率

将被试光纤连接到装置上并进行合调节以使光检测器给出最大电平记录输出光功率

按衰减定义由和计算出被试光纤衰减和衰减系数

如果参考光纤衰减不能忽略应将参考光纤衰减加上计算值作为被试光纤衰减

结果

测量结果报告应包括下列内容

试验名称

试样识别号

试样长度

试验数据

按产品规范要求在规定波长上以表示的衰减和以表示的衰减系数以及谱衰减

试验日期和操作人员

环境温度和相对湿度

报告中也可包括下列内容

光源类型

光源谱宽

注入技术

试验装置

方法后向散射法

方法描述了用光时域反射计进行的三种基本测量程序长度见衰减或

衰减系数见和沿光纤或光缆长度上点不连续的位置损耗和特征见这些测量旨

在用于质量控制和接受试验也适合于安装和维护时的检查

光时域反射计也可用来测量光学连续性对光纤链路是否连续作出大致判断

装置

试验装置至少由以下几个部分成如图所示

图光时域反射计试验装置框图

光发射器

通常包括一个脉冲激光二极管能提供一个或多个脉冲宽度和脉冲重复频率多波长仪器通常具有

多个光源标称中心波长可为或或按产品规范规定中心波长应

在规定值的以内对于精确测量中心波长应在规定值的以内如果光源中心波长和规定

波长差值大于应在测量结果报告中指出光源均方根谱宽应不大于或者光源

半幅全宽应不大于

如果谱衰减模型中采用的数据实际中心波长应在规定值的之内水峰波长区域

的光源谱宽不应大于或

应采用诸如光谱分析仪这样的合适测量仪器对光源中心波长和谱宽进行周期检定

输出口

应提供某种方法将被试光纤或盲区光纤连接到仪器面板或光源尾纤上

光分路器

合器光分路器将光源输出光合到光纤和把后向散射光合到检测器同时避免光源与检测器

的直接合合器光分路器不应有偏振效应

光接收器

通常包括光电二极管检测器检测器的带宽灵敏度线性度及动态范围应与采用的脉宽和接收信

号电平相适应

信号处理器

宜有一个对数响应的信号处理器处理信号并采用信号平均技术提高信噪比

显示器

显示器可以是阴极射线管液显示器或是这两者或是计算机的部件

显示器上垂直分度标尺宜为分贝数对应于往返光信号损耗之半的分贝数变化水平分度标尺宜为

或对应于往返光信号群时延之半的长度

仪器面板控制器应可对显示器上的曲线进行定位并应能对长度或分贝的较小区域显示的部分曲

线进行扩展可控制一个或多个能对曲线上某些点定位的可移动光标

显示器上应能给出移动光标的座标和一些适合于仪器的辅助信息

数据接口可选

仪器可提供显示曲线的硬拷贝并能与计算机连接

反射控制器可选

为将高菲涅尔反射引起的接收器瞬时饱和降至最低限度以减少每一反射点后光纤盲区范围应采

用电子屏蔽或在合器光分路器中采用适宜的方法

为了减小连接处初始反射对结果的影响通常在连接器和被试光纤之间采用一段

盲区光纤

接头和连接器

为了对曲线的附加影响减至最小所要求的任何接头或连接器应具有低插入损耗和

低反射高回波损耗

试样

试样为盘上或缆内或是产品规范规定的一根光纤可在工厂或现场对单段或连接起来的多

段光纤进行测量

注应小心避免卷绕对点不连续或衰减测量引入人为的衰减或者在长度或点不连续测量时引入明显伸长应使光

纤端如在线盘的最里层导致的任何损耗在衰减系数的计算中能够忽略不计

如果有效群折射率未知进行长度测量时应首先提供类似于中试样的校准光纤或

光缆对仪器进行校准确定群折射率

注入条件

除长度测量的光注入条件可由测试人员自行处理外用进行其他测量的光注入条件应按

的规定

程序

将被试光纤连接到仪器上或盲区光纤如采用的一端将盲区光纤如采用另一端连接到仪

器上

将诸如光源波长脉宽长度范围包括长度分辨率有效群折射率以及信号平均次数或时

间等参数一起输入到仪器这些参数中某些值可能已在仪器中预置

注如果有效群折射率未知应用已知长度的标准光纤或光缆对仪器进行校准确定群折射率由于光缆中存在光纤

余长或其他因素对同类光纤光缆的有效群折射率大于光纤的有效群折射率

启动进行取样调整仪器显示的后向散射信号使曲线尽可能全屏幕显示如需增加

分辨率应调整仪器按较大比例扩展感兴趣的区域

长度测定

如图所示将光标置于试样末端反射脉冲上升边缘的一点确定将同一光标或另一光标置于

试样始端反射脉冲上升边缘的一点确定如试样无光纤或光缆段则为零如试样有已知长

度为的光纤或光缆段则为如果由于不连续性极小而不易确定和的位置就在该处

加一个绷紧的弯曲并改变弯曲半径以帮助光标定位对于的定位如有可能切割试样远端使那里

产生反射

试样长度为

图曲线长度测定

衰减和衰减系数测定

如图所示将光标置于试样始端反射脉冲上升边缘的一点确定如试样无光纤或光缆段

则为零

将光标置于试样曲线线性区段始端紧挨近端确定将同一光标或另一光标置于试样末端

反射脉冲上升边缘的一点确定

如果由于不连续性极小而不易确定和的位置就在该处加一个绷紧的弯曲并改变弯曲半径

以帮助光标定位对于的定位如可能切割试样远端使那里产生反射

始于盲区之后光纤或光缆段的单向后向散射衰减

始于盲区之后光纤或光缆段的单向后向散射衰减系数

光纤或光缆段总单向后向散射衰减总

通常能直接给出值和值该数据可以用点法给出也可用最小二乘方近似法

拟合曲线给出法得出的结果可能与点法得出的结果不同但该方法的重复性更好

应进行双向测量将双向测量获得的数值取平均得到精确的衰减和衰减系数如光纤两端均匀性

好亦可进行单向测量

需要时可进行多波长测量对类和类光纤可按照给出的关系式计算谱衰减

图曲线衰减测定

点不连续的测定

点不连续是连续的信号在朝上或朝下方向的暂时或永久性的局部偏移偏移特征能够随试

验条件例如信号脉宽波长和方向变化点不连续的持续时间约为脉冲宽度为了确定点不连

续而不是衰减不均匀性的存在应采用种不同的脉宽观察有疑问的区域如果损耗或增益的形状随

脉宽而变则该异常情况是点不连续否则要按照测量光纤或光缆衰减的程序进行衰减不均匀性测量

如图所示将光标置于不连续点处功率开始上升或下降的始端来确定点不连续的位置一般仪

器要求一对光标置于不连续点处的侧将两根最佳拟合直线每一根分别由点法或最小二乘方近似

法得到外推到不连续点处的位置直线在不连续点处的垂直距离为点不连续的视在损耗或增益

应进行双向测量将双向测量取得的数值进行平均这样可消视在增益得出点不连续损耗

图曲线点不连续的测定

结果

测量结果报告应包括下列内容

试验名称

试样识别号

试验数据试样长度试样衰减或衰减系数点不连续特征等

试样端别当测量长度或测量结果是双向平均值时不需要

试验日期和操作人员

环境温度和相对湿度

报告中也可包括下列内容

光纤或光缆试样包括其类型有效群折射率

测量仪器包括制造厂家型号及说明书

注入条件

定期检验的光源中心波长和谱宽

方法谱衰减模型

该方法由几个个波长上直接测得的衰减值来估算谱衰减

装置

方法是对预先测量的衰减值进行计算而得出谱衰减不需要特定装置所选用的装置即是测量单

波长衰减的试验装置

试样

测量单波长衰减所要求的试样

程序

测量单波长衰减所采用的程序

计算

光纤的谱衰减系数可通过特征矩阵和矢量计算出来矢量个元素包含了个个

预定波长例如和或上测量的衰减系数矩阵由

下面给出

式中估算谱衰减系数的波长数

预定的波长数在这些波长上衰减系数已测得

第一种方法中是光纤或光缆提供者提供的该产品的特征矩阵模型化谱衰减即矢量从公式

计算出来第二种方法中是普通矩阵这时光纤或光缆提供者应提供修正因子矢量从公式

计算出矢量矢量个元素可包含在许多波长例如从间隔上估算

的衰减系数

在确定的波长范围内每一波长上实际衰减系数与估算衰减系数之差值的标准偏差宜小于

如在确定波长范围外再指定一个附加波长范围则在每一波长上实际衰减系数与估算衰

减系数之差值的标准偏差宜小于和的值和波长范围应在用户和厂家之间达成协

议

和的元素是用统计方法获得的矢量的元素也应认为是统计数值为了指出估算衰减系数

的精度光纤或光缆提供者在提供和时同时应提供一个矢量该矢量包含衰减系数实际值与估算

值之差值的标准偏差

注

为便于矩阵使用应在预定波长上对光纤进行例行测量预定波长数可为三至五个如果可以达到足够的精度

可减少预定波长数预定波长值例如和或尚待进一步研

究

该模型仅考虑用于未成缆光纤用于成缆光纤时考虑到成缆的影响和环境的影响矢量必须加上一个附加矢

量

结果

测量结果报告应包括下列内容

试验日期和操作人员

试样识别号

在相应波长上的衰减系数或谱衰减曲线

报告中也可包括下列内容

测量预定波长衰减的试验方法

估算谱衰减的矩阵或修正因子矢量如采用普通矩阵

使用矩阵时获得的矢量它包含衰减系数实际值与估算值之差值的标准偏差

模式基带响应

模式基带响应是总基带响应的一部分总基带响应可由下式表示

式中总带宽包括模式失真和波长色散

模式失真带宽

波长色散带宽

注

假定光纤模式失真基带响应和光源光谱均是高斯型分布

波长色散带宽与光纤段长度成反比如果假定光源光谱是高斯型分布则可表示为

式中光源的谱宽

波长色散系数

光纤段长度

技术旨在测量模式基带响应通过将这一项减至最小以使和之差小于来实现

章规定了测量模式基带响应的试验方法模式基带响应可在时域或频域中表示

定义

时域冲击响应

冲击响应定义为这样一个函数即