一种多模光纤带宽测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及测试技术领域，特别设及一种多模光纤带宽测量装置，还设及一种多 模光纤宽带测量方法。
【背景技术】
[0002] 光纤可W看作是一个低通滤波器，当高频分量通过时就会受到衰减。一个很窄的 光脉冲包含很多高频分量，运个很窄的光脉冲经过一段多模光纤后，光脉冲会被展宽，W致 影响邻近码的识别。速率越高码间干扰越严重，从而限制了传输码速。
[0003] 多模光纤的带宽参数是WMHz . km为单位，指一段光纤所能通过的最大调制频率 脉冲的调制频率和光纤长度的乘积。由于带宽限制着多模光纤系统信道所能传输的最高光 脉冲速率，在高速、大信息容量光纤网中，光纤的带宽对于传输距离的影响不可忽略，运时 多模光纤只能传输几百米的距离，因此准确测量多模光纤的带宽参数非常重要，运也是多 模光纤出厂时必测带宽参数的原因。
[0004] 带宽测量的方法有两种:时域法和频域法。国际电信联盟(ITU)推荐用频域法测量 多模光纤的带宽参数。
[0005] GB/T 15972.41-2008《光纤试验方法规范第41部分:传输特性和光学特性的测量 方法和试验程序一一带宽》对频域法测量多模光纤带宽的描述如图1所示，包括：
[0006] 辅助设备
[0007] 应采用合适的辅助设备，例如：
[000引a)频谱分析仪或网络分析仪；
[0009] b)正弦波光源。
[0010] 程序
[00川 1.试样端面对中
[0012] 将光纤输入端与注入光锥轴线对中，并将光纤输出端与检测器表面对准，使检测 器能接收到被试光纤的全部出射光。
[0013] 2.数据采集和处理
[0014] 启动试验装置，分别记录被试光纤的输出光信号P2( CO)和参考光纤的输出光信号 Pi(w)〇
[001引 3.参考光纤
[0016]可用截断法将被测光纤距注入端约2m处剪断后作为参考光纤，也可用预先记录并 存储的参考光纤的数据。如果光源或接收器的光电部分有改变时应重复存储参考数据。 [0017] 计算
[001引a)根据记录结果Pi( CO )和P2( ? )，按
的定义计算出频率响应G( CO );
[0019] b)绘制幅一频特性曲线，并对曲线进行高斯函数拟合，W消除基带响应曲线不规 则对带宽测量结果带来的影响。曲线上-3地(光功率)点为被试光纤的带宽。
[0020] GB/T 15972.41-2008《光纤试验方法规范第41部分:传输特性和光学特性的测量 方法和试验程序一一带宽》只是泛泛地描述了多模光纤带宽参数的测量方法，仅罗列了多 模光纤带宽参数的简单测量步骤，并没有从优化测量重复性、改善测量结果的不确定度等 方面进行分析和描述，也没有给出多模光纤带宽的高斯线型拟合公式。
【发明内容】
[0021] 本发明的目的是提出一种多模光纤带宽测量装置及方法，在进行多模光纤带宽测 量时，正确使用频谱分析仪，优化测量参数设置，从而改善多模光纤带宽值的测量重复性。 多模光纤的基带频响呈高斯型，本发明给出了多模光纤带宽参数的高斯线型拟合公式，进 一步改善了多模光纤带宽值的测量重复性和测量不确定度。
[0022] 本发明的技术方案是运样实现的：
[0023] -种多模光纤宽带测量装置，包括:合成扫源、光发射机、光注入系统、被测多模光 纤、环形通量测试系统、光接收机、频谱分析仪、频率计、计算机；
[0024] 合成扫源发射出设定频率范围的正弦波信号，该扫频信号调制光发射机，调制光 经过光注入系统后，入射到被测多模光纤，经光纤传输后，由环形通量测试系统监测并调整 光注入系统，再由光接收机解调出调制电信号，该电信号由频谱分析仪测量，W地值记录输 出光频域函数P2( CO)，并存储在频谱分析仪存储器B里;然后剪断光纤，在剪断处测量输入 光频域函数Pi( ?)，并存储在频谱分析仪存储器A里;存储器A、B的dB值相减得到光纤基带 W地表示的幅频特性曲线，该曲线数据代入数学模型，并用最小二乘法计算出-3地点对应 的频率值，该频率值乘W被测多模光纤的长度就是被测多模光纤的带宽值。
[0025] 可选地，被测多模光纤的长度由多模光时域反射计测量出。
[0026] 可选地，所述频率计用于校准频谱分析仪的时钟信号。
[0027] 可选地，所述光注入系统包括扰模器、滤模器和包层模剥除器，其中扰模器采用强 烈几何扰动方法，加速各模式迅速达到稳态分布，滤模器和包层模剥除器用于滤除高阶模 和包层中的光模式。
[00%]可选地，所述环形通量测试系统用于评价光注入态是否符合满注入条件。
[0029] 基于上述装置，本发明还提出了一种多模光纤宽带测量方法，W高斯函数为基础 建立数学模型，绘制幅频特性曲线，并对曲线进行高斯函数拟合，消除被测多模光纤基带响 应曲线不规则对带宽测量结果带来的影响，曲线上-3地点对应的频率即为被测多模光纤的 带宽;将多模光纤带宽测量曲线数据带入高斯模型，从而得到带宽测量值。
[0030] 可选地，多模光纤的带宽由高斯线型的最小二乘式确定，建立一个W高斯线型为 基础的数学模型，在该数学模型中有两个参数:带宽和峰值功率，由高斯数学公式（1)式可 知，运两个参数用于产生相对于频率f的高斯功率谱分布：
(1)
[0032] 式中：bandwi化h--多模光纤的带宽；
[0033] 地amp(OHz)-一频率为零赫兹时，高斯线型上的峰值功率；
[0034] 采用最小二乘法，由多模光纤带宽测量曲线上的各个数据点反求出（1)式中的 bandwi dth和pkamp (OHz)两个变量，从而得到带宽值：
[0037] 式中:N--采样点数；
[0038] Xi--每个采用点对应的频率值；
[0039] yi-一每个采用点对应的幅度值。
[0040] 可选地，采用宽带光接收机对其频响校准数据进行曲线拟合，得到所需频率点的 响应度，消除光接收机频响对带宽测量结果的影响。
[0041] 可选地，采用频谱分析仪用于测量、分析频域信号。
[0042] 可选地，在多模光纤带宽参数测量之前，对频谱分析仪进行功率校准和频率校准。
[0043] 本发明的有益效果是：
[0044] 本发明提出使用环形通量测试系统评估光注入态是否符合满注入条件，保障装置 的测量重复性，分析和描述了对多模光纤带宽参数测量重复性的优化W及改善多模光纤带 宽测量结果的不确定度，并给出多模光纤带宽参数的高斯线型拟合公式。
【附图说明】
[0045] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 W根据运些附图获得其他的附图。
[0046] 图1为现有技术中模式基带响应试验装置(频率响应)结构图；
[0047] 图2为本发明的多模光纤带宽测量装置结构图；
[0048] 图3为多模光纤带宽测量采样曲线和高斯拟合曲线仿真图。
【具体实施方式】
[0049] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050] 带宽限制着多模光纤系统信道所能传输的最高光脉冲速率，是多模光纤出厂时的 必测参数。
[0化1] GB/T 15972.41-2008《光纤试验方法规范第41部分:传输特性和光学特性的测量 方法和试验程序一一带宽》只是泛泛地描述了多模光纤带宽的测量方法，仅列出了光纤带 宽参数的简单测量步骤，并没有从优化测量重复性、改善测量结果的不确定度等方面进行 分析和描述，也没有给出多模光纤带宽的高斯线型拟合公式。
[0052] 本发明采用频域法测量多模光纤的带宽参数，分析和描述了对测量重复性的优化 W及改善测量结果的不确定度，并给出多模光纤带宽的高斯线型拟合公式。
[0053] 下面结合说明书附图对本发明进行详细说明。
[0054] 在多模光纤中，色散引起了脉冲扩展。多模光纤的色散主要有两类:色度色散（由 光源中不同的波长在光纤中的传输速率不同引起)和模式色散（由光纤中存在多个模式引 起），光纤的色散决定了光纤的带宽。在W激光器作为光源的多模光纤传输系统中，模式带 宽是多模光纤带宽的主要决定因素。本发明通过测量多模光纤的模式基带响应来确定多模 光纤的带宽。
[0055] 实际多模光纤的基带响应呈高斯线型。在基带频率响应的幅频曲线上，半幅值点 对应的频率为光截止频率f C，该频率称为多模光纤的-3dB光带宽（或-6地电带宽），该值乘 W被测光纤的长度即为被测多模光纤的带宽。多模光纤带宽参数的单位是MHz ? km。
[0056] 如图2所示，本发明的测量装置主要包括:合成扫源、光发射机、光注入系统、被测 多模光纤、环形通量测试系统、光接收机、频谱分析仪、频率计、计算机等。
[0057] 合成扫源发射出设定频率范围的正弦波信号，该扫频信号调制光发射机，调制光 经过光注入系统后，入射到被测多模光纤，经光纤传输后，由环形通量测试系统监测并调整 光注入系统直至符合满注入条件，再由光接收机解调出调制电信号，该电信号由频谱分析 仪测量，WdB值记录输出光频域函数P2( CO)，并存储在频谱分析仪B存储器里。然后在距离 注入端约2米处剪断光纤，在剪断处测量输入光频域函数Pi(CO),并存储在频谱分析仪A存 储器里。存储器A、B的地值相减得到测量结果，即光纤基带W地表示的幅频特性曲线。该曲 线数据代入建立的数学模型，并用最小二乘法准确计算出-