GB T 18311.3-2001 纤维光学互连器件和无源器件 基本试验和测量程序 第3-3部分;检查和测量--监测衰减和回波损耗变化(多路).pdf

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1、前言本标准等同采用 纤维光学互连器件和无源器件 基本试验和测量程序第 部分检查和测量 监测衰减和回波损耗变化多路 制定纤维光学互连器件和无源器件在光纤通信和非通信应用中占有重要地位 已在国际和国内市场上形成规模生产和商品化产品并成为新崛起的高技术产业随着光纤通信技术领域内新技术新材料新产品的不断涌现和发展相应产品试验和测量技术也有较快的进展为使产品试验和测量程序在国际上进一步协调一致使产品试验和测量结果得到统一公认 迄今为止已制定并颁布 系列试验和测量程序标准达 余项从而将极大促进产品贸易往来 我国该类产品试验和测量程序基础标准与国际标准等同能方便简化产品的检验和验收 适应产品国际贸易技术和经

2、济交流日益增长的需要本标准是隶属于 纤维光学互连器件和无源器件 基本试验和测量程序第 部分总则和导则 的系列方法之一本标准由中华人民共和国信息产业部提出本标准由信息产业部电子工业标准化研究所归口本标准起草单位 上海传输线研究所本标准起草人陈国庆 王锐臻 王毅前言国际电工委员会是由各国家电工委员会 国家委员会组成的世界性标准化组织的目的是促进电工电子领域标准化问题的国际合作 为此目的 除其他活动外 发布国际标准国际标准的制定由技术委员会承担 对所涉及内容关切的任何 国家委员会均可参加国际标准的制定工作 与 有联系的任何国际 政府和非官方组织也可以参加国际标准的制定 与国际标准化组织 根据两组织间

3、协商的条件保持密切的合作关系在技术问题上的正式决议和协议 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以标准 技术报告或导则的形式发布 以推荐的形式供国际上使用并在此意义上为各国家委员会认可为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 标准标准与相应国家或地区标准之间的任何差异应在国家或地区标准中指明国际电工委员会没有规定表示认可标志的任何程序 如果声称某设备符合 某一标准对此概不负责应注意这种可能性即本国际标准的某些组成部分可能涉及专利权内容 不负有对任何或所有这样的专利权作出认同的责任国际标准 由

4、纤维光学 纤维光学互连器件和无源器件 制定本标准文本依据下列文件表决报告对于批准本标准进行表决的全部资料可在上述表格给出的表决报告中查阅在总标题 纤维光学互连器件和无源器件 基本试验和测量程序 下由下列部分组成第 部分总则和导则第 部分试验第 部分检查和测量中华人民共和国国家标准纤维光学互连器件和无源器件基本试验和测量程序第 部分 检查和测量监测衰减和回波损耗变化 多路国家质量技术监督局 批准 实施总则范围和目的本标准规定了当器件经受环境试验基本试验 时测量它衰减变化和回波损耗变化的程序 因为通常这类试验在某些时间周期内对一组器件进行试验所以就将这种测量程序和相关的设备设计为在同一程序中对许多

5、器件进行监测并采用自动数据采集装置 而且 由于器件衰减变化和回波损耗变化可能很小而系统中这些器件的性能又很重要因此强调本测量程序应始终保持测量的高稳定性引用标准下列标准所包括的条文通过在本标准中引用而构成本标准的条文 本标准出版时所示版本均为有效 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纤维光学互连器件和无源器件 基本试验和测量程序第 部分 检查和测量 回波损耗概述本程序规定四种衰减变化和回波损耗变化监测方法 方法 和方法 通过测量经由器件或由器件反射的功率变化来测得这些参数 方法 和方法 是采用 来测量衰减和回波损耗 因此 相关的装置分别规定 仅当 信号平均时间比

6、试验环境条件变化时间短得多时 后两个方法才可能被采用 这四种方法在测量单模光纤被试验器件时被采用 方法 应作为基准方法装置方法 和方法本程序的装置和对被试器件进行测量的配置如图 和图 所示 装置包括光源 激励单元能分别将测量所规定波长的光注入试验光纤的多路光源 如适用还包括激励单元 获取这多路光源的方法就是采用由图 所示的光开关 相连接的若干独立的光源 多路光源还能通过其他几种方法来获取 例如由星形分路器连接的并各自接通或关断的若干独立光源 或单个经可以开关控制的带通滤光器与光纤耦合的白光光源 本试验必须考虑的光源性能包括下列组成部分始终稳定 虽然本试验方法对每组测量都进行基准光功率测量但仍要

7、求绝对光功率输出的高稳定性因为每一组测量可能在几分钟时间内进行 这种稳定性通常与光检测器测量平均技术一起考虑偏振无关通常要进行衰减变化的监测这种衰减变化与被试器件和诸如分路器 开关和检测器之类装置组成部分插入损耗的偏振依赖性相比是较小的 因此通常规定低偏振度的光源是必要的如白炽灯白光光源或发光二极管 这些光源采用低偏振感应的光学系统与光纤耦合 或者可采用包括去偏振或偏振稳定化激光器的足够稳定的试验装置随时间变化的光谱纯度和光谱稳定性 特别在测量波长依赖性器件如多路复用器或衰减器时有必要采用一种不发射无关波长光的光源 这种无关波长光功率大小可能影响测量准确度输出功率水平因回波损耗测量通常涉及高度

8、衰减的信号所以为使测得的信号保持在光功率计测量范围之内 需要具有至少 输出功率的光源监测设备一个能监测经对应于被试器件和基准光路多个光路传输光的装置在方法 中通过一个 分路器 将光分成 路并形成各监测通道 图 以框图显示了该装置 图中 为多路光源 为方向性分路器以及 和 是光检测器 在该装置中 分路器通道 引出端所示的器件组合配置在 个通道中的每一个光路上重复出现 对于被试器件通道数目少 本方法是可用的因为本方法需要多个分路器和检测器图 方法 装置在方法 中采用了经由被试器件的光路转换开关 如图 所示的装置由方向性分路器和两个的计算机控制的光开关组成 这些开关的通道数多到足以将被试器件通道 一

9、个或多个基准光路和基准反射通道互连起来图 方法 通过光功率监测进行衰减和回波损耗监测的装置本试验应考虑的开关性能包括重复性 开关每个通道插入损耗应具有高重复性因为该参数会直接降低被试器件衰减或回波损耗测量的准确度 而且 因环境试验通常在持续的时间周期内进行 所以应在整个试验期间考虑开关的重复性回波损耗 方法 和方法 的回波损耗测量可能会受诸如分路器开关和光纤这样的装置部件过度的光反射限制检测器工作波长范围与被试器件一致的检测器应具有高动态范围并具有将基准电平调至零的性能应按详细规范的规定 采用将来自检测器 和 图 和 图 的反射功率减小至可接受程度的程序滤模器在单模光纤的情况下采用沿每一个测量

10、通道施加的滤模器以消除高阶模 不希望出现 有关的测量不准确性 应采取措施避免包层模影响测量 须靠光纤长度固有的作用或加包层模消除器来消除包层模临时接点将被试器件接入试验通道的临时接点 通常试验的稳定性要求会对采用机械式接头或熔接式接头提出要求方法 和方法这些程序对应的装置和进行被试器件测量的配置如图 和图 所示 它由下列器件构成是一种自动试验装置 采用能产生一个或多个脉冲宽度和脉冲重复率的 准确度应适合于测量要求并应在详细规范中规定包括中心波长谱宽空间分辨率图 采用 监测衰减和回波损耗的装置 方法 双向注意回波损耗测量所要求的长平均时间可能限制连续测量的最小时间周期缓冲光纤光纤段应足够长以使

11、能在空间上分辨被试器件图 采用 监测衰减和回波损耗的装置 方法 单向光开关一个或两个计算机控制的光开关 这些光开关的关键特点如本程序方法 和方法 所规定 具有下列差异重复性 方法 和方法 中不太需要每个通道衰减均具有非常高的长期重复性 因为 能区分开关和被试器件回波损耗 在方法 和方法 中 要求很高的光开关回波损耗因为这些反射可能使测量信号难以分辨光开关回波损耗取决于所采用的具体滤模器在单模光纤的情况下采用沿每一个测量通道施加的滤模器以消除高阶模 不希望出现 有关的测量不准确性 应采用措施避免包层模影响测量 须靠光纤长度固有的作用或加包层模消除器来消除包层模临时接点将被试器件接入试验通道的临时

12、接点这些接点可为机械式接头或熔接式接头 但应特别注意降低来自接点的反射使其不影响 测量程序方法本方法由测量通过的功率在图 中 处测得 和反射的功率在图 中 处测得 并将他们与图中 处测得的基准功率相比较来对应力箱中被试器件组的衰减和回波损耗进行周期性监测 光源和 分路器的组合应使每个输出端口的分光比恒定 因为这种恒定的分光比将决定监测准确度衰减监测 方法 供选择对 分路器的每一个端口 周期性地取 和 的读数 这些读数比率的对数与对应的被试器件衰减 以 为单位 成正比 周期性地监测和计算该比率的变化以确定连接到 分路器每个端口上的被试器件衰减的偏差 试验结果表示的一般方法是对 和 读数比率的变化

13、 作为时间的函数作图回波损耗监测 方法对 分路器的每一个端口周期性地取 和 的读数 这些读数比率的对数与对应的被试器件回波损耗以 为单位成正比 周期性地监测和计算该比率的变化以确定连接到 分路器每个端口上的被试器件回波损耗的偏差 试验结果表示的一般方法是对 和 读数比率的变化作为时间的函数作图方法通常在图 所示的试验装置各部分处于计算机控制的情况下 按 开关的步进逐一对每一个被试器件进行基准测量和衰减 回波损耗测量并在器件经受应力的环境试验期间周期性地重复上述测量程序衰减监测 方法在 时间通道 中被试器件的衰减测量如下式中 归一化功率经由监测通道 的功率开关 和 设置在通道 所测得的功率通道

14、的常数当采用一个以上基准通道时 值为所有基准通道的平均值 图 中 显示了应力箱外基准通道这是一条光功率基准通道它被用于监测过度的光源功率漂移注意大写字母用于表示归一化功率小写字母用于表示测得的功率 通道 中的归一化功率是经通道 传输的功率减去经基准通道传输的功率平均值 采用归一化功率就能确定与光源强度变化无关的损耗 还应注意脚注 系指一组测量 即在一具体试验条件下的测量组 须加小心以使在确定 的一组测量进行期间不产生什么变化这种变化可能改变系统的功率大小以试验程序完成时所进行的截断测量来确定常数式中 在 光纤 点处见图 的截断测量功率在 光纤 点处见图 的截断测量功率进行截断测量时刻的 值图

15、截断测量定位传输确定 的测量程序是首先进行 测量然后进行 截断测量 再进行 截断测量 采用带裸光纤转接器的功率计进行 和 的测量回波损耗监测 方法将开关 设在 通道 开关 设在 通道 通道 时刻被试器件回波损耗测量如下式中 通道 的归一化功率注意在回波损耗计算中 归一化功率为通道 功率减去通道 功率开关 设在通道 开关 设在通道 时测得的功率式中 以开关 和开关 通道 的光纤直接接在一起而开关之间无器件测得的归一化反射功率常数对开关 通道 以基准回波损耗进行端接的光纤进行测量来对常数 求值 基准回波损耗就是其一端被端接回波损耗为已知的一段光纤式中 基准回波损耗作为基准回波损耗 进行端接的通道

16、的归一化功率式中 归一化反射功率 其在作为基准回波损耗 的端接点和 之间采用如芯轴卷绕的光纤中具有大的衰减当 时可采用下列回波损耗近似方法通常 和开关处于计算机控制之下 被试器件衰减和回波损耗测量按 开关步进逐一在双向进行 在被试器件经受应力的环境试验期间 周期性地重复测量程序衰减监测 方法通常 中的被试器件在时刻 的衰减测量如下式中 开关 设在通道 被试器件在 显示器上的功率变化见图与 相同但开关 设在通道 开关 设在通道通道 的常数图 对被试器件的响应注在图 的装置中采用标为 的基准监测通道来监测相对于应力箱中被试器件的光纤本身可能发生的功率变化因这是监测所以认为只有衰减变化才有意义 因此

17、初始测量的 的变化是重要的指标 而不是 的绝对值确定 的测量程序首先是进行 和 测量以双波长光源替换 进行 截断测量然后进行 截断测量 和 测量采用裸光纤转接器和功率计进行 这些是不采用 进行的测量图 截断测量定位和 是正向和反向传输损耗与临时接点及模式消除器的损耗之和以试验程序完成时进行的截断测量来确定常数式中 在 光纤 点处截断测量功率见图在 光纤 点处截断测量功率见图和 在回截测量时进行的测量回波损耗监测 方法开关 设在进行回波损耗测量的通道 按下列规定进行回波损耗测量注意对窄光脉冲 宽度小于 检测器的响应带宽可能会限制测量准确度 在这种情况下 回波损耗应对照基准后向反射元件进行校准通道

18、 中的被试器件在时刻 的回波损耗如下式中 曲线上反射信号高度见图通道 的常数常数 可采用下列公式进行求值式中 光纤的后向散射系数 对大多数单模光纤在 波长下大致为 在 波长下大致为 对 的准确求值参见 中脉冲时间宽度当 时 对回波损耗可采用下列近似对 求值的一个替代方法是将具有已知回波损耗的接头接入开关 通道 光纤上 基准回波损耗 就是其一端被端接回波损耗为已知的一段光纤式中 基准回波损耗值方法本方法作用类似于方法 但说明在监测时不进行 双向测量也能得到令人满意的测量结果 在 上单向测得的被试器件衰减和回波损耗的变化可作为被试器件性能的依据 因此 如图所示装置仅包括一个 开关因此通道 中被试器件在时刻 的相对衰减为注 正如方法 对于监测而言 重要指标是初始值 的变化回波损耗在 中给出规定细节方法 和方法光源参数开关或 分路器参数检验基准回波损耗以及如何以低插入损耗将其插入到基准通道中去的方法测量周期器件初始衰减范围减小反射功率的程序分路器参数性能要求允许的衰减和回波损耗变化偏差方法 和方法参数开关参数光纤长度和特性 缓冲光纤测量周期器件初始衰减范围性能要求允许的衰减和回波损耗变化偏差