北京交通大学：《光纤测量原理》课程教学课件（讲稿）第二讲 光纤测量基础理论

光纤测量的基本内容①对光纤的特性参数，如几何特性参数、光学特性参数和传输特性参数进行定量的测定。①ITU（国际电信联盟）的G650建议规范了光纤相关参数的定义和测量方法。①基准法（RTM）就是严格按照光纤某一给定特性的定义进行的测量方法，替代法（ATM）则是在某种意义上与给定特性的定义相一致的测量方法。①当对测量结果有争议时，应以基准法为准

Ø 对光纤的特性参数，如几何特性参数、光学特性 参数和传输特性参数进行定量的测定。 Ø ITU（国际电信联盟）的G650建议规范了光纤相关 参数的定义和测量方法。 Ø 基准法（RTM）就是严格按照光纤某一给定特性的 定义进行的测量方法，替代法（ATM）则是在某种 意义上与给定特性的定义相一致的测量方法。 Ø 当对测量结果有争议时，应以基准法为准。 光纤测量的基本内容 内容综述

表 ITU-T G650建议测量方法应用范围项目替代法基准法（RTM）(ATM)插入法、背多模、单模光剪断法衰减 （损耗）纤向散射法干涉法、脉色散单模光纤相移法冲时延法传输功率法、分截止波长单模光纤离轴心法多模、单模光折射率分布折射近场法纤远场扫描法、可模场直径近场扫描法单模光纤变孔径法偏振态(SOP）法，斯托克斯参数评偏振模色散单模光纤干涉法，固定价法分析法单模光纤非线性属性ITU还在研究ITU还在研究

项目 测量方法 应用范围 基准法（RTM ） 替代法 （ATM） 衰减（损耗） 剪断法 插入法、背 向散射法 多模、单模光 纤 色散 相移法 干涉法、脉 冲时延法 单模光纤 截止波长 传输功率法、分 离轴心法 单模光纤 折射率分布 折射近场法 多模、单模光 纤 模场直径 远场扫描法、可 变孔径法 近场扫描法 单模光纤 偏振模色散 斯托克斯参数评 价法 偏振态 （SOP）法， 干涉法，固定 分析法 单模光纤 非线性属性 ITU还在研究 ITU还在研究 单模光纤 表 ITU-T G650建议

光纤测量的基本内容S1光纤折射率分布和几何参数的测量*S2光纤损耗测量*S3光纤色散测量*s4光纤模场直径及截止波长测量s5光纤系统转换器和元件连接*S6其它

光纤测量的基本内容 §1 光纤折射率分布和几何参数的测量* §2 光纤损耗测量* §3 光纤色散测量* §4 光纤模场直径及截止波长测量 §5 光纤系统转换器和元件连接* §6 其它

光纤折射率分布和几何参数的测量1.1、光纤制造技术与光缆1.1.1光纤制造技术1. 1. 2 光缆1.2、光纤的基本结构与分类1.2.1 光纤基本结构1.2.2 光纤折射率分布的类型1.2.3单模光纤与多模光纤1.3、光纤的折射率分布和几何参数的测量1. 3. 1 折射近场法1.3.2 近场扫描法1. 3. 3 反射法

1 光纤折射率分布和几何参数的测量 1.1、光纤制造技术与光缆 1.1.1 光纤制造技术 1.1.2 光缆 1.2、光纤的基本结构与分类 1.2.1 光纤基本结构 1.2.2 光纤折射率分布的类型 1.2.3 单模光纤与多模光纤 1.3、光纤的折射率分布和几何参数的测量 1.3.1 折射近场法 1.3.2 近场扫描法 1.3.3 反射法

光纤通信基础光纤制造技术与光缆1.光纤制造技术2.光缆2024/4/21

2024/4/21 6 光纤制造技术与光缆 1.光纤制造技术 2.光缆 光纤通信基础

光纤通信基础光纤制造技术1.基本技术及原理2.内部气相沉积法3.外部气相沉积法4.拉丝工艺2024/4/21

2024/4/21 7 光纤通信基础 光纤制造技术 1.基本技术及原理 2.内部气相沉积法 3.外部气相沉积法 4.拉丝工艺

光纤通信基础光纤制造技术石英光纤的生产工艺包含制作光纤预制棒和拉丝两个步骤。1.第一步首先制作出与所要得到的光纤在几何结构和折射率分布结构上完全相同但尺寸大数百倍的光纤预制棒。预制棒典型尺寸为：直径1～2cm，长度～m。2.第二步将预制棒在高温下软化并拉制成所需尺寸的光纤，为了增加石英光纤的抗拉和抗弯折特性及耐久性，在拉丝的同时需要对光纤用树脂材料进行涂覆。最终所获得的光纤直径可以通过调节拉丝参数进行精确控制，但光纤的折射率分布结构完全由预制棒的折射率分布决定。因此制作光纤预制棒是光纤制造中较为重要和关键的工艺过程。2024/4/21+

2024/4/21 8 石英光纤的生产工艺包含制作光纤预制棒和拉丝两个步骤。 1. 第一步首先制作出与所要得到的光纤在几何结构和折射率分布结构上完 全相同但尺寸大数百倍的光纤预制棒。 预制棒典型尺寸为：直径1～2cm，长度～m。 2. 第二步将预制棒在高温下软化并拉制成所需尺寸的光纤，为了增加石英 光纤的抗拉和抗弯折特性及耐久性，在拉丝的同时需要对光纤用树脂材料进行 涂覆。 最终所获得的光纤直径可以通过调节拉丝参数进行精确控制，但光纤的折 射率分布结构完全由预制棒的折射率分布决定。因此制作光纤预制棒是光纤制 造中较为重要和关键的工艺过程。 光纤通信基础 光纤制造技术

光纤通信基础光纤制造技术光纤预制棒的折射率分布是通过控制在纯石英（Si02）中各种微量掺杂材料的种类和剂量而实现的。常用的掺杂材料有锗（Ge02）、硼（B203）、磷（P205）、氟（F）和铝（A1203）等。实验表明，在石英中掺入Ge、P和A1可提高材料的折射率，掺入B和F则使其折射率降低，且在微量掺杂情况下，材料的折射率与掺杂浓度呈线性关系。n,L(2.8.1Dt =t , -ti2024/4/21

2024/4/21 9 光纤预制棒的折射率分布是通过控制在纯石英（SiO2）中各种 微量掺杂材料的种类和剂量而实现的。 常用的掺杂材料有锗（GeO2）、硼（B2O3）、磷（P2O5）、 氟（F）和铝（Al2O3）等。 实验表明，在石英中掺入Ge、P和Al可提高材料的折射率，掺入 B和F则使其折射率降低，且在微量掺杂情况下，材料的折射率与掺 杂浓度呈线性关系。 光纤通信基础 光纤制造技术 （2.8.1 ）

光纤通信基础光纤制造技术Ge021.46P20s1.45幸射B20;1.44I1.43F-1111.420268410121416掺杂浓度/mol%图2.8.11.55um处各种掺杂石英玻璃的折射率随掺杂浓度的变化2024/4/2110

2024/4/21 10 光纤通信基础 光纤制造技术 图2.8.1 1.55um处各种掺杂石英玻璃的折射率随掺杂浓度的变化

光纤通信基础光纤制造技术光纤预制棒的制作方法化学气象沉淀法（chemical vapor deposition，CVD），以高纯卤化物为原料，经高温氧化获得所需组分的石英玻璃沉淀物。要求制作光纤的原材料和各种载运气体的纯度要求达ppb量级，即其中所含的过渡重金属、氢氧根等杂质浓度仅约为十亿分之一（10-9）。优势充分消除和降低材料中的重金属离子和OH-等各种杂质吸收损耗。注意：除光纤基质材料本身的本征吸收损耗外光纤损耗的大小直接取决于光纤的材料的纯度。2024/4/2111

2024/4/21 11 光纤通信基础 光纤制造技术 光纤预制棒的制作 要 求 优 势 方 法 注意：除光纤基质材料本身的本征吸收损耗外， 光纤损耗的大小直接取决于光纤的材料的纯度。 化学气象沉淀法（chemical vapor deposition ,CVD），以高纯卤 化物为原料，经高温氧化获得所需组分的石英玻璃沉淀物。 制作光纤的原材料和各种载运气体的纯度要求达ppb量级，即其中 所含的过渡重金属、氢氧根等杂质浓度仅约为十亿分之一（10-9）。 充分消除和降低材料中的重金属离子和OH-等各种杂质吸收损耗