光纤与光缆的截止波长 一、概述 单模光纤,顾名思义,应当只能传输一种模式(基模LP01)的光,以便尽可能的为通信系统提供最大带宽。但这种行为取决于窗口的工作波长以及光纤的性能参数,如光纤的芯径以及芯、包层间的折射率的差值Δ。 截止波长指的是,单模光纤通常存在某一波长,当所传输的光波长超过该波长时,光纤只能传播一种模式(基模)的光,而在该波长之下,光纤可传播多种模式(包含高阶模)的光。 理论分析表明,光纤中能够传播的模式数是有限的,只有满足全反射和相位一致条件的模式才能在光纤中传播,而其它模式则被截止。 实现单模传输条件是：归一化频率V小于其归一化截止频率Vc(V≤Vc)。 α- 折射率分布指数 对阶跃型多模光纤:α→∞,Vc =2.405 抛物型光纤:α=2,Vc =3.533 三角形折射率分布:α=1,Vc =4.379 对应的截止波长λc为： n1- 芯折射率指数 a - 芯径 Δ-相对折射率 理论截止波长对通信网络的设计,用途不大,因而国际标准化组织ITU、IEC和EIA都定义了实际截止波长的测定方法,给出了光纤截止波长λc与光缆截止波长λcc的国际标准。 光纤截止波长一般由光纤制造商测定。光缆截止波长与光纤截止波长有很强的关联性,另外还与光纤及光缆的类型,长度以及附加环有关。光缆截止波长实质上要比光纤截止波长低,对系统设计者而言,光缆截止波长更为有用。为避免模式噪音问题,光缆截止波长应低1250nm,这也是多数系统的最小工作波长。 二、截止波长的国际标准 根据ITU的推荐G.650, 截止波长可定义为：
当光波长大于该波长时,高阶模全功率PLP11与基模全功率PLP01间的比率将降至0.1 dB以下。 在此定义中,第一高阶模LP11,在截止波长处将衰耗掉19.3dB。 依据此定义,还分别给出了光纤截止波长λc与光缆截止波长λcc的测试样品的采集标准光纤截止波长λc 的测试样品： 一段2米长,未成缆光纤,中间绕一半径为140 mm的圆环。 光缆截止波长λcc的测试样品： A)取一段长22米的光缆,其中两端各包1米长的未成缆光纤,为了模拟接头盒的效果,两端各绕制一个半径为40 mm的圆环。 由于一般的光纤生产厂没有成缆的光纤,因而ITU,IEC和EIA提出另一种,可供光纤生产厂的测试样品的采集标准： B)一段长22米的未成缆光纤,将中间20米绕制成半径≥140 mm的若干个圆环,两端仍然各含一个半径为40mm的圆环。 Bellcore文件GR-20提出了一种简便的测试样品的采集标准: C)一段两米长的光纤,其中绕制两个半径40 mm的圆环。 但是,这种测试方法仅对MCSM单模光纤,才能给出等值的结果。 三、测试结果的比较 文献中对两种未成缆MCSM光纤的光缆截止波长的测试方法进行了比较[测试样品的采集标准(B)和(C)]。测试样品选择了一些截止波长超过标准的光纤,以便发现最佳的映射图形。图1,给出了两个测试标准所得到的光纤与光缆截止波长的对应结果。 由两种未成缆光纤测试标准给出的结果所拟合的曲线非常吻合(22米未成缆光纤及Bellcore 2米未成缆光纤)。这说明光纤样品的长度对光缆截止波长的测量结果,没有多大影响,至少对MCSM光纤是这样的。 即使光纤的截止λc达到1330nm,但光缆截止波长仍然低于1250nm。在这些测试标准中,截止波长大约漂移100nm；大多数漂移是由于两种测试方法所定义的不同的弯曲所引起的(光纤是一个半径140mm的圆环,光缆的是二个40mm的圆环)。 我们对市场上G.655光纤的进行取样测试,也可发现同样的的变化趋势,光纤在成缆前后其截止波长有较大幅度的降低,只是G.655光纤,在成缆前后其截止波长降低幅度要大于G.652光纤,一般其漂移量都达到150nm以上,这就是说对G.655光纤而言,其光纤的截止波长达到1600nm,其光缆截止波长
光谱学测量的基础是测量光辐射与波长的对应关系。一般来说，光谱学测量的直接结果是由很多个离散的点构成曲线，每个点的横坐标（X轴）是波长，纵坐标（Y轴）是在这个波长处的强度。因此，一个光谱仪的性能，可以粗略地分为下面几个大类： 1. 波长范围（在X轴上的可以测量的范围）； 2. 波长分辨率（在X轴上可以分辨到什么程度的信号变化）； 3. 噪声等效功率和动态范围（在Y轴上可以测量的范围）； 4. 灵敏度与信噪比（在Y轴上可以分辨到什么程度的信号变化）； 5. 杂散光与稳定性（信号的测量是否可靠？是否可重现）； 6. 采样速度和时序精度（一秒钟可以采集多少个完整的光谱？采集光谱的时刻是否精确？）1. 波长范围 波长范围是光谱仪所能测量的波长区间。最常见的光纤光谱仪的波长范围是400nm-1100nm，也就是可以探测可见光和一部分近红外的光。使用新型探测器可以使这个范围拓展至 200nm-2500nm，即覆盖紫外、可见和近红外波段。光栅的类型以及探测器的类型会影响波长范围。一般来说，宽的波长范围意味着低的波长分辨率，所以用户需要在波长范围和波长分辨率两个参数间做权衡。如果同时需要宽的波长范围和高的波长分辨率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。 2. 波长分辨率 顾名思义，波长分辨率描述了光谱仪能够分辨波长的能力，最常用的光谱仪的波长分辨率大约为1nm，即可以区分间隔1nm的两条谱线。Avantes公司可以提供的最高的波长分辨率为 0.025nm。波长分辨率与波长的取样间隔（数据的x坐标的间隔）是两个不同概念。一般来说，高的波长分辨率意味着窄额度波长范围，所以用户需要在波长范围和波长分辨率两个参数间做权衡。如果同时需要宽的波长范围和高的波长分辨率，则需要组合使用多个光谱仪通道（多通道光谱仪）。 3. 噪声等效功率和动态范围 当信号的值与噪声的值相当时，从噪声中分辨信号就会非常困难。一般用与噪声相当的信号的值（光谱辐照度或光谱辐亮度）来表征能一个光谱仪所能够测量的最弱的光强(Y轴的最小值)。噪声等效功率越小，光谱仪就可以测量更弱的信号。狭缝的宽度、光栅的类型、探测器的类型等等参数都会影响噪声等效功率。因为这些参数也会影响波长范围和波长分辨率，用户需要在这些指标间做出取舍。对探测器制冷（Avantes公司的制冷型光谱仪）有助于减小探测器的热噪音，优化探测器检测弱光的能力。 动态范围描述一个光谱仪所能够测量到的最强的信号与最弱的信号的比值。最强的信号为光谱仪在信号不饱和情况下，所能测量的最大信号值，最弱的信号用上述的噪声等效功率衡量。动态范围主要受制于探测器的类型。传统上，动态范围是影响测量方便性的一个很关键的指标，但目前大部分光纤光谱仪都可以通过调整积分时间的方式等效地扩大动态范围，因此，动态范围一般不会对用户的测量带来困扰。 4. 灵敏度与信噪比 灵敏度描述了光谱仪把光信号变成电子学信号的能力，高的灵敏度有助于减小电路本身的噪声对结果影响。狭缝的宽度、光栅的类型、探测器的类型以及电路的参数都会影响灵敏度。衍射效率高的光栅和量子效率高的探测器都有利于提高光谱仪的灵敏度。人为地调高前置放大电路的放大倍数也会提高名义上的灵敏度，但并不一定有助于实际的测量。宽的狭缝会改善灵敏度，但也会降低分辨率，因此，需要用户综合考虑和权衡。
一、概述 单模光纤,顾名思义,应当只能传输一种模式(基模LP01)的光,以便尽可能的为通信系统提供最大带宽。但这种行为取决于窗口的工作波长以及光纤的性能参数,如光纤的芯径以及芯、包层间的折射率的差值Δ。 截止波长指的是,单模光纤通常存在某一波长,当所传输的光波长超过该波长时,光纤只能传播一种模式(基模)的光,而在该波长之下,光纤可传播多种模式(包含高阶模)的光。 理论分析表明,光纤中能够传播的模式数是有限的,只有满足全反射和相位一致条件的模式才能在光纤中传播,而其它模式则被截止。 实现单模传输条件是：归一化频率V小于其归一化截止频率Vc(V≤Vc)。 α- 折射率分布指数 对阶跃型多模光纤:α→∞,Vc =2.405 抛物型光纤:α=2,Vc =3.533 三角形折射率分布:α=1,Vc =4.379 对应的截止波长λc为： n1- 芯折射率指数 a - 芯径 Δ-相对折射率 理论截止波长对通信网络的设计,用途不大,因而国际标准化组织ITU、IEC 和EIA都定义了实际截止波长的测定方法,给出了光纤截止波长λc与光缆截止波长λcc的国际标准。 光纤截止波长一般由光纤制造商测定。光缆截止波长与光纤截止波长有很强的关联性,另外还与光纤及光缆的类型,长度以及附加环有关。光缆截止波长实质上要比光纤截止波长低,对系统设计者而言,光缆截止波长更为有用。为避免模式噪音问题,光缆截止波长应低1250nm,这也是多数系统的最小工作波长。 二、截止波长的国际标准 根据ITU的推荐G.650, 截止波长可定义为：
当光波长大于该波长时,高阶模全功率PLP11与基模全功率PLP01间的比率将降至0.1 dB以下。 在此定义中,第一高阶模LP11,在截止波长处将衰耗掉19.3dB。 依据此定义,还分别给出了光纤截止波长λc与光缆截止波长λcc的测试样品的采集标准光纤截止波长λc 的测试样品： 一段2米长,未成缆光纤,中间绕一半径为140 mm的圆环。 光缆截止波长λcc的测试样品： A)取一段长22米的光缆,其中两端各包1米长的未成缆光纤,为了模拟接头盒的效果,两端各绕制一个半径为40 mm的圆环。 由于一般的光纤生产厂没有成缆的光纤,因而ITU,IEC和EIA提出另一种,可供光纤生产厂的测试样品的采集标准： B)一段长22米的未成缆光纤,将中间20米绕制成半径≥140 mm的若干个圆环,两端仍然各含一个半径为40mm的圆环。 Bellcore文件GR-20提出了一种简便的测试样品的采集标准: C)一段两米长的光纤,其中绕制两个半径40 mm的圆环。 但是,这种测试方法仅对MCSM单模光纤,才能给出等值的结果。 三、测试结果的比较 文献中对两种未成缆MCSM光纤的光缆截止波长的测试方法进行了比较[测试样品的采集标准(B)和(C)]。测试样品选择了一些截止波长超过标准的光纤,以便发现最佳的映射图形。图1,给出了两个测试标准所得到的光纤与光缆截止波长的对应结果。 由两种未成缆光纤测试标准给出的结果所拟合的曲线非常吻合(22米未成缆光纤及Bellcore 2米未成缆光纤)。这说明光纤样品的长度对光缆截止波长的测量结果,没有多大影响,至少对MCSM光纤是这样的。 即使光纤的截止λc达到1330nm,但光缆截止波长仍然低于1250nm。在这些测试标准中,截止波长大约漂移100nm；大多数漂移是由于两种测试方法所定义的不同的弯曲所引起的(光纤是一个半径140mm的圆环,光缆的是二个40mm的圆环)。 我们对市场上G.655光纤的进行取样测试,也可发现同样的的变化趋势,光纤
第42卷第5期 2015年5月Vol.42,No.5May,2015 中国激光CHINESE JOURNAL OF LASERS 光纤光谱仪光路模拟优化及波长标定 徐丹阳1童建平1高建勋1汪飞2 1 浙江工业大学理学院,浙江杭州3100232杭州博源光电科技有限公司,浙江杭州310023 摘要光学系统是光谱仪的核心部件，决定了整个仪器的基本性能与体积。因此分析了几种光学系统的利弊，最终 确定采用交叉非对称切尔尼-特纳系统，并用Zemax 软件对光路进行了优化设计，确定整体分辨率为1.8nm ，测量范 围为200~900nm 。利用Matlab 软件求解最小二乘法三阶多项式的拟合系数，采用HG-1汞-氩校准光源对波长进行 三阶曲线拟合校正，使其相对波长误差控制在0.05nm 以内。与USB4000光纤光谱仪进行了数据对比分析，表明该 设计思路及方法切实可行。 关键词光学设计;光路;模拟优化;波长标定 中图分类号O433.1;O435文献标识码A doi:10.3788/CJL201542.0516003 Fiber Spectrometer Optical Simulation Optimization and Calibration Xu Danyang 1 Tong Jianping 1Gao Jianxun 1Wang Fei 21 College of Science,Zhejiang University of Technology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China 2Brolight Technology (Hangzhou)Co.,Ltd,Hangzhou,Zhejiang 310023,China Abstract The optical system is the core part of a spectrometer,and it determines the basic properties and the volume of the entire instrument.Advantages and disadvantages of several optical systems are analyzed,and the asymmetric Czerny-Turner system is adopted.The resulting optical path optimized with Zemax has an overall resolution of 1.8nm,and a measurement range of 200~900nm.Relative error of wavelength is controlled to be below 0.05nm,with cubic spline interporlation coefficients obtained from Matlab and HG-1mercury-argon used as the calibration light source.Analyses on data for comparision with the USB4000fiber spectrometer show that both of the design and implementation are feasible. Key words optical design;optical path;simulation optimization;wavelength calibration OCIS codes 220.4830;080.4295;060.2370 收稿日期:2014-11-14;收到修改稿日期:2014-12-30 基金项目:浙江省教育厅科研项目(Y201329607) 作者简介:徐丹阳(1983—)，男，硕士，实验师，主要从事光电探测技术方面的研究。E-mail:xudanyang@https://www.doczj.com/doc/4111407795.html, 1引言光谱仪是现代光学仪器的重要组成部分，是对物质成分、结构进行观测、分析和处理的基本设备之一[1-2]。它将不同频率的光辐射按照一定的物理规律(光的色散、衍射原理)分解开来，形成相应的光谱，并结合计算 机技术、电子技术和精密机械实现对该光谱波长、强度的测量与研究[3-5]。准直、 分光和聚焦成像系统构成了仪器的光学系统，是整个光谱仪的核心部件，并决定了整台仪器的基本性能与体积。李特洛光学系统由于使用一面反射镜作为准直和聚焦镜，因此必将存在二次和多次衍射，造成系统的杂散光过大；夏帕-格兰茨系统由于离轴抛物面反射镜加工难度大，因此系统成本高，同时装配和调试难度也大；伯特-法斯梯系统也存在着二次和多次衍射，且采用一面反射镜，自由度较小，装调较为复杂[6-12]。本文采用的非对称式切尔尼-特纳系统不仅可避免二次和多次衍射，而且方便了反射镜的加工和装调，同时可保证系统的分辨率。使用 Zemax 软件进行光路设计并优化后得到整机体积为91mm×60mm×34.5mm 、波长范围为200~900nm 、分辨率为1.8nm 的微型光纤光谱仪。采用特征光谱定标法对光谱仪进行波长标定[13-14]， 通过三阶多项式拟合的方法实现电荷耦合元件(CCD)像素与波长的匹配，使最终实测误差控制在0.05nm 以内。
光纤通信课后习题答案 第一章习题参考答案 1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？ 答：第一根光纤大约是1950年出现的。传输损耗高达1000dB/km 左右。 2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。 答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。 系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。 中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。 第二章 光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？ 答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。 2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？ 答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T 关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G .652光纤（常规单模光纤）、G .653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G .655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 （2）阶跃型光纤的折射率分布 () 21 ???≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121?????≥
光谱仪重要参数定义 ◆CCD 电荷耦合器件(Charger Coupled Device,缩写为CCD ),硅基光敏元件的响应范围在短波近红外区域。 ◆PDA 二极管阵列(Photodiode Array,缩写为PDA)、光电二极管阵列就是由多个二极管单元(象素)组成的阵列,单元数可以就是102,256或1024。当信号光照射到光电二极管上时,光信号就会转换成电信号。大部分光电二极管阵列都包括读出/积分放大器一体式的集成化信号处理电路。光电二极管的优点就是在近红外灵敏度高,响应速度快;缺点就是象元数较少、在紫外波段没有响应。 ◆薄型背照式 薄型背照式电荷耦合器件(BT—CCD,Back Thinned Charge Coupled Device),采用了特殊的制造工 艺与特殊的锁相技术。首先,与一般CCD相比,硅层厚度从数百微米减薄到20μm以下;其次,它采用背照射结构,因此紫外光不必再穿越钝化层。因此,不仅具有固体摄像器件的一般优点,而且具有噪声低,灵敏度高、动态范围大的优点。 BTCCD有很高的紫外光灵敏度,它在紫外波段的量子效率可以瞧到,在紫外波段,量子效率超过40％,可见光部分超过80％,甚至可以达到90％左右。可见,BTCCD不仅可工作于紫外光,也可工作于可见光,就是一种很优秀的宽波段检测器件。 ◆狭缝 光源入口。狭缝面积影响通过的光强度。狭缝宽度影响光学分辨率。 ◆暗电流 未打开光谱仪激发光源时,感光器件接收到的光电信号。主要影响因素有温度,电子辐射等。 ◆分辨率 光学分辨率定义为光谱仪可以分开的最小波长差。要把两个光谱线分开至少要把它们成象到探测器的两个相临象元上。分辨率依赖于光栅的分辨本领、系统的有效焦长、设定的狭缝宽度、系统的光学像差以及其它参数。光栅决定了波长在探测器上可分开的程度(色散),这对于分辨率来说就是一个非常重要的变量。另一个重要参数就是进入到光谱仪的光束宽度,它基本上取决于光谱仪上安装的固定入射狭缝或入射光纤 芯径(当没有安装狭缝时)。狭缝的尺寸有:10,25或50μm×1000μm(高)或100,200或500μm×2000μm(高)。在指定波长处,狭缝成象到探测器阵列上时会覆盖几个象元。而如果要分开两条光谱线,就必须把它们色散到这个象尺寸加上一个象元。当入射光纤的芯径大于狭缝的宽度时,分辨率就要由狭缝的宽度(有效宽度)来决定。 光谱仪分辨率可近似如下度量:R∝M·F/W 其中M为光栅线数,F为谱仪焦距, W为狭缝宽度。 ◆色散 光谱仪的色散决定其分开波长的能力。光谱仪的倒线色散可计算得到:沿光谱仪的焦平面改变距离χ引起波长λ的变化,即:Δλ/Δχ=dcosβ/mF 这里d、β、F分别就是光栅刻槽的间距、衍射角与系统的有效焦距,m为衍射级次。由方程可见,倒线色散不就是常数,它随波长变化。在所用波长范围内,变化可能超过2倍。 ◆光栅与闪耀波长
技术附件1：光纤的技术标准、制造方法及质量保证措施 一、技术标准 UA( ITU-T G.657 A2 ) 概述 UA(ITU-T G.657 A2) 是一种新型抗弯曲接入网用单模光纤，其弯曲半径仅7.5mm。适用于LAN/WAN以及FTTH等工程。 光纤主要参数
5有效群折射率 在1310nm 1.466 在1550nm 1.467 6 制造长度 交货长度为标准段长为24.45km、48.85km，如有特殊要求除外。光纤入库时，内端长度大于5米。 标准发运盘具尺寸 法兰盘直径235mm 265mm 横宽108mm 186mm 轴孔直径25.4mm 25.4mm
二、生产工艺及制造方法 G.657A 2光纤其制造方法为在拉丝塔上将购买的预制棒直径缩小，且保持芯包比和折射率分布不变。其工序如下： 三、质量保证措施 质量保证主要体现在以下几方面： 1、公司按GB/T19001：2008的要求建立、实施、改进质量管理体系，以顾客为中心，以品质为根本，依据八项质量管理原则、过程方法，建立和健全以内部审核、预防措施为基础的自我完善机制，进行全面质量管理。 2、供应商的评价、选择和控制 公司对初选供方的价格、交货期、售后服务、提供产品和服务的能力、供货记录、已证实的产品质量和质量的保证能力，包括生产能力和交货能力，以及信誉等情况进行综合评价、筛选。然后对供方提供的样品进行检验、试用，确定出合格供方。之后每年对合格供方进行一次跟踪复评。 3、原材料检验 针对光纤的主要材料有预制棒和涂覆树脂。对于预制棒和涂覆树脂的质量通过日本住友公司和公司质保部及成都普天电缆实验室进行双重检验加以保证。日本住友公司在出厂时提供详细的质量保证书。 4、过程检验 操作人员按工艺技术文件和检验规程对拉丝光纤进行检验，并作好中间检验记录。过程检验项目，除了常规检验外，还进行了光纤扭转，拉丝光纤首段和尾段宏弯试验等。 5、成品检验 成品光纤检验包括入库检验和型式试验。 操作人员按产品标准或技术指导书和检验规程对成品光纤进行检验。 光纤正常生产时，每半年进行一次型式检验。包括机械性能、温度环境性能
光纤通信期中考试试题（简答） （开卷90分钟内完成，1~5题每题6分，6~15题每题7分，共100分） 1、 光纤的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。 其中纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径d1=4μm～50μm，单模光纤的纤芯为4μm～10μm，多模光纤的纤芯为50μm。纤芯的成分是高纯度SiO2，作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传输光信号。包层：包层位于纤芯的周围。直径d2=125μm，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO2。略低于纤芯的折射率，即n1＞n2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm。 2、 光缆的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光缆由缆芯、护层和加强芯组成。 其中缆芯就是套塑光纤，护层对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层和外护层。内护层用来防潮。外护层起抗侧压、耐磨、抗紫外线、防湿作用，隔离外界的不良影响。加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。 3、 光纤的三个传输窗口是什么？光纤中的导波属于TM/TE/TEM/近似TEM波？ 0.85μm、1.31μm、1.55μm。 光纤中得电磁场近似为横电磁波（TEM波） 4、 什么是归一化频率V，V取值多少时光纤单模传输？什么叫光纤的截止波长？ 光纤的归一化频率V是一个综合性参数，与光纤的结构参数（纤芯的折射率n1、半径a、折射率相对差△）和工作波长0有关。其数值大小决定了弱波导光纤中电磁场的分布和传输情况。 光纤单模传输的条件是0 光谱仪器：微型光纤光谱仪Miniature Fiber Optic Spectrometer 微型光纤光谱仪Miniature Fiber Optic Spectrometer MFS 微型光纤光谱仪Miniature Fiber Optic Spectrometer 本公司的微型光纤光谱仪不但在工业、农业、医疗卫生、交通、环保、教育领域应用，还在各项前沿应用技术，如拉曼光谱、 微区荧光、分子光谱、等离子光谱、多光谱成像、诱导光谱、大气光谱有实际应用。 另外特种用途的光谱仪内部采用隔离真空室进行敏感器件的保护。大规模集成电路ASIC和处理器可实现用户算法定制、预处理以及保密功能。产品适合实验室检测、野外便携式检测、也适合7×24小时快速在线或者远距离无人值守监测，可以单机测量、也可以组网测量，可连接远程数据库或DCS分布控制系统 ★ MFS-4000系列紫外可见近红外光纤光谱仪 光纤光谱仪基于110mm光学平台，采用对称光路设计，为3648 像素 CCD 探测器阵列，测量范围覆盖了紫外可见和近红外，产品设计专门针对全光谱测量进行优化，适合各种吸收光谱、发射光谱、反射光谱、激光光谱、辐射源光谱等测量, 有优秀的信噪比和灵敏度。另外还可选择主动出发特性的型号MFS-4000P，专门针对频闪光源测试。 MFS-4000P的主动触发特性为：光谱仪在每次采集光谱信号时，发出触发电平，打开用户频闪光源，然后使得光源工作在特定的时间( 用户设定的触发脉冲宽度)。另外提供[触发延时]，该参数表示在光谱数据开始采集后的 N 微秒后，再触发光源。产品型号命名 MFS-4000 (后缀P表示主动触发特性) 光学设计平台对称式光路设计，110mm 焦距波长范围 200-1100nm 光栅 300lines@250nm & 750nm,混合衍射光栅杂散光 < 0.1% 灵敏度（评估） 96光子/计数（600nm） 探测器 3648个象素 信噪比 >350 ： 1 （10ms） AD 转换器 12 位， 2MHz 积分时间 4ms到 10s 接口USB2.0 数据传输速度 10ms(取决于传输数据量) 输出触发口 3.3V/5V TTL 电平，时间精度0.066μs，范围：0----积分时间 电源要求 5VDC USB 电源 狭缝尺寸 10μm，20μm，50μm，100μm，200μm 光学分辨率 0.4～10.0 nm 光纤连接 SMA905接口，与0.1-0.6mm的单股光纤相连外型尺寸 150mm*110mm*48mm 其它型号产品 □MFS-4000NIR 采用平像场光路设计，90mm焦距，专用于近红外光谱测试，适合波长范围：780-960nm □MFS-4000UV 采用对称光路设计，110mm焦距，专门针对紫外进行优化，适合波长范围：200-400nm □MFS-4000TC 采用了TE制冷到-10℃，大大提高系统灵敏度，可用于较弱光信号的测试。基于110mm对称光路平台，适合 波长范围：340-800nm。分辨率：0.4-10nm。 配套附件 □MFS-FB1 紫外可见近红外光纤，适合光谱范围：200-1100nm,数值孔径：0.22，光纤直径：400um，长度0.8m(其它长度可定制0.1m-10m)； □MFS-FB1 Y形光纤，适合波长范围：200-1100nm，数值孔径：0.22，入射光纤直径100um，出射光纤直径：400um，长度：1.5m。适合应用场合：反射测量，荧光激发等等。 光纤截止波长测试及影响因素 涂昌伟 Tu changwei 成都中住光纤有限公司 Chendu SEI Optical Fiber Co.,Ltd 摘要： 现代光纤通信中单模光纤已经作为的光传输主要媒介，由光纤的传输理论可知，把包层和芯层边界代入波动方程求解，可得LP11模截止时光纤只有单模即LP01模传输，对应的波长叫作截止波长。在通信链路中系统波长必须大于截止波长。国际电信联盟技术委员会ITU-T 根据不同的测试条件和环境规定了截止波长测试方法和替代方法及相应标准，本文主要针对用光谱传输功率法进行截止波长测试及影响测试截止波长的原因进行阐述。 关键词：单模光纤、截止波长、光谱传输功率法 Abstract: A Singlemode fiber is a primary optic transmission medium in modern Fiber-optic communication. With the fiber transmission theory ，we solve wave equations according to fiber ’s core-cladding boundary and know that fiber transmits only by Singlemode(LP01 mode) if the higher mode(LP11 mode) is cut-off. That wavelength is defined as cut-off wavelength. The system ‘s operating wavelength must be greater than the fiber cut-off wavelength in transmission-lank. The International Telecommunication Union Standardization Sector(ITU-T) rule the cut-off wavelength measuring method ,the substitution method and the corresponding standard by the deferent measuring factor and condition. This article describe the optic spectral transmitted power technique which measure the cut-off wavelength and the influent factor. Key words: a Singlemode fiber, cut-off wavelength, an optic spectral transmitted power technique 一． 截止波长的物理概念和定义 根据光纤中光传输的标量波动方程求解可知，单模光纤LP11模的截止波长为： ?= 221n V a c c πλ 1-1 对于阶跃型光纤，Vc=2.40483。由上式得到的截止波长，其与光纤芯层直径和折射率n 1有关,另外还和光纤的指数相对折射率有关系，大多数文献上称之为理论截止波长，记作λct 。在工程应用中λ ct 意义不大。一般中只在理论研究中有一定价值。 人们通常所说的截止波长是指测试截止波长，通过实践表明测试截止波长与所测光纤的长度和所处的状态有关(如弯曲和受到应力作用等)。为了使测试截止波长在工程应用中有实际意义，如在光纤生产中控制光纤拉丝张力，制造光缆和敷设光缆时控制其在工作波长有效单模传输等。国际电信联盟标准化部门在ITU-T G.650(2000/10)中将实际测量的截止波长分为三类并制定相应标准，根据测试条件和测试式样不同分为：光缆截止波长、光纤截止波长和跳 江苏中天科技股份有限公司二ＯＯ五年一月 光 纤 光 缆 基 础 知 识 目录 第一节光纤 (1) 分类 (1) 几何特性 (2) 传输特性 (3) 第二节光缆 (6) 着色工序 (6) 套塑工序 (7) 成缆绞合工序 (7) 护套工序 (9) 检验与试验 (10) 常见代号 (12) 附件：光缆型号命名方法 (13) 光缆型号命名一览表 (14) 二ＯＯ五年新工培训资料 企业精神：一丝不苟，一尘不染。 企业方针：以质立足，以严治厂。 质量方针：用户满意，精益求精。 产品质量目标：通过强化管理评审，建筑质量大堤，实现原材料检测率100%，出厂合格率100%，用户满意率100%。 企业发展目标：创中天品牌，跻身中国同行前列；定位21世纪,走出国门,为国争光。服务宗旨：了解用户，满足用户。 光通信：利用光频（光波）传输信息，分有线通信和无线通信。 系统包括光发送设备、传输媒质、光接受设备。 优点：a、传输衰减低，中继距离长； b、传输带宽宽，通信容量大； c、光缆尺寸小，重量轻； d、不受电磁感应，不受强电、雷电干扰； e、节省有色金属； f、适用于需防暴、高压和雷电的场合。 缺点：a、需要光端机和光中继器进行光—电转换和电—光转换； b、光纤材料较脆，应对光纤小心保护且光缆弯曲半径不宜过小； c、光纤接续较难； d、连接和测试需要专门的工具和高精度仪器。 第一节光纤 定义——传输光能的介质波导，由纤芯和包层组成。 §分类： 按折射率分布：分为突变型光纤、渐变型光纤(是光纤芯至包层的折射率随半径的变化)。 按传输模式：单模光纤（只能传输一种模式的光纤）、多模光纤（能传输多种模式的光纤）。 一、前言 光纤光缆行业领域的国际和国内标准很多，标准版本不断更新，新标准不断推出，为了给从事该领域工作的科研人员、光纤光缆制造者、广大用户及相关人员提供参考，本文特将光纤光缆行业领域最新国际和国内标准的情况作一简要介绍。 二、标准项目及名称 1.国际标准 1)国际电工委员会（IEC）标准 ●光纤标准： IEC60793-1-1（1995，第1版）光纤第1部分总规范总则 IEC60793-1-2（1995，第1版）光纤第1部分总规范尺寸参数试验方法 IEC60793-1-3（1995，第1版）光纤第1部分总规范机械性能试验方法 IEC60793-1-4（1995，第1版）光纤第1部分总规范传输特性和光学特性试验方法 IEC60793-1-5（1995，第1版）光纤第1部分总规范环境性能试验方法 IEC60793-2（1998，第4版）光纤第2部分产品规范 ●光缆标准： IEC60794-1-1（1999，第1版）光缆第1部分总规范总则 IEC60794-1-2（1999，第1版）光缆第1部分总规范光缆性能基本试验方法 IEC60794-2（1989，第1版）光缆第2部分产品规范 IEC60794-3（1998，第2版）光缆第3部分管道、直埋、架空光缆─分规范 IEC60794-4-1（1999，第1版）光缆第4部分高压电力线架空光缆（OPGW） 2)国际电信联盟（ITU-T）标准 ITU-TG.650（1997）单模光纤相关参数的定义和试验方法 ITU-TG.651（1993） 50/125μm多模渐变型折射率光纤光缆特性 ITU-TG.652（1997）单模光纤光缆特性 ITU-TG.653（1997）色散位移单模光纤光缆特性 ITU-TG.654（1997）截止波长位移型单模光纤光缆特性 ITU-TG.655（1996）非零色散位移单模光纤光缆特性 3)其他国外标准 安装在架空电力线路上的全介质自承式光缆（ADSS）IEEE（电气与电子工程师协会）标准2.国内标准： 1)国家标准 ●光纤标准: GB/T15972.1-1998（第1版）光纤总规范第1部分总则 GB/T15972.2-1998（第1版）光纤总规范第2部分尺寸参数试验方法 GB/T15972.3-1998（第1版）光纤总规范第3部分机械性能试验方法 GB/T15972.4-1998（第1版）光纤总规范第4部分传输特性和光学特性试验 方法 GB/T15972.5-1998（第1版）光纤总规范第5部分环境性能试验方法 ●光缆标准： GB/T7424.1-1998（第1版）光缆第1部分总规范 2)通信行业标准 光纤光缆最新国际和国内标准介绍 发表时间： 2006-10-07 09:59 作者：中国连接器网 一、前言 光纤光缆行业领域的国际和国内标准很多，标准版本不断更新，新标准不断推出，为了给从事该领域工作的科研人员、光纤光缆制造者、广大用户及相关人员提供参考，本文特将光纤光缆行业领域最新国际和国内标准的情况作一简要介绍。 二、标准项目及名称 1.国际标准 1)国际电工委员会（IEC）标准 ●光纤标准： IEC60793-1-1（1995，第1版）光纤第1部分总规范 总则 IEC60793-1-2（1995，第1版）光纤第1部分总规范 尺寸参数试验方法 IEC60793-1-3（1995，第1版）光纤第1部分总规范 机械性能试验方法 IEC60793-1-4（1995，第1版）光纤第1部分总规范 传输特性和光学特性试验方法 IEC60793-1-5（1995，第1版）光纤第1部分总规范 环境性能试验方法 IEC60793-2（1998，第4版）光纤第2部分产品规范 ●光缆标准： IEC60794-1-1（1999，第1版）光缆第1部分总规范 总则 IEC60794-1-2（1999，第1版）光缆第1部分总规范 光缆性能基本试验方法 IEC60794-2（1989，第1版）光缆第2部分产品规范 IEC60794-3（1998，第2版）光缆第3部分管道、直埋、架空光缆─分规范 IEC60794-4-1（1999，第1版）光缆第4部分高压电力线架空光缆（OPGW） 2)国际电信联盟（ITU-T）标准 ●光纤标准： ITU-TG.650（1997）单模光纤相关参数的定义和试验方法 ITU-TG.651（1993） 50/125μm多模渐变型折射率光纤光缆特性 ITU-TG.652（1997）单模光纤光缆特性 ITU-TG.653（1997）色散位移单模光纤光缆特性 ITU-TG.654（1997）截止波长位移型单模光纤光缆特性 ITU-TG.655（1996）非零色散位移单模光纤光缆特性 3)其他国外标准 安装在架空电力线路上的全介质自承式光缆（ADSS）IEEE （电气与电子工程师协会）标准 2.国内标准： 1)国家标准 ●光纤标准: GB/T15972.1-1998（第1版）光纤总规范第1部分总则 GB/T15972.2-1998（第1版）光纤总规范第2部分尺寸参数试验方法 GB/T15972.3-1998（第1版）光纤总规范第3部分机械性能试验方法 GB/T15972.4-1998（第1版）光纤总规范第4部分传输特性和光学特性试验 ITU-T光纤和光缆特性标准研究新进展 New Progress on Standard Study for Optical Fiber and Cables by ITU-T 国际电信联盟ITU-T SG15（第十五研究组）于2000年颁布了光纤标准最新版本后，在2001-2004年研究期的前几次会议上，又继续对G.650(2000)《单模光纤相关参数的定义和试验方法》、G.652(2000)《单模光纤光缆特性》、G.653(2000)《色散位移单模光纤光缆特性》、G.654(2000)《截止波长位移型单模光纤光缆特性》、G.655(2000)《非零色散位移单模光纤光缆特性》等建议提出修订文稿，2003年1月20日至31日在日内瓦召开的会议上，通过了G.652和G.655的修订文稿，G.650、G.653、G.654修订文稿将在今年10月和2004年5月通过。 此外，该研究组又起草了一个新建议G.656《宽带光传输用非零色散单模光纤和光缆特性》（Characteristics of a fibre and cable with non-zero dispersion for wideband optical transport），该建议将在今年10月通过。 本文主要介绍ITU-T光纤光缆特性建议最新研究进展情况，重点介绍G.652和G.655的修订内容。 一、ITU-T建议G.652(2003-01) 1、G.652光纤的类别 G.652类型光纤由2000年版本的三个类别进一步分为了G.652A G.652B、G.652C、G.652D四个类别，增加了G.652D。主要根据光纤支持的应用对PMD的要求和1383nm衰减的要求区分。 G.652A光纤主要支持ITU-T G.957规定的SDH传输系统、G.691 规定的带光放大的单通道直到STM-16的SDH传输系统，和对于G.693应用的直到40km的10Gbit/s以太网系统及STM-256。 G.652B光纤主要支持更高速率例如在G.691和G.692传输系统 中直到STM-64应用，在G.693和G.959.1中对于STM-256的某些应用。 G.652C光纤（即波长段扩展的非色散位移单模光纤，又称为低 水峰光纤）的属性与G.652A的属性是类似的，除了允许使用在1360nm-1530nm扩展波长范围外。 G.652D光纤的属性与G.652B的属性是类似的，除了允许使用 在1360nm-1530nm扩展波长范围外。 2、光纤的主要技术指标 G.652A、G.652B、G.652C、G.652D四个类别光纤的主要技术 指标如表1、表2所列。 为了便于与2000年版本的比较，表中同时给出了2000版本的 主要技术指标。 电线、光缆的认识 电线、光缆 1. 简述光纤的组成。 答：电线由两个基本部分组成：由透明的光学材料制成的芯和包层、涂敷层。 2.描述电线路传输特性的基本参数有哪些？唯雅诺https://www.doczj.com/doc/4111407795.html,/ 答：包括损耗、色散、带宽、截止波长、模场直径等。 3.产生电线衰减的原因有什么？ 答：电线的衰减是指在一根电线的两个横截面间的光功率的减少，与波长有关。造成衰减的主要原因是散射、吸收以及由于连接器、接头造成的光损耗。 4.电线衰减系数是如何定义的？ 答：用稳态中一根均匀电线单位长度上的衰减（dB/km）来定义。 5.插入损耗是什么？ 答：是指光传输线路中插入光学部件（如插入连接器或耦合器）所引起的衰减。 6.电线的带宽与什么有关？ 答：电线的带宽指的是：在电线的传递函数中，光功率的幅值比零频率的幅值降低50%或3dB 时的调制频率。电线的带宽近似与其长度成反比，带宽长度的乘积是一常量。 7.电线的色散有几种？与什么有关？ 答：电线的色散是指一根电线内群时延的展宽，包括模色散、材料色散及结构色散。取决于光源、电线两者的特性。 8.信号在电线中传播的色散特性怎样描述？ 答：可以用脉冲展宽、电线的带宽、电线的色散系数三个物理量来描述。 9.什么是截止波长？ 答：是指电线中只能传导基模的最短波长。对于单模电线，其截止波长必须短于传导光的波长。 10.电线的色散对电线通信系统的性能会产生什么影响？ 答：电线的色散将使光脉冲在电线中传输过程中发生展宽。影响误码率的大小，和传输距离的长短，以及系统速率的大小。 11.什么是背向散射法？ 答：背向散射法是一种沿电线长度上测量衰减的方法。电线中的光功率绝大部分为前向传播，但有很少部分朝发光器背向散射。三菱变频器在发光器处利用分光器观察背向散射的时间曲线，从一端不仅能测量接入的均匀电线的长度和衰减，而且能测出局部的不规则性、断点及在接头和连接器引起的光功率损耗。 12.光时域反射计（OTDR）的测试原理是什么？有何功能？ 答：OTDR基于电的背向散射与菲涅耳反射原理制作，利用于电线中传播时产生的后向散射光来获取衰减的信息，可用于测量电线衰减、接头损耗、电线故障点定位以及了解光纤沿长度的损耗分光纤光谱仪大全解读
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