通网通技光纤光缆实验报告书

通网通技光纤光缆实验书 实验一 光纤几何参数测试一、实验目的:1、2、3、二、实验内容:1、 测量裸光纤芯径、包层直径、芯不圆度、包层不圆度、芯包不同心度几何参数。2、 测量光纤涂层的涂层外径、涂层厚度、涂层不圆度、芯涂不同心度几何参数。三、测试原理: 利用 LED 作为仪器的注入及照明光源，数值孔径为 0.3，放大倍数为 20 倍的物镜将光注入光纤，精密的五维条件架使光的注入和端面的成像聚焦达到最佳。20 倍物镜将光纤端面成像到高分辨率，高灵敏度的 CCD 摄像头的光敏面上，通过 A/D 转换和图像采集系统，经计算机处理，得到光纤的各个几何参数。光纤几何参数测试仪的原理框图光纤芯径和包层直径采用圆公式进行拟合计算: 2 X X 0 2 Yi Y0 2 S ? i 2 c 1 Rc2 (对多模光纤的芯 式中:Sc 为偏差;Xi 和 Yi 为光信号在某一数值的象素点的坐标值。 。X径计算，Xi、Yi 为峰值×5的象素点的坐标值) 0、Y0 为光纤或包层的重心坐标(即纤芯 ，R圆心或包层圆心的坐标值) c 即为拟合圆的半径。 光纤纤芯直径或包层直径即为:2Rc 光纤芯/包不圆度即为芯与包层之间的距离。 对于芯和包层的不圆度，采用椭圆公式拟合: 2 X cosθ Yi sin θ X 0 2 Yi cosθ X i sin θ Y0 S ? i 2 c 1 A2 B2 式中:A、B 为椭圆的长短轴值 A B 不圆度即为 × 100 2 R2四、实验步骤: 1、 打开光纤几何参数测试仪主机，计算机电源，预热 40 分钟。 2、 将光纤几何参数测试仪前面板上的单、多模开关置于相应位置。 3、 启动计算机后，显示屏上显示:Microsoft Windows 98 Startup Menu 选择 6:Command Prompt Only 进入光纤几何参数测试系统主菜单。 4、 在显示屏上输入:Enter a Choice:6 回车 显示屏上出现:C:FGMgt 键入命令“XGC”进入光纤几何从参数测试菜单，显示屏 显示如图 光纤几何参数测试 I输入 G采集 O显示 P打印 H帮助 X退 出 光纤几何参数测试软件系统基本界面 5、 用鼠标或AltI键进行测试光纤信息输入，此时显示如图 × 输入相关信息 厂 名: 光纤编号: 测 试 者: 光纤类型: 单模 多模 50um 多模 62.5um 测试范围: 裸光纤 涂覆层 确定 测试日期: 1999. 9 . 8 . 光纤几何参数测试软件系统输入界面 用鼠标单击某一输入信息，然后输入相关信息，显示屏上?符号表示计算机自动进入的内 。测试范围:计算机自动进入的是“裸 容，例如光纤类型:计算机自动进入的是“单模” 光纤”。所以如果不是测多模光纤及涂覆层，可以不再输入。所有信息输入后，用鼠标输 入后，用鼠标单击确定。 6、 对G采集单击鼠标或键入AltG进入数据采集程序。 7、剥除被测试光纤两端的涂覆层，用酒精清除光纤表面的剥除残留物，并将光纤夹持在仪 器配置的专用夹具上，用专用光纤切割刀割光纤，然后分别安置在光纤几何参数测试仪 的注入端和测试端。 注意:夹持光纤时，一定要将光纤夹持在夹具中的 V 型槽中，否则在显示屏上有可能看 不到光纤表面，造成调节困难。 8、调节光纤测试端的 X、Y 调节旋钮，使光纤成像于显示屏幕中央，调节 Z 轴，使成像边缘清晰，此时调焦参数应达最大值。 9、调节光纤的注入端 X、Y、Z 使光纤图像中的纤芯光强适中，对多模光纤，应使纤芯光强对称一致。一般情况对单模光纤光强已足够，不必调节。 10、用鼠标单击确定O或键入AltO，以确定上述调节程序，计算机进入数据采集及计算。 11、计算结束后，显示屏上的光纤端面图像将出现芯和包层的拟合圆，此时用鼠标单击退出Q或AltQ，退出采集程序。 12、用鼠标单击显示D或键入AltD进入计算结果的显示程序，此时显示屏显示测试结果:光纤平面图像、一维光功率分布、三维立体光功率分布及光纤的有关信息和测试结果。绘制裸光纤截面测试图: 13、如需打印图像，用鼠标单击P打印或键入 AltP打印所有图像及结果内容。 14、如果仅需打印测试结果，则用鼠标单击退出C或键入AltC退出，然后在菜单指令P打印下打印测试数据。五、光纤涂覆层参数测试 1、单击测试界面菜单进入涂覆层测试: 2、同裸光纤测试，将被测光纤一涂覆层剥除并用清洁剂清洁光纤表面，装入专用光纤夹具，利用专用光纤切割刀切割光纤，然后推入仪器注入端; 3、将被测光纤的另一端用锋利的刀片切割带涂覆层的光纤，注意切面应尽可能与光纤轴垂直。然后装入光纤夹具，光纤在夹具外应保留 1 厘米左右的长度; 4、打开光纤几何参数测试仪主机箱;将主机内的显微物镜换上 10 倍物镜，移动物镜支架，使光纤端面清晰，注意:此时，如果光纤端面切割面不平整或光纤纤芯出光太弱或不清，调节注入端的五维调节架，使光纤出射的光强明亮清楚，若仍不行，则需要重新切割注入端光纤，光纤端面清晰后，用鼠标确定 ，计算机进入采样和计算程序;5、计算完毕，光纤端面出现拟合圆，用鼠标退出采集程序。6、如需打印被测光纤测试数据，则键入D显示，显示图象和数据，然后用鼠标或AltP的图象和数据。7、如果不需打印图像和数据，则在主菜单上用鼠标击打印P或键入AltP直接打印涂覆层的所有测试数据。六、实验数据处理 序号 心径 μm 包层直径 μm 包层不圆度 同心度偏差 μm 结论 9.0?2 125?2 ?2 ?1.0 实验二 光纤带几何参数测试仪 一、实验目的:1、2、3、 二、实验内容:1、光纤带的涂层的剥除和端面处理技术。2、测量光纤带宽度、光纤带的厚度光纤水平间距(各光纤间距及最外纤间距)、平整度、光纤芯垂直位置偏差等几何参数。 三、实验原理: FRG-1 光纤带几何参数测试系统由先进光学系统、CCD 射像机、图像采集系统、计算 机、打印机等组成，其系统框图:光纤带几何参数测试仪原理框图 光注入系统将白光注入光纤带，被测光纤带端面用专用夹具夹持后插入背景光照明系 统，通过精密的调整位移机械装置，将光纤端面用 4 倍的平场物镜清晰的成像在 CCD 射 像机靶面上，通过图像采集系统，由计算机进行数据采集并计算，得出光纤带的各个参数。 光纤带几何尺寸各参数定义如下: 根据标准定义，光纤带基线是光纤带横截面中通过第一根光纤中心与最后一根光纤中心的直线。而光纤带的所有的参数均是以光纤带基线为准来度量的。由于测量时光纤带的基线方向不可能与仪器移动轴方向相一致，因此测量的数据必须经过坐标变换等数字处理方可得出。如仪器坐标与光纤位置如图情况: y x′ y′ x n y n x 1 y1 x 则根据定义，光纤带基线在仪器坐标中的直线方程为: y1 x n x1 y n y n y1 y x x n x1 x n x1 ， 式中(X1，Y1)(Xn，Yn)分别为光纤带第一根光纤纤芯与最后一根光纤纤芯的测量坐标值。 则光纤带基线与仪器坐标的偏转角度为: y n y1 tgθ x n x1则每一个光纤芯(Xi，Yi)，在新的基线为准的直角坐标中的位置 X i′ Yi′ 为: xi′ xi x1 cosθ y i y1 sin θ y i′ y i y1 cosθ xi x1 sin θ 则光纤 i 间与光纤 i-1 的纤间距离 d 为: d xi′ xi′1 最外纤间距为: ′ ′ b x n x1 光纤芯 i 到光纤带基线的距离 h 为: y i′ ′ ′ 则平整度为: p y max y max 光纤带宽度及厚度等参数也可以同样方法进行处理而得到。四、实验步骤:1、光纤带端面处理 为了保证光纤带几何参数测试的可靠性及重复性，光纤带端面的制备是特别重要的。 具体操作如下: (1) 注入端的端面处理:将光纤带放入光纤带专用夹具，然后放入光纤带涂层剥离 器，剥去涂覆层，并用酒精或丙酮清除光纤带表面的粘附物。然后用光纤带切 割刀或笔型光纤切割刀切割光纤，在将光纤带插入仪器光注入端支座。以保证 每根光纤的注入达到最佳效果。 (2) 光纤带测试端端面处理:将光纤带放入专用夹具，注意使光纤带的轴线同光纤 带夹 具的轴线一致。用光纤带涂层剥除器剥去涂覆层后，用酒精或丙酮清除光 带表面的粘附物。然后用笔型光纤切割刀沿粘结层与裸光纤边缘垂直切割光纤。 尽可能使裸光纤端平面与粘结层端面一致。 (3) 将处理好的光纤带插入仪器的测试端支座。 2、测试 (1)打开光纤带几何参数测试仪、计算机电源、预热 30 分钟。 (2)启动计算机，屏幕显示:Microsoft Windows 98 Startup Menu 选择 6:Command Prompt Only 进入 MS-DOS 提示符状态。此时显示路径为 ， “C:FRGgt” 输入命令“F”， 计算机进入测试主菜单如图所示: (3)用鼠标单击I输入按钮进行测试光纤带基本信息输入如图所示:(4) 鼠标单击C色标按钮，(5) 进入被测光纤带的色谱设定程序，仪器内置 16 中色谱，首先用鼠标指定光纤带的某 一光纤，然后将箭头指向所需色谱，单击鼠标。屏幕显示如图所示: 此时此光纤即进入所需色谱，光纤带的所有光纤均设定后，鼠标单击确定O，回到 主菜单。 (6) 用鼠标单击G采集，进入数据采集程序。 (7) 用仪器主机面板的调节按钮调节光纤带的位置，使之处在仪器视场的中央，使光纤 带图像清晰，显示如图所示:调节按钮分为方向按钮和正向或反向调节按钮。方向 按钮确定 X，Y，Z 三个方向，Z 方向用与调焦。确定调节方向后，再用正向或反 向按钮调节光纤带到视场所需位置。 方向按钮用于确定调节方向外，还可以使仪器脱离电动调节，而改成手动。当按住 方向按钮的时间达到 4 秒时，仪器便脱离电动状态，进入手动。同样，再按方向按 钮 4 秒钟，仪器变为电动调节状态。 (8) 检查光纤带中的所有光纤是否均通光。如果仍有一二根纤芯不通光，则重新进行光 纤带测试端的端面处理，直至所有纤芯通光。 (9) 旋转光纤带夹具支座，使光纤基线与显示屏基线基本平行且一致。因为显示屏只能 显示光纤带中两根光纤的尺寸，因此操作时需移动 X 轴检查光纤带最外端两根光 纤的中心是否在显示屏基线两测附近。如偏差较多，则可重复上述步骤，直至基本 一直为止。 (10) 上述操作可在斜照明或背景光照明情况下进行。一般对参观者而言可用斜照明方式 进行，以便参观者可从目视中直观的了解光纤的色谱及排列。测试则在背景光照明 情况下进行。两种照明的变更用主机前面板上的背景光源转换开关变换。 (11) 在背景光照明情况下进行实际数据采集。调节注入光调节旋钮使所有纤芯光强适 中，然后按动 X 轴位移按钮，使光纤带 1、2 根纤芯在视场的十字线的两侧。注意 应使纤芯相对十字线中心基本对称。用鼠标单击采样S或按回车键，进行自动变 为 2、3(听到声响后即采样完毕)移动一个光纤位移量进行 2、3 根纤芯采样，依 次进行直到最后光纤芯全部采样完成，计算机自动转入主菜单。 (12) 用鼠标单击显示D，显示被测光纤带的所有信息及图像。如图所示: (13) 用鼠标单击打印P进行数据及图像打印。 五、实验数据处理及测试结果图1、光纤带测试结果简图2、光纤带几何参数测试结果总表厂名 编 组别 测试者 日期 光纤芯 号 数光纤带高 带宽度 m 两端芯间 纤芯平整 最大芯间 最小芯间度 m 距 m 度 m 距 m 距 m序号 芯 高 芯 距 带 高 序号 芯 高 芯 距 带 高 序号 芯 高 芯 距 带 高 m m m m m m m m m1 5 92 6 103 7 114 8 12 实验三 光纤传输性能参数测试一、实验目的:1、了解光纤谱损耗、模场直径、截止波长测量的原理和意义。2、掌握光纤的损耗、模场直径、截止波长等参数的测量方法。3、掌握光纤切割工具的使用和光纤切割操作。二、实验内容:1、 掌握光纤切割方法及?懈疃嗣娲怼?、使用光纤多参数测试仪测量光纤的损耗、模场直径、截止波长。三、工作原理:1、测试方法 OFM-5 的各项参数测试方法均采用 ITU-T G. 651ampG.652 标准和国标 GB8401 和 GB8402所建议的方法。测试项目及方法如下表: 测 试 项 目 测 试 方 法 光 纤 损 耗 单模光纤模场直径 单模光纤截止波长2、测试原理 (1)损耗:损耗测量采用截断法。长度为 L(km)的光纤，其内端安装在光纤夹上，光纤 夹具插入五维调节架，外端接安装在适配器上，适配器拧在单色仪光输出座上，如图所示。 2 米光纤截断 光源 单色仪 注入系统 光纤 光纤夹 光阑 光学系统 探测器 光纤损耗测量基本原理框图光纤损耗公式: 按照公式，先测量各波长下长光纤的出纤功率 Pi(λ) ，然后在离光纤输入端 2 米处剪断 )光纤，保持光纤输入端状态不变(这点特别重要，影响测量是否准确～，测量 2 米光纤出纤光 功率 P(λ)。因 2 米处光纤的损耗为零， P ′λ P0 λ 代入损耗公式，求出各波长下的损耗系数α(λ)。绘制 1100-1650nm 波段的损耗谱曲线并指出单模光纤的低损耗窗口 (2) 模场直径 根据可变孔径技术对模场直径的定义，测量通过不同光阑孔的功率传输函数 A(r)，它是孔 半径 r 的函数。模场直径(MFD)为: 1 ? 2 ? Ar qdq 1 MFD π 0 Pr 式中:r 1 A P0 1 q × sin θ λ Pr 为收集通过光孔透射的光功率 P0为光纤出纤总功率 r L0 tan θ 为孔的半径 L0为光阑孔平面与光纤端 面之间的距离 测量 P0 和各个光阑孔对应的 Pr ，利用上式求出模场直径。 绘制模场直径测试结果图并比较模场直径与几何直径的区别及各自意义 (3) 截止波长 由光纤传输理论可知，要保证光纤单模传输，就要使光纤的归一化频率 V 值足够小。当 V 值减小到某一值 Vc 时，高次模 LP11 正好截止，光纤只传导基模 LP01。称 Vc为 LP11 模的归一化截止频率。说明光纤归一化频率公式并注明各个参数的代表意义 由上式所确定的波长λc 叫做 LP11 模的截止波长，只有工作波长大于单模光纤的λc 时，才能保证单模工作。 弯曲法:取 2m 光纤接入装置中，并弯成松驰的大环和小环(如图 1,2)这个大环由两个半径为 140mm 的弧各为 180?与切线相连而组成，小环的半径为 30mm 足以滤去高次模 LP11。在波长 1100 至 1480nm 范围内测量出纤功率 P1(λ)，保持注入条件固定，放开小圈，使光纤处在大环的状态下，注意:光纤不允许受到任何外部应力。 注入 接收 测量此时状态下输出光功率 P(λ) 2 。 传输功率 P1(λ)和 P2(λ)之间的对数比计算如下: P λ Rλ 10 log 2 P λ 1 放开小圈 在R(λ)λ的关系曲线上， (λ) R 部分的光纤等于λ处的最大波长(见图 1,3)，即 图 1,2为光纤的截止波长λc。绘制截止波长测试结果图四、操作步骤1、打开下列单元设备电源 A、交流稳压电源 B、主控制器电源 C、计算机电源预热 20 分钟2、进入测量程序: 1) 桌面上 tofm 图标为测试程序，双击，出现启动界面。 2)出现启动界面后，按任意键进入初始化过程，如下图。 3)初始化完成后，进入测试界面，如下图。其中主菜单包含以下菜单项:测试项目、文件、功能、显示、纪录查询、关于。各类菜单功能如下:a. 测试项目(如图 1,4) 损耗:从 11001650nm 每隔 10nm 测各波长损耗值。 测 附加损耗: 1310 窗口12801340， 1550 窗 口 (15201580)的最大附加损耗。 模场直径:测量模场直径。 截止波长:测量截止波长。 退出:退出测量程序。b. 文 件 图 1,4 测试 项目的二级菜单 打.