深度解析光纖測試儀器

　　一．常用光纖測試表有：光功率計、穩(wěn)定光源、光萬用表、光時域反射儀(OTDR)和光故障定位儀。
　　光功率計
　　用于測量絕對光功率或通過一段光纖的光功率相對損耗。在光纖系統(tǒng)中，測量光功率是最基本的。非常像電子學中的萬用表，在光纖測量中，光功率計是重負荷常用表，光纖技術人員應該人手一個。通過測量發(fā)射端機或光網(wǎng)絡的絕對功率，一臺光功率計就能夠評價光端設備的性能。用光功率計與穩(wěn)定光源組合使用，則能夠測量連接損耗、檢驗連續(xù)性，并幫助評估光纖鏈路傳輸質(zhì)量。
　　穩(wěn)定光源
　　對光系統(tǒng)發(fā)射已知功率和波長的光。穩(wěn)定光源與光功率計結(jié)合在一起，可以測量光纖系統(tǒng)的光損耗。對現(xiàn)成的光纖系統(tǒng)，通常也可把系統(tǒng)的發(fā)射端機當作穩(wěn)定光源。如果端機無法工作或沒有端機，則需要單獨的穩(wěn)定光源。穩(wěn)定光源的波長應與系統(tǒng)端機的波長盡可能一致。在系統(tǒng)安裝完畢后，經(jīng)常需要測量端到端損耗，以便確定連接損耗是否滿足設計要求，如：測量連接器、接續(xù)點的損耗以及光纖本體損耗。
　　光萬用表
　　用來測量光纖鏈路的光功率損耗。有以下兩種光萬用表：
　　1、由獨立的光功率計和穩(wěn)定光源組成。
　　2、光功率計和穩(wěn)定光源結(jié)合為一體的集成測試系統(tǒng)。
　　在短距離局域網(wǎng)(LAN)中，端點距離在步行或談話之內(nèi)，技術人員可在任意一端成功地使用經(jīng)濟性組合光萬用表，一端使用穩(wěn)定光源另一端使用光功率計。對長途網(wǎng)絡系統(tǒng)，技術人員應該在每端裝備完整的組合或集成光萬用表。
　　當選擇儀表時，溫度或許是最嚴格的標準?，F(xiàn)場便攜式設備應在-18℃(無濕度控制)至50℃(95%濕度)
　　光時域反射儀(OTDR)及故障定位儀
　　(Fault Locator): 表現(xiàn)為光纖損耗與距離的函數(shù)。借助于OTDR，技術人員能夠看到整個系統(tǒng)輪廓，識別并測量光纖的跨度、接續(xù)點和連接頭。在診斷光纖故障的儀表中，OTDR是最經(jīng)典的，也是最昂貴的儀表。與光功率計和光萬用表的兩端測試不同，OTDR僅通過光纖的一端就可測得光纖損耗。OTDR軌跡線給出系統(tǒng)衰減值的位置和大小，如：任何連接器、接續(xù)點、光纖異形、或光纖斷點的位置及其損耗大小。
　　OTDR可被用于以下三個方面：
　　1、在敷設前了解光纜的特性(長度和衰減)。
　　2、得到一段光纖的信號軌跡線波形。
　　3、在問題增加和連接狀況每況愈下時，定位嚴重故障點。
　　故障定位儀(Fault Locator)是OTDR的一個特殊版本，故障定位儀可以自動發(fā)現(xiàn)光纖故障所在，而不需OTDR的復雜操作步驟，其價格也只是OTDR的幾分之一。
　　二．選擇光纖測試儀表，一般需考慮以下四個方面的因素：即確定你的系統(tǒng)參數(shù)、工作環(huán)境、比較性能要素、儀表的維護
　　確定你的系統(tǒng)參數(shù)
　　工作波長(nm)三個主要的傳輸窗口為850nm，1300nm 及 1550nm。
　　光源種類(LED或激光)：在短距離應用中，由于經(jīng)濟實用的原因，大多數(shù)低速局域網(wǎng)LAN(100Mbs使用激光光源長距離傳輸信號。
　　光纖種類(單模/多模)以及芯/涂覆層直徑(um)：標準單模光纖(SM)為9/125um，盡管某些其它特殊單模光纖應該仔細辨認。典型的多模光纖(MM)包括50/125、 62.5/125、100/140 和 200/230 um。
　　連接器種類：國內(nèi)常見的連接器包括：FC-PC，F(xiàn)C-APC，SC-PC，SC-APC，ST等。最新的連接器則有：LC，MU，MT-RJ等
　　可能的最大鏈路損耗。
　　損耗估算/系統(tǒng)的容限。
　　明確你的工作環(huán)境
　　對用戶/購買者來講，選擇一臺野外現(xiàn)場用儀表，溫度標準或許是最嚴格的。通常，野外現(xiàn)場測量必須在嚴峻的環(huán)境中使用，推薦現(xiàn)場便攜式儀表的工作溫度應該從-18℃~50℃，同時儲運溫度為-40~+60℃(95%RH)。實驗室的儀器僅需在較窄的控制范圍5~50℃工作。
　　不像實驗室儀表能夠采用交流供電，現(xiàn)場便攜式儀表對儀表電源通常要求較為苛刻，否則會影響工作效率。另外，儀器的電源供電問題還經(jīng)常是引起儀器故障或損壞的一個重要誘因。因此，用戶應該考慮和權衡如下因素：
　　1、內(nèi)裝電池的位置應便于用戶更換。
　　2、新電池或滿充電池的最少工作時間要達到10小時(一個工作日)。然而電池工作壽命的目標值應在40~50小時(一周)以上，以確保技術人員和儀器的最佳工作效率。
　　3、使用電池的型號越普通越好，如通用9V或1.5V五號干電池等，因為這些通用電池非常容易就地找到或購得。
　　4、普通干電池優(yōu)于可充電電池(如：鉛-酸、鎳鎘電池)，因為充電電池大多存在“記憶”問題、包裝不標準、不容易買到、環(huán)保問題等。
　　以前，要找到符合上述所有四個標準的便攜式測試儀器幾乎是不可能的?，F(xiàn)在，采用最現(xiàn)代CMOS電路制造技術的藝術化光功率計，僅用一般五號干電池(隨處可得)，即可工作100小時以上。另外一些實驗室型號提供雙電源(AC和內(nèi)部電池)以增加其適應性。
　　如同手提電話一樣，光纖測試儀表同樣具有眾多的外觀包裝形式。低于1.5公斤的手持式表一般沒有許多虛飾，只提供基本功能和性能;半便攜式儀表(大于1.5公斤)通常具備更復雜的或擴展的功能;實驗室儀器是專為控制實驗室/生產(chǎn)場合設計的，具備AC供電。
　　比較性能要素：這里是選擇步驟的第三步，包括每種光測試設備的詳細分析。
　　光功率計
　　對于任何光纖傳輸系統(tǒng)的生產(chǎn)制造、安裝、運行和維護，光功率測量是必不可少的。在光纖領域，沒有光功率計，任何工程、實驗室、生產(chǎn)車間或電話維護設施都無法工作。例如：光功率計可用于測量激光光源和LED光源的輸出功率;用于確認光纖鏈路的損耗估算;其中最重要的是，它是測試光學元器件(光纖、連接器、接續(xù)子、衰減器等)的性能指標的關鍵儀器。
　　針對用戶的具體應用，要選擇適合的光功率計，應該關注以下各點：
　　1、選擇最優(yōu)的探頭類型和接口類型
　　2、評價校準精度和制造校準程序，與你的光纖和接頭要求范圍相匹配。
　　3、確定這些型號與你的測量范圍分辨率相一致。
　　4、具備直接插入損耗測量的 dB功能。
　　幾乎在光功率計所有性能中，光探頭是最應仔細選擇的部件。光探頭是一個固態(tài)光電二極管，它從光纖網(wǎng)絡中接收耦合光，并將之轉(zhuǎn)換為電信號?？梢允褂脤Ｓ玫倪B接器接口(僅適用一種連接類型)輸入到探頭，或用通用接口UCI(使用螺扣連接)適配器。UCI能接受絕大多數(shù)工業(yè)標準連接器?；谶x定波長的校準因子，光功率計電路將探頭輸出信號轉(zhuǎn)換，把光功率讀數(shù)以dBm方式顯示(絕對dB等于1 mW, 0dBm=1mW)在屏幕上。圖一是一個光功率計的方塊圖。
　　選擇光功率計最重要的標準是使光探頭類型與預期的工作波長范圍相匹配。下表匯總了基本的選擇。值得一提的是，在進行測量時，InGaAs在三個傳輸窗口都有上佳表現(xiàn)，與鍺相比InGaAs具有在所有三個窗口更為平坦的頻譜特性，在1550nm窗口有更高的測量精度，同時具有優(yōu)越的溫度穩(wěn)定性和低噪聲特性。
　　光功率測量是任何光纖傳輸系統(tǒng)的制造、安裝、運行和維護中必不可少的部分。
　　下一個因素與校準精度息息相關。功率計是與你應用相一致的方式校準的嗎?即：光纖和連接器的性能標準與你的系統(tǒng)要求相一致。應分析是什么原因?qū)е掠貌煌倪B接適配器測量值不確定?充分考慮其它的潛在誤差因素是很重要的，雖然NIST(美國國家標準技術研究所)建立了美國標準，但是來自不同生產(chǎn)廠家相似的光源、光探頭類型、連接器的頻譜是不確定的。
　　第三個步驟是確定符合你測量范圍需求的光功率計型號。以dBm為單位表示，測量范圍(量程)是全面的參數(shù)，包括確定輸入信號的最小/最大范圍(這樣光功率計可以保證所有精度，線性度(BELLCORE 確定為+0.8dB)和分辨率(通常0.1 dB or 0.01 dB)是否滿足應用要求。
　　光功率計的最重要選擇標準是光探頭類型與預期的工作范圍相匹配。
　　第四，大多數(shù)光功率計具備dB 功能(相對功率)，直接讀取光損耗在測量中非常實用。低成本的光功率計通常不提供此功能。沒有dB功能，技術人員必須記下單獨的參考值和測量值，然后計算其差值。所以dB功能給使用者以相對損耗測量，因而提高生產(chǎn)率，減少人工計算錯誤。
　　現(xiàn)在，用戶對光功率計具有的基本特性和功能的選擇已經(jīng)減少，但是，部分用戶要考慮特殊需求包括：計算機采集數(shù)據(jù)紀錄、外部接口等。
　　穩(wěn)定光源
　　在測量損耗過程中，穩(wěn)定光源(SLS)發(fā)射已知功率和波長的光進入光系統(tǒng)。對特定波長光源(SLS)校準的光功率計/光探頭，從光纖網(wǎng)絡中接收光，將之轉(zhuǎn)換為電信號。為確保損耗測量精度，盡可能使光源仿真所用傳輸設備特性：
　　1、波長相同，并采用相同的光源類型(LED，激光)。
　　2、在測量期間，輸出功率和頻譜的穩(wěn)定性(時間和溫度穩(wěn)定性)。
　　3、提供相同的連接接口，并采用同類型光纖。
　　4、輸出功率大小滿足最壞情況下系統(tǒng)損耗的測量。
　　當傳輸系統(tǒng)需要單獨穩(wěn)定光源時，光源的最優(yōu)選擇應模擬系統(tǒng)光端機的特性和測量需求。選擇光源應考慮如下方面：
　　激光管 (LD) 來自LD發(fā)射的光，波長帶寬窄，幾乎是單色光，即單波長。與LED相比，通過其光譜波段(小于5nm)的激光不是連續(xù)的，在中心波長的兩邊，還發(fā)射幾個較低峰植的波長。與LED光源相比，雖然激光光源提供更大功率，但價格高于LED。激光管常用于損耗超過10dB的長途單模系統(tǒng)。應盡量避免用激光光源測量多模光纖。
　　發(fā)光二極管(LED)：
　　LED具有比LD 更寬的光譜，通常范圍為50~200nm。另外，LED光是非干涉光，因而輸出功率更加穩(wěn)定。LED光源比LD光源要便宜的多，但對最壞情況損耗測量顯得功率不足。LED光源典型應用在短距離網(wǎng)絡和多模光纖的局域網(wǎng)LAN中。LED可以用于激光光源單模系統(tǒng)進行精確損耗測量，但前提條件是要求其輸出足夠功率。
　　光萬用表
　　將光功率計和穩(wěn)定光源組合在一起被稱為光萬用表。光萬用表 用來測量光纖鏈路的光功率損耗。這些儀表可以是兩個單獨的儀表，也可以是單一的集成單元?？傊?，兩類光萬用表具有相同的測量精度。所不同的通常是成本和性能。集成光萬用表通常功能成熟、具有各種性能但價格較高。
　　從技術的角度來評價各種光萬用表配置，基本的光功率計和穩(wěn)定光源標準仍然適用。注意選擇正確的光源種類、工作波長、光功率計探頭以及動態(tài)范圍。
　　光時域反射儀和故障定位儀
　　OTDR是最經(jīng)典的光纖儀器裝備，它提供測試時相關光纖最多的信息。OTDR本身是一維的閉環(huán)光學雷達，測量僅需光纖的一個端頭。發(fā)射高強度、窄的光脈沖進入光纖，同時高速光探頭紀錄返回信號。此儀器給出有關光鏈路的可視化解釋。在OTDR曲線上反映出接續(xù)點、連接器和故障點的位置以及損耗大小。
　　OTDR評價過程與光萬用表有許多相似點。事實上， OTDR 可以被認為是一個非常專業(yè)的測試儀表組合：由一個穩(wěn)定高速脈沖源和一個高速光探頭組成。OTDR的選擇過程可關注下列屬性：
　　1、確認工作波長，光纖類型和連接器接口。
　　2、預期連接損耗和需要掃描的范圍。
　　3、空間分辨率。
　　故障定位儀大多是手持式儀器，適用于多模和單模光纖系統(tǒng)。利用 OTDR (光時域反射儀 ) 技術，用于對光纖故障的點定位，測試距離大多在20公里以內(nèi)。儀器直接以數(shù)字顯示至故障點的距離。適用于：廣域網(wǎng)(WAN)、20 km范圍的通訊系統(tǒng)、 光纖到路邊(FTTC)、單模和多模光纖光纜的安裝和維護、以及軍用系統(tǒng)。在單模及多模光纜系統(tǒng)中，要定位帶故障的連接頭、壞的接續(xù)點，故障定位儀是一種優(yōu)異的工具。故障定位儀操作簡單，只需單鍵操作，可探測多達7個多重事件。