彎曲半徑對截止波長測試的影響關系

摘要：現代光纖通信中單模光纖已經作為光傳輸的主要媒介，由光纖的傳輸理論可知，把包層和芯層邊界代入波動方程求解，可得LP11模截止時光纖只有單模即LP01模傳輸，對應的波長叫作截止波長。在通信鏈路中系統波長必須大于截止波長。國際電信聯盟技術委員會ITU-T根據不同的測試條件和環境規定了截止波長測試方法和替代方法及相應標準，本文主要針對用光譜傳輸功率法進行截止波長測試及影響測試截止波長的原因進行闡述。

關鍵詞：單模光纖 截止波長 光譜傳輸功率法

0 引言

當光頻使傳播常數等于外部媒質的平面波傳播常數時，模是截止的。所謂光纖截止波長是指高階模的截止波長。截止波長是單模光纖所特有的參數，它給出了保證單模傳輸的光波長范圍，是單模光纖的本征參量，也是單模光纖最基本的參數。單模光纖傳輸系統的工作波長必須大于截止波長，否則光纖將工作在雙模區，會產生模式噪聲和多模色散，從而導致傳輸性能的惡化和帶寬的降低。

理論截止波長可以從光纖的結構設計參數計算出來，它是光纖的固有參數，與光纖的長度和光信號狀態無關；但理論和實踐表明，光纖的實際截止波長與光纖的長度和彎曲狀態及拉絲條件和成纜工藝有關。本文暫就測試時光纖的彎曲半徑來分析對截止波長的影響。

1 截止波長的物理概念和定義

導行波系統中，對于不同頻率的電磁波有兩種工作狀態——傳輸與截止。介于傳輸與截止之間的臨界狀態，即由γ=0所確定的狀態，該狀態所確定的頻率稱為截止頻率，該頻率所對應的波長稱為截止波長。

所以，只有f>fc或λ<λc的電磁波才能在波導中傳輸。

截止波長指的是，單模光纖通常存在某一波長，當所傳輸的光波長超過該波長時，光纖只能傳播一種模式（基模）的光，而在該波長之下，光纖可傳播多種模式（包含高階模）的光。

2 光纖截止波長的測試

2.1 測試原理

當光纖中的模大體上被均勻激勵的前提下，包括注入較高次模在內的總光功率與基模光功率之比隨波長減小到0.1dB時所對應的較大波長就是截止波長。理論截止波長是單模光纖中僅有基模傳輸的最短波長。理論截止波長可以用光纖的折射率剖面參數計算得到。在評定光纖的傳輸性能時，用測量在應用條件下的截止波長比理論值更為重要。截止波長的測量結果隨光纖的長度和彎曲狀態不同而不同。被測光纖處于已安裝的光纜中，或處于短的、未成纜的狀態，其截止波長將有很大差別。

本次試驗采用的OFM1700光纖多參數分析系統基于傳輸功率法，即測量光纖中傳輸的光功率隨光波長變化的光譜曲線，并同參考傳輸光功率的光譜曲線比較后得到該光纖的截止波長。通過彎曲參考技術得到參考傳輸功率的光譜曲線。彎曲參考技術是將被測單模光纖繞一個半徑較小的圈，以帶有這樣一個小圈的單模光纖的傳輸光功率譜作“參考”傳輸光功率譜。

2.2 試驗裝置

對如上裝置簡單說明如下：OFM1700光纖多參數分析系統是采用先進的高穩定可調的單色斬波光源系統；微弱信號采集、放大系統；數字鎖相系統；機器視覺技術；穩定的光學系統；光纖位置自動控制系統及計算機等組成。系統采用雙端面監測系統、全自動調節機構配合計算機圖像處理，對光纖位置進行自動調整，從而減小了由于光纖的裝校過程中位置的不一致對測量的影響；系統采用穩定的鹵鎢燈光源配合風冷系統，提供穩定的光源，同時采用高穩定、重復性好的單色儀提供儀器測試所需要的穩定單色光源。

2.3 截止波長測試

OFM1700光纖多參數分析系統基于傳輸功率法，即測量光纖中傳輸的光功率隨光波長變化的光譜曲線，并同參考傳輸光功率的光譜曲線比較后得到該光纖的截止波長。通過彎曲參考技術得到參考傳輸功率的光譜曲線。彎曲參考技術是將被測單模光纖繞一個半徑較小的圈，以帶有這樣一個小圈的單模光纖的傳輸光功率譜作“參考”傳輸光功率譜。

由于高次模LP11在接近它的截止波長時，其傳輸功率對彎曲十分敏感，而基模LP01對彎曲不那么敏感。因此測量一段2m長的短光纖在舒展狀態與彎曲狀態下的輸出功率之比隨波長的變化關系，就可找出高次模LP11 的截止波長λC。

取2m±0.2m光纖接入裝置中，并彎成松弛的大環和小環，這個大環直徑為280mm 的弧與切線相連而組成，小環的直徑為60mm 足以濾去高次模LP11。在設定的波長范圍內測量出纖功率P1（λ）。保持注入條件固定，放開小圈，使光纖處在大環的狀態下，注意：光纖不允許受到任何外部應力。測量此時狀態下輸出光功率P2（λ）。

得出結論，當大圈直徑縮小時截止波長也會隨之減少，換言之即濾掉了更多的高階模。故測試時按照標準使用準確的大圈直徑非常重要，偏大或偏小都會嚴重影響測試數據的準確性。

4 結束語

截止波長與光纖的生產工藝有著莫大的關系，是光纖及光纜的固有參數。但是與其使用時的彎曲半徑有著很大關系，事實證明彎曲度越大，光纖的截止波長越短，即越趨近于基膜傳輸，所以在光纖或光纜的使用或工程安裝時盡量避免過多的曲折現象，否則會影響光纖及光纜的傳輸質量。

參考文獻：

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