光回波损耗测试仪可以测量单模光纤连接器(如光纤跳线和法兰盘)、光器件和光传输系统的回波损耗及插入损耗,适用于科研、计量及光纤通信、光纤光缆、其他光无源器件生产等部门和厂家。
  简要概述
  为保障高速光纤传输系统中数据传输的可靠性,越来越需要使用线宽窄的激光器(如DFB分布反馈式激光器)。然而,激光器的线宽越窄,对传输系统的后向反射越敏感,如果系统中的后向反射光达到一定大小,激光器将改变其调制特性和输出光谱,这样会影响传输系统的性能,严重情况下会使传输信号失真,导致系统彻底失效。即使使用普通的激光器(如F-P(法布里—珀罗)激光器),传输系统的性能也会不同程度的受到后向反射的影响。
由于光传输系统中包含众多的光器件(如光纤连接器、光耦合器、光开关、探测器等),这些光器件均会产生或多或少的后向反射,影响系统的性能。为了保证系统可靠运行,系统中的所有光器件的特性参数均须测定,其中尤为重要的参数就是光回波损耗(简称回损),即后向反射光相对入射光的比率的分贝数,用以表征光器件抑制后向反射能力的特性。高回损值的光器件表示其有较小的反射光,回损值高的光器件适用于高速传输系统。因此,为了优化光器件和系统的特性,精确测量回损值显得越来越重要。
  工作原理
光回波损耗的定义
光传输系统中,当入射光传输至光器件时,入射光总有部分光被光器件反射回来。其中后向反射光功率与入射光功率的比值称为该器件的反射率R。
光回波损耗RL(dB)定义为
RL(dB) = 10lg(1/R)
光回波损耗的影响
光回波损的测量对象主要是高速光纤传输系统中的各种连接器和光器件以及由它们组成的系统。这些光器件和子系统的后向反射对系统的影响包括:使得传输的光信号减弱;与入射光信号产生干涉现象;在数字传输系统中增加误码率;在模拟传输系统中降低信噪比。
由于后向反射光会回到光源,较多的后向反射对光源造成的影响包括:引起光源的中心波长波动;引起光源的输出功率波动;某些情况下会损害光源。此外,光源中心波长的波动也会引起光路接收端的探测器产生测量误差。
为了保证光传输系统的性能,保证系统中光源的中心波长和功率稳定,通常需要限定系统中反射回到光源的最大反射光功率。因此,测量光器件及其子系统的光回波损耗显得非常重要。
   光回波损耗的测试方法
光回波损耗的测试方法主要有相干域反射法(OCDR),光时域反射法(OTDR)和光连续波反射法(OCWR)三种。
光相干域反射法是一种基于白光干涉仪的测试方法,可以测量光路中各位置点的多重反射光。它的优势在于有相当的测量灵敏度,但是测量范围受限于干涉仪的移动距离(10cm左右)。
光时域反射法是一种基于光脉冲反射的测试技术,在光纤测试领域应用广泛。它通过发射光脉冲,搜寻反射事件发生的位置,并通过接收返回的光脉冲来测量后向反射光功率。
光连续波反射法是一种整体测试方法,仅用于测量光路中的反射光总和。它的优势在于简单易行且测量灵敏度高,是测量后向反射光的最佳方法。
三种方法之中,光时域反射法由于受到噪声、测量距离、光脉冲宽度的影响,其测试光回波损耗的精度不高。另外,由于存在盲区(发生在强反射后)现象,它不能精确测量紧随盲区之后的弱反射,因此,其测试精度远低于光连续波反射法。光连续波反射法不受强反射事件的影响,其测试装置也不受噪声、测量距离、光脉冲宽度的影响,故而应用比较普遍。
国产典型光回波损耗测试仪是使用光连续波反射法完成回波损耗测试的,它通过把回波损耗值已知的光校准件反射的光功率与被测光器件反射的光功率进行比较,准确测出被测光器件的回波损耗值。
测试装置及测量准确度的影响因素
  1、测试装置
使用光连续波反射法进行光回波损耗测试的装置十分简单,主要包括激光源、探测器、光耦合器,测试装置示意图如图1-1所示。
光回波损耗测试仪工作原理应用以及校准
图1-1 光回波损耗测试装置示意图
图1-1中参数说明如下:Ps为激光源发射出的光功率;PI为入射到待测件的光功率;PRD为待测件后向反射光功率;PDD为探测器接收到的光功率;k1,k2为耦合器的耦合比;S为光耦合器的方向性;RDUT为待测件的反射率。
测试装置中,激光源发射出的光经过光耦合器到达待测件,被待测件反射,产生的反射光经光耦合器由探测器接收。为消除待测件之后的反射,应在待测件之后靠近待测件的位置处对光纤实施终止反射。
由图1-1可得
PI=Psk1
PRD=PIRDUT
PDD=PRDk2+PsS
待测件的光回波损耗RL(dB)为
RL(dB)=10lg(1/RDUT)=10lg(PI/PRD)
2、测量准确度的影响因素
测试装置中各组成部分(如激光源、光耦合器、探测器、标准反射件等)均会对测量准确度产生影响,同时测试装置的整体光路特性(如干涉效应、光路寄生反射大小等)也会影响测量的准确度。
1) 激光源的影响。测试过程中应保证激光源发射的光功率稳定;否则其光功率变化会直接造成测量误差。由于装置中光路存在反射,会影响激光源的光功率稳定,因此需要对激光源进行光隔离,以保护激光源不受反射光的影响,使激光源发射稳定的光功率。一般在激光源和光耦合器之间接入光隔离器或光衰减器,以获得合适的隔离度。
2) 光耦合器的影响。光在单模光纤中传输,存在两个垂直的偏振态。光路中光纤的任何机械拉伸和移动均会产生相应的机械应力,导致双折射现象,使光的偏振态改变。偏振态的变化又使光耦合器的耦合比发生变化,从而影响测量的准确度。测试过程中应避免移动测试装置光路中的待测件之前的光纤,以保证光路中光的偏振态不变。
测量光回波损耗的装置中,应优先选用偏振敏感度较低的光耦合器。另外,光纤中偏振态变化会使测量装置的显示值波动,因此测试中应以稳定的显示值为准。
3) 探测器的影响。测试装置中探测器的性能直接影响测量的不确定度。由于待测件回波损耗值高(可高达70dB),其反射光功率信号相当微弱,因此探测器应有较高的灵敏度,有足够大的测量范围,以保证探测到的信号不被噪声淹没。探测器及其信号放大电路的线性误差也直接影响测量精度。如果待测件的反射光功率和标准反射件的反射光功率之间存在几个量程的差别,那么量程间的非线性误差将会构成待测件测量误差的一部分。因此,测量前应对探测器单元的线性仔细校准,使其在整个测量范围内有很好的线性,以保证测量的准确性。
4) 标准反射件的影响。标准反射件的反射率接近其理论反射率,故而被采用作为参考反射标准。理论上,垂直的玻璃空气界面的反射率为0.035,玻璃与金界面的反射率为0.98。实际使用中,垂直切口的光纤端面经过良好的抛光处理后,与空气界面的反射率接近理论值0.035,其回波损耗约为14.6dB,不确定度一般在  0.2dB之内,常被采用作为标准反射件。另外,镀金的垂直光纤端面的实际反射率可达到0.96,其回波损耗约为0.18 dB,不确定度一般在  0.1dB之内,也被某些公司采用作为标准反射件。在连接器的回波损耗测量中,研磨良好的光纤端面常被使用作为标准反射件进行测试装置的参考反射校准。在光回波损耗的测量中,标准反射件的反射率误差将直接带来测量误差。因此,测试前应首先保证标准反射件的实际反射率接近理论值;否则应及时进行修正,以避免将其误差引入待测件的测量误差。
5) 光干涉效应的影响。当激光源的相干长度大于从光耦合器到待测件的距离的两倍时,将会发生干涉现象,使探测器测量值波动。从待测件反射回来的光与从激光源经光耦合器直接到达探测器的光由于具有恒定的相位差会产生干涉,当两者振幅相同且偏振方向一致时,干涉现象最为明显。为减小干涉效应的影响,可增加光耦合器到待测件之间的光路长度,使干涉条件不满足。普通F-P激光器的相干长度一般小于十几毫米,远小于光耦合器到待测件之间的距离,所以干涉效应的影响很小。只有在使用线宽很窄的DFB激光器时,才需要考虑干涉效应的影响。
6) 光路寄生反射大小的影响。由于测试装置中包括多种光器件及多个连接点,使测试装置自身就存在寄生反射,较大的寄生反射会降低信噪比,降低测量范围。由式RL(dB)=10lg[(Pref-Pp)/(Pmeas-Pp)]+10lg(1/Rref)
  可知,当待测件的后向反射光功率接近寄生反射光功率时,寄生反射光功率的微小变化会导致测量结果的较大变化。因此测试装置中的光器件应具有较高的回波损耗和较高的隔离度,以减小寄生反射的影响。
  主要技术指标
下面以国产典型光回波损耗测试仪为例说明其技术指标。
工作波长:1310nm,1550nm 回波损耗准确度:  1.5dB(60dB)以下
功率范围:-70dBm~+3dBm   2.0dB(60dB~65dB)
功率准确度:  0.25dB(-10dBm)   2.5dB(65dB~70dB)
回波损耗范围:0~70dB
   主要应用
国产典型光回波损耗测试仪是根据光连续波反射法(OCWR)测试原理和实际使用需要进行自主设计的,它必须与外部270Hz调制光源配合使用,其内部对来自光源的调制光信号和同步调制电信号采用了同相检测技术,使探测器的光功率测量范围大大提高,从而保证了70dB动态范围的回波损耗测量。另外,它还集成了另一路探测器,用于对光器件或光系统的插入损耗进行测试,而且光回波损耗与插入损耗可单独测量,也可同时测量,使用十分便利。
光回波损耗测试仪可以测量单模光纤连接器(如光纤跳线和法兰盘)、光器件和光传输系统的回波损耗及插入损耗,适用于科研、计量及光纤通信、光纤光缆、其他光无源器件生产等部门和厂家。
以经常性的FC/PC型连接器的回波损耗测试为例,光回波损耗测试仪使用时的光路连接图如图1-2所示。
光回波损耗测试仪工作原理应用以及校准
图1-2 光回波损耗测试仪测试光路连接图
图1-2中,单模调制激光源发射的270Hz调制光入射到光回波损耗测试仪的光源输入端口,经其内部光路中的光衰减器、光耦合器到达光回波损耗测试仪的FC/APC测试端口,该端口连接标准跳线FC/APC-FC/UPC的FC/APC端,入射光再经标准跳线的另一端FC/UPC端入射到被测件的FC/PC端,紧随被测件的FC/PC端之后对光纤实施终止反射,由FC/UPC端和FC/PC端组成的连接器对的连接面上产生反射,反射光经标准跳线、光纤耦合器由探测器接收。
测量回波损耗需要分三步测量三个光功率值。
第一步:光回波损耗测试仪的FC/APC测试端口连接标准跳线的FC/APC端,标准跳线的FC/UPC端不连接任何被测件,此时以该FC/UPC端面作为标准反射件进行参考反射校准,反射率为Rref,回波损耗约为14.8Db,探测器探测到的光功率即为参考反射引起的光功率Pref。
第二步:对标准跳线实施光纤终止反射,探测器探测到的光功率即为寄生反射引起的光功率Pp。
第三步:标准跳线的FC/UPC端连接被测件的FC/PC端,两者组成被测连接器对,在被测件的FC/PC端之后实时光纤终止反射,探测器探测到的光功率即为被测连接器对的连接面反射引起的光功率Pmeas。
被测连接器对的回波损耗即为
RL(dB)=10lg[(Pref-Pp)/(Pmeas-Pp)]+10lg(1/Rref) (1.1) [1]
由于标准跳线的FC/UPC端面研磨良好,反射率接近理论值,故被测连接器对的回波损耗为
RL(dB)=10lg[(Pref-Pp)/(Pmeas-Pp)]+14.8
由式(1.1)可知,测量回波损耗时,必须首先保证标准跳线的FC/UPC端面的反射率接近理论反射率;否则,其误差将直接引入被测件的测量误差。其次,还需保证寄生反射光功率足够小,以便在测量高回损光器件时测量结果仍有较好的精度。
回波损耗测试的过程要求较为严格,标准跳线、被测件、光路中各连接端面的清洁程度均会对测试结果造成重大影响。因此测试时需经常清洁标准跳线,并且由于端面磨损,需要定期更换标准跳线。
 光回波损耗测试仪校准选择品信检测,品信检测2016年通过了中国合格评定国家认可委员会(CNAS)的认可,认可证书号:L9269。2015年通过当地质量技术监督局的考核,并建立了企业最高计量标准。目前已拥有电学、无线电、几何量、热学、力学、化学、电力高压检测计量等各领域专业技术,以“为客户提供专业、精准、经济、快速的服务”为宗旨,开展相应专业仪器的校准、检测、销售、维修及人员培训工作。公司秉承其科学、公正、准确、高效的计量理念,信守“科学公正、客户至上”的承诺,利用先进的计量标准仪器设备和精湛的测试技术,竭诚为每一位客户提供高质量的服务。通过不断努力,建标8项到30余项,CNAS项目24到 500余项,项目电力高压 生物制药 消防气体综合实力位居民营第一,。人员最初3个到现在100余个,现有10多个省建立分公司,2019全国预计达30几个。
 
  

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