截止波长测试优化方法

截止波长是单模光纤所特有的参数，它给出了保证单模光纤传输的光波长范围。当一根光纤的结构参数（折射率分布、半径、相对折射率差）确定之后，这根光纤的截止波长也就确定了。

理论截止波长是单模光纤中仅有基模传输的最短波长。它的定义为：

式中：n1——纤芯折射率；

a——纤芯半径；

Δ——相对折射率；

Vc——归一化的截止频率。

理论截止波长与光纤的长度和光信号的状态无关，只具有理论分析研究价值，通常所说的截止波长是实测截止波长。

由于弯曲和微弯曲的影响，最临近基模LP01的次低阶模LP11的损耗很大，当它减小到不能探测到的强度，则认为光纤在单模工作状态，使LP11模截止（完全不能传输）的波长即为单模光纤的截止波长λc。单模光纤的工作波长大于截止波长。

光纤的截止波长λc是对包含一个半径为140mm松绕圆圈、其他部分保持平直的2m长光纤测得的截止波长。光缆截止波长λcc是确保光缆中光纤单模工作最为直接、有效的参数，它是在预先将22m光缆平直安放，剥去被测光缆两端护套等保护层，两端各裸露出1m长的预涂覆光纤，并在两根裸露光纤上各松绕一个半径为40mm的圆圈的条件下，测得的成缆光纤截止波长。实践证明，光波经过22m成缆光纤后，LP11模不能继续传播。

这几种截止波长的关系如下：

λct＞λc＞λcc

实际中，决定光纤性能的是λcc，当λ大于或稍小于λcc时，即可保证光纤光缆的单模工作状态，这时就不必考虑λc了。对λc和λcc两个参数，只要选择其中之一即可，而不需要同时提出要求。

传输功率法是单模光纤截止波长的基准测量方法，是一种由光纤的传输功率与波长的关系曲线来确定截止波长的方法，测量精度可达±5nm。下面就介绍传输功率法测量原理。

单模光纤中除了光纤固有的吸收和散射损耗外，还存在着其他附加损耗，如光纤芯包界面缺陷、纵向不均匀性、光纤微（宏）弯等。这些附加损耗在单模光纤截止波长处对基模的衰减影响极大。当单模光纤工作波长稍低于理论截止波长时，单模光纤中激励的高阶模急剧衰减。传输功率法的测量原理是在规定的试验条件下，通过测试被测的一短段光纤传输的功率随波长变化与参考的传输功率之比来确定截止波长。

按照标准规定，取2m长的被测光纤作试样，将其传输功率谱与参考传输功率谱相比较，确定出光纤截止波长。引进参考传输功率是为了排除测量系统随波长的起伏所造成的影响。获得参考传输功率的方法有两种：将待测光纤试样打一小圈或用一根1～2m长的多模光纤。

传输功率法测量光纤截止波长的试验装置，如图9.2.21所示。这个试验装置主要组成部分有光源、包层模剥除器、光探测器等。

图9.2.21　传输功率法的典型测量装置示意图

1）预涂覆光纤截止波长的测量(www.xing528.com)

测量是在2m长的待测光纤上进行的。待测光纤插入试验装置中并被环成一个半径为140mm的松弛圈，光纤的其他部分应基本不受外部应力作用。在预计测量的截止波长附近的足够宽范围内，记录输出功率P1（λ）与（λ）的关系曲线。然后在同样的波长范围内测出参考光纤的传导功率，参考光纤从下述的两个方法中任选一个。

（1）采用被测光纤试样，保持注入条件不变，在被测光纤试样上至少打一个小半径圆圈，对大部分B1.1到B6光纤而言，小半径典型值为10～30mm。这样有利于滤掉LP11模，再在截止波长附近的足够宽的范围内测量输出功率P2（λ）。

（2）取1～2m的多模光纤，在同样的波长范围内测出参考光纤的传导功率P3（λ）。

利用上面测得的P1（λ），P2（λ）和P3（λ），依据公式（9.2.37）作出弯曲衰减曲线。

式中，i可为2或3，分别对应上述两种参考光纤所测的传导功率谱。

一般情况下，采用第一种方法，可以得到图9.2.22所示曲线，采用第二种方法可以得到图9.2.23所示曲线。

图9.2.22　单模光纤作为参考光纤的典型α（λ）曲线

图9.2.23　用多模光纤作为参考光纤的典型α（λ）曲线

由于在λc附近α（λ）在LP11模开始泄漏直至不能传输有效宽的过渡区，因此λc附近的曲线是非突变的。为提高测量精度和重复性，将α（λ）曲线底部基座上移0.1dB作一平行于波长轴的虚线，与α（λ）交叉点即为截止波长λc。多模光纤作参考光纤也是一样的方法。

2）成缆光纤截止波长的测量

成缆光纤截止波长λcc的基准测量方法也为传输功率法。λcc和λc的测试系统一样，二者的最大的差别在于测试样品的制备。λcc的样品为22m长的光缆，需将光缆每端各剥开1m，然后在两端裸露的光纤上各打一个半径为40mm的圈，如图9.2.24所示，20m的光缆部分应放置平整，不应有任何影响测量值的小弯曲。在预计的截止波长附近足够宽的波长范围内，测量输出光功率谱P1（λ）。

然后将两端露出的光纤各打一个半径为30mm的圆圈，测出P2（λ），同样计算出：

图9.2.24　λcc的测试样品示意图

根据P1（λ）和P2（λ）由式（9.2.38）算出弯曲衰减函数α（λ），作α（λ）～λ曲线。0.1dB横线与α（λ）交点所对应的最大波长即为λcc。

为了测量成缆光纤截止波长λcc的方便和容易实现，也可以用替代法，即不在成缆光纤上进行，而是在未成缆光纤上进行。为了确保λcc的测量结果与对成缆光纤的测量结果相一致，必须采用合适的测量条件，具体的方法本书不做介绍。