GB／T 15972.49-2021标准规范下载简介

GB／T 15972.49-2021 光纤试验方法规范 第49部分：传输特性的测量方法和试验程序 微分模时延.pdf简介：

GB/T 15972.49-2021是中国国家标准中的一个部分，它规定了光纤试验方法和试验程序，其中包含了传输特性，特别是微分模时延（Differential Mode Delay，DMD）的测量方法和试验程序。微分模时延是衡量光纤传输性能的一个重要参数，它反映了在光纤中传输的不同偏振模式（即模）的信号速度差异。

微分模时延是由于光纤材料的双折射性（Birefringence）引起的，双折射性会导致光在两种偏振态下的传播速度不同。在单模光纤中，通常只传输一种偏振模式，而多模光纤中，不同偏振模式的光速差异可能导致信号到达接收端的时间不同，从而影响信号的传输质量。

在光纤测试中，测量微分模时延对于评估光纤的稳定性和一致性非常重要，它可以帮助确定光纤的偏振保持（Polarization Maintaining，PM）性能，以及在长距离传输中可能遇到的潜在问题。测量微分模时延迟的方法通常会使用偏振保持光纤（Polarization Maintaining Fiber，PMF）和专用的测量设备，如偏振保持分析仪（Polarization Maintaining Analyzer，PMA）。

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△T PULSE M 4/In2 XD()XL D(α)XL

在8.4中用△TREF=△TPULSE，计算DMD值。 在此情况下，光源谱宽入与将要测量的DMD无直接关系。此时能进行有效测量的最小DMD直 接由△TpULSE决定，还应注意允许的最大谱宽与试样长度直接相关。对于固定谱宽，当试样超出某一长 度时，色散将足够大而不能被忽略。 示例：用特定光源和△TpuLse为60ps的光探测器用于测量850nm波长处长度为0.5km的光纤样品时DB5101／T 25-2018标准下载，将这些条 件代入公式（A.3），光源RMS谱宽则不大于0.15nm。

A.1.4调整△Trr对色散的影响

计算光源的△TREF的近似值，△TREF是被测光纤输出端每一个模式的25%幅值全宽。对于近似为 高斯形状的脉冲和谱宽，则有公式（A.4）： △TREF=(△TPULSE+△t2hrom)1/2 （A.4 此时，由于DMD测量结果的最小有效值为0.9X△TREF，则光源谱宽上限间接地由要求的DMD最 小分辨率确定。 如果光源的光谱有多个峰，或不能近似为高斯形，该公式的计算结果将不准确，如果用公式（A.4） 计算ATREF.则要求计算DMD时引人的误差小于10%

A.1.5高性能DMD光纤及光源谱宽要求

对于常规色散和数值孔径的A1类光纤，表A.1代表了商用A1类多模光纤最大预计色散。在低于 1200nm波长的波段，入。为最大（此时NA=0.29)的光纤具有最大色散；在高于1400nm波长的波段 入。为最小（此时NA=0.20）的光纤具有最大色散，入。为零色散波长。表A.1不适用于1200nm 1400nm的波长范围，在该范围内，色散D为16.6ps/（nm·km）。

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表A1商用A1类多模光纤最大预计色散

注：假设上述数据基于以下条件：在入<1200nm的波长范围，对NA=0.29的常规多模光纤，S。=0.09562 [ps/（nm²·km)];入。=1344.5nm；在入>1400nm的波长范围，对NA=0.20的常规多模光纤，S。=0.101 [ps/(nm² · km)];^。=1 310 nm。

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DMD波形是脉冲响应波形的集合，而脉冲响应波形是多模光纤径向坐标的函数，所以在收集 )MD扫描数据之前，光纤的中心应是已知的。如轴向扫描基于错误的中心参考位置，会导致所测试的 OMD、EMBc、OMBc出现显著偏差。因此，光纤中心的确定对于DMD扫描非常关键。 光纤放置于测试装置上时，它的扫描中心还未确定。通过参考包层界面的位置可以将光纤的位置 空制到一定的精度，但不能通过参考包层得到光纤的准确定位。包层的直径、芯/包层同心度以及由如 现频显微镜和DMD扫描仪测定的芯中心之间的差异都是误差的示例，这些误差太大而不能确定适当 的中心坐标。本部分要求采用一组初步波形的分析来确定轴和y轴的中心。该中心用于DMD测试 中使用的所有波形的扫描坐标

u(r)=J'V(r,t) dd

V(r，t）一一与时间t和半径r相关的波形函数： V（) 积分面积，是V(r，t)波形函数对时间的积分。被记录为扫描仪轴向位置的函数，用于 确定轴向中心 图B.1是位置函数的典型积分面积数据

图B.1对中波形的典型积分面积数据

不同曲线代表不同轴向的完整扫描。通过将扫描仪移动到近似位置得到每组数据（近似是因为

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心未知，且扫描仪具有有限的分辨率），然后获取波形并计算其面积。依据两个可选的标准之一，当这些 曲线近似零点对中时，即可认为找到每个轴的中心。 光纤中心定位所需的波形不需要与DMD分析所需的波形相同的SNR。平均时间的减少也缩短 广确定中心所需的时间， 每次扫描获得完整的曲线后，宜第一时间对其进行分析，确定每条曲线的中心，从而确定每个轴向 的中心，见公式（B.2）

V(A,rA,t)dtJdrA V(A,rAst)dtdrA

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附录C （规范性附录） 检测系统模式的测量

会导致量子效率的均匀性不理想。通常，超高频探测器是直接与光纤耦合的，从耦合光纤到探测器的传 输效率同样不理想。这些可能的原因会导致探测器具有模式敏感性，即受试光纤中有模式相关的传递 函数。这种特定的失真会在确定依赖于脉冲幅度保真度的度量时产生明显的误差，例如：EMBc和 OMBc 目前为止，适用于试验的探测器的技术指标比商业化应用的更严格。很多超高频探测器表现出某 钟程度的模式依赖，某些情况下，这些难以获得的探测器的模式依赖程度会在筛选超高带宽的光纤时失 效。因此，在放置到测量这些参数的设备上之前，对探测器进行模式依赖检查是十分有必要的。 注：本附录所描述的探测器主要用于A1类多模光纤在850nm处的表征，目前为止，A1类多模光纤在这个领域中 被研究得最多。它的概念可以拓展到其他波长

更用的探测器的能量之比。通常使用短段光纤（2m）在DMD测试系统上进行表征试验，并收

C.2.2光纤样品和耦合

取长2m，纤芯直径与数值孔径尽量接近标称值（50um，0.2)的光纤样品。将样品光纤放人测试 中，按照8.2中描述的方法找出光纤纤芯的中心。调整采样系统的时间基准，以合理的分辨率将脉

沿着纤芯直径方向上，从半径为一26um～十26um的范围内收集原始脉冲数据函数集u（r，t 过阻止或禁用激光器得到参考数据函数集uB（t）。对收集到的脉冲数据函数集和参考数据函数集 计算，可得到非对中探测器的响应函数力（r），见公式（C.1）

最后，将函数p（r)中值化可得到探测器响应函数，见公式（C.2)。

Zr×p'(r) Z.p'(r)

Zr×p'(r) Z.p'(r)

具中，p(r）=p（r一rol）。 注：p（r)中的半径只能取正值，以1uμm的间隔，在0～25的范围内，对p(r)重新插值作进一步计算

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参考响应可以由测量得到（见C.2.4.2)，也可由理论推导得到（见C.2.4.3）

C.2.4.2测量参考响应

将短光纤样品的输出端耦合到功率计或其他合适的直流探测器，其光学接收几何形状远大于光 下改变光纤中心或以其他方式干扰注入装置的情况下，扫描与C.2.3相同的半径，记录功率计上的 pR（r）。如C.2.3所述，通过重新对中和插值确定力R（r）

C.2.4.3计算参考响应

在850nm波长处，模场直径5um的扫描尾纤发射的光耦合到标称直径为50um的受试光纤中的 归一化耦合系数力r（r）（扫描步径为整数微米径向偏移量），见表C.1理论归一化耦合系数。如6.7中 所述，归一化耦合系数可以帮助生成探测器校正矩阵C.（r）

表C.1理论归一化耦合系数

C.2.5耦合函数的计算

探测器的耦合函数为探测器的响应函数与参考响应函数的比值，见公式（C.3)

.( C.3 pr(r)

C(r)= (r) pr(r)

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本试验程序主要集中在激励条件如图D.1所示的某一固定范围内，最快模式和最慢模式之间的时 延差。

注：主峰边界和拖尾边界上的时间（最大幅值的25%)用“十”标识。每一根曲线分别代表不同洱 冲曲线，插图表示△TpuLSE

图D.1理想的DMD数据

从单模扫描尾纤中输出的光斑投射到受试光纤端面上时，在任意一个给定的偏移位置上，都能同时 散励起几个不同的模式群，使输出波形呈现出复杂的时间相关性，波形上通常会出现多个峰，并且无法 确保能清晰地分离出单个的模式群。对于一个给定的波形，主峰的边界和拖尾峰的边界均选择在接近 支形最大幅度的25%的基准面上，确定25%的基准面的理由是：在指定的径向偏置位移处，总有某一个 模式群的激励占主导地位，所有被激励的模式群相互叠加，总的幅度超过单个模式群的幅度，但是JC∕T 621-2009 硅酸盐建筑制品用生石灰，即使 所有的模式均有同样的时延，在25%的基准面上也都能确保被主要激励的那个模式群从同时激励的所 有模式群中分离出来， TsLOW和TFAST的差值大于DMD，差别大小取决于光脉冲的时间宽度、探测器带宽的限制、因光源 普宽和被测光纤色散所引起的模式展宽等因素。 △TPULSE包含了光脉冲时间宽度和探测器带宽限制的影响，在小的△TPULSE和假定光源谱宽为高斯 形状的前提条件下，受试光纤输出波形中每个模式最大幅度的25%的基准面上的时间宽度见公 代（D

式中： 光源的RMS谱宽，单位为纳米（nm）； D(入) 色散，单位为皮秒每纳米千米[ps/（nm·km）l：

式中： 光源的RMS谱宽，单位为纳米（nm）； D(入) 色散，单位为皮秒每纳米千米[ps/（nm·km）l：

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样品长度，单位为干米（km）。 4X/n2是从计算DMD时使用了最大幅度的25%的界限，并且用光源的RMS谱宽定义 时转换而来， 被测光纤输出端每一个模式的25%幅值全宽见公式（D.2）。 AT REF=(ATPuL.SE +AT2hmm)1/2 · ·

注意，△TpULSE由光脉冲宽度和探测器带宽决定，是一定值，而△tchrom值随样品长度而改变。为了 源谱宽引入色散的影响，根据被测DMD大小、试样长度和△TpUL.SE大小确定所使用光源的 详情已在附录A中阐明。 由于确定DMD大小时包括了比较在不同径向偏置位移处不同的测量波形之间的时间延时差 量过程中的时间抖动、检测脉冲光的时间宽度均对测量结果存在潜在影响，为确保测量误差小 %,DMD测量结果的最小有效值为0.9X△TREF《组合楼板设计与施工规范 CECS273：2010》，主要是由系统总的时间抖动所限制