如何選擇光纖測試儀表

常用光纖測試表有：光功率計、穩定光源、光萬(wàn)用表、光時(shí)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(guò)一段光纖的光功率相對損耗。在光纖系統中，測量光功率是最基本的。非常像電子學(xué)中的萬(wàn)用表，在光纖測量中，光功率計是重負荷常用表，光纖技術(shù)人員應該人手一個(gè)。通過(guò)測量發(fā)射端機或光網(wǎng)絡(luò )的絕對功率，一臺光功率計就能夠評價(jià)光端設備的性能。用光功率計與穩定光源組合使用，則能夠測量連接損耗、檢驗連續性，并幫助評估光纖鏈路傳輸質(zhì)量。

　　穩定光源：對光系統發(fā)射已知功率和波長(cháng)的光。穩定光源與光功率計結合在一起，可以測量光纖系統的光損耗。對現成的光纖系統，通常也可把系統的發(fā)射端機當作穩定光源。如果端機無(wú)法工作或沒(méi)有端機，則需要單獨的穩定光源。穩定光源的波長(cháng)應與系統端機的波長(cháng)盡可能一致。在系統安裝完畢后，經(jīng)常需要測量端到端損耗，以便確定連接損耗是否滿(mǎn)足設計要求，如：測量連接器、接續點(diǎn)的損耗以及光纖本體損耗。

光萬(wàn)用表

　　用來(lái)測量光纖鏈路的光功率損耗。有以下兩種光萬(wàn)用表：

　　1、由獨立的光功率計和穩定光源組成。
　　2、光功率計和穩定光源結合為一體的集成測試系統。

　　在短距離局域網(wǎng)(LAN)中，端點(diǎn)距離在步行或談話(huà)之內，技術(shù)人員可在任意一端成功地使用經(jīng)濟性組合光萬(wàn)用表，一端使用穩定光源另一端使用光功率計。對長(cháng)途網(wǎng)絡(luò )系統，技術(shù)人員應該在每端裝備完整的組合或集成光萬(wàn)用表。

　　當選擇儀表時(shí)，溫度或許是最嚴格的標準。Bellcore推薦現場(chǎng)便攜式設備應在-18℃(無(wú)濕度控制)至50℃(95%濕度)

　　光時(shí)域反射儀(OTDR)及故障定位儀(Fault Locator)：表現為光纖損耗與距離的函數。借助于OTDR，技術(shù)人員能夠看到整個(gè)系統輪廓，識別并測量光纖的跨度、接續點(diǎn)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(wàn)用表的兩端測試不同，OTDR僅通過(guò)光纖的一端就可測得光纖損耗。OTDR軌跡線(xiàn)給出系統衰減值的位置和大小，如：任何連接器、接續點(diǎn)、光纖異形、或光纖斷點(diǎn)的位置及其損耗大小。OTDR可被用于以下三個(gè)方面：

　　1、在敷設前了解光纜的特性(長(cháng)度和衰減)。
　　2、得到一段光纖的信號軌跡線(xiàn)波形。
　　3、在問(wèn)題增加和連接狀況每況愈下時(shí)，定位嚴重故障點(diǎn)。

　　故障定位儀(Fault Locator)是OTDR的一個(gè)特殊版本，故障定位儀可以自動(dòng)發(fā)現光纖故障所在，而不需OTDR的復雜操作步驟，其價(jià)格也只是OTDR的幾分之一。

　　選擇光纖測試儀表，一般需考慮以下四個(gè)方面的因素：即確定你的系統參數、工作環(huán)境、比較性能要素、儀表的維護

　　確定你的系統參數

　　工作波長(cháng)(nm)三個(gè)主要的傳輸窗口為850nm，1300nm 及 1550nm。

　　光源種類(lèi)(LED或激光)：在短距離應用中，由于經(jīng)濟實(shí)用的原因，大多數低速局域網(wǎng)LAN(<100Mbs)通常使用LED光源。大多數高速系統>100Mbs使用激光光源長(cháng)距離傳輸信號。

　　光纖種類(lèi)(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(lèi)：國內常見(jiàn)的連接器包括：FC-PC，FC-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/系統的容限。

　　明確你的工作環(huán)境

　　對用戶(hù)/購買(mǎi)者來(lái)講，選擇一臺野外現場(chǎng)用儀表，溫度標準或許是最嚴格的。通常，野外現場(chǎng)測量必須在嚴峻的環(huán)境中使用，BELLCORE推薦現場(chǎng)便攜式儀表的工作溫度應該從-18℃~50℃，同時(shí)儲運溫度為-40~+60℃(95%RH)。實(shí)驗室的儀器僅需在較窄的控制范圍5~50℃工作。

　　不像實(shí)驗室儀表能夠采用交流供電，現場(chǎng)便攜式儀表對儀表電源通常要求較為苛刻，否則會(huì )影響工作效率。另外，儀器的電源供電問(wèn)題還經(jīng)常是引起儀器故障或損壞的一個(gè)重要誘因。因此，用戶(hù)應該考慮和權衡如下因素：

　　1、內裝電池的位置應便于用戶(hù)更換。

　　2、新電池或滿(mǎn)充電池的最少工作時(shí)間要達到10小時(shí)(一個(gè)工作日)。然而電池工作壽命的目標值應在40~50小時(shí)(一周)以上，以確保技術(shù)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(wèn)題、包裝不標準、不容易買(mǎi)到、環(huán)保問(wèn)題等。

　　以前，要找到符合上述所有四個(gè)標準的便攜式測試儀器幾乎是不可能的�，F在，采用最現代CMOS電路制造技術(shù)的藝術(shù)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(shí)以上。另外一些實(shí)驗室型號提供雙電源(AC和內部電池)以增加其適應性。

　　如同手提電話(huà)一樣，光纖測試儀表同樣具有眾多的外觀(guān)包裝形式。低于1.5公斤的手持式表一般沒(méi)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(shí)驗室儀器是專(zhuān)為控制實(shí)驗室/生產(chǎn)場(chǎng)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(lǐng)域，沒(méi)有光功率計，任何工程、實(shí)驗室、生產(chǎn)車(chē)間或電話(huà)維護設施都無(wú)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(xué)元器件(光纖、連接器、接續子、衰減器等)的性能指標的關(guān)鍵儀器。

　　針對用戶(hù)的具體應用，要選擇適合的光功率計，應該關(guān)注以下各點(diǎn)：

　　1、選擇最優(yōu)的探頭類(lèi)型和接口類(lèi)型
　　2、評價(jià)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和顯示分辨率相一致。
　　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(gè)固態(tài)光電二極管，它從光纖網(wǎng)絡(luò )中接收耦合光，并將之轉換為電信號�？梢允褂脤�(zhuān)用的連接器接口(僅適用一種連接類(lèi)型)輸入到探頭，或用通用接口UCI(使用螺扣連接)適配器。UCI能接受絕大多數工業(yè)標準連接器�；�于選定波長(cháng)的校準因子，光功率計電路將探頭輸出信號轉換，把光功率讀數以dBm方式顯示(絕對dB等于1 mW, 0dBm=1mW)在屏幕上。
　　
　　選擇光功率計最重要的標準是使光探頭類(lèi)型與預期的工作波長(cháng)范圍相匹配。下表匯總了基本的選擇。值得一提的是，在進(jìn)行測量時(shí)，InGaAs在三個(gè)傳輸窗口都有上佳表現，與鍺相比InGaAs具有在所有三個(gè)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(shí)具有優(yōu)越的溫度穩定性和低噪聲特性。
　　光功率測量是任何光纖傳輸系統的制造、安裝、運行和維護中必不可少的部分。

　　下一個(gè)因素與校準精度息息相關(guān)。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要求相一致。應分析是什么原因導致用不同的連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(shù)研究所)建立了美國標準，但是來(lái)自不同生產(chǎn)廠(chǎng)家相似的光源、光探頭類(lèi)型、連接器的頻譜是不確定的。

　　第三個(gè)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，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(xiàn)性度(BELLCORE 確定為+0.8dB)和分辨率(通常0.1 dB or 0.01 dB)是否滿(mǎn)足應用要求。

　　光功率計的最重要選擇標準是光探頭類(lèi)型與預期的工作范圍相匹配。

　　第四，大多數光功率計具備dB 功能(相對功率)，直接讀取光損耗在測量中非常實(shí)用。低成本的光功率計通常不提供此功能。沒(méi)有dB功能，技術(shù)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。

　　現在，用戶(hù)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(hù)要考慮特殊需求----包括：計算機采集數據紀錄、外部接口等。

　　穩定光源

　　在測量損耗過(guò)程中，穩定光源(SLS)發(fā)射已知功率和波長(cháng)的光進(jìn)入光系統。對特定波長(cháng)光源(SLS)校準的光功率計/光探頭，從光纖網(wǎng)絡(luò )中接收光，將之轉換為電信號。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(cháng)相同，并采用相同的光源類(lèi)型(LED，激光)。
　　2、在測量期間，輸出功率和頻譜的穩定性(時(shí)間和溫度穩定性)。
　　3、提供相同的連接接口，并采用同類(lèi)型光纖。
　　4、輸出功率大小滿(mǎn)足最壞情況下系統損耗的測量。

　　當傳輸系統需要單獨穩定光源時(shí)，光源的最優(yōu)選擇應模擬系統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(lái)自L(fǎng)D發(fā)射的光，波長(cháng)帶寬窄，幾乎是單色光，即單波長(cháng)。與LED相比，通過(guò)其光譜波段(小于5nm)的激光不是連續的，在中心波長(cháng)的兩邊，還發(fā)射幾個(gè)較低峰植的波長(cháng)。與LED光源相比，雖然激光光源提供更大功率，但價(jià)格高于LED。激光管常用于損耗超過(guò)10dB的長(cháng)途單模系統。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(luò )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進(jìn)行精確損耗測量，但前提條件是要求其輸出足夠功率。

　　光萬(wàn)用表

　　將光功率計和穩定光源組合在一起被稱(chēng)為光萬(wàn)用表。光萬(wàn)用表 用來(lái)測量光纖鏈路的光功率損耗。這些儀表可以是兩個(gè)單獨的儀表，也可以是單一的集成單元�？傊�，兩類(lèi)光萬(wàn)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(wàn)用表通常功能成熟、具有各種性能但價(jià)格較高。

　　從技術(shù)的角度來(lái)評價(jià)各種光萬(wàn)用表配置，基本的光功率計和穩定光源標準仍然適用。注意選擇正確的光源種類(lèi)、工作波長(cháng)、光功率計探頭以及動(dòng)態(tài)范圍。

　　光時(shí)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(shí)相關(guān)光纖最多的信息。OTDR本身是一維的閉環(huán)光學(xué)雷達，測量?jì)H需光纖的一個(gè)端頭。發(fā)射高強度、窄的光脈沖進(jìn)入光纖，同時(shí)高速光探頭紀錄返回信號。此儀器給出有關(guān)光鏈路的可視化解釋。在OTDR曲線(xiàn)上反映出接續點(diǎn)、連接器和故障點(diǎn)的位置以及損耗大小。

　　OTDR評價(jià)過(guò)程與光萬(wàn)用表有許多相似點(diǎn)。事實(shí)上， OTDR 可以被認為是一個(gè)非常專(zhuān)業(yè)的測試儀表組合：由一個(gè)穩定高速脈沖源和一個(gè)高速光探頭組成。OTDR的選擇過(guò)程可關(guān)注下列屬性：

　　1、確認工作波長(cháng)，光纖類(lèi)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。利用 OTDR (光時(shí)域反射儀 ) 技術(shù)，用于對光纖故障的點(diǎn)定位，測試距離大多在20公里以?xún)�。儀器直接以數字顯示至故障點(diǎn)的距離。適用于：廣域網(wǎng)(WAN)、20 km范圍的通訊系統、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。在單模及多模光纜系統中，要定位帶故障的連接頭、壞的接續點(diǎn)，故障定位儀是一種優(yōu)異的工具。故障定位儀操作簡(jiǎn)單，只需單鍵操作，可探測多達7個(gè)多重事件。