光纤特性测试导则第3部分：有效面积(Aeff)

光纤特性测试导则第3部分：有效面积(Aeff)

国家标准 GB/33779.3一2021 光纤特性测试导则 第3部分:有效面积(A eff Guidaneeforspeeialcharacteristieofoptiealibre一 Part3Effectivearea(Ar 2021-04-30发布 2021-08-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/T33779.3一2021 次 目 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 缩略语 4 测试方法 测试装置 样品 测试程序 计算方法 10结果 附录A(资料性附录》单模光纤的有效面积与模场直径之间的关系 附录B(规范性附录方法A 直接远场扫描法 附录c(规范性附录)方法B远场可变孔径法 附录D(规范性附录)方法c 近场扫描法
GB;/T33779.3一2021 前 言 GB/T33779《光纤特性测试导则》分为以下部分: 第1部分;衰减均匀性; -第2部分:0TDR后向散射曲线解析; 第3部分:有效面积(A.). 本部分为GB/T33779的第3部分 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 请注意本文件的某些内容可能涉及专利 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 本部分由工业和信息化部提出 本部分由全国通信标准化技术委员会(S.Ac/Tc485)归n. 本部分起草单位;武汉烽火科技集团有限公司、中讯邮电咨询设计院有限公司、长飞光纤光缆股份 有限公司、江苏省邮电规划设计院有限责任公司、信息通信研究院、江苏亨通光纤科技有限公司 本部分主要起草人;刘骋、贺永涛、祁庆庆,李嬉、杨红伟,刘秦、陈伟、王璀,喻煌
GB;/T33779.3一2021 光纤特性测试导则 第3部分:有效面积(An 范围 GB/T33779的本部分规定了单模光纤有效面积(Aa)的基准测试方法(RTM)和替代测试方法,规 定了测试装置、样品和样品制备、测试程序,计算方法和结果等 本部分适用于GB/T9771(所有部分)中规定的B类单模光纤 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T9771(所有部分)通信用单模光纤 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 有效面积effeetivearea A -个与光纤非线性紧密相关的参数,它会影响光纤系统的传输质量,特别是在长距离光放大系统中 的传输质量,有效面积A可以用式(1)定义 2xI(r)rdr A I(r'rd" 式中: -光纤在半径厂处基模的近场场强分布 I(r 注1;I(r)在整个光纤横截面上进行积分 注2:对于单模光纤,有效面积(Aa)与模场直径(MFD)之间的关系可参见附录A 3.2 非线性系数non-linearcoefricient 对于特别强的光场,光纤的折射率与光纤中光的强度有关,表示为式(2) 在高功率密度系统应用 时,光纤非线性会导致系统性能劣化 非线性系数定义为n:/A =0十n2l 式中: 折射率 -折射率的线性部分:; n 非线性折射率系数 n 光纤内光强度
GB/T33779.3一2021 注:非线性系数是评估这种劣化的一个重要参数 缩略语 下列缩略语适用于本文件 DFFS:直接远场扫描(DireetFar-fieldSean) FFP:远场功率(Far-fieldPower FWHM半幅全宽(FullwidthatHalMaximum) GBIP;通用接口总线(General-PurposelInterfaceBus) MFD;模场直径(ModeFieldDiameter) umericalAperture NA:数值孔径(Nur NFP;近场功率(NearfieldPower) NFS;近场扫描(Near-fieldSean) ferenceTestMethod RTM:基准测试方法(Refe VA:可变孔径(VariableAperture) wDM:波分复用(wavelengthDivisionMultiplexing) 5 测试方法 测试单模光纤的有效面积有三种方法 方法A;直接远场扫描法(RTM); 方法B;远场可变孔径法; 方法C;近场扫描法 三种方法的要求分别见附录B附录C和附录D,不同测试方法之间的数学变换关系如图1所示 直接远场 扫描 积分 汉克尔变换 近场 远场可变 孔径 扫描 三种测试方法之间的数学变换关系 6 测试装置 6.1概述 6.26.8对测试装置的要求为有效面积的三种测试方法所共有,在附录B、附录C、附录D中还分 别给出了对每一种测试方法的特定要求
GB;/T33779.3一2021 6.2光源 在完成测试过程的时间内,光源位置、强度和波长应保持稳定 光源的光谱特性应选择消除多模传 播,光源谱线的半幅全宽(FWHM)应不大于101 nm 6.3调制 通常通过对光源的调制来提高接收器的信噪比 如果采用这种方法,光检测器可连接到与光源调 制频率同步的信号处理系统上 6.4光学注入系统 光学注人装置应足以激励基模,可采用尾纤或光学透镜系统来激励被测光纤,注意滤除掉高阶模， 必要时可在光纤尾端打一个半径合适的圈或加人其它类型的滤模器来滤除高阶模 6.5包层模剥除器 为了从被调光纤中刹除包层模,应采用包层模剥除器 大多数情况下,光纤涂层折射率等于或大于 光纤包层折射率时,光纤涂层就可起到包层模剥除器的作用 6.6检测器 应采用合适的扫描检测器,检测器在接收光强范围内应是线性的 6.7放大器 应采用合适的放大器来增加信号电平 6.8数据采集 应使用一台计算机来执行仪表控制操作,以记录测试数据,并进行数据处理以获得最终结果 样品 7.1样品长度 样品应是长度为(2士0.2)m的单模光纤 对于部分6类单模光纤,可在被测样品上打若干小半径的圈或者采用更长的样品长度例如 22m)来滤除高阶模 7.2样品端面 样品的输人端面和输出端面应平整,光滑,输出端面与光纤轴应有良好的垂直度 测试程序 8.1设备校准 为了校准设备,应通过扫描一段已知的样品来测试光学放大装置的放大倍数,并记录这个放大 倍数
GB/T33779.3一2021 8.2测试细节 分别见附录B,附录C和附录D中的方法 o 计算方法 分别见附录B,附录C和附录D中的方法 10结果 10.1测试结果报告应包括下列内容: 测试名称; 样品识别号; 光源波长; 被测光纤类型; 测试结果; 环境温度和相对湿度; 测试日期和操作人员 0.2报告中也可包括下列内容 所用测试方法; 光源类型和FwHM谱宽; 仪器型号说明 计算技术细节; 测试装置最近校准日期
GB;/T33779.3一2021 附 录 A 资料性附录 单模光纤的有效面积与模场直径之间的关系 概述 A.1 本附录给出了几种常规单模光纤的有效面积(A.a)与模场直径(MFD)之间的关系 A.2A.与\ID之间的关系 对于式(A.1)中l(r),如果用高斯分布进行近似描述,得式(A.1): I(r)=exp(-2r=/w) A.1 式中 -模场半径 w 于是式(1)能被解析积分,得到式(A.2): A.2) A=Tw" 对于B1.1或B1.3和B1.2阶跃型折射率光纤,当波长接近截止波长时,高斯近似是精确的 但在 远离截止波长的较长波长处,A.不能从式(A.2)精确地估算 此外,对于B2色散位移光纤,A也不能从式A.2)精确地估算 -般情况下,A和w之间的经验关系式为式(A.3): A=kTw" A.3 式中: 修正因子 ? 修正因子k A 采用可变孔径法测试模场直径(MFD),然后,利用汉克尔反变换,从输出光功率P(r)的远场功率 FFP)计算出近场功率(NFP) 最后利用式(1)从NFP中计算得出A. 修正因子取决于波长和光纤参数,例如折射率剖面、MFD和零色散波长 图A.1示出B1.1或 B1.3和B光纤在1200nm~1600nm波长区内实测的MFD和A与波长入之间的关系 图A.2给 出B1.1或B1.3,2和B1.2光纤在这同样波长区内计算的和实测的MFD、A.和修正因子与波长 之间的关系
GB/T33779.3一2021 90 B1.1或B1.3 80 10 SMF 70 60 50 40 B2(DSF 30 20 1100 120013001400 1500160017001800 波长入/nm MFDAe 口 BL.1或B1.3(sMF)[阶跃折射率 [非阶跃折射率] DSF B2 图A.1B1.1或B1.3和B2光纤的A.和MIFD实测值与波长入的关系 1.02 B1.1或B1.3 B1.2 1.0o (SM (CSP) 0.98 B2 0.96 Dsc-DsF) B2 0.9 (SGc-DSF) 0.92 1200 1300 500 60o 170o 1100 1400 波长入/nm [阶跃折射率] [非阶跃折射率] [实测的 B1.1或B1.3(SMF B2(sc-DSF B1.2 (CcSF B2(sGc-DSF DsC双层芯 [计算的] SG分层达 图A.2B1.1或B1.3、2和B1.2光纤的修正因子k计算的和实测值与波长入的关系
GB;/T33779.3一2021 B1.1或B1.3,B2和B1.2单模光纤例子的修正因子更的范围见表A.1 表A.1基于图A.2中例子的B1.1或B1.3,2和B1.2光纤的A.和MMIFD的修正因子k 波长入下的修正因子 光纤类型 1310nm 1550nm 0.970~0.980y 0.960~0,970 BH.或H.3 B1.2 0.9750.985" 2 0.9400,950 0.9500.960" 最佳波长区 对于为海底光缆和wDM系统应用而开发的其它光纤设计结构面言,A画与w的关系可能不同,宜 采用式(1)来确定 图A.3给出了B2光纤(DsF)和B4光纤(NZ-DSF)在wDM应用的1520nm 1580nm波长区内的A.和波长之间的关系， 10 10o B4NZ-DSF NZ-DSF1 Nz-DsF4 90 NZ-DSF3 80 Nz.-DsF2 Nz-DSF5 70 60 B2(OSP DSF3 DSF4 DSF 50 Ds2 40 510 1520 1590 1600 153015401550 5601570 1580 波长/nm 图A.32和B4光纤的A.实测值与波长入的关系 对于B2光纤而言,得到的平均值和标准偏差为0.953士0.005,对于B4光纤而言,得到的平均 值和标准偏差为1.09士0.070.
GB/T33779.3一2021 附 录 B 规范性附录) 方法A -直接远场扫描法 B.1概述 本附录规定了直接远场扫描(DFFS)法测试单模光纤A的具体要求 B.2测试装置" B.2.1测试装置框图 直接远场扫描法用测试装置示意图见图B.1 被测光纤 旋转台 滤校 尾纤 可调 激光器光x PIN 检测器 接头 参考光路 锁 相 计算机 放大器 图B.1直接远场扫描(DFFs)的典型装置 B.2.2扫描设备 采用对远场光强分布进行扫描的机械装置,光检测器光敏面和光纤输出端面的距离应大于40wb/ 入(2是被测光纤的预期模场直径,b是光检测器的光敏面直径,入是波长),或者它们之间的距离至少 有10mm,以保证光检测器光敏面在远场覆盖的角度不太大 精确测试时要求测量仪表的最小动态范围应为50dB 对B1.1,B1.3光纤,相应的最大扫描半角应 不小于20",对2光纤,相应的最大扫描半角应不小于25 如果对B1.1、,B1.3光纤,将上述数值分别限制在30dB、,12.5",对2光纤,将上述数值分别限制在 40dB,20"时,确定模场直径时就可能导致大于1%的相对误差 对B1.2光纤,可参考B1.1,B1.3光纤的要求
GB;/T33779.3一2021 B.3计算方法 B.3.1 叠合远场辐射功率数据 设P()作为下标i的角位置,(rad)函数的实测功率 叠合的功率曲线P(,)见式(B.1),其中 0<0<0m P(,)十P(-0 P0)= B.1 B.3.2计算近场光强图 利用适当的数值积分方法来计算式(B.1)的积分 例如使用式(B.2),采用其它积分方法时计算精 度不得低于该方法 2srsinO /P,1 sin(20,)0 .(B.2 I(r, 式中: 20=从一从 -零阶贝塞尔函数 计算半径r，值从零到一个足够大数值范围的近场值,在这个最大半径上计算得到的光强小于最大 光强的0.01% B.3.3计算积分项 利用适当的数值积分方法来计算式(B.2)结果的积分 例如使用式(B.3)和式(B.4)计算,采用其它 积分方法时计算精度不得低于该方法 (B.3 口-[之r)门心叮 B- B4 习r(C)r,心 式中 Ar=r1一ra; 实测位置的数目 n B.3.4计算结果 根据有效面积A的定义,可得到式(B5): 2TT (B,5 A道= 测试远场功率(FFP)数据的一个例子参见图B.2.
GB/T33779.3一2021 .0 0,8 0.6 0.4 0.2 20 e/(e 图B.2测试FFrP数据的例子 0
GB;/T33779.3一2021 附录 C 规范性附录) 方法B远场可变孔径法 C.1概述 本附录规定了远场可变孔径(VA)法测试单模光纤A.的具体要求 测试装置 C.2.1测试装置框图 远场可变孔径法用测试装置示意图见图C.1 单色仪 包层模 高阶模 或 刘除器 鹤光源 滤除器 干涉谜光片 当需要时 光源 输入装置 被测光纤 输出可变孔径装置 输出 定位器 检测器装置 输出装置 和 信号检测电子装置 光学观察装置 图C.1 远场可变孔径法装置的典型装置 C.2.2孔径装置 宜采用一台至少12个孔的机械装置,这些孔的半角数值孔径范围从0.020.25(B2光纤为0.4). 把透过孔的光收集起来,聚焦在检测器上 聚光装置的NA应足够大,不得影响测试结果 c.2.3输出远场可变孔径装置 应把一个包含不同尺寸的透光圆孔的装置(例如一个带孔的轮盘)放在距光纤端距离D的地方(D 至少为100uw/A),它用来改变从光纤输出场图收集到的光功率 通常采用12个20个孔,并放在距 离光纤端20mm~50mm的地方 测试装置的最大数值孔径应不小于0.4 应采取措施使孔相对于场 11
GB/T33779.3一2021 图对中,以减少对光纤的端面角的敏感性 作为装置准备的一个环节,如图C.2所示,要仔细测试和记录光纤输出端位置和圆孔平面之间的距 离D和每个孔径的直径X 确定轮盘内的每个孔径所对的半角,并记录这些值依孔的尺寸增加的 次序,i=1一n),以供计算用 这些值与测试波长无关 孔径 孔径所对的半角 光纤 图c.2孔径设备装置 C.3计算方法 远场可变孔径(vA)法测试通过如图c.2所示的一个给定孔径所对光纤处的远场角0的归一 化总 功率/(0) 这些功率值等于归一化远场功率分布F'(0)的积分 它用式(C.1)表示 f(0)=F(0)sin(0)d0 C.1) ( 透过孔径的归一化光功率和角0的函数曲线见图c.3 1.2 0.8 0.6 雪0.4 0.2 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 e/(” 图c.3实测的VA数据曲线图 由式(C.2)中给出的四次函数拟合到远场孔径数据: C.2 f(0)=A0十B0十C0十D0十E 有效面积A.由近场功率分布I(r)计算得到,计算细节如下 对积分功率数据0求导,得到近场功率分布rF(w. a df0y F'(0) C.3 d sind 12
GB;/T33779.3一2021 FFP分布曲线见图C.4 500 400 300 20o 100 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 /nd 图C.4FFP分布曲线 b 利用式(C.4)的汉克尔反变换,可以从远场光功率分布F()计算作为半径r的函数的近场光 功率分布I(r) /2r I(r)=下(UJ sin20do C.4 近场分布I(r)相对于的曲线见图C.5 0.8 0.6- 0.4 0.2 半径/um 图c.5NFP分布曲线 有效面积A.可以用近场分布I(r)和式(C.5)计算得到 I(r)rd =2r C.5 A旧- I(r)”rdr 13
GB/T33779.3一2021 附录 D 规范性附录 方法C- -近场扫描法 D.1 概述 本附录规定了近场扫描(NFS)法测试单模光纤A的具体要求 D.2测试装置 D.2.1测试装置框图 近场扫描法用测试装置示意图见图D.1 视频 监视器 GPIB 数字处理器 摄像机控刺 计算机 光导摄像管摄像机 光源 显微镜 滤光器 被测光纤 图D.1近场扫描法的测试框图 D.2.2扫描设备 采用对近场光强分布进行扫描的机械装置,光检测器光敏面和光纤输出端面的距离应大于40ub A(2w是被测光纤的预期模场直径,b是光检测器的光敏面直径,入是波长)或者它们之间的距离至少有 10 mm,以保证光检测器光敏面在远场覆盖的角度不太大 精确测试时要求测量仪器的最小动态范围应为50dB 对B1.1,B1.3光纤,最大扫描半角应不小于 20",对2光纤,最大扫描半角应不小于25” 对B.1.B.3光纤,将测量仪器的最小动态范围和最大扫描半角分别限制在30dB.12.5";对B2光 纤.将测量仪器的最小动态范围和最大扫描半角数值分别限制在40dB.20"时,确定模场直径时就可能 导致大于1%的相对误差 对B1.2光纤,可参考B1.1、B1.3光纤的要求 14
GB;/T33779.3一2021 D.3计算方法 D.3.1计算形中心 对于一个给定的近场功率(NFP)横截面,在其最大范围内,以厂定义位置值,I(r,)表示光强度,其 形中心的定义如式(D.1): 习r,I(r, (D.1 r” 习I( D.3.2叠合近场功率分布 在位置r 上下重新标注位置和光强,使其上面的位置具有大于零的下标值，下面的位置具有小于 零的下标 最大下标给定为n 叠合近场功率见式(D.2): I(r,一I(r,)十I(r-,)/2 D.2 D.3.3计算积分项 利用适当的数值积分方法来对式(D,2)的结果积分,例如采用式(D.3)和式(D.4)描述的方法 当采 用其它积分方法时,计算精度不得低于该方法 T r=[(G,)r,心] D.3 B-习r(r,)>r,心 D.4 式中 Ar=r1一ro D.3.4计算结果 根据有效面积A的定义,可得到式(D.5) 2TT D.5 A.啡= B 计算的近场功率(NFP)的结果见图c.5

光纤特性测试导则：有效面积(Aeff)在GB/T33779.3-2021中的应用

光纤的有效面积（Aeff）是衡量光纤传输能力的一个重要参数，也是光纤特性测试中的关键指标之一。其在GB/T33779.3-2021中有着详细的规定和说明。

Aeff定义为光纤中心轴线上单位长度内所包含的光能量平均分布面积。通俗地说，就是衡量光纤可以传输多少光功率的指标。Aeff越大，表示光纤的传输能力越强。

根据GB/T33779.3-2021的相关规定，Aeff的测试方法需要使用相干时间域反射法（OTDR）。测试过程中需要确定测试光源、测试波长、光纤长度等参数，并记录测试结果和测试条件。同时，还需要进行数据处理和分析，得出最终的Aeff值。

在实际应用中，Aeff的大小对于光纤通信系统的性能和稳定性都有着重要的影响。当Aeff过小时，光纤传输的功率衰减会更加明显，从而影响通信距离和质量。因此，在光纤生产、测试和应用中，都需要对Aeff进行精确测量和控制。

总之，有效面积（Aeff）是光纤特性测试中一个重要的参数，其测量方法和规范在GB/T33779.3-2021中有着详细的说明。在实际应用中，需要对Aeff进行精确测量和控制，以保证光纤通信系统的性能和稳定性。

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GB/T33779.1-2017

光纤特性测试导则第1部分：衰减均匀性

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GB/T33779.3-2021

光纤特性测试导则第3部分：有效面积(Aeff)

2022/7/15 2:31:35 现行