【国家标准(GB)】 光纤总规范 第2部分:尺寸参数试验方法

中华人民共和国国家标准
GB/T15972.2—1998
eqv IEC 793-1-2:1995
光纤总规范
第2部分：尺寸参数试验方法
Generic specificationforoptical fibresPart 2: Measuring methodsfor dimensions1998-12-21发布
1999-07-01实施
国家质量技术监督局发布
GB/T15972.2—1998
本标准是等效采用国际电工委员会EC793-1-2：1995《光纤第1部分：总规范第2篇：尺寸参数试验方法》和修改单1（1996）对GB/T8402—1987《光纤的（几何）尺寸参数测量方法》和GB/T15972—1995《光纤总规范》中的5.3进行修订的。本标准某些条款中，还参考采用了ITU-TG650：1997《单模光纤相关参数的定义和试验方法》和ITU-TG651：1997《50/125μm多模渐变折射率光纤缆的特性》中的有关规定。这样，使我国的光纤国家标准与国际标准相一致，以适应在此领域的国际技术交流和贸易往来迅速发展的需要。
本标准与GB/T8402—1987和GB/T15972—1995中的5.3相比，除增加了光纤涂覆层尺寸、光纤伸长量的测量方法外，折射率部面测试方法中增加了横向干涉法，光纤包层直径测量方法中增加了机械法，光纤长度测量方法中增加了传输和/或反射脉冲延迟法，删除了模场直径的测量方法。GB/T15972—1998在《光纤总规范》总标题下包括五个部分：第1部分（即GB/T15972.1)：总则第2部分（即GB/T15972.2）：尺寸参数试验方法第3部分（即GB/T15972.3）：机械性能试验方法第4部分（即GB/T15972.4)：传输特性和光学特性试验方法第5部分（即GB/T15972.5）：环境性能试验方法本标准是第2部分。
本标准从实施之日起同时代替GB/T8402.1～8402.61987和GB/T15972—1995。本标准由中华人民共和国邮电部和电子工业部共同提出本标准由邮电部电信科学研究规划院归口。本标准起草单位：邮电部武汉邮电科学研究院、电子工业部上海传输线研究所。本标准主要起草人：陈永诗、吴金良、刘泽恒、陈国庆。I
GB/T15972.2—1998
IEC前言
1）IEC（国际电工委员会）是一个包括所有国家电工委员会（IEC国家委员会）的世界性标准化组织。IEC的目标是促进电气和电子领域内涉及的所有标准化问题的国际合作。为此目的，除其他活动外，IEC发布国际标准。标准的制定委托给技术委员会。对该内容感兴趣的任何IEC国家委员会都可以参加这个制定工作。与IEC有联系的国际的、政府的和非政府的组织也可参加制定工作。IEC与国际标准化组织(ISO)按照双方协商确定的条件进行密切合作。2）EC在技术问题上的正式决议或协议，是由对这些问题特别关切的国家委员会参加的技术委员会制定的，对所涉及的问题尽可能地代表了国际上的一致意见。3）这些决议或协议应按国际应用的建议，以标准、技术报告或导则的形式发布，并在此意义上为各国家委员会所接受。
4）为了促进国际上的统一，IEC各国家委员会有责任使其国家和地区标准尽可能采用IEC国际标准。国家或地区标准与IEC标准之间的任何差异应在国家或地区标准中清楚地指明。国际标准IEC793-1-2是由IEC第86技术委员会（纤维光学）的第86A分委员会（光纤光缆）制定的。
1992年颁布的IEC793-1的第4版已被修改，它被分成了五个标准，每个标准包括一篇。IEC793-1-2第1版取消并替代IEC793-1的第2篇，形成了—个新的技术修订版。本标准应与下列标准结合起来使用：IEC793-1-1：1995光纤第1部分：总规范第1篇：总则IEC793-1-3：1995光纤第1部分：总规范第3篇：机械性能试验方法IEC793-1-4：1995光纤第1部分：总规范第4篇：传输特性和光学特性试验方法IEC793-1-5：1995光纤第1部分：总规范第5篇：环境性能试验方法本标准文本以下列文件为依据：国际标准草案
86A/301/DIS
表决报告
86A/327/RVD
表决批准本标准的全部资料可在上表列出的表决报告中查阅。附：修改单前言
修改单1是由IEC第86技术委员会（纤维光学）的第86A分委员会（光纤光缆）制定的。修改单1的文本依据下列文件：
最终国际标准草案
86A/339/FDIS
表决报告
86A/362/RVD
表决批准本修改单的全部资料可在上表列出的表决报告中查阅。1范围
中华人民共和国国家标准
光纤总规范
第2部分：尺寸参数试验方法
Generic specification for optical fibresPart 2:Measuring methods for dimensionsGB/T15972.2—1998
eqvIEC793-1-2:1995
代替GB/T8402.1~8402.6—1987
GB/T15972—1995
本标准规定了光纤尺寸参数的试验方法及其对试验装置、试样、程序、计算方法、结果的统一要求。本标准适用于对成品光纤横截面尺寸，折射率剖面、长度和光纤伸长量的商业性检验。2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T15972.4—1998光纤总规范第4部分：传输特性和光学特性试验方法3尺寸参数试验项目
应从表1中选择确定的试验方法进行光纤尺寸的测定。适用的试验、合格判据和试样数目应在产品规范中规定。
1应当明确，表1包括了所有种类光纤，但不是所有试验都适用于任何一类光纤。2当预涂覆层由两层以上不同材料的同轴和同心层组成时，最接近包层的那一层定义为第一层，紧换第一层的那一层定义为第二层，依此类推。表1光纤的尺寸特性
试验方法标准号
GB/T15972-A1A
GB/T15972-A1B
GB/T15972-A2
GB/T15972-A3
折射近场法
横向干涉法
试验方法
近场光分布法(横截面几何尺寸测定）侧视光分布法（预涂覆几何尺寸测定）国家质量技术监督局1998-12-21批准适用的参数
纤芯直径
包层直径
不圆度
同心度误差bZxz.net
纤芯直径
包层直径
预涂覆层直径
缓冲层直径
不圆度
同心度误差
预涂覆层直径
预涂覆层不圆度
预涂覆层同心度误差
1999-07-01实施
试验方法标准号
GB/T15972-A4
GB/T15972-A5
GB/T15972-A6
GB/T15972-C1C
GB/T15972-A7
机械法(直径测定）
机械法(长度测定）
GB/T15972.2—1998
表1(完)
试验方法
传输和/或反射脉冲延迟法(长度测定)后向散射法
光纤伸长量
适用的参数
包层直径
预涂覆层直径
缓冲层直径
不圆度
光纤长度
光纤长度的变化
1折射近场法是一个基于折射率分布的纤芯定义直接测量芯区尺寸参数的方法。由本方法给出的折射率分布可以计算出光纤横截面尺寸和数值孔径。2采用近场光分布法获得的尺寸与折射率分布相关，但并不严格符合纤芯直径定义。3与单模光纤传输部分有关尺寸（即模场直径、模场同心度误差）的测量见GB/T15972.4的有关规定。4实际上，一般不规定单模光纤纤芯直径。5方法GB/T15972-A5——机械法（长度测定）尚在考虑中。4定义
4.1基准面
基准面应在产品规范中规定，它可以是纤芯、包层预涂覆层或缓冲层的表面。4.2折射率剖面
沿光纤直径的折射率分布。
4.3纤芯(包层、预涂覆层或缓冲层)的中心纤芯（包层、预涂覆层或缓冲层）的中心是纤芯（包层、预涂覆层或缓冲层）外边界的最佳拟合圆的圆心。
4.4纤芯直径
4.4.1单模光纤纤芯直径
正在研究中。
4.4.2多模光纤纤芯直径
根据折射率分布，多模光纤芯区边界上每点（不包括任何折射率下陷处）的折射率都比最内均匀包层的折射率大一个规定值，该规定值是(n1一n2)。多模光纤纤芯直径是多模光纤芯区外边界(在该边界上各点的折射率是n3)最佳拟合圆的直径。n3=n2十(n1-n2)
式中：n2—一最内均匀包层的折射率，n1——纤芯的最大折射率；
——称为“因子”的常数。
折射率剖面可通过折射近场法(RNF)或横向干涉法(TI)获得，也可以用近场光分布法(TNF)测量被全部照明的纤芯近场来获得。注
1对拟合的折射近场作图法或不拟合的TNF法，的典型取值为0.025,这与拟合的TNF法的值为零等效。2对纤芯/包层交界区域折射率剖面是渐变的光纤，不拟合的TNF法的值取为0.05等效于拟合的TNF法的k值取为零。
4.5包层（预涂覆层或缓冲层)直径2
GB/T15972.2—1998
包层(预涂覆层或缓冲层)直径是包层(预涂覆层或缓冲层)外边界的最佳拟合圆的直径。4.6纤芯(包层、预涂覆层或缓冲层)不圆度对纤芯（包层、预涂覆层或缓冲层）边界作一个外接圆和一个内切圆。纤芯（包层、预涂覆层或缓冲层）不圆度，是纤芯（包层、预涂覆层或缓冲层）边界的外接圆与内切圆的直径之差除以纤芯（包层、预涂覆层或缓冲层)直径所得的值，用百分数表示。4.7同心度误差
纤芯、包层、预涂覆层或缓冲层中任意两个不同的中心（如纤芯中心与包层中心、包层中心与预涂覆层中心、包层中心与缓冲层中心)之间的距离，就是对应的同心度误差。对于多模光纤，纤芯/包层同心度误差也可以是纤芯中心与包层中心的距离除以纤芯直径所得的值，用百分数表示。
5方法GB/T15972-A1——折射率剖面法测量折射率剖面的两种试验方法如下：a）折射近场法
折射近场法是多模光纤和单模光纤折射率分布测定的基准试验方法（RTM），也是多模光纤尺寸参数测定的基准试验方法和单模光纤尺寸参数测定的替代试验方法（ATM）。折射近场测量是一种直接和精确的测量，它能直接测量光纤（纤芯和包层）横截面折射率变化，具有高分辨率，经定标可给出折射率绝对值。由折射率剖面可确定多模光纤和单模光纤的几何参数及多模光纤的最大理论数值孔径。
对B类单模光纤，用本方法测得的纤芯/包层同心度误差一般地等于模场同心度误差。b）横向干涉法
横向干涉法是折射率剖面和尺寸参数测定的替代试验方法（ATM）。横向干涉法采用干涉显微镜，在垂直于光纤试样轴线方向上照明试样，产生干涉条纹，通过视频检测和计算机处理获取折射率剖面。从折射率面可以确定光纤几何参数。也可由测量结果确定A1类光纤纤芯直径和最大理论数值孔径。5.1方法GB/T15972-A1A——折射近场法5.1.1装置
折射近场法原理示意图和试验装置如图1、图2所示演保区
经两性人
的社人光
仅为折割摊
图1折射近场法示意图
5.1.1.1光源
歡光器
124 片
起演证
汽电二投管
GB/T15972.2—1998
电了计
武大册
图2折射近场法试验装置框图
应采用一个输出功率为毫瓦级的稳定激光器，输出模式为TEMo模。X-
可采用波长为633nm的氢氛(He-Ne)激光器，但外推到其他波长时必须用修正系数对其结果加以修正。应注意，在633nm波长的测量可能给不出较长波长上的全部信息，特别是不均匀的光纤掺杂可能影响这种修正。
由于光在空气-玻璃界面的反射与角度和偏振状态密切相关，所以加入一个1/4波片将光束从线偏振变为圆偏振。
个置于透镜1焦点处的小孔作为空间滤波器。5.1.1.2注入光学系统
注入光学系统应对光纤的数值孔径满注入，并将光束聚焦到光纤平坦的输入端面上。光束光轴与光纤轴夹角应在1°以内。装置的分辨率取决于聚焦光斑尺寸，为了使分辨率最高，聚焦光斑尺寸应尽可能小。对多模光纤，光斑尺寸宜小于1.5μm；对单模光纤，光斑尺寸宜小于1.0um。聚焦光斑应能沿光纤直径扫描。
5.1.1.3液体盒
盒中折射率匹配液折射率应稍高于光纤包层折射率。盒的位置由计算机控制的马达驱动，并由电子测微计检测。
5.1.1.4光检测器
只要能收集全部折射光，可采用任何方便的方法收集折射光传到检测器。通过计算确定圆盘尺寸及在中心轴上的位置。
5.1.2试样
试样长度应小于1m，浸入液体盒中光纤段上的全部被覆层应去除，试样端面应清洁、光滑并与光4
纤轴垂直。
5.1.3程序
5.1.3.1装置校准
GB/T15972.2—1998
从液体盒中取出光纤对装置进行校准。测量期间，光锥角随入射点处光纤折射率的不同而变化(即通过圆盘功率的变化。如已从液体盒中取出光纤，并且已知液体折射率及液体盒厚度，可通过沿光轴平移圆盘模拟角度的变化。通过把圆盘移动到若干个预定位置，可得到相对折射率剖面图。如果精确知道在测量波长和温度下包层或匹配液的折射率，就可准确确定绝对折射率n1和n2值。也可借助一根已知其恒折射率值的细棒或一根已知有精确的多层阶跃折射率值的多模光纤对装置进行校准。
5.1.3.2折射率剖面测量
将被试光纤注入端浸在液体盒中。用一钨灯从后端照明光纤，透镜2和3产生一个光纤的聚焦像。调节透镜3的位置使光纤像对中并聚焦，同时激光束对中并聚焦到光纤端面上。将圆盘与输出光锥对中。对多模光纤，圆盘在光轴上的位置应恰好阻挡住漏模：对单模光纤，圆盘的定位还要给出最佳分辨率。
收集通过圆盘的全部折射光并聚焦到光电二极管上。聚焦的激光光斑横扫光纤端面。直接获得光纤的折射率分布曲线。
5.1.4结果
a）测量结果报告应包括下列内容：1）试验名称；
2）试样识别号；
3）根据规范要求，测量出在指定波长上经过校准的一通过纤芯和包层中心的折射率部面，一沿纤芯长、短轴的折射率剖面，一沿包层长、短轴的折射率剖面。4）试验数据
通过上面测得的折射率剖面，计算出一纤芯直径；
一包层直径：
一纤芯/包层同心度误差；
-纤芯不圆度；
包层不圆度；
最大理论数值孔径，
折射率差，
一相对折射率差；
一精度和重复性。
5）试验日期和操作人员；
6）环境温度和相对湿度。
b）报告中也可包括下列内容
1）试验装置说明（必要时)；
2）装置校准方法；
3）波长修正系数（光源波长不是633nm时）。5.2方法GB/T15972-A1B——横向干涉法5.2.1装置
横向干涉法试验装置如图3所示。限像普情像
下器丽究
光进人
GB/T15972.2—1998
砖换器
4示器
图3横向干涉法试验装置
5.2.1.1透射光干涉显微镜
评等肾
龄国收
这种特定用途的干涉显微镜是两台显微镜和一台干涉仪的组合，它使试验物体的放大像与干涉条纹一起出现。一个平行光聚光镜和物镜系统产生试样的试验光路和参考光路，它采用窄带滤光器和白光光源得到准相干照明光。
5.2.1.2视像管摄像机和显示器
摄像机产生一个能使条纹明暗度量化的电子图像，使得能采用解析方法精确确定条纹中心座标。它也可以在可见光谱之外的波长上进行测量。显示器应能使操作人员便于观察试样，有助于对试样和条纹进行适当调节。5.2.1.3视频数字转换器
该单元与摄像机和计算机控制器一起工作，使摄到的显微镜输出场图数字化。计算机对摄像管的位置进行寻址，数字转换器将该寻址位置处的灰度用一个8位二进制数字表示，并送回到计算机。由显示器上圆点光标指示被编码点的位置。5.2.1.4可编程计算机和绘图仪
计算机（可编程计算机）采集作为位置数据函数的光强，确定条纹相对于包层基准线的位移（它是纤芯径向位置的函数）。计算出△n，作出径向折射率剖面图，确定一条最佳拟合的折射率剖面幂次分布曲线，并由绘图仪绘出。
5.2.2试样
试样应是一段清洁的无被覆层光纤，长度为20mm。5.2.3程序
5.2.3.1测量
试样横放在显微镜试验物镜下的光学试样平板（由显微镜配备）上。将等量的油（折射率与试样包层折射率相同)注在试样平板和参考平板上。选用100倍油浸物镜，升高显微镜载物台直至物镜接触到油。将试样定位在物镜视场中并在关闭参考光束情况下进行聚焦。开启参考光束，调节显微镜以产生如图3所示高对比度条纹图形，条纹曲线部分是由纤芯产生的。调整光纤轴使之与条纹线垂直，调节条纹间距，使显示器上可看到约4条条纹。为便于分析，再调节6
GB/T15972.2—1998
显微镜操纵装置，使条纹线平行于摄像机的水平扫描线。旦将条纹适当定向，可编程计算机和视频数字转换器就自动扫描所选条纹，将包层条纹位置作为零位移位置（\一0)），可得出纤芯条纹位移量（u轴）。垂直跨过包层的两条相邻条纹进行一次单独扫描，获得条纹间距L。条纹扫描结束后，可确定一组用于计算n，的条纹位移点Q，和条纹间距L。P是条纹位移测量处径向位置编号。
5.2.3.2计算
为便于分析，纤芯折射率分布由一组同心圆环近似（图4所示）。图4顶部示出了条纹以及条纹位移点与纤芯径向位置的相互关系。这些条纹不必与光纤的沉积层相一致，而取决于对n（）要求的空间分辨率。P环折射率与包层折射率之差△n，由下式给出：1「，
An,s,,
式中：S——p光线在j环中传输的距离，Q，—P点处条纹的位移；
-相邻条纹间距。
S,-2[(R-2-R)/2-(R—R)12
式中：R-
-环的半径。
Q必膜处
的案率试我！
中出光线
光纤师芯
折车环
家产的是离！
图4折射率部面一
一环图
用-绘图仪画出△n，的曲线，这就是光纤的折射率剖面。采用曲线拟合法可获得与下面折射率方程最符合的参数：
An(r)=Ano[1—(r/a)
式中：Ano-
个=0处的折射率差；
一纤芯半径；
一折射率剖面形状因子，近似为2。9
（4）
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拟合确定的△nog和α值最符合实际的折射率面。为避免由于中心折射率凹陷和纤芯/包层边界不规则引起的不能接受的扰动，拟合时应仅利用0.15a至0.95a之间的数值。曲线拟合时可计算出拟合曲线与实际折射率剖面曲线的均方根偏差。低偏差值对应光滑的折射率剖面。从拟合参数值可确定纤芯直径和数值孔径，其方法尚在考虑之中。5.2.4结果
a）测量结果报告应包括下列内容：1）试验名称；
2）试样识别号：
3）试验数据；
4）试验日期和操作人员；
5)环境温度和相对湿度。
b）报告中也可包括下列内容：
1）试样说明，
2）试验条件：
3）照明光中心波长和谱宽FWHM）；4）单光路或双光路干涉仪；
5）失效或合格判据。
6方法GB/T15972-A2——近场光分布法（横截面几何尺寸测定）本方法是多模光纤几何尺寸测定的替代试验方法（ATM）和单模光纤几何尺寸（除模场直径）测定的基准试验方法(RTM)。通过对被试光纤输出端面上近场光分布进行分析，确定光纤横截面几何尺寸参数。
本方法可采用灰度法和近场扫描法。灰度法用一视频系统实现两维（z-）近场扫描，而近场扫描法只进行一维近场扫描。
灰度法可确定下列几何参数，如表2所示。表2灰度法可测量的几何参数
纤芯直径
纤芯不圆度
纤芯/包层同心度误差
包层直径
包层不圆度
适用的光纤类型
Al,A2,A3,A4
A1,A2,A3
A1,A2,A3,B
Al,A2,A3,B
A1,A2,A3,B
近场扫描法可确定A1类光纤纤芯直径。由于纤芯不圆度的影响，近场扫描法与灰度法得出的纤芯直径可能有差别。纤芯不圆度可通过多轴扫描来确定。6.1装置
近场光分布法试验装置如图5所示。8
*当采用近场扫描法时，不需要。6.1.1光源
GB/T15972.2—1998
设发您
图5近场光分布法试验装置
应采用合适的光源照明纤芯和包层。在测量期问，光源强度应是可调和稳定的。定
应指定照明纤芯和包层光源的中心波长和谱线宽度。用于包层照明光源的谱宽应不大于100nm，波长可以是620nm、850nm或指定的其他波长，光源谱特性不应引起像的散焦。对于单模光纤应根据被试光纤类型，选择标称波长为1310nm或1550nm的光源照明纤芯，谱特性应按排除多模工作来选取，也可采用其他波长的光源照明纤芯，对于多模光纤，照明纤芯的光源应是非相干的，可采用白光或其他波长的光源。
6.1.2注入条件
光注入装置应能在空间上和角度上对光纤均匀满注入，在光纤输出端，应对包层均勾照明。6.1.3光纤固定和定位装置
应采用诸如真空吸盘之类的稳定的固定装置固定光纤输入端和输出端。该固定装置应和定位装置在一起，以便使光纤输入端和输出端能在输入光束和照明包层的光束中精确地对中。6.1.4包层模剥除器
应采用包层模剥除器，移去包层中传输的光功率。当光纤预涂覆层折射率高于包层折射率或只测量包层几何参数时，则不需要包层模剥除器。6.1.5放大光学装置
应采用一合适放大光学装置放大试样输出近场图像，以便能对放大图像进行扫描。透镜数值孔径也就是光学分辨能力应与所要求的测量精度相适应，且不低于0.3。应对装置放大倍数进行校准，装置放大倍数应与所希望的空间分辨率相适应。采用灰度法时，应选择放大光学装置的放大倍数，使得摄像机的电荷耦合器件阵列被包层图像接近充满。
6.1.6光检测器
采用灰度法时，应采用电荷耦合器件摄像机探测放大的输出近场图像并将其送到视频显示器。视频数字转换器将图像数字化，以便计算机分析。光检测系统应是足够线性的，校准后测量的不确定性不超过所要求的指标。
采用近场扫描法时，应采用能对光纤近场图聚焦像进行扫描并提供场强和位置信息的装置，例如个用步进马达驱动的单个检测器（如一针孔）或者一个已知基元大小和间隔的视频阵列检测器，检测器在所接收的光强范围内应是线性的。摄像机像元尺寸或视频阵列检测器基元（或针孔)尺寸相对于放大的近场图像应足够小，即：d<1.22Ma
式中：d一一摄像机像元尺寸或视频阵列检测器基元（或针孔)尺寸，μm，M——光学系统的近似放大倍数；入——最低的测量波长，μm；
NA一一测量A类光纤芯直径时被试光纤数值孔径，或测量包层直径时物镜数值孔径。（5）
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