光纖技術實驗(20210308230559)

1、光纖技術實驗目錄ZY12OFCom23B光纖通信原理實驗系統(tǒng)簡介 光纖實驗箱使用注意事項 V.無源器件簡介 V.I.上 篇 光 纖 光 學實驗一 光纖光學基本知識演示實驗 2.實驗二 光纖與光源耦合方法實驗 4.實驗三多模光纖數(shù)值孔徑（NA測量實驗7實驗四多模光纖插入損耗測試實驗 1.0實驗五單模光纖彎曲損耗測試實驗 1.3實驗六光纖活動連接器損耗測試實驗 1.6實驗七分路器插入損耗和分光比測試實驗 1.9實驗八波分復用器插入損耗和光串擾測試實驗 2.2實驗九光纖隔離器參數(shù)測量實驗 2.5下 篇 光 纖 通 信 原 理 與 技 術實驗一半導體激光器 P-I 特性測試實驗 2.8實驗二發(fā)光二極管

2、 P-I 特性測試曲線 3.2實驗三模擬信號光纖傳輸實驗 3.5實驗四 數(shù)字信號光纖傳輸實驗 3.9實驗五 電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗 4.2實驗六 圖像光纖傳輸系統(tǒng)實驗 4.5實驗七 系統(tǒng)眼圖、抖動測試實驗 4.8實驗八 時分復用解復用實驗 5.3.實驗九 波分復用技術實驗 5.7.實驗十 光纖線路接口碼型HDB編譯碼實驗 60實驗十一 數(shù)字光接收機性能測試實驗 6.62ZY 12OFCom23B光纖通信原理實驗系統(tǒng)簡介本實驗箱是為配合光纖通信課程的理論教學，結(jié)合目前光纖通信工程技術最 新進展，為了提高大專院校學生實際操作和動手能力而研制開發(fā)的。一、產(chǎn)品的系統(tǒng)特點光纖 H1 型實驗箱注重產(chǎn)品的系統(tǒng)

3、和功能組成， 產(chǎn)品的設計著重體現(xiàn)系統(tǒng)性、 先 進性、實用性，并根據(jù)市場及客戶實際需求，充分考慮工藝外觀結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品的功能 和性價比。整個系統(tǒng)分電接口終端、光接口終端和光傳輸三大部分，各自獨立又相 互關聯(lián)，所有模塊在單獨進行實驗同時又可系統(tǒng)集聯(lián)，實驗靈活豐富，可設計、可 比較、可操作、可觀測性強。整個系統(tǒng)采用 256K 和 2.048M（E1） 傳輸速率，既有利 于實驗觀測，又可以模擬實際光纖傳輸時的各種性能。實驗緊密結(jié)合光通信新技術 的發(fā)展趨勢，將波分復用和光時分復用等新技術都通過實驗演示出來，簡單易懂。 采用大規(guī)模的可編程邏輯器件，使得產(chǎn)品的開放性、可升級性強。同時為了使學生 有更大的開發(fā)和操

4、作空間，特意制作了二次開發(fā)板，并預留大量的 I/O 擴展口，可 在開發(fā)板上獨立完成二次開發(fā)設計。所有實驗大多采用開關控制，減小了實驗操作 時的繁瑣性。該實驗箱融合了當今的光通信技術發(fā)展的一些新技術和新器件，并將其融入到 光纖通信原理課程當中，同時與通信原理和程控交換課程的部分原理結(jié)合，其主要 有以下特點；1、實驗箱采用整板設計，特殊光器件玻璃罩保護，元器件貼片化，模塊元件 布局完全對稱。所有的測試鉤和連接孔均有標識，深藍色的電路板，白色絲印使得 整個電路板層次性強、美觀、大方。2、實驗系統(tǒng)將光纖通信原理和教材緊密接合，實驗項目和順序與教材保持完 全同步。通過七個方面全面實驗來了解光纖通信的全過

5、程，七個方面分別是：光纖 和光纜；通信用光器件（有源器件和無源器件） ；數(shù)字光纖通信系統(tǒng)（光發(fā)、光收端 機）；模擬光纖通信系統(tǒng)；光纖通信新技術；光纖通信測量技術；光纖通信網(wǎng)絡。3、系統(tǒng)采用整板上分模塊的設計方式，各種系統(tǒng)組建靈活，可根據(jù)不同的實 驗搭建成模擬、 數(shù)字、計算機、 圖像、語音及混合光纖傳輸系統(tǒng)等不同的實驗系統(tǒng)。4、電路實現(xiàn)上采用大規(guī)模 CPLD/FPGA使得產(chǎn)品的開放性和可升級的空間加大。 專門設計制作了可供學生進行二次開發(fā)實驗的擴展板，并預留了大量的 I/O 口，可 以方便的使學校在原有硬件電路的基礎上開發(fā)新的實驗內(nèi)容。5、E1標準幀結(jié)構(gòu)信號和256K兩種傳輸速率，時分復用時的復

6、用數(shù)據(jù)和復用方式靈活，使得實驗箱的傳送方式更加多樣，在通過對比的基礎上更加深入地了解復 用的原理； E1 標準幀結(jié)構(gòu)形成時的話路時隙可變，更加生動、直觀的體現(xiàn)了E1 標準幀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和形成原理；時分解復用時采用終端顯示，可直觀地通過對比的方 式檢驗復用解復用過程的正確性。6、同一實驗箱中具備通用的三個低損耗光纖通信端口 （ 850nm、 1 31 0nm、 1 550nm）；光發(fā)送機和光收端機分模塊設計，使得學生可以更加直觀地了解激光器的調(diào)制和解 調(diào)，即電 -光，光 - 電的轉(zhuǎn)換原理過程；光發(fā)送和光接收分別采用分立元件（1310nm）和集成電路（1550nm）來實現(xiàn)，且電路參數(shù)可調(diào)，可通過特定

7、的測試點來觀測光發(fā) 送和光接收本質(zhì)原理的實現(xiàn)過程；7、 光發(fā)送時加入自動光功率控制電路，使得激光器的輸出更加穩(wěn)定， 同時有利 于對自動功率控制原理的理解；光接收時在以有前置放大和主放大的基礎上，加入 了信號的判決和再生，可以通過判決前后眼圖的形狀的不同深入的理解信號在光纖 傳輸中的衰減特性和光接收的原理。8、5B6B 5B1P、5B1C CMI、HDB3編譯碼和擾碼解擾碼等光纖線路碼型的加入，及其各自傳輸時的不同特性，使得學生可以進一步了解線路碼型在光傳輸過程中的 作用；無光告警、壽命檢測電路的加入，有利于對光傳輸進行監(jiān)測；E1 速率信號光纖傳輸時的不中斷法誤碼監(jiān)測、誤碼指示及誤碼率、誤碼擴散

8、系數(shù)的測量，使得學 生更加深一步的了解光纖傳輸?shù)奶匦浴?、 各種光無源器件的使用方法及其特性的測試，使得教學和實際緊密地結(jié)合在 了一起； 波分復用 +時分復用技術、 電話熱線呼叫時交換技術的使用， 使得在兩臺實 驗箱完成四部電話的全雙工通信成為可能，從而完全模擬實際的電話通信系統(tǒng)；如 果在光發(fā)和光收之間加入裸光纖， 則可以實現(xiàn)兩臺實驗箱幾十公里長距離間的傳輸， 語音、圖像、計算機數(shù)據(jù)信號的單光纖傳輸，使得實驗更加完整地體現(xiàn)了光纖發(fā)展 新技術的要求。1 0 、整個實驗系統(tǒng)大多采用開關控制，盡量少的使用連線，模塊功能清晰，系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，并且在設計時加入了大量的保護電路，安全性強二、主機

9、箱及系統(tǒng)模塊簡介 主機箱包含了光纖通信系統(tǒng)設備中的各個主要組成部分，具體由以下十三個模 塊組成。其印刷電路板布局圖如圖 0-2 所示，每個模塊均留出了關鍵的測試孔和測 試鉤，利于客戶連線做系統(tǒng)實驗以及測試用。1、電源模塊：提供實驗箱各模塊電源。2、串口通信模塊：主要用來實現(xiàn)實驗箱與計算機之間的數(shù)據(jù)通信。3、PCM編譯碼模塊：實現(xiàn) PCM編譯碼的功能。4、電話信令控制模塊：實現(xiàn)電話之間的熱線接續(xù)和控制功能。5、模擬信號源模塊：用于產(chǎn)生系統(tǒng)實驗所需的模擬正弦波、方波信號。6、 數(shù)字信號源模塊：產(chǎn)生系統(tǒng)實驗所需的數(shù)字信號及24 位偽隨機碼，速率為 64KB/s, 其中各種數(shù)字信號和偽隨機碼的制可以通

10、過撥碼開關來控制。7、 數(shù)字終端模塊： 實現(xiàn)終端數(shù)字信號值的顯示和讀出，數(shù)據(jù)的值通過二極管發(fā) 光來顯示。8、 電終端模塊：實現(xiàn)幀同步碼的產(chǎn)生，M序列為隨機信號的產(chǎn)生，不同速率的 信號的復用和解復用，HDB3碼的編譯碼。9、 光終端模塊：實現(xiàn)光纖線路碼的碼型的編譯碼，比如5B6B、 5B1P、 5B1C、CMI、擾碼和解擾碼。850nm光發(fā)送850nm光接收1310 nn光發(fā)送彳卜右 光纖通信原理 眾友 ZY12OFcom23BH11310 nri光接收1550nm光發(fā)送光終端1550nri光接收數(shù)字信號源數(shù)字終端電終端模擬信號源模擬信號源PC編譯碼PC編譯碼串口通信電話接口電話信令控制電話接口

11、串口通信圖0-2 ZY12OFCom23BH1型光纖通信原理實驗箱布局圖10、 1310 nm光發(fā)送模塊：實現(xiàn)模擬信號、數(shù)字信號在1310 nm光發(fā)送機中的光 傳輸及自動光功率控制功能（采用電路來實現(xiàn)） 。11、 1550nm光發(fā)送模塊：實現(xiàn)模擬信號、數(shù)字信號在1550nm光發(fā)送機中的光傳輸及自動光功率控制功能（采用專用芯片來實現(xiàn)）。12、1310 nm光接收模塊：實現(xiàn) 1310 nm光纖傳輸信號的接收，實現(xiàn)接收信號光 電轉(zhuǎn)換，濾波及放大，將其恢復為標準的電脈沖數(shù)據(jù)信號13、1550nm光接收模塊：實現(xiàn) 1550nm光纖傳輸信號的接收，實現(xiàn)接收信號光 電轉(zhuǎn)換，濾波及放大，將其恢復為標準的電脈沖

12、數(shù)據(jù)信號客戶可以通過上述十三個模塊以及相應的配件，靈活組成各種不同光纖通信系統(tǒng)，如：850nm波長光纖通信系統(tǒng)、1310 nm波長光纖通信系統(tǒng)、1550nm波長光纖通信系統(tǒng)；同時也可以組成單模光纖通信系統(tǒng)、多模光纖通信系統(tǒng)；模擬光纖通信系統(tǒng)、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)；時分復用傳輸系統(tǒng)和波分復用傳輸系統(tǒng)等光纖通信工程中常用的絕大多數(shù)光纖通信系統(tǒng)。實驗系統(tǒng)基本組成方框圖如圖0-3所示：圖0-3光纖傳輸實驗系統(tǒng)方框圖實驗系統(tǒng)主要由光發(fā)模塊、光收模塊、光無源器件和輔助通信模塊等組成。光發(fā)端機完成將電信號直接調(diào)制至光載波上去，采用強度調(diào)制(IM);光接收機完成光信號的解調(diào)，采用直接檢測(DD,屬于非相干解調(diào)。光

13、載波由半導體光源產(chǎn)生，由 半導體光檢測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號從而達到傳輸信號的目的。本實驗系統(tǒng)可以完成模擬信號(正弦波、三角波、視頻信號、音頻信號)的光 纖傳輸，也可以完成數(shù)字信號(NRZ碼、CMI碼、5B6B碼、5B1C碼、5B1P碼、計算機串口數(shù)據(jù))的光纖傳輸，也可以對系統(tǒng)的傳輸性能進行測試(系統(tǒng)的誤碼率、誤 碼擴散系數(shù)等)；可以實現(xiàn)接口碼型 HDB3線路碼型CMI、電終端PCM碼型的編譯碼； 也可實現(xiàn)四個時隙的復接、兩個光波長的波分復用、時鐘提取、幀信號的提取等實 用先進功能；也提供了豐富的資源，以實現(xiàn)二次開發(fā)實驗。實驗設備的具體性能指標如下：1、 電源模塊輸出：+5V、+12V、-5V

14、、-12V、-48V2、方波信號輸出(1) 時鐘信號： 32.768MHz ， 12.000MHz(2) 方波信號： 2.048MHz ， 256KHz， 64KHz ， 8KHz(3) 數(shù)字基帶信號：碼速率分別為2.048MHz ,256KHz ， 64KHz(4) 頻率輸出誤差：W1%( 5)占空比 : 50% 。3、正弦波信號輸出(1) 正弦波信號： 2KHz， 1KHz ， 444Hz， 25Hz，(2) 頻率輸出誤差：W1%( 3)幅度 0V5V 連續(xù)可調(diào)4、三角波信號輸出(1) 三角波信號 : 2KHz， 1KHz(2) 頻率輸出誤差：w1%( 3)幅度： 0 5V 連續(xù)可調(diào)5、數(shù)

15、字、模擬電話( 1)話音質(zhì)量要求：話音質(zhì)量要求清晰，只允許有少量的脈沖噪聲。( 2)其它指標無要求。13光纖實驗箱使用注意事項光學器件屬于昂貴易損器件，所以在實驗操作過程中應加倍小心，防止光學器 件的損壞，為了保證實驗順利地進行，請注意以下事項：1、 請仔細閱讀實驗指導書操作步驟后開機實驗，實驗各測試點、跳線及開關說 明請參考附錄III ，正確連接導線，以免造成光學器件和芯片的損壞。2、實驗箱使用過程中應有防靜電措施，以防靜電損壞光學器件。3、 光學器件屬于昂貴器件， 在安裝和拆卸過程中請注意輕拿輕放，遇到問題須 及時向老師報告。4、實驗時不可將光纖輸出端對準自己或別人的眼睛，以免損傷眼睛。5

16、、 實驗箱使用完畢后，請立即將防塵帽蓋住光纖輸入、輸出端口，用光纖端面 防塵蓋蓋住光纖跳線端面，防止灰塵進入光纖端面而影響光信號的傳輸。6、若不小心把光纖輸出端的接口弄臟，需用酒精棉球進行清洗。7、光纖跳線接頭應妥善保管，防止磕碰，使用后及時戴上防塵帽。8、 不要用力拉扯光纖，光纖彎曲半徑一般不小于30mm否則可能導致光纖折 斷。9、 進行光纖傳輸實驗時，半導體激光器驅(qū)動電流不要超過40mA發(fā)光二極管 驅(qū)動電流不要超過 60 mA。10、不要用手觸摸激光器和探測器的焊點，以免燒壞激光器與探測器。無源器件簡介1、光跳線：（光纖 +兩端的活動連接器） 傳輸模式：多模、單模?；顒舆B接器型式：FC/P

17、C ST/PC、SC/PC （兩端活動連接器可相同也可不同）FC-FC 單模光跳線SC/PC-SC/PC 單模光跳線ST/PC-ST/PC 多模光跳線 說明：單模光纖為黃色，多模光纖為橙色。2、波分復用器：一般為單模耦合：接口類型： 適配器類型：FC （普遍） 尾纖類型： FC/PC、 SC/PC工作波長：1310 和 1550、 1480和 1550 等。隔離度：大于 18dB。適配器輸出型（只有FC型）尾纖輸出型（FC 型、SC 型）3、Y型分路器：一般為單模耦合： 接口類型： 適配器類型：FC （普遍） 尾纖類型：FC/PC SC/PC 工作波長：1310或1550。分光比：50/50、

18、10/90。適配器輸出型（只有FC型）尾纖輸出型（FC 型、SC 型）4、小可變衰減器:接口類型：只有 FC-FC這一種型號。法蘭式小可變衰減器5、適配器：（適配器）接口類型： FC、ST、 SC。FC 型適配器SC 型適配器ST 型適配器XIII光纖光學實驗一光纖光學基本知識演示實驗一、實驗目的1、了解光纖的基本結(jié)構(gòu)2、通過具體演示，使實驗者對光纖光學有基本的認識，為以后的實驗打下基 礎。、實驗內(nèi)容1、觀察光纖基模場遠場分布2、觀察光纖輸出的近場和遠場圖案3、觀察光纖輸出功率和光纖彎曲的關系三、預備知識四、實驗儀器1、He-Ne激光器2、手持式光源3、光纖耦合架4、633nm單模光纖5、普通

19、通信光纖跳線6、光纖支架7、SGN-1光功率計8、手持式光功率計9、光纖切割刀五、實驗步驟1、熟悉光纖的基本結(jié)構(gòu)及相關知識1套1臺1套1米3米1套1臺1臺1套1、觀察光纖基模場遠場分布。用光纖切割刀切制取一根約1米長的633nm單模光纖，剝?nèi)テ鋬啥说耐糠髮?光學端面，然后由物鏡將激光從任一端面耦合進光纖，用白屏接收光纖輸出端的光光纖耦合架單模光纖光纖支架 輸岀光 白屏斑，觀察光場分布。 其中，中心亮的部分對應纖芯中的模場，外圍對應包層中的場分布。He-Ne激光器圖1-1 光纖基模場遠場分布2、觀察光纖輸出的近場和遠場圖案。取一根普通通信光纖（單模、多模皆可，相對633nm為多模光纖），參照演示

20、1 的操作步驟，將 He-Ne 激光器的輸出光束經(jīng)耦合器耦合進入光纖，用白屏接收出 射光斑，分別觀察其近場和遠場圖案。3、觀察光纖輸出功率和光纖彎曲（所繞圈數(shù)及圈半徑）的關系。取一根 3 米長的普通通信光纖（有 Fc/Pc 接口），用其連接手持式光源與手持 式光功率計， 記錄功率計讀數(shù)； 將光纖繞于手上， 觀察光纖輸出功率與所繞圈數(shù)及 圈半徑大小的關系。35實驗二 光纖與光源耦合方法實驗、實驗目的1、學習光纖與光源耦合方法的原理；2、實驗操作光纖與光源耦合。、實驗內(nèi)容1、光纖端面的制備2、光纖與光源進行耦合三、實驗儀器1、 He-Ne 激光器1套2、 光纖耦合架1套3、633nm單模光纖1米4

21、、 光纖支架1套5、 光功率計1臺6、 光纖切割刀1套四、實驗原理 光纖與光源的耦合方法有直接耦合和經(jīng)聚光器件耦合兩種。聚光器件有傳統(tǒng)的 透鏡和自聚焦透鏡之分。自聚焦透鏡的外形為“棒”形（圓柱體） ，所以也稱之為 自聚焦棒。實際上，它是折射率分布指數(shù)為2（即拋物線型）的漸變型光纖棒的一小段。直接耦合是使光纖直接對準光源輸出的光進行的“對接”耦合。這種方法的操 作過程是：將用專用設備使切制好并經(jīng)清潔處理的光纖端面靠近光源的發(fā)光面，并 將其調(diào)整到最佳位置（光纖輸出端的輸出光強最大） ，然后固定其相對位置。這種 方法簡單，可靠，但必須有專用設備。 如果光源輸出光束的橫截面面積大于纖芯 的橫截面面積，

22、將引起較大的耦合損耗。經(jīng)聚光器件耦合是將光源發(fā)出的光通過聚光器件將其聚焦到光纖端面上，并調(diào)整到最佳位置（光纖輸出端的輸出光強最大）。這種耦合方法能提高耦合效率。耦合效率n的計算公式為100%，或P210lg 旦(dB)P2(2 1)式子中Pi為耦合進光纖的光功率 （近似為光纖的輸出光功率）。F2為光源輸出的 光功率。五、實驗步驟（1 ）直接耦合1、 直接測量激光器的輸出功率P22、切制處理好光纖光學端面3、 將切制處理好光纖光學端面，然后按示意圖2-1進行耦合操作，測量輸出功率P14、根據(jù)（2 1）計算耦合效率，對自己的工作進行評估He-Ne激光器光功率計光纖輸入端面輸出光圖2-1直接耦合原理

23、示意圖（2）透鏡耦合1、 切制處理好光纖光學端面，然后按圖2-2進行耦合操作，測量輸出功率P2、根據(jù)（2 1）計算耦合效率，對自己的工作進行評估六、實驗報告1、簡述實驗原理與目的2、敘述切制光纖端面的基本步驟3、計算直接耦合和透鏡耦合的效率4、對自己的工作進行評估七、思考題1 、查閱相關文獻，找出光纖與光源耦合的其他方法并進行比較。實驗三多模光纖數(shù)值孔徑（NA測量實驗、實驗目的1、學習光纖數(shù)值孔徑的含義2、掌握光纖數(shù)值孔徑的測量方法、實驗內(nèi)容1、運用遠場光斑法測量多模光纖的數(shù)值孔徑三、實驗儀器1、He-Ne激光器2、光纖耦合架3、633nm多模光纖4、光纖支架5、光功率計6、光纖切割刀1111

24、11套套米套臺套四、實驗原理數(shù)值孔徑（NA）是多模光纖的一個重要參數(shù)。它表示光纖收集光的本領的大小以及與光源耦合的難易程度。光纖的NA大，收集、傳輸能量的本領就大。1、光纖數(shù)值孔徑的幾種定義（1）最大理論數(shù)值孔徑NAnaxtNAmax,t的數(shù)學表達式為NAmaxtno sinmaxin；n； 2式中maxi為光纖允許的最大入射角，no為周圍介質(zhì)的折射率，空氣中為1，n1和n；分別為光纖纖芯中心和包層的折射率，n1 n；為相對折射率差。最大理論數(shù)值孔徑NAmax,t由光纖的最大入射角的正弦值決定。(2)遠場強度有效數(shù)值孔徑NA ( NAff)遠場強度有效數(shù)值孔徑是通過測量光纖遠場強度分布確定的，

25、它定義為光纖遠場輻射圖上光強下降到最大值的 5%處的半張角的正弦值。 CCITT (國際電報 電話咨詢委員會)組織規(guī)定的數(shù)值孔徑指的就是這種數(shù)值孔徑NA推薦值為(0.18 0.24) 0.02。2 、光纖數(shù)值孔徑的測量(1)遠場光強法遠場光強法是CCITT組織規(guī)定的G.651多模光纖的基準測試方法。該方法對測試光纖樣品的處理有嚴格要求，并且需要很高的儀器設備：強度可調(diào)的非相干穩(wěn)定光源；具有良好線性的光檢測器等。(2)遠場光斑法這種測試方法的原理本質(zhì)上類似于遠場光強法，只是結(jié)果的獲取方法不同。雖然不是基準法，但簡單易行，而且可采用相干光源。原理性實驗多半采用這種 方法。其測試原理如圖4所示。圖3

26、-1遠場光斑法原理圖白屏五、實驗步驟1、切制處理好光纖光學端面2、 切制處理好光纖光學端面，然后按示意圖3-1進行耦合操作3、在暗室中將光纖出射遠場投射到白屏上 （最好貼上坐標格紙， 這樣更方便） ， 測量光斑直徑（或數(shù)坐標格） ，通過下面式子計算出數(shù)值孔徑。NA k d式子中 k 為一常數(shù)，可由已知數(shù)值孔徑的光纖標定； d 為光纖輸出端光斑的 直徑。4、對于未知的K,我們可以由距離 L和光斑直徑d根據(jù) =arctg（d/2L）求出， 再由NA=sin 求出NA的近似值。實驗四 多模光纖插入損耗測試實驗、實驗目的1、了解光纖損耗的定義2、學會用插入法測量多模光纖的損耗、實驗內(nèi)容1、測量多模光纖

27、的衰減2、測量多模光纖的損耗實驗儀器1、ZY12OFCom23BH型光纖通信原理實驗箱2、850nm 光發(fā)端機3、FC接口光功率計4、萬用表5、ST-FC多模光跳線6、FC-FC多模光跳線7、擾模器8、小可變衰減器（或 3km光纖）9、連接導線1臺1個1臺1臺1 根1 根1臺1個20 根四、實驗原理1 、損耗機理在光纖的傳輸特性中，衰減是多模光纖和單模光纖共有的最重要的指標之一。 它表明了光纖對光能的傳輸損耗，對光纖通信系統(tǒng)的中繼距離有著決定性的影響。 損耗的降低依賴于工藝的提高和對石英材料的研究。本實驗研究無源器件多模光纖的損耗。對于光纖來說， 產(chǎn)生損耗的原因較復雜， 光能在光纖中傳輸時，

28、除了由于吸收、 散射而使光能損失外， 由于成纜敷設造成的光纖微彎和宏彎曲， 光纖的耦合和接續(xù)， 都會使光能產(chǎn)生附加的損失。歸納起來，產(chǎn)生衰減的原因大致可以分為三大類：吸 收損耗，散射損耗，附加損耗，具體如下：（ 1 ）纖芯和包層物質(zhì)的吸收損耗，包括石英材料的本征吸收和雜質(zhì)吸收；（ 2）纖芯和包層材料的散射損耗， 包括瑞利散射損耗以及光纖在強光場作用下 誘發(fā)的受激喇曼散射和受激布里淵散射；（ 3）由于光纖表面的隨機畸變或粗糙所產(chǎn)生的波導散射損耗；（ 4）光纖彎曲所產(chǎn)生的輻射損耗；（ 5）外套損耗。這些損耗可以分為兩種不同的情況：一是石英光纖的固有損耗機理，像石英材 料的本征吸收和瑞利散射，這些機

29、理限制了光纖所能達到的最小損耗；二是由于材料和工藝所引起的非固有損耗，它可以通過提純材料或改善工藝而減小甚至消除其 影響，如雜質(zhì)的吸收、波導散射等。光纖中平均光功率沿長度減少的規(guī)律為：(4-1 )Z.10P(Z) P(0)10其中P(Z)和P(0)分別為軸向距離 Z處和Z= 0處的光功率，a為光纖的衰減系 數(shù)，定義為單位長度光纖引起的光功率衰減，單位是dB/km。當Z=L時，10logP(ZL)P(0)dB/km(4-2 )這里()表示在波長處的衰減系數(shù)。應用上式時，要特別注意兩點：(1) 假定光纖沿軸向是均勻的，即 與軸向位置無關。(2) 對多模光纖，必須達到平衡模分布。只有滿足這樣的條件，

30、測得的衰減系 數(shù)才能線性相加。2、損耗測量測量光纖損耗的方法很多，CCITT建議以剪斷法為參考，插入法為第一替代法，背向散射法為第二替代法。多模光纖損耗的測量，注入條件是頭等重要的。多模光纖中可以傳輸成百上千 個模，由于耦合條件的不同，各模攜帶的初始能量亦不同，傳播過程中，由于模變 換、模耦合和模衰減，各模攜帶的能量比例不斷變化，只有經(jīng)過很長的傳輸距離后，各模傳輸能量的比例才能固定下來。這時才達到了平衡模分布或穩(wěn)態(tài)模分布。也就 是說光纖輸出端的近場分布和遠場分布不再隨長度而變化。隨著光纖軸向均勻性的 差異和光纖所處的狀態(tài)不同，達到平衡模分布的長度也不一樣，一般可從幾百米到 幾千米不等。顯然，測

31、量剪斷后2m光纖的長度是遠遠達不到平衡模分布要求的。為了滿足測量的要求，必須加速平衡模分布建立的過程，就是說，要人為地控制注入 條件和注入技術，使 12m長光纖輸出端的場分布接近平衡模分布。注入技術采取 的措施包括擾模器 (scrambler )、濾模器(mode filter )和包層模剝除器(cladding stripper )等。在實驗系統(tǒng)測試多模光纖損耗時，采用CCITT推薦的以剪斷法為測試方法，用小可變衰減器替代可調(diào)衰減的多模光纖，用柱狀擾模器形成平衡模分布，測試實驗 框圖如圖4-1所示。P0圖4-1多模光纖損耗測試實驗框圖測試方法為首先用光纖跳線接 850nm 光發(fā)端機，經(jīng)過擾模

32、器擾模后測試得到 A 點處光功率Po,取下光功率計，接上待測光纖（小可變衰減器模擬），再用光功率計測試得到B點光功率Pl,代入公式（4-2）即得多模光纖的損耗。五、實驗步驟1、用連接線連接電終端模塊 T68（M）和T94（13_DIN）2、 將光終端模塊的開關 K43打撥到“數(shù)字”，BM1打撥到“ 850nm”3、 安裝好850nm光發(fā)端機，用一根ST-FC多模光跳線一端接入 850nm光發(fā)端機 經(jīng)擾模器擾模后與光功率計相連。打開交流電源,打開交流電源開關,電源指示二極管 D4, D5, D6, D7, D8 亮。4、用萬用表測量T97和T98兩端電壓（紅表筆插TV+，黑表筆插TV-）。慢慢調(diào)

33、節(jié)電位器 W44（數(shù)字驅(qū)動調(diào)節(jié)），使驅(qū)動電流達到額定值，即使V=25mV5、 讀出此時光功率計的數(shù)值,此數(shù)據(jù)即為沒有加入小可變衰減器前的輸入功率P06、 從光功率計端取下光纖，接入小可變衰減器（或待測光纖），用FC-FC多模 光纖跳線與光功率計連接7、 用光功率計測量此時的光功率數(shù)值P18、 將所測得的數(shù)值 P0、P1和代入式（4-2 ）計算所得的結(jié)果即為多模光纖的損 耗9、實驗完成后,關閉交流電源,拆除各個連線,將所有的開關撥向下六、實驗報告1 、簡述實驗原理與目的2、通過實驗結(jié)果,計算得到待測光纖損耗3、對實驗結(jié)果以及誤差分析正確七、思考題1、 分析用剪斷法測量光纖損耗中擾模器的作用,若不

34、使用擾模器, 則會對實驗 結(jié)果有何影響？2、測量光纖損耗時,對光纖稍微用力拉緊,比較此時測得的光纖損耗的變化, 并分析其原因。3、查閱相關文獻資料, 比較插入法測試光纖損耗與剪斷法測試光纖損耗的優(yōu)缺 點。實驗五 單模光纖彎曲損耗測試實驗、實驗目的1、學習單模光纖損耗的定義2、掌握單模光纖彎曲損耗測試方法、實驗內(nèi)容1、測量單模光纖不同彎曲半徑的損耗三、實驗儀器1、ZY12OFCom23BH型光纖通信原理實驗箱1臺2、FC接口光功率計1臺3、萬用表1臺4、 FC-FC單模光跳線1根5、擾模器(可選)1臺6、 連接導線20根四、實驗原理在單模光纖中只傳輸 LP01模，沒有多模光纖中各種模變換、模耦合

35、及模衰減等 問題，因此其測量方法也與多模光纖有些不同。對于單模光纖而言，隨著波長的增加，其彎曲損耗也相應增大，因此對1550nm波長的使用，要特別注意彎曲損耗的問題。隨著光纖通信工程的發(fā)展，最低衰減窗 口 1550nm波長區(qū)的通信必將得到廣泛的運用。CCITT對G.652光纖和G.653光纖在1550nm波長的彎曲損耗作了明確的規(guī)定：對G.652光纖，用半徑為37.5mm松繞100圈，在1550nm波長測得的損耗增加 應小于1dB;對G.653而言，要求增加的損耗小于 0.5dB。擾模器圖5-1單模光纖彎曲損耗測試實驗框圖此處可不用擾模器，可其它東西實現(xiàn)光纖的彎曲也可。彎曲損耗的測量，要求在具

36、有較為穩(wěn)定的光源條件下，將幾十米被測光纖耦合到測試系統(tǒng)中，保持注入狀態(tài)和接收端耦合狀態(tài)不變的情況下，分別測出松繞100圈前后的輸出光功率 P1和P2,彎曲損耗可由下式計算得出。A 10lg(P/P2)(5-1)相同光纖，傳輸相同波長光波信號，彎曲半徑不同時其損耗也必定不同，同樣，對于相同光纖，彎曲半徑相同時，傳輸不同光波信號，其損耗也不同。由于按照CCITT標準，光纖的彎曲損耗比較小，在實驗中采用減小彎曲半徑的 辦法提高實驗效果的明顯性。以下是兩種繞模器的纏繞方法：(a)彎曲半徑R1纏繞方法(b)彎曲半徑R2纏繞方法圖5-2擾模器纏繞方法即先測量1310 nm光纖通信系統(tǒng)光纖跳線沒有進行纏繞時

37、輸出光功率Po，再測單模光纖跳線按照圖 7中兩種方法進行纏繞時的光功率Pi和P2,即可得到單模光纖傳輸1310 nm光波時的相對損耗值；同樣，組成1550nm光纖傳輸系統(tǒng)，重復上述操作即可得到單模光纖傳輸 1550nm光波時的相對損耗值。實驗測試框圖如圖5-1所示五、實驗步驟1、 用連接線連電終端模塊T68(M)和T92(15_DIN)。2、 將光終端模塊的開關K7撥向上。3、旋開光發(fā)端(1550nmT保護帽，利用 FC-FC單模光跳線將其和光功率計連接起來。并將光功率計的波長設置為1550nm。4、 打開交流電源，打開交流電源開關，電源指示二極管D4，D5，D6，D7， D8亮。5、 讀出此

38、時光功率計的數(shù)值，此數(shù)據(jù)即為沒有加入擾模器前的輸入功率P1。6、將光跳線和光功率計連接拆除，按照圖 5-2(a)的方式將光跳線在擾模器進行纏繞后和光功率計相連，測量此時的光功率數(shù)值P2。7、 去除步驟6中的跳線纏繞方式，按5-2( b )的方式重新將光跳線在擾模器進行纏繞后和光功率計相連，測量此時的光功率數(shù)值P2。波長(nm)纏繞方法13101550不繞(光功率uW圖8-2a (光功率 uW圖8-2b (光功率uW損耗圖 8-2a (dB)圖 8-2b (dB)表5-1光纖彎曲損耗比較表8、 將所測得的數(shù)值 P1、P2和P2代入式(5-1 )計算所得的結(jié)果即為單模光 纖的彎曲損耗。9、根據(jù)以上

39、步驟和原理設計 1310 nm單模光纖損耗測試實驗(注意1310 nm光端 機驅(qū)動電流調(diào)節(jié)為 25mA同時連接T68(M)和T94(13_DIN)。10、實驗完成后，關閉交流電源，拆除各個連線，將所有的開關撥向下，將實 驗箱還原。六、實驗報告1 、字跡工整、原理分析透徹；記錄并整理數(shù)據(jù)，完成表 5-12、分析比較相同波長，不同曲率半徑單模光纖的彎曲損耗3、分析比較相同彎曲半徑，不同波長單模光纖的彎曲損耗4、對實驗結(jié)果以及誤差的分析正確七、思考題1、傳輸相同波長信號時，為什么不同彎曲半徑下光纖的損耗不同？2、相同彎曲半徑時，為什么光纖傳輸不同波長信號損耗不同？3、查閱相關文獻資料，說明影響單模光

40、纖損耗的因素還有哪些？實驗六光纖活動連接器損耗測試實驗、實驗目的1、了解光纖活動連接器插入損耗測試方法2、了解光纖活動連接器回波損耗測試方法3、掌握它們的正確使用方法、實驗要求1、測量活動連接器的插入損耗2、測量活動連接器的回波損耗三、實驗儀器1、ZY12OFCom23BH型光纖通信原理實驗箱1臺2、FC接口光功率計1臺3、萬用表1臺4、 FC-FC單模光跳線2根5、FC-FC適配器1個6、Y型分路器1個7、 連接導線20根四、實驗原理光纖活動連接器也稱為適配器或是FC-適配器，是連接兩根光纖或光纜形成連接光通路且可以重復裝拆的無源器件。其外形與普通電纜連接器有點相似，但其內(nèi) 部結(jié)構(gòu)復雜，機械

41、加工精度要求高。主要技術要求是插入損耗小，拆卸方便，互換 性好，重復插拔的壽命長。它還具有將光纖與有源器件、光纖與其它無源器件、光 纖與系統(tǒng)和儀表進行活動連接的功能。評價一個活動連接器的性能指標有很多，其中最重要的指標有4個，即插入損耗、回波損耗、重復性和互換性。光纖活動連接器插入損耗是指光纖中的光信號通過活動連接器之后，其輸出光 功率相對輸入光功率的分貝數(shù)，計算公式為：Il 1Olg（F0.R）（ 6-1）其中Po為輸入端的光功率，P1為輸出端的光功率。對于多模光纖連接器來講，注入的光功率應當經(jīng)過擾模器，濾去高次模，使光 纖中的模式為穩(wěn)態(tài)分布，這樣才能準確地衡量連接器的插入損耗。光纖活動連接

42、器 的插入損耗越小越好。光纖活動連接器插入損耗測試方法為：向光發(fā)端機的數(shù)字驅(qū)動電路送入一偽隨 機信號（長度為24位），保持注入電流恒定。將活動連接器連接在光發(fā)端機與光功 率計之間，記下此時的光功率R;取下活動連接器，再測此時的光功率，記為將Po、Pl代入6-1式即可計算出其插入損耗。其實驗原理框圖如圖6-1所示?；顒舆B接器的回波損耗：向光發(fā)端機的數(shù)字驅(qū)動電路送入一偽隨機信號（長度為24位），保持注入電流恒定。按照圖6-2（ a）組成光功率測試系統(tǒng)，測得此時的光功率為Pi。將活動連接器按圖6-2（ b）接入。測得此時的光功率為P2,將Pi、P2代入公式（6-2 ）即可計算出其回波損耗R （ 6-

43、2）2B圖6-1活動連接器插入損耗的測量原理圖五、實驗步驟a、活動連接器插入損耗測量1、 用連接線連電終端模塊T68（M）和T92（15_DIN）。2、將光終端模塊的開關 K7撥向上。3、 旋開光發(fā)端（1550nmT保護帽，利用 FC-FC單模光跳線將其和光功率計連接起來。并將光功率計的波長設置為1550nm。4、打開交流電源，打開交流電源開關，電源指示二極管 D4，D5， D6，D7 ，D8 亮。5、讀出此時光功率計的數(shù)值，此數(shù)據(jù)即為活動連接器的輸入功 P0。6、拆除1550T和光功率計的連接， 用FC適配器將“ 1550nm”光發(fā)端（1550nmT） 和光功率計連接起來。8、 讀出此時光功

44、率計的數(shù)值，此數(shù)據(jù)即為插入活動連接器的輸出功率P1。9、將所測得的數(shù)值 R和P代入式（6-1 ）計算所得的結(jié)果即為活動連接器的插 入損耗。b、活動連接器回波損耗測量10、 保持a中連線不變，拆除活動連接器和1550nm光發(fā)端機的連接，按照圖6-2（ a）將Y型分路器OUT1和1550nm光發(fā)端機連接，Y型分路器IN和光功率計 的連接，測量此時的光功率數(shù)值P1。11、按照6-2（ b）中的連接在方式在線路中接入活動連接器，利用光功率計測 量此時的光功率值 P2。12、將所測的光功率值 P1 和 P2 代入式（ 6-2）計算可得回波損耗 R。13、實驗完成后，關閉交流電源，拆除各個連線，將所有的開

45、關撥向下，將實 驗箱還原。六、實驗報告1 、簡述實驗原理與目的2、根據(jù)實驗結(jié)果計算活動連接器的插入損耗，3、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算活動連接器的回波損耗。七、思考題1 、分析活動連接器插入損耗產(chǎn)生原因。2、當Y型分路器的分光比為 1 : 4時，設計測試活動連接器的回波損耗實驗， 并推導出計算公式。3、分析Y型分路器對光纖活動連接器回波損耗測試的影響。實驗七分路器插入損耗和分光比測試實驗、實驗目的1、了解光無源器件， Y型分路器的工作原理及其結(jié)構(gòu)2、掌握它們的正確使用方法3、掌握它們主要特性參數(shù)的測試方法、實驗內(nèi)容1、測量Y型分路器的插入損耗2、測量Y型分路器的附加損耗3、測量Y型分路器的分光比、實驗儀

46、器1、ZY12OFCom23BH型光纖通信原理實驗箱1臺2、FC接口光功率計1臺3、萬用表1臺4、FC-FC適配器1個5、Y型分路器1個6、波分復用器2個7、連接導線20根四、實驗原理光通信系統(tǒng)的構(gòu)成，除需要光源器件和光檢測器件之外，還需要一些不用電源 的光通路元、部件，我們把它們統(tǒng)稱為無源器件。它們是光纖傳輸系統(tǒng)的重要組成 部分。光無源器件包括光纖活動連接器(平面對接FC型、直接接觸 PC型、矩形SC型)、光衰減器、光波分復用器、光波分去復用器、光方向耦合器(例如：Y型分路器、星型耦合器)、光隔離器、光開關、光調(diào)制器本實驗重點介紹Y型分路器，下一實驗重點講光波分復用器。在應用這些無源器件時必

47、須考慮無源器件的各項指標，如Y型分路器(1分2的光耦合器)的插入損耗，分光比，波分復用器的光串擾等。下面對Y型分路器插入損耗及附加損耗及其分光比分別進行測試。Y型分路器的技術指標一般有插入損耗( Insertion Loss )、附加損耗(Excess Loss )、分光比和方向性、 均勻性等，在實驗中主要測試 Y型分路器的插入損耗， 附 加損耗及分光比。就Y型分路器而言，插入損耗定義為指定輸出端口的光功率相對全部輸入光功 率的減少值。插入損耗計算公式為I .Li10lg( FOuti/PiN)(7-1)其中，I.Li為第i個輸出端口的插入損耗，Pouti是第i個輸出端口測到的光功率值，Pn是

48、輸入端的光功率值。Y型分路器的附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對于全部輸入光功 率的減小值。附加損耗計算公式為E.L10 lgPout(7-2)Pn對于Y型分路器，附加損耗是體現(xiàn)器件制造工藝質(zhì)量的指標，反映的是器件制 作過程帶來的固有損耗；而插入損耗則表示的是各個輸出端口的輸出光功率狀況， 不僅有固有損耗的因素，更考慮了分光比的影響。因此不同類型的光纖耦合器，插 入損耗的差異，并不能反映器件制作質(zhì)量的優(yōu)劣，這是與其他無源器件不同的地方。分光比是光耦合器件所特有的技術術語，它定義為耦合器各輸出端口的輸出功 率的比值，在具體應用中通常用相對輸出總功率的百分比來表示。C.RPoUTi100%

49、(7-3)Pout例如對于Y型分路器，1 : 1或50： 50代表了輸出端相同的分光比。即輸出為 均分的器件。在實際工程應用中，往往需要各種不同分光比的器件，可以通過控制 制作方法來改變光耦合器件的分光比。測試Y型分路器的插入損耗、附加損耗和分光比時，其測試實驗框圖如圖7-1所示。測試方法為：先測試出光源輸出的光功率 P。，將Y型分路器接入其中組成圖7-1所示圖7-1 Y型分路器性能測試實驗框圖測試系統(tǒng)后，分別測出Y型分路器輸出端的光功率P1和P2，代入(7-1) ,(7-2) ,(7-3)式即可得到待測 Y型分路器的性能指標。五、實驗步驟a、Y型分路器插入損耗測量1、 用連接線連電終端模塊T

50、68(M)和T92(15_DIN)。2、 將光終端模塊的開關K7撥向上。3、 旋開光發(fā)端(1550nmT保護帽，利用 FC-FC單模光跳線將其和光功率計連 接起來。并將光功率計的波長設置為1550nm。4、 打開交流電源，打開交流電源開關，電源指示二極管D4，D5，D6，D7， D8亮。5、讀出此時光功率計的數(shù)值，此數(shù)據(jù)即為Y 型分路器的輸入功 PIN。6、拆除1550T和光功率計的連接，將 Y型分路器光纖接頭插入“1550nm”光發(fā)端（1550nmT） 同時將Y型分路器光纖輸出接頭 OUT1（標有50字樣，兩個任何一 個都可以，這里記為 OUT1和光功率計連接起來。8、 讀出此時光功率計的數(shù)

51、值，此數(shù)據(jù)即為插入Y型分路器后的輸出功率 Pouti。9、 將所測得的數(shù)值 Pi和Pouti代入式（7-1）計算所得的結(jié)果即為波分復用器的 插入損耗。b 、Y 型分路器附加損耗測量10、保持 a 中連線不變，拆除 Y 型分路器 OUT1 和光功率計的連接，將功率計和 Y 型分路器 OUT2 連接起來，測量此時的光功率數(shù)值Pout2 。11、 將兩次所測的值 Pouti ，Pout2和Pin代入式（7-2 ）計算所得的結(jié)果即為波分 復用器的附加損耗。c、Y 型分路器分光比測量12、 將提上所測量的值 Pout1，F(xiàn)ut2和Pn代入式（7-3 ），分別計算兩個輸出端口 的分光比。13、實驗完成后，

52、關閉交流電源，拆除各個連線，將所有的開關撥向下，將實 驗箱還原。六、實驗報告1 、簡述實驗原理與目的2、 記錄各實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗結(jié)果計算Y型分路器插入損耗和附加損耗。3、分析實驗結(jié)果，誤差分析正確。七、思考題1 、 Y 型分路器的分光比和實際所測得值有差異，為什么？實驗八波分復用器插入損耗和光串擾測試實驗、實驗目的1、了解波分復用器的工作原理及其結(jié)構(gòu)2、掌握它們的正確使用方法3、掌握它們主要特性參數(shù)的測試方法、實驗內(nèi)容1、測量波分復用器的插入損耗2、測量波分復用器的光串擾、實驗儀器1、ZY12OFCom23BH型光纖通信原理實驗箱1臺2、FC接口光功率計1臺3、萬用表1臺4、FC-FC適配器

53、1個5、Y型分路器1個6、波分復用器2個7、連接導線20根四、實驗原理波分復用器是波分復用系統(tǒng)中的重要組成部分，為了確保波分復用系統(tǒng)的性能，賭博分復用器的一般要求是：插入損耗小、光串擾小、隔離度大、帶內(nèi)平坦，帶外 插入損耗變化陡峭、溫度穩(wěn)定性好，復用路數(shù)多等。本實驗主要用來測試波分復用 器的插入損耗和光串擾。1、插入損耗插入損耗是指由于增加光波分復用器 /解復用器而產(chǎn)生的附加損耗，定義為該無 源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比，即Po(8-1)其中Pi是發(fā)送進入輸入端口的光功率；Po是從輸出端口接收到的光功率。在具體的測試時，我們先用光功率計測量未加入波分復用器時的光功率Pi，再測量加入波分復用器后輸出端口的光功率Po,然后帶入式(8-1)后計算可得出波分復用器的插入損耗。2、光串擾的定義及其測試方法波分復用器的光串擾(隔離度)，為波分復用器輸出