光纖通信實驗

1、光纖通信實驗指導書北京理工大學珠海學院信息科學技術學院一 基礎實驗實驗一 光發(fā)送模塊的分類識別一、目的與內(nèi)容1、 了解光發(fā)送模塊的分類2、 正確使用光發(fā)送模塊3、 熟習HFBR1414的光發(fā)模塊的光學性能參數(shù)二、工作原理光發(fā)送模塊是在光發(fā)送組件基礎上出現(xiàn)的具有實用化的多功能組件。模塊和組件在英文(module)的詞意上沒有多大的區(qū)別，然而，業(yè)內(nèi)人士為了對單管、組件和模塊能夠清晰劃分，故把單管、組件和模塊注以量和質(zhì)的概念。單管器件好理解，而組件和模塊難以區(qū)分，按照權(quán)威機構(gòu)Bell core的劃分，把組件和模塊的含義加以區(qū)分，區(qū)分的依據(jù)是在一個相對緊密的結(jié)構(gòu)中包含了多少元器件或電路塊，即相對緊密結(jié)

2、構(gòu)的集成單元數(shù)量，小的集成單元數(shù)稱之為組件，大的集成單元數(shù)稱之為模塊。分為LED模塊和LD模塊Agilent（安捷倫）公司提供的LED模塊，實物圖片如圖1所示。其性價比較好，在中國擁有眾多的用戶。廣泛應用 于數(shù)據(jù)通信、工業(yè)控制等領域。圖1 HFBR1414的實物圖· 以太網(wǎng)和令牌環(huán)要要求 · 低價格的LED · ST, SMA, SC or FC封裝 · 波長820/1300 nm · 速率達 160 MBit/s · 鏈路長度 2.7 km · 光纖： 50/125 mm, 62.5/125 mm, 100/140 mm,

3、 and 200 mm HCS Fiber · ST連接損耗典型值 0.2 dB · 獨特的光口設計耦合效率高· 無特殊安裝要求 · 工作溫度： -40ºC to +85ºC · AlGaAs 材料 · 高可靠性 應用特點：三、實驗內(nèi)容4、 光發(fā)送模塊接口的操作5、 正確連接光發(fā)送模塊與光纖跳線6、 測試HFBR1414的光發(fā)模塊的光學性能參數(shù)四、實驗步驟 1、光發(fā)模塊與光纖跳線的正確操作光發(fā)模塊上有卡口，與ST頭光纖跳線連接時要注意方向。2、熟習模塊管腳分布HFBR1414T和HFBR2416T是一對高性能的數(shù)據(jù)

4、光纖通信傳輸模塊，采用多模光纖傳輸。其應用電路及管腳分布如下。圖2 典型應用圖模塊的管腳分布如圖3所示。管腳功能HFBR-1414T備注：雙列直插器件，防止靜電干擾，其中4、5、7、8固定作用1N.C2A3D4N.C5N.C6A7N.C8N.C圖3 模塊的管腳分布3、性能參數(shù)測試（注：測試所需的主要儀表是光功率計）發(fā)射光功率測試、光功率計的正確使用見說明書。光功率的正常值如上表所示。1、 打開位于實驗箱右側(cè)的220V電源開關 2、 將光發(fā)送與接收模塊上電源開關向左拔動，給模塊加電 3、 取下模塊上光發(fā)XS101的保護塑料套，用光纖跳線將XS101與光功率計連接，按下、抬起KS101按鍵開關，分

5、別測量模塊HFBR141T的發(fā)光功率P。五、實驗報告要求1.分析模塊的工作原理，敘述其工作過程。2.根據(jù)測試的實驗數(shù)據(jù)，寫出光功率的測試結(jié)果。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實驗二 光接收模塊的分類識別一、實驗目的與內(nèi)容1、了解光發(fā)送模塊的分類2、正確使用光接收模塊3、熟習HFBR2416的光發(fā)模塊的光學性能參數(shù)二、工作原理光接收機組件的功能是將經(jīng)光纖傳送的光信號經(jīng)組件內(nèi)的光電二極管還原成電信號。因此光接收機組件的核心是光電二極管和放大光電二極管輸出的前置放大器。一個最簡單的光接收組件就是將光電二極管和前置放大器組裝在一個密封容器所形成的組件。為了輸入和輸出有良好的阻抗匹

6、配，組件內(nèi)還需配置阻抗匹配網(wǎng)絡。為了光電二極管工作，還需配置直流偏置電路。為避免光返回光纖，在組件內(nèi)還采取防反射措施。與半導體激光器組件不同的是光電二極管一般都不需要致冷器。圖1是光接收組件的框圖。圖1 光接收組件框圖組件中的光電二極管可以是PIN也可以是APD，究竟采用PIN還是APD，要視應用場合而定。一般來說，PIN光電二極管具有較好的光電轉(zhuǎn)換線性度、不需要高的工作電壓、響應速度快等優(yōu)點。APD最大的優(yōu)點是它具有載流子倍增效應，其探測靈敏度特別高，但需要較高的偏置電壓和溫度補償電路。從簡化光接收機電路考慮，一般情況下多喜歡采用PIN光電二極管作光探測器。前置放大器的主要作用是保持探測的電

7、信號不失真的放大和保證噪聲最小，一般采用場效應晶體管（FET）。Agilent（安捷倫）公司提供的LED模塊，實物圖片如圖2所示。其性價比較好，在中國擁有眾多的用戶。廣泛應用 于數(shù)據(jù)通信、工業(yè)控制等領域。圖2 HFBR2416的實物圖· 以太網(wǎng)和令牌環(huán)要要求 · 低價格的LED · ST, SMA, SC or FC封裝 · 波長820/1300 nm · 速率達 160 MBit/s · 鏈路長度 2.7 km · 光纖： 50/125 mm, 62.5/125 mm, 100/140 mm, and 200 mm HCS

8、 Fiber · ST連接損耗典型值 0.2 dB · 獨特的光口設計耦合效率高· 無特殊安裝要求 · 工作溫度： -40ºC to +85ºC · AlGaAs 材料 · 高可靠性 應用特點：三、實驗內(nèi)容1、光接收模塊接口的操作2、正確連接光接收模塊與光纖跳線3、測試HFBR2416的光收模塊的性能參數(shù)四、實驗步驟 1、光接收模塊與光纖跳線的正確操作光收模塊上有卡口，與ST頭光纖跳線連接時要注意方向。2、熟習模塊管腳分布HFBR1414T和HFBR2416T是一對高性能的數(shù)據(jù)光纖通信傳輸模塊，采用多模光纖傳輸。其

9、應用電路及管腳分布如下。HFBR2416T管腳分布圖（底視圖）1、 NC（空）2、 VCC（正電源）3、 COMMON（接地或負電源）4、 NC（空）5、 NC（空）6、 Data（信號輸出）7、 COMMON（接地或負電源）8、 NC（空）3、模塊偏置電壓與輸出信號測試1、打開位于實驗箱右側(cè)的220V電源開關 2、將光發(fā)送與接收模塊上電源開關向左拔動，給模塊加電 3、取下模塊上光發(fā)XS101的保護塑料套，用光纖跳線將XS101（HFBR1414T模塊）與XS102（HFBR2416模塊）相連，用萬用表測試2416的工作電壓VCC（對應于2416的6腳），其位于RP103的右側(cè)白線上的一測試孔

10、，其信號輸出VOUT，位于測試孔TP103。VCC：工作電壓；VEE為GND；VOUT：為輸出信號。五、實驗報告要求1.分析模塊的工作原理，敘述其工作過程。2.根據(jù)測試的實驗數(shù)據(jù)，寫出偏置電壓及輸出電壓的測試結(jié)果。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實驗三 光收發(fā)一體模塊的分類識別一、實驗目的與內(nèi)容1、了解光發(fā)送模塊的分類2、正確使用光接收模塊3、熟習光發(fā)一體模塊的光學性能參數(shù)二、工作原理TX系列收發(fā)一體的光模塊，主要應用于各種數(shù)據(jù)傳輸,其外形及性能參數(shù)如下。分為二種封裝結(jié)構(gòu)即窄條和寬體。圖1 光收發(fā)一體模塊的實物圖 應用特點：適用于 SDH及 PDH光纖通信系統(tǒng)622Mb/

11、s及其以下傳輸速率具有APC功能采用無致冷多量子阱激光器，功耗小，可靠性高標準 DIP20金屬管殼封裝單模尾纖耦合及陶瓷FC/PC連接器可與AT&T同類產(chǎn)品兼容TX3S31-為 PECL/ECL兼容，+5V或5V電源 TX3S30-為 PECL電平，+5V電源三、實驗內(nèi)容1、光收發(fā)模塊接口的操作2、正確連接光收發(fā)模塊與光纖跳線3、測試模塊的光發(fā)模塊的光學性能參數(shù)1、打開位于實驗箱右側(cè)的220V電源開關 2、將數(shù)字光發(fā)送與光接收模塊上電源開關向左拔動，給模塊加電 3、取下模塊上光發(fā)XS201的保護塑料套，用光纖跳線將XS201的TX與光功率計連接，測量收發(fā)一體模塊的發(fā)光功率P。四、實驗步

12、驟1、光接收模塊與光纖跳線的正確操作光收發(fā)一體模塊上有卡口，與SC頭光纖跳線連接時要注意突出與缺口方向。1、 接收信號地2、 接收數(shù)據(jù)輸出（同相）3、 接收數(shù)據(jù)輸出（反相）4、 收到信號有無檢測輸出5、 接收側(cè)正電源6、 發(fā)送側(cè)正電源7、 發(fā)送數(shù)據(jù)（反相）8、 發(fā)送數(shù)據(jù)（同相）9、 發(fā)送信號地2、熟習模塊管腳分布3、光收發(fā)模塊的性能參數(shù)測試：光功率測試光收發(fā)模塊的輸出光功率一般大于光發(fā)送模塊。所用的光纖跳線接頭為SC頭。五、實驗報告要求1.分析模塊的工作原理，敘述其工作過程。2.根據(jù)測試的實驗數(shù)據(jù)，寫出光功率的測試結(jié)果。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實驗四 光纖跳線、光

13、纖類型、光纜的識別一、實驗目的與內(nèi)容1、了解光纖跳線的的分類2、正確使用光纖跳線與光纜3、熟習ST-ST、FC-FC、SC-SC等常用光纖跳線的光學性能參數(shù)二、工作原理由光纖的結(jié)構(gòu)可知，光纖由高折射率的纖芯和低折射率的包層組成，這樣的光纖常稱為裸光纖。為了防止受外界的溫度、外力等對光纖的光學特性的影響實際的光纖常常被涂覆，同時為了好區(qū)分還著色。這樣的光纖被稱為涂覆光纖，一般盤繞在一個圓的繞線盤如下圖1所示，這就是我們通常能看到的光纖。圖1 成品光纖經(jīng)過一次涂覆或二次套塑的光纖，雖然已是單獨的成品，其抗拉強度還是經(jīng)不起實用場合的彎曲、扭曲和側(cè)壓力的影響。為此欲使成品光纖達到工程應用的要求，光纖單

14、根或多根光纖必須經(jīng)過像電纜那樣的成纜工藝，制成光纜適應不同工程應用的要求。光纖跳線一般是單元芯成品光纖經(jīng)松套塑成纜，通常也稱單芯光纜。主要應用于用實驗室內(nèi)、機房內(nèi)，其長度通常為1米、3米、5米不等。分為單模和多模光纖跳線。其光學參數(shù)如下表1和表2所示。表1 單模光纖跳線 光學特性 典型衰減，1310nm 0.34 dB/km 典型衰減，1550nm 0.20 dB/km 零色散波長 1300-1324nm 零色散斜率 0.092ps/（nm2·km） 模場直徑（MFD） 1310nm 9.2±0.4m 偏振模色散（PMD） 單根光纖最大值 0.2ps/km 鏈路最大值 0.

15、12ps/km 截止波長cc 1260nm 有效群折射率（Neff） 1310nm 1.4675 有效群折射率（Neff） 1550nm 1.4680 宏彎損耗（60mm直徑，100圈）1550nm 0.1dB   表2 多模光纖跳線光學特性 光纖等級 A B C衰減（dB/km） 850nm波長 2.40 2.50 2.80 1300nm波長 0.55 0.70 0.90 帶寬(MHz.km) 850nm波長 500 400 200 1300nm波長 1000 800 400 數(shù)值孔徑 0.20±0.02 三、實驗內(nèi)容1、光發(fā)送模塊接口的操作2、正確連接光發(fā)送模塊與光纖跳

16、線3、測試HFBR1414的光發(fā)模塊的光學性能參數(shù)四、實驗步驟1、光纖跳線的識別 區(qū)別單?；蚨嗄９饫w跳線：黃色、或有SMF字樣、5-10µm/125µ 字樣一般為單模，橘紅色、或有MMF、50µm/62.5µm為多模跳線。2、正確操作(a)彎曲的弧度不得小于90度，否則會因彎曲損耗加大影響正常測試值。 (b) 將光纖跳線的兩頭的連接頭最好用灑精擦洗使用。 (c)連接頭與被測器件連接時注意方向、動作要輕。1、打開位于實驗箱右側(cè)的220V電源開關 2、將數(shù)字光發(fā)送與光接收模塊上電源開關向左拔動，給模塊加電 3、取下模塊上光發(fā)XS201的保護塑料套，用光纖跳線

17、將XS201的TX與光功率計連接，測量收發(fā)一體模塊的發(fā)光功率P。將光纖盤成圓形狀，不斷縮小圈的半徑，觀察光功率的變化，體會光纖跳線彎曲損耗的概念。注：切記彎曲半徑不易小于10。五、實驗報告要求1.列出光纖跳線的種類及各自應用的場合。2.說出光纖跳線接頭的種類及特征。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實驗五 光纖連接器FC/ST/SC的使用一、實驗目的與內(nèi)容1、了解光纖活動連接的分類2、正確使用常見的FC/ST/SC連接發(fā)器3、熟習FC/ST/SC的光學性能參數(shù)二、工作原理在光纖通信、數(shù)據(jù)通信、多媒體通信等以光纖光纜為傳輸媒介的系統(tǒng)中，光纖與光纖或光纜與光纜之間，光纖與發(fā)射端

18、機、光纖與接收端機之間，總需要連接。這種連接技術現(xiàn)已發(fā)展成為一種專門的技術：光纖接續(xù)技術。目前實際應用的光纖傳輸網(wǎng)絡中應用光纖接續(xù)技術分為兩大類：一是永久性連接，二是可拆卸活動連接。對于永久性連接又可分為機械接續(xù)和熔接接續(xù)兩種，這兩種方法都可進行單纖或多纖光纖接續(xù)。目前長途干線網(wǎng)中的光纖光纜之間的連接就采用這兩種方法。在光纖傳輸線路中，發(fā)射端機、接收端機同光纖線路的連接為了使用方便，采用的接續(xù)方式為可拆卸連接，即要用到各種活動連接方式。光纖連接器的規(guī)格種類很多，根據(jù)國際電工委員會IEC874系列標準已公布的類型就有：F-SMA型、CF03型、CF04型、BAM型、LSA型、FC型、D型、OF型

19、、ST型、SC型、OCCA-PC型、OCCA-BU型、CF08型、DS型、MT型。隨著數(shù)據(jù)及多媒體光纖通信技術發(fā)展，又有FSD型、FSD-MC型、RSD型、Mini-BNC型、DNP型以及LP型等。在數(shù)字通信領域用途最廣泛的應是FC、SC、ST和D型系列光纖光纜連接器，若不考慮特殊的設計，它們都有下面的幾個基本部件：插針體、閉鎖裝置、后殼、壓接套管和保護套，如圖1所示。圖1 光纖活動連接器的典型結(jié)構(gòu)三、實驗內(nèi)容1、掌握光纖連接器的清洗2、光纖連接器的正確操作3、了解光纖連接器的光學性能參數(shù)四、實驗步驟1、光纖連接器的識別2、正確操作(a) 將光纖跳線的兩頭的連接頭最好用灑精擦洗使用。 (b)

20、)連接頭與被測器件連接時注意方向、動作要輕 3、連接器的光學參數(shù)測試（注：測試所需的主要儀表是光功率計）(a)插入損耗測試注意到插針體是由陶瓷做成，因而既硬又易碎，所以大家應小心使用。插入損耗是由制造商以如下兩個數(shù)值給出：平均值和最大值。1、打開位于實驗箱右側(cè)的220V電源開關 2、將數(shù)字光發(fā)送與光接收模塊上電源開關向左拔動，給模塊加電 3、取下模塊上光發(fā)XS201的保護塑料套，用光纖跳線將XS201的TX與光功率計連接，測量收發(fā)一體模塊的發(fā)光功率P。松開光纖連接器與光發(fā)送模塊的連接。慢慢移動光纖連接器，觀察光功率的變化，體會插入損耗的概念。(b)回波損耗測試回射發(fā)生在纖芯空氣的交界面，安裝人

21、員提出了有效的解決方法：將兩個連接器通過物理接觸（PC）來減小它們之間的空氣縫隙。五、實驗報告要求1.列出光纖連接器的種類及各自應用的場合。2.說出光纖連接器的種類及特征3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實驗六 2×2光纖星型耦合器實驗一、實驗目的與內(nèi)容1、了解光纖星型號耦合的分類2、正確使用的常見的2×2光纖星型耦合器3、熟習光纖星型耦合器的光學性能參數(shù)測試二、工作原理為了實現(xiàn)光功率的分路和合路，常采用的器件稱為光纖耦合器。它是一種在兩根光纖或多根光纖之間實現(xiàn)信號光功率傳輸?shù)囊环N沒有波長選擇性的無源器件。光纖耦合器制作方法有：全光纖制造技術、微鏡片制造

22、技術和波導制造技術等。目前主要應用的無源器件是全光纖拉錐方法制作的，也有少量的是平面波導制作的，前者適用于分支比<16，后者適用于分支比>16的應用場合。常用的分類方法是按其分合路形狀來劃分。X型及Y型耦合器是兩種最基本的光纖耦合器，如圖1（c）、（a）所示。圖1(a)中所示有兩個入口、一個出口的光方向耦合器，稱為Y型耦合器，如果把入光與出光端反過來用，則構(gòu)成分支器，圖1 (c)所示的有兩個入口、兩個出口的稱X型耦合器。其它類型的耦合器，如在光纖局域網(wǎng)絡和光纖CATV中用到的星型耦合器和樹型耦合器都是在這兩種類型上再次合成制作的，它們都可由多個X型或Y型耦合器拼接在一起，連續(xù)拉錐而

23、成的，如圖1(b)的樹型耦合就是由三個Y型 耦合器拼接而成。圖1 光纖耦合器耦合器的主要性能參數(shù)是插入損耗和耦合比。下面以圖1中 2×2型光纖耦合器為例介紹這兩個概念，其他情況可以類推。耦合器的插入損耗（IL）是在一個特定波長輸出與輸入光功率之比： （1）插入損耗是由于耦合器插入在輸入端口和輸出端口之間產(chǎn)生的損耗。一個耦合器的插入損耗是相當高的。比較典型的耦合器插入損耗值為：3.4dB。耦合比是耦合器的每一個輸出口占總輸出光功率的比例。形式上定義為： （2）它可以用絕對值或百分比給出。在后一種情況下 （3）為了簡化問題，以上假設光僅從P1端口輸入，從P3和P4端口輸出。而式中僅以P3

24、端口為例對插入損耗和耦合比作了定義。三、實驗內(nèi)容1、掌握星型耦合器接頭的清洗2、光纖星型耦合器器的正確操作3、了解光纖星型耦合器的光學性能參數(shù)測試四、實驗步驟1、光纖耦合器的識別（a）4×4星型耦合器 （b）2×2星型耦合器圖1 常用星型號耦合器按光纖型號分類，光纖耦合器可分為三類：單模光纖、多模光纖或特種光纖的光耦合器。按器件的工作波長范圍分類，光纖耦合器又可分為：標準型、單窗口帶寬和雙窗口帶寬（指1310nm和1550nm可同時工作）三種。還可以根據(jù)不同的制造方法、不同的傳輸波長、不同的材料、不同的分路合路比等方式來劃分。其封裝分為窄體和寬體二種，形狀如圖中所示。2、正

25、確操作(a) 將光纖尾纖的活動連接頭最好用灑精擦洗后使用。 (b) )連接頭與被測器件連接時注意方向、動作要輕 3、星型耦合器的光學參數(shù)測試（注：測試所需的主要儀表是光功率計）(a)插入損耗測試注意到插針體是由陶瓷做成，因而既硬又易碎，所以大家應小心使用。插入損耗是由制造商以如下兩個數(shù)值給出：平均值和最大值。對于1×2的耦合器，其一個輸入端為P1，輸出端有二個P2、P3，分別測出輸入/出光功率P1、P2和P3，可以算出1-2端口的插入損耗為P2-P1(dBm）, 可以算出1-3端口的插入損耗為P3-P1(dBm）,具體測試步驟見無源器件的測試實驗。(b)耦合比測試測試方法同上，只是端

26、口對同一輸入端口，分別測兩個輸出端口。對于1×2的耦合器，其一個輸入端為P1，輸出端有二個P2、P3，分別測出輸出光功率P2和P3，可以算出2-3端口的耦合比P2/P3（%）,具體測試步驟見無源器件的測試實驗。(c)隔離度測試測試方法，一個端口輸入，測試另一個輸入端口，然后計算。對于2×1的耦合器，其一個輸入端為P1輸入光功率，測出輸入端口P2的光功率，可以算出1-2端口的隔離度P2-P1（dBm）,同樣可測出2-1端口的隔離度P1- P2（dBm），具體測試步驟見無源器件的測試實驗。五、實驗報告要求1.列出光纖星型耦合器的種類及各自應用的場合。2.說出光纖星型耦合器的種類

27、及特征。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實驗七 雙波長WDM合波分波器實驗一、實驗目的與內(nèi)容1、了解光纖合波與分波器的分類2、正確使用的常見的雙波長WDM合波分波器3、熟習雙波長WDM合波分波器的光學性能參數(shù)測試二、工作原理實現(xiàn)不同波長的光信號合路和分路的器件稱為光波分復用器和解復用器，通常波分復用器也可以用作解復用器，因而簡稱為波分復用器。它是對不同光波長可以進行分離或合成的一種光無源器件。它是波分復用系統(tǒng)的關鍵器件 。對于單根光纖而言，光波分復用器，具有將n(n2)個波長信號進行選擇的功能。從理論上講，光波分復用技術，具有n(n2)倍的擴容能力。由于n個波長信號是通過

28、單根光纖傳輸，那么，合波器分波器具有n+1個端口。對于復用器其中一個端口作為波分復用器的輸出；n個端口作為波分復用器的輸入端。在給定的工作波長的光信號從對應輸入端口(n個端口之一)，被傳輸?shù)絾味丝谳敵?，同時應具有最低的插入損耗，而其他輸入端口對該輸入光則有理想的隔離。當器件用作解復用器時，注入到一個輸入端的各種光波信號，分別按波長傳輸?shù)綄某錾涠丝?n個端口之一)。對于不同的工作波長，其輸出端口是不同的。在給定的工作波長的光信號從輸入端口傳輸?shù)綄妮敵龆丝跁r，此時，器件具有最低的插入損耗，而其他輸出端口對該輸入光信號具有理想的隔離。三、實驗內(nèi)容與步驟1、WDM合波分波器的識別（a）雙波長W

29、DM合波分波器 （b）多通道的WDM合波分波器圖1 常用WDM合波分波器波分復用器是WDM系統(tǒng)中最關鍵的無源光器件，它是有選擇性的波長耦合與分路器件。一般按照它能合路的波長數(shù)目來分類，分有雙波長WDM復用器如：850/1300nm和1310/1550nm是常用的兩波長（窗口）復用器，多波長的如4個波長、16個波長等的波分復用器。多波長復用器一般是單窗口的，常用的是1550nm窗口的多波長復用器。1310/1550nm高隔離度型波分復用器（3端口WDM）用來進行兩窗口波長復用和解復用，可使單根光纖傳輸容最倍增，利用單根光纖進行雙向通信，實現(xiàn)數(shù)字信號（電話、數(shù)據(jù)）和模擬信號（光纖CATV）的混合與

30、分離，并不需要額外光纖。產(chǎn)品廣泛應用于光纖網(wǎng)絡升級、擴容或引入綜合新業(yè)務（如電話、數(shù)據(jù)、圖象）等。2、正確操作(a) 將光纖尾纖的活動連接頭最好用灑精擦洗后使用。 (b) )連接頭與被測器件連接時注意方向、動作要輕 3、雙波長合波分波器的光學參數(shù)測試（注：測試所需的主要儀表是光功率計）(a)插入損耗測試注意到插針體是由陶瓷做成，因而既硬又易碎，所以大家應小心使用。插入損耗是由制造商以如下兩個數(shù)值給出：平均值和最大值。對于雙波長合波器，其一個波長從輸入端P1，另一個波長由輸入端口P2輸入，一個輸出端3，分別測出輸出端口3在二個波長下的光功率P3（）、P3（），可以算出1-3端口的對應波長的插入損

31、耗為P3-P1(dBm）, 可以算出2-3端口對應波長2的插入損耗為P3-P1(dBm）,具體測試步驟見無源器件的測試實驗。 (b) 隔離度測試測試方法同上，只是端口對同一輸入端口，分別測兩個輸出端口。四、實驗報告要求1.列出光纖合波分波器的種類及各自應用的場合。2.說出光纖合波分波器的種類及特征。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實驗八 半導體光源P-I特性曲線測試一、實驗目的與內(nèi)容1、 了解半導體光源的特性。2、 掌握光源P（平均發(fā)送光功率）-I（注入電流）特性曲線的測試方法。3、 掌握光功率計的使用方法。二、實驗電路原理與步驟實驗框圖如下圖所示。具體實驗步驟如下：1、

32、用短接線連接信源模塊的TP702與光收發(fā)模塊的TP101；將模塊的地址開關K701-3、 K701-4向上拔，輸出方波信號。2、打開實驗箱及模塊、的電源；將按鍵KS101抬起（LED101燈滅）。用短帽將模塊上SW101的1、2腳短接。（以下所有實驗均是SW101上午1、2腳短接）3、取下模塊上光發(fā)XS101的保護塑料套，用光纖跳線將XS101與光纖通信綜合測試儀的光功率計（或手持式光功率計）連接，此時從光功率計讀出的功率就是光端機的平均發(fā)送光功率P。4、在模塊的RP101上邊的左、中兩測試點上用萬用表測量RP101的電阻及電壓，測得的電壓值除以電阻值R=R101+RP101, 其中R101是

33、51的固定電阻,求得光發(fā)的注入電流I。（注：測電阻時必須關掉號板及實驗箱電源）。5、改變RP101的阻值大小，測量并記錄不同阻值條件下的P、I值，畫出實驗的P-I曲線。這里需說明的是這里測得的是P-I曲線的一段（功率調(diào)節(jié)范圍約4個dB），為了防止燒壞光發(fā)送組件，電流I的調(diào)節(jié)范圍有限，但不妨礙整個P-I曲線的測量，因為測試方法是一樣的，只是多測幾組值而已。注：光功率計預設值為-20dBM。在調(diào)節(jié)電位器的過程中，最好讓光功率值在-18dB至-22dB變化，以免損壞器件。圖1 數(shù)字光發(fā)送機P-I曲線測試框圖三、實驗報告要求1.寫出實驗原理、操作步驟。2.說出調(diào)試中注意事項。3.寫出本次實驗的心得體會

34、，以及對本次實驗的改進意見。實驗九 模擬光發(fā)送調(diào)制度m測試一、實驗目的1、模擬光端機的工作原理2、掌握模擬光發(fā)送機的功率測量方法3、掌握光源的調(diào)制度m的測量方法。二、實驗內(nèi)容實驗框圖如圖1所示。圖1模擬光發(fā)送調(diào)制度測試三、實驗步驟1、用短接線連接信源模塊的TP705與光收發(fā)模塊的TP102；將模塊板的K701-1上拔、 K701-2下拔，使輸出正弦波；用短接帽將模塊上SW101的1、2腳短接；2、打開實驗箱及模塊的電源，調(diào)整電阻RP701使TP705的輸出信號的峰-峰值在0.5v左右。3、打開模塊的電源，將模塊的KS101按下(LED101燈亮)。4、調(diào)整模塊上的RP701,用示波器觀察TP1

35、03測試點的波形，使送到光發(fā)模塊的信號幅度最大同時又不失真。5、用示波器觀察RP102中間測試點的波形，記錄下示波器的信號電平（u：峰-峰值差）和直流電平(U),即可通過負載電阻換算成光調(diào)制度(i/I) 。注；為了防止電流過大損壞光源，電阻RP102為固定電阻，可以通過調(diào)節(jié)RP701，觀察到效果。四、實驗報告要求1.寫出實驗原理、操作步驟。2.說出調(diào)試中注意事項。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實驗十 平均發(fā)送光功率的測試一、實驗目的1、 了解光端機的工作原理2、 掌握數(shù)字光發(fā)送機的功率測量方法3、 理解平均光功率的含義二、 實驗內(nèi)容圖1數(shù)字光發(fā)送電路光端機的平均發(fā)送光功

36、率是指在正常工作條件下光端機輸出的平均光功率，即光源尾纖輸出的平均光功率。平均發(fā)送光功率指標與實際的光纖線路有關，在長距離光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，要求有較大的平均發(fā)送功率；在短距離的光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，要求較小的平均發(fā)送光功率。設計人員應根據(jù)整個光纖通信系統(tǒng)的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和可維護性全面考慮該指標，提出合適的數(shù)值要求，而不是越大越好。平均發(fā)送光功率測試框圖如圖1.13所示。(1) 各種指標的測試都要送入測試信號，自光端機A點送入測試信號。根據(jù)ITU-T建議，信號源應能產(chǎn)生不同長度的碼型PN信號，為了示波器能夠觀察到至少一個周期的PN信號，設計時取PN的長度為24-1。(2) 用光纖測試線（即光纖跳

37、線）分別插入發(fā)送端連接器與光功率計連接器，連接光端機的光輸出與光功率計，此時從光功率計讀出的功率P就是光端機進入光纖線路的平均發(fā)送光功率。光端機的平均發(fā)送光功率應考慮發(fā)端連接器S的損耗，即P是考慮了發(fā)端連接器S的損耗。(3) 有的功率計可直接讀dBm，若只能讀mW（毫瓦）或W（微瓦）應換算成dBm， (1)需要說明兩點：1) 平均光功率與輸入信號的碼型有關，NRZ碼與50%占空比的RZ碼相比，其平均光功率要大3dB。2) 光源的平均輸出光功率與注入它的電流大小有關，測試應在正常工作的注入電流條件下進行。三、實驗步驟1、用短接線連接信源模塊的TP702與光收發(fā)模塊的TP101；將模塊的K701-

38、3上拔、 K701-4下拔，使輸出2M偽隨機序列。2、打開實驗箱及模塊、的電源；將按鍵KS101抬起（LED101燈滅）。3、取下模塊上光發(fā)XS101的保護塑料套，用光纖跳線將XS101與光功率計連接，此時從光功率計讀出的功率就是光端機的平均發(fā)送光功率P。4、將模塊的K701-3下拔、 K701-4上拔，測量輸入CMI碼時的平均光發(fā)功率；將模塊的K701-3、 K701-4上拔，測量輸入方波時的平均光發(fā)功率。5、比較輸入不同信號時的平均光發(fā)功率有沒有區(qū)別，思考一下為什么？四、實驗報告要求1.寫出實驗原理、操作步驟。2.說出調(diào)試中注意事項。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實

39、驗十一 光接收機靈敏度測試一、實驗目的1、理解光接收機靈敏度的概念2、掌握光接收機靈敏度的測試方法二、實驗內(nèi)容 靈敏度PR是數(shù)字光接收機重要的性能指標，表示在一定的誤碼條件下接收機所能接收的最小光功率大小，計算時用dBm表示。例如：測得最小光功率為Pmin=9.3nW，則。在靈敏度測試時，一定要注意測試時間的長短。誤碼率是一個統(tǒng)計平均的參數(shù)，為了確定測試時間，我們將之寫成為： （1）式中m是誤碼個數(shù)，fb是系統(tǒng)碼速，t是測試時間。由上式可知，在碼速確定的情況下，只要在某一定的測試時間內(nèi)所記錄的誤碼個數(shù)少于某一數(shù)值，就可以表示出要求的誤碼率。其最小測試時間應是能檢測到誤碼個數(shù)為1（無誤碼的情況除

40、外）的時間，即(1)式中m=1時所得到的測試時間，它可以表示為： (2)由上式可見，最小測試時間與碼速和誤碼率有關。各類系統(tǒng)誤碼率不同時，光接收機靈敏度測試的最小時間t如表1所示。表1 靈敏度測量的最小時間碼速t誤碼率2M8M34M140M10-98分鐘2分鐘29.1秒10-105分鐘1.2分鐘10-1150分鐘12分鐘應該指出，t是要求某一誤碼率時，光接收機靈敏度測試的最小時間。但實際上，測試的時間應大于此時間，才能使測試的結(jié)果更為準確。光接收機靈敏度測試框圖如圖1所示：圖7.1 數(shù)字光接收指標測試框圖數(shù) 字光 發(fā)數(shù) 字光 收光可變衰減器光功率計SR誤碼分析儀TP501圖1TP101三、實驗

41、步驟1、用短接線連接模塊的TP702與模塊的TP101、模塊的TP103與模塊的TP803；將模塊的K701-3上拔、 K701-4下拔，使輸出2M偽隨機序列。2、打開實驗箱及模塊、的電源；將模塊的按鍵KS101抬起（LED101、燈滅）。3、此時系統(tǒng)進入誤碼檢測狀態(tài)，此時可能會發(fā)現(xiàn)屏幕上誤碼不斷，調(diào)整模塊的RP103，使模塊的TP103輸出信號幅度適中、波形平滑，此時誤碼檢測指示燈滅，顯示目前狀態(tài)無誤碼。4、如圖3.9，接入光可變衰減器，逐步增加光衰減，輸入光接收機的光功率逐步減小，使系統(tǒng)處于誤碼狀態(tài)，再逐步減小光衰減器的衰減，使誤碼逐漸減少，當在一定的觀察時間內(nèi)，使誤碼個數(shù)少于某一要求時，

42、即達到系統(tǒng)所要求的誤碼率。5、在穩(wěn)定工作一段時間后，從R點斷開光端機的連接器，用光纖測試線連接R點與光功率計，此時測得光功率為Pmin，即為光接收機的最小可接收光功率。注：(1) 如果實驗室沒有配備光衰減器，我們可以通過實驗平臺中的電路衰減來模擬光路衰減。調(diào)節(jié)光收模塊甲的可調(diào)電阻RP103，降低MAX435的放大倍數(shù)來模擬線路上的衰減。當衰減足夠大時，將超出AD603的自動增益控制范圍，致使其輸出信號幅度銳減，誤碼計數(shù)漸增。(2) 實驗箱的誤碼測試功能是顯示誤碼的個數(shù)，讀者可以通過液晶屏幕顯示的誤碼個數(shù)來自定義誤碼率，比如說1分鐘出現(xiàn)了10個誤碼。調(diào)節(jié)上述可調(diào)電阻，減少電路中衰減，直到誤碼符合

43、我們剛自定義過的標準，可以測試MAX435的輸出波動很小，模擬了輸入光功率也很小。(3) 如果實驗步驟3無法達到無誤碼的狀態(tài)，則可能是鎖相環(huán)處于失鎖狀態(tài)，此時需按如下步驟調(diào)整鎖相環(huán)：擰下模塊四個角上的螺母，移開模塊，用插線連接模塊的TP702與模塊的TP803，用導線給模塊的左上角接+5V電源、左下角接地，打開電源箱及模塊、的電源，調(diào)整C813、C820、RP802使U803的9腳輸出信號頻率鎖定在2.048MH即可。四、實驗報告要求1.寫出實驗原理、操作步驟。2.說出調(diào)試中注意事項。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。三、系統(tǒng)實驗實驗十二 模擬信號與模擬話音光纖傳輸系統(tǒng)一、

44、實驗目的1、模擬正弦波、三角波光纖傳輸2、了解模擬電話的光纖傳輸系統(tǒng)3、語音信號的特性及光纖傳輸二、實驗內(nèi)容傳統(tǒng)的電話通信系統(tǒng)采用的是模擬傳輸?shù)姆绞?，稱之為載波通信。隨著數(shù)字通信技術的發(fā)展，模擬語音信號的數(shù)字傳輸技術已經(jīng)成熟并大量實用化。在實驗平臺上，通過正確連線，模擬語音信號既可以直接通過光纖傳輸，又可以先進行數(shù)字化PCM后再上光路傳輸。模擬語音光纖傳輸系統(tǒng)如圖1所示。大家都知道電話機是將我們所說的話語變?yōu)槟M電信號的一種裝置，那么是否通過電話機后，我們所發(fā)出來的模擬語音信號就能夠直接上光路傳輸了嗎？圖1模擬電話光纖傳輸用戶接口電路模擬光發(fā)送模擬光發(fā)送模擬光接收模擬光接收用戶接口電路光纖TP

45、401-TP102TP402-TP103TP405-TP102_1TP406-TP103_1 由圖1可知：在電話機與光發(fā)送機之間還有一個被稱之為用戶線接口電路（SLIC）的裝置。實驗平臺中的SLIC采用一體的集成芯片PBL38710來實現(xiàn)，主要完成向終端話機饋電（B）、過壓保護(O)、振鈴(R)、用戶線通斷檢測(S)和二/四線轉(zhuǎn)換(H)等功能。讀者可以從程控數(shù)字交換機的硬件組成中找到SLIC的位置（雖然，我們的實驗平臺并不涉及交換的概念）。它屬于程控交換機的用戶級。用戶級由用戶電路和話務集中兩部分組成。圖2 用戶接口的功能其主要任務是對電話用戶線提供接口設備，將用戶話機的模擬話音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字

46、信號，并將每個用戶話機所發(fā)出的較小的呼叫話務進行集中，然后送至數(shù)字交換網(wǎng)絡，從而提高了用戶級和數(shù)字交換網(wǎng)絡之間中繼線的利用率。由于模擬用戶電路在數(shù)字交換機中占的比例較大，對它的組成有一個基本功能要求，歸納起來，應具有BORSCHT七項功能，如圖2所示。三、實驗步驟1、將兩臺電話機的RJ11插頭插入實驗平臺中模塊上的電話機插座；用短接帽將模塊上K401404的1腳與2腳；用短接線將模塊上的TP401、TP406分別與模塊上的TP102、TP103連接；用短接線連接模塊上的TP402、TP405。2、打開實驗箱及模塊、的電源；將模塊的按鍵KS101按下（LED101、燈亮）。3、此時插在本實驗箱上

47、的兩部電話即可進行通話了，如果話音質(zhì)量不好可調(diào)整模塊上的RP103。注：如果沒有電話機，參考實驗五的步驟也可以從模塊的TP705輸入模擬信號到模塊的TP102，在模塊的TP103觀察接收信號的波形。四、實驗報告要求1.寫出實驗原理、操作步驟。2.說出調(diào)試中注意事項。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實驗十三 數(shù)字話音PCM光纖傳輸一、實驗目的1、了解數(shù)字電話的光纖傳輸系統(tǒng)2、PCM編解碼原理3、PCM編解碼信號光纖傳輸二、實驗內(nèi)容模擬語音的數(shù)字化有多種方案，大致可以分為波形編碼和參量編碼兩類。波形編碼是對統(tǒng)計特性經(jīng)處理后的信號波形進行編碼。PCM就是其中較好的一種，其特點是

48、重建信號具有較高的質(zhì)量（信噪比S/N）。參量編碼是直接提取語音信號的一些特征參量，并對其進行編碼。也就是說，由信號源產(chǎn)生語音信號的條件，找出語音信號產(chǎn)生的物理模型，然后提取出語音信息中的某些主要參量，經(jīng)編碼后傳到接收端；接收端經(jīng)解碼恢復成與發(fā)送相應的特征參量，然后根據(jù)信號產(chǎn)生的物理模型合成相應的語音，這就是語音的分析與合成方法。聲碼器即屬此類，其特點是可以大大地壓縮數(shù)碼率，但與波形編碼相比質(zhì)量要差一些。本實驗平臺中所采用的編譯碼方案是廣泛應用的PCM。從理論上講，PCM包括三個過程：抽樣、量化和編碼。然而隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，其實現(xiàn)卻只需要通過一個僅有20條腿（或更少）的芯片。我們采用單

49、片PCM編譯碼器TP3067，進行模擬與數(shù)字語音信號之間的轉(zhuǎn)換。該芯片內(nèi)置了開關電容帶通和低通濾波器，其中帶通濾波器是為了濾除發(fā)端50Hz電源的干擾和3400Hz以上的頻率成分信號；低通濾波器用于恢復低頻模擬語音信號。時鐘源負責提供編譯碼時所需的2MHz的主時鐘和8KHz的幀同步脈沖波。經(jīng)過編碼后的信號即可進入光發(fā)送機驅(qū)動電路調(diào)制光源，接收到的信號經(jīng)譯碼后，通過SLIC送往收端話機。這樣數(shù)字語音光纖傳輸系統(tǒng)便建立了。實驗中，大家需要通過鍵盤來選擇傳輸數(shù)字電話還是傳輸模擬電話，然后根據(jù)原理圖通過跳線來建立數(shù)字或模擬語音光纖傳輸系統(tǒng)，之后才可以相互通話。圖1數(shù)字PCM電話光纖傳輸用戶接口電路數(shù)字光

50、發(fā)送數(shù)字光發(fā)送數(shù)字光接收數(shù)字光接收用戶接口電路光纖TP403-TP101TP404-TP103TP407-TP101-1TP408-TP103_1PCM編譯碼PCM編譯碼三、實驗步驟：1、將兩臺電話機的RJ11插頭插入實驗平臺中模塊上的電話機插座；用短接帽將模塊上K401404的2腳與3腳；用短接線將模塊上的TP403、TP408分別與模塊上的TP101、TP104連接；用短接線將模塊上的TP404、TP407分別與模塊的數(shù)字光發(fā)送與光接收上TP203、TP201連接；用短接線將模塊上的TP703、TP704分別與模塊上TP410、TP409連接。2、打開實驗箱及模塊、的電源；將模塊的按鍵KS

51、101抬起（LED101、燈滅）。3、此時插在本實驗箱上的兩部電話即可進行數(shù)字話通信了，如果話音質(zhì)量不好可調(diào)整模塊上的RP103。注：比較模擬語音與數(shù)字語音傳輸質(zhì)量的差異，也可以通過測試點TP403或TP407觀察PCM信號的波形，測試點TP409和TP410分別為PCM編譯碼所必須的2MHz時鐘信號和8kHz的脈沖信號。大家可以比較跳線K401處的模擬語音信號波形與測試點TP407處的數(shù)字語音信號波形，體會兩者之間為什么會有這樣的差別。用示波器在測試點觀察模擬話音經(jīng)PCM編碼后的波形變化，比較講話聲音大或小時所測得的PCM波形的變化，并試解釋其原因。正確連線后，實驗平臺加電，復位系統(tǒng)后選擇傳

52、輸數(shù)字電話，此時，收發(fā)雙方便能互通語音信息，讀者可以比較模擬語音與數(shù)字語音傳輸質(zhì)量的差異。也可以通過測試點TP404、403觀察PCM信號的波形，測試點TP409和TP410分別為PCM編譯碼所必須的2MHz時鐘信號和8kHz的脈沖信號。大家可以比較跳線XP401處的模擬語音信號波形與測試點TP403處的數(shù)字語音信號波形，體會兩者之間為什么會有這樣的差別。實驗過程中，指示燈LED701和LED702會閃爍，這說明SLIC的檢測功能在發(fā)揮作用。用示波器在測試點觀察模擬話音經(jīng)PCM編碼后的波形變化，比較講話聲音大或小時所測得的PCM波形的變化，并試解釋其原因。四、實驗報告要求1.寫出實驗原理、操作

53、步驟。2.說出調(diào)試中注意事項。3.寫出本次實驗的心得體會，以及對本次實驗的改進意見。實驗十四 視頻圖像光纖傳輸系統(tǒng)一、實驗目的1、了解基帶模擬信號的傳輸特性。2、脈沖頻率調(diào)制傳輸方法二、實驗內(nèi)容基帶模擬信號直接光強度調(diào)制傳輸是模擬光纖傳輸最基本的傳輸技術。以發(fā)光二極管為光源的基帶電視信號光纖傳輸系統(tǒng)具有設備簡單、價格便宜的特點。傳輸質(zhì)量可以滿足不同指標的要求，適用于較短距離的電視傳輸，在廣播電視與工業(yè)電視傳輸中有著廣泛地應用。這種設備以發(fā)光二極管為光源，是因為LED的入纖光功率雖不如激光器的高，但它是非相干光源，對微分增益（DG）和微分相位（DP）的校正比用激光器（LD）作為光源來得容易，而且

54、光源驅(qū)動電路也比較簡單。另外，在多模光纖傳輸系統(tǒng)中，它也不存在模式噪聲對信噪比的影響問題。因此，LED是這種系統(tǒng)中常用的光源。圖1 LED強度調(diào)制視頻光纖傳輸圖1示出了一個系統(tǒng)的基本組成方框。在我國采用的PAL制電視信號中，彩色信號是調(diào)制在頻率為4.43MHz的色副載波上，而色副載波又是疊加在亮度信號上的。色副載波的幅度決定著彩色信號的飽和度，其相位決定了色調(diào)。由于亮度信號的變化在傳輸中可能引起色副載波的幅度和相位失真，在電視信號中被稱作微分增益（DG）和微分相位（DP）失真。在傳輸系統(tǒng)中，發(fā)光二極管的非線性是引起DG、DP失真的主要原因，這是因為發(fā)光二極管的阻抗特性、注入電流、內(nèi)部量子效率、輻射復合率的溫度特性以及調(diào)制帶寬等因素的影響所致。一般發(fā)光二極管在