光纖通信LTE-GX-02E實驗指導書(新)

1、武漢凌特電子技術有限公司 光纖通信原理教學系統(tǒng)實驗指導書 目 錄 實驗系統(tǒng)概述3第一章 光器件認識實驗11實驗一 光纖結構和分類11實驗二 光纖活動連接器16實驗三光耦合器件19實驗四 光隔離器和光環(huán)行器25實驗五光衰減器28實驗六光開關31實驗七激光器與光檢測器34第二章光發(fā)射機與光接收機實驗39實驗八 光發(fā)射機的組成39實驗九 自動光功率控制電路43實驗十無光告警和壽命告警電路45實驗十一 光發(fā)射機指標測試48實驗十二 光接收機的組成53實驗十三 光接收機主要技術指標測量及眼圖觀測55第三章模擬信號光纖傳輸系統(tǒng)實驗59實驗十四 模擬信號光纖傳輸系統(tǒng)59（正弦波、三角波、方波）59實驗十五

2、電話語音光纖傳輸系統(tǒng)61實驗十六 圖像光纖傳輸系統(tǒng)65第四章數(shù)字信號光纖傳輸系統(tǒng)實驗67實驗十七PN序列光纖傳輸系統(tǒng)67實驗十八 CMI編譯碼原理及CMI碼光纖傳輸系統(tǒng)69實驗十九 擾碼和解擾碼原理及擾碼光纖傳輸系統(tǒng)72實驗二十 PCM編譯碼原理及數(shù)字電話光纖傳輸系統(tǒng)74第五章光纖綜合傳輸系統(tǒng)實驗81實驗二十一 波分復用光纖傳輸系統(tǒng)（WDM）81實驗二十二 HDB3編譯碼原理及實現(xiàn)85實驗二十三 位時鐘提取（數(shù)字鎖相環(huán)DPLL）88原理及實現(xiàn)88實驗二十四 固定速率時分復用原理及實現(xiàn)93實驗二十五 解固定速率時分復用原理及實現(xiàn)97實驗二十六 變速率時分復用原理及實現(xiàn)101實驗二十七 解變速率時

3、分復用原理及實現(xiàn)106實驗二十八 綜合實驗一：4路數(shù)據(jù)兩路電話光纖112綜合傳輸系統(tǒng)實驗112實驗二十九 綜合實驗二：4路數(shù)據(jù)3臺計算機1路116圖像圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)實驗116實驗三十 綜合實驗三：2臺實驗箱8臺計算機2路118圖像/語音全雙工光纖綜合傳輸系統(tǒng)118第六章二次開發(fā)實驗120實驗三十一 pn序列程序設計120實驗三十二CMI編譯碼程序設計122實驗三十三5B6B碼程序設計124實驗三十四4B1P和4B1C程序設計129實驗三十五HDB3編譯碼程序設計133實驗三十六擾碼、解擾碼程序設計136實驗三十七數(shù)字鎖相環(huán)（DPLL）程序設計138實驗三十八固定速率時分復用程

4、序設計140實驗三十九 解變速率時分復用程序設計143附錄一 FPGA管腳分布圖145附錄二 Quartus 4.0 基本操作147附錄三 Quartus 4.0 使用技巧及程序設計中的關鍵問題161附錄四 誤碼測試儀使用方法173附錄五 串口調試助手使用說明176參 考 文 獻177實驗系統(tǒng)概述實驗系統(tǒng)的整體框圖如下：下面對各個模塊進行詳細的說明：一、1310nm光發(fā)模塊：完成電信號到光的轉換，包括數(shù)字和摸擬光調制。數(shù)字光調制中還包括：自動光功率控制電路、無光檢測電路、光器件壽命檢測電路等。各部件功能說明：P100、P101：數(shù)字信號輸入口，輸入信號05V。P104、P102：模擬信號輸入口

5、，輸入信號-5V5V。J101：數(shù)字光調制和模擬光調制的切換開關。J100：撥碼開關第一位是控制數(shù)字光調制的通和斷，第二位是控制自動光功率控制補償電流的通和斷。撥碼開關撥上為通，撥下為斷。TP100、TP101、TP102：這三個測試點是用來測量激光器的電流和自動光功率控制的補償電流，具體的使用方法見實驗九。TP103：輸入數(shù)字信號測試點。TP104：無光警告電路的輸入信號。TP105：輸入的數(shù)字信號減去直流電平后的信號。TP106：此信號控制自動光功率控制補償電路的三極管，從而控制補償電流的大小。RP100：調節(jié)數(shù)字光調制的光發(fā)射功率大小。逆時針旋轉為光功率增大。RP101：調節(jié)壽命告警電路

6、的門限電壓的大小。RP102：調節(jié)無光告警電路的門限電壓的大小。RP103：調節(jié)光檢測器輸出電壓的大小RP104：調節(jié)輸入信號衰減大小。逆時針旋轉衰減小。二、1550nm光發(fā)模塊：同1310nm光發(fā)模塊有同樣的功能，其中各部件的功能與1310nm光發(fā)模塊也是對應。例如，1550nm中的測試點TP200與1310nm中的測試點TP100的功能一樣，RP100同RP200的作用一樣。三、1310nm光收模塊：主要完成光電信號的轉換，小信號的檢測與信號的恢復放大等功能。包括預放大電路、主放大電路和電平判決電路。各部件功能說明：P103、P105：模擬信號輸出口。P106、P107：數(shù)字信號輸出口。T

7、P108：模擬信號輸出測試點。TP109：數(shù)字信號輸出測試點。RP106：調節(jié)接收的靈敏度。逆時針旋轉，輸出信號會減小。RP107：調節(jié)模擬信號失真度。逆時針旋轉，失真減小。RP108：調節(jié)電平判決電路的判決電平。四、1550nm光收模塊同1310nm光收模塊有同樣的功能，其中各部件的功能與1310nm光收模塊也是對應。例如，1550nm中的測試點P203與1310nm中的測試點P103的功能一樣，RP106同RP206的作用一樣。五、數(shù)字信號源及固定速率時分復用模塊數(shù)字信號源模塊作用是產生四路32Kbit/s的NRZ碼。固定速率時分復用模塊是將四路數(shù)字信號以按碼字復接的方式復用成一路128K

8、bit/s的NRZ碼。1、各部件功能說明：U300、U301、U302、U303：四個十位的光條，其中每個光條的前八位分別代表每一路NRZ碼的八位，每個光條的最后兩位無效。光條亮代表”1”，熄代表”0”。U311、U312、U313、U314：四個八位的撥碼開關，可以改變四路NRZ碼的值，撥碼開關撥上為”0”，撥下為”1”。P300、P301、P302、P304： 四路八位的NRZ輸出，TTL電平輸出。TP300、TP301、TP302、TP303：四路NRZ碼的觀測點。P738、P739、P740、P741：固定速率時分復用模塊四路數(shù)字信號輸入口。TTL電平輸入。P742：固定速率時分復用模

9、塊復用信號輸出口。TTL電平輸出。TP743：P742信號的位時鐘觀測點。六、數(shù)字信號源終端及解固定速率時分復用模塊解固定速率時分復用模塊將固定速率時分復用后的信號分解為四路NRZ碼。各部件功能說明：U304、U305、U306：三個十位的光條，其中每個光條的前八位分別代表每一路NTZ碼的八位，每個光條的最后兩位無效。光條亮代表”1”，熄代表”0”。P745： 解固定速率時分復用模塊NRZ碼輸入口。TTL電平輸入。P744： 位時鐘提取輸入口。TTL電平輸入。TP745：位時鐘提取信號輸入口。TP744：解固定速率時分復用模塊NRZ碼輸入端口。TP746：位時鐘提取模塊輸出的位時鐘信號測試點。

10、七、2M接口模塊一和2M接口模塊二2M接口模塊主要完成電平變換和電平反變換的功能。電平變換是將兩路NRZ碼變換成三階高密度雙極性碼（HDB3碼）。電平反變換是將三階高密度雙極性碼（HDB3碼）變換成兩路NRZ碼。各部件功能說明：P800、P802（P900、P902）：電平變換的兩路NRZ碼輸入。TTL電平輸入。P801、P806（P901、P906）：電平變換后的三階高密度雙極性碼（HDB3碼）輸出。TP800、TP802（TP900、TP902）：輸入的兩路NRZ碼觀測點。TP801（TP901）：輸出的三階高密度雙極性碼（HDB3碼）測試點。P803、P807（P903、P907）：電平

11、反變換的三階高密度雙極性碼（HDB3碼）輸入口。P804、P805（P904、P905）：電平反變換的兩路NRZ輸出。TTL電平輸出。TP803（TP903）：輸入三階高密度雙極性碼（HDB3碼）測試點。TP804、TP805（TP904、TP905）：輸出的兩路NRZ碼觀測點。八、計算機接口模塊計算機接口模塊一四提供了八個計算機RS232接口。其中DOUT表示計算機輸出的數(shù)據(jù)，DIN表示輸入到計算機的數(shù)據(jù)。九、PCM編譯碼模塊此模塊采用專用芯片TP3067來實現(xiàn)PCM編譯碼電路，可同時完成兩路信號的編譯碼工作。PCM模塊可以實現(xiàn)傳輸兩路語音信號。各部件功能說明：P500、P512：模擬信號輸

12、入端。P502、P508：PCM編碼幀同步信號。P503、P507：PCM編碼數(shù)字信號輸出。P506、P509：PCM譯碼數(shù)字信號輸入。P505、P510：PCM譯碼單元位時鐘輸入。P504、P511：PCM譯碼幀同步信號輸入端口。P501、P513：PCM譯碼單元模擬信號輸出。TP500、TP512：模擬信號觀測點。TP502、TP508：PCM編碼幀同步信號觀測點。TP503、TP507：PCM編碼數(shù)字信號輸出觀察點。TP501、TP513：PCM譯碼模擬信號輸出觀察點。十、電話模塊甲、乙此模塊采用專用芯片AM79R70來完成用戶接口電路（SLIC）。其中DOUT是語音信號輸出，DIN是語

13、音信號輸入。十一、電話控制模塊電話控制模塊完成兩路電話摘掛機狀態(tài)檢測，設置兩路電話的通話、振鈴、忙音、回鈴音等狀態(tài)。十二、FPGA程序下載模塊FPGA程序下載模塊是將二次開發(fā)的程序下載到電端或光端FPGA的接口。J601：JTAG下載方式接口。十三、電端FPGA電端FPGA主要完成變速率時分復用、HDB3編碼、HDB3譯碼、解變速率時分復用、位時鐘提取、幀同步提取信號等功能。1、變速率時分復用測試點及接口功能說明：P600、P601、P602、P603：變速率時分復用四路數(shù)據(jù)輸入口。TP600、TP601、TP602、TP603：變速率時分復用四路數(shù)據(jù)輸入測試點。TP604：進行碼速調整的位時

14、鐘測試點。P605、P606、P607、P608：碼速調整后的四路數(shù)據(jù)輸出口。TP605、TP606、TP607、TP608：碼速調整后的四路數(shù)據(jù)輸出測試點。TP609、TP610、TP611、TP612：變速率時分復用的四路數(shù)據(jù)的時隙。P613：變速率時分復用位時鐘輸出。TP613：變速率時分復用位時鐘測試點。P614：變速率時分復用復用輸出口。TP614：變速率時分復用復用輸出測試點。2、HDB3編碼模塊測試點及接口功能說明：P618：HDB3編碼模塊NRZ碼輸入口。TP618：HDB3編碼模塊NRZ碼輸入測試點。P616、P617：HDB3編碼模塊HDB3碼兩路信號輸出。TP616、TP

15、617：HDB3編碼模塊HDB3碼兩路信號輸出測試點。TP615：HDB3編碼位時鐘測試點。3、HDB3譯碼模塊測試點及接口功能說明：P621、P622：HDB3譯碼模塊兩路NRZ碼輸入口。TP621、TP622：HDB3譯碼模塊兩路NRZ碼輸入觀測點。P620：HDB3譯碼模塊NRZ碼輸出口。TP620：HDB3譯碼模塊NRZ碼輸出觀測點。TP619：HDB3譯碼位時鐘時鐘測試點。4、位時鐘提取模塊（數(shù)字鎖相環(huán)模塊）測試點及接口功能說明：P624：位時鐘提取模塊NRZ碼輸入口。TP624：位時鐘提取模塊NRZ碼輸入觀測點。P623：位時鐘提取模塊位時鐘輸出口。TP623：位時鐘提取模塊位時鐘

16、輸出觀測點。5、幀同步信號提取模塊測試點及接口功能說明：P626：幀同步信號提取模塊數(shù)據(jù)輸入。TP625：幀同步信號提取模塊位時鐘觀測點。TP627、TP628、TP629、TP630：幀同步信號提取模塊四路數(shù)據(jù)的幀同步信號測試點。6、解復用模塊測試點及接口功能說明：P632：解復用模塊NRZ碼輸入口。TP631：解復用模塊位時鐘測試點。P633、P634、P635、P636：解復用模塊四路數(shù)據(jù)輸出口。TP633、TP634、TP635、TP636：解復用模塊四路數(shù)據(jù)輸出觀測點。十四、光端FPGA光端FPGA主要完成HDB3編碼、HDB3譯碼、擾碼、解擾碼、CMI編碼、CMI譯碼、位時鐘提取、

17、固定速率時分復用、解固定速率時分復用等功能。其中固定速率時分復用模塊和解固定速率時分復用模塊的測試點及接口功能在前面已經介紹。1、HDB3譯碼模塊測試點及接口功能說明：P703、P704：HDB3譯碼模塊兩路NRZ碼輸入口。TP703、TP704：HDB3譯碼模塊兩路NRZ碼輸入測試點。P702：HDB3譯碼模塊NRZ輸出口。TP702: HDB3譯碼模塊NRZ輸出測試點。P701：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入口。TP701：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入測試點。TP700：HDB3譯碼模塊位時鐘觀測點。2、位時鐘提取模塊測試點及接口功能說明：P708：位時鐘提取模塊NRZ碼輸入口。TP70

18、8：位時鐘提取模塊NRZ碼輸入測試點。P707：位時鐘提取模塊位時鐘輸出口。TP707：位時鐘提取模塊位時鐘輸出測試點。TP705：位時鐘提取模塊主時鐘測試點。3、擾碼模塊測試點及接口功能說明：P712： 擾碼模塊NRZ碼輸入口。TP712：擾碼模塊NRZ碼輸入測試點。P711： 擾碼模塊擾碼輸出口。TP711：擾碼模塊擾碼輸出測試點。P710： 單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入口。TP710：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入測試點。TP709：擾碼模塊位時鐘測試點。4、CMI編碼模塊測試點及接口功能說明：P716：CMI編碼模塊NRZ碼輸入口。TP716：CMI編碼模塊NRZ碼輸入測試點。P71

19、5：CMI編碼模塊CMI碼輸出口。TP715：CMI編碼模塊CMI碼輸出測試點。P714：單獨模塊實驗時外加時鐘輸入口。TP714：單獨模塊實驗時外加時鐘輸入測試點。TP713：CMI編碼位時鐘，編碼速率是2048Kbit/s。5、PN序列產生模塊：P720：輸出7位8Kbit/s的PN序列一。TP720：PN序列一的觀測點。P719：輸出PN序列一的位時鐘。TP719：PN序列一位時鐘的觀測點。P718：輸出15位32Kbit/s的PN序列二。TP718：PN序列二的觀測點。P717：輸出PN序列二的位時鐘。TP717：PN序列二位時鐘的觀測點。6、CMI譯碼模塊測試點及接口功能說明：P72

20、4：CMI譯碼模塊CMI碼輸入口。TP724：CMI譯碼模塊CMI碼輸入觀測點。P723：CMI譯碼模塊NRZ碼輸出口。TP723：CMI譯碼模塊NRZ碼輸出觀測點。P722：單獨模塊實驗時外加時鐘輸入口。TP722：單獨模塊實驗時外加時鐘輸入測試點。TP721：CMI譯碼模塊時鐘觀測點。7、位時鐘提取模塊測試點及接口功能說明：P728：位時鐘提取模塊NRZ碼輸入口。TP728：位時鐘提取模塊NRZ碼輸入測試點。P727：位時鐘提取模塊位時鐘輸出口。TP727：位時鐘提取模塊位時鐘輸出測試點。TP725：位時鐘提取模塊主時鐘測試點。8、解擾碼模塊測試點及接口功能說明：P732：解擾碼模塊擾碼輸

21、入口。TP732：解擾碼模塊擾碼輸入測試點。P731： 解擾碼模塊NRZ碼輸出口。TP731：解擾碼模塊NRZ碼輸出測試點。P730： 單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入口。TP730：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入測試點。TP729：擾碼模塊位時鐘測試點。9、HDB3編碼模塊測試點及接口功能說明：P737：HDB3編碼模塊NRZ碼輸入口。TP737：HDB3編碼模塊NRZ碼輸入測試點。P736、P735：HDB3編碼模塊HDB3碼兩路信號輸出。TP736、TP735：HDB3編碼模塊HDB3碼兩路信號輸出測試點。P734：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入口。TP734：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸

22、入測試點。TP733：HDB3編碼位時鐘測試點。第一章 光器件認識實驗實驗一 光纖結構和分類一、實驗目的1.了解光纖的分類與各種光纖的特點。2.了解光纖的各種性能參數(shù)。二、實驗內容1.介紹光纖的構成與分類。2.成品光纖的主要參數(shù)的介紹。3.測量光纖的插入損耗。三、實驗儀器1.光纖實驗系統(tǒng)1臺。2.FC/PC型光纖跳線2根。3.光固定衰減器1個。4.光功率計1臺四、實驗原理光纖是光導纖維的簡稱，它是一種由玻璃或透明聚合物構成的絕緣波導。光被耦合進光纖后只能在其波導內部傳播。一般的光纖都是由纖芯、包層和外套涂層三部分組成。其外套涂層作為光纖的保護層，用于加強光纖的機械強度。其光纖結構如圖1-1所示

23、：外套包層區(qū)纖芯區(qū)圖1-1 光纖結構示意圖1、光纖的分類光纖有很多種分類方法。按其傳輸光波的模式來分，有單模光纖與多模光纖兩大類。它們的結構不同，因而各具不同的特性與用途。1)單模光纖用來傳輸單一基模光波的光纖稱為單模光纖，它要求入射光的波長大于光纖的截止波長，單模光纖的纖芯直徑很小，一般為5-10m。單模光纖對于光的傳輸損耗將是最小的，因為光場只在光纖的中心傳導。但是由于纖芯直徑很小，對于光纖與光源的耦合及光纖之間的接續(xù)將帶來明顯困難。單模光纖可徹底消除模間色散，在波長為1.27m時，材料色散趨近于零，或者可以使得材料色散與波導色散相抵消。因此，長距離大容量的長途通信干線及跨洋海底光纜線路全

24、部采用單模光纖。由于1.55m波長時單模光纖的損耗更低，人們已研究了使光纖的零色散波長移到1.55m的技術和使激光器（LD）的頻譜更窄的技術，以求同時達到最低的損耗及最寬的帶寬，從而最大限度地增大中繼距離及信息容量。2)多模光纖用來傳輸多種模式光波的光纖稱為多模光纖，模式的數(shù)目取決于芯徑、數(shù)值孔徑（接收角）、折射率分布特性和波長。將單模光纖的纖芯增大，光纖將成為多模光纖。多模光纖的纖芯直徑遠遠大于單模光纖，一般為50-200m。在臨界角內，各個模式的入射光波分別以不同角度，在光纖內的纖芯與包層的的界面處發(fā)生全反射而沿光纖全長傳輸。突變型多模光纖的纖芯部分折射率保持不變，而在纖芯與包層的界面折射

25、率發(fā)生突變。這種光纖模間群時延時差大，一般傳輸帶寬為100MHzKm。常做成大芯徑（例如100m）、大數(shù)值孔徑（例如NA大于0.3）光纖，提高光源與光纖的耦合效率，適用于短距離、小容量的系統(tǒng)。這種光纖的使用相當廣泛。3)識別單模光纖與多模光纖的方法識別單模光纖與多模光纖的基本方法是從光纖的產品規(guī)格代號中去了解。如我國光纖光纜型號的規(guī)格代號的第二部分用J代表多模漸變型光纖，用T代表多模階躍型光纖，用Z代表多模準階躍型光纖，用D代表單模光纖。其次是從光纖的纖芯直徑去識別。單模光纖的芯徑很細，通常芯徑小于10m；多模光纖的芯徑比單模光纖大幾倍。第三種方法是從光纖外套的顏色上識別。通常黃色表示單模光纖

26、，橙色表示多模光纖。本實驗系統(tǒng)用的光纖外套是黃色的，故為單模光纖。4)尾纖波長的測試光纖線路的兩端一般是通過一段短光纖把線路與光端機連接起來的。這一段短光纖長度為3米或5米、10米，因其位置處于光纖線路的尾部，故稱為尾纖。尾纖的傳輸特性有工作波長、信號傳輸模式、帶寬與損耗等，通常這些通過光纖光纜的型號標志來識別，也可以用儀表來測試。每種光纖都有特定的工作波長，當注入光信號的波長等于工作波長時，光纖損耗最小，反之光纖損耗增大。因此把不同波長的光信號注入光纖，測量光纖損耗，當光纖損耗最小時，該光信號的波長即為尾纖的工作波長。2、成品光纖的主要參數(shù)一般光纖成品有以下主要參數(shù)：1)光纖的纖芯折射率分布

27、纖芯折射率分布一般分為兩類，即梯度型分布及階躍型分布。一般的多模光纖可采用這兩種分布的一種，而單模光纖只有階躍型分布一種。2)光纖的尺寸一般光纖的外徑是125m,單模光纖纖芯芯徑是9-10m，多模光纖的纖芯芯徑是40-50m，同心度偏差1-5m，這是對光纖通信所用光纖的尺寸。3)光纖的傳播損耗引起光纖損耗的原因主要有三方面：（1）瑞利散射，這主要是由于玻璃中密度分布漲落引起的。（2）水吸收帶，在玻璃中若殘存百萬分之一克重量的氫氧根，就會引起對各波長的光波的光損耗。（3）固有損耗，這是由于微觀波導的不連續(xù)性引起的。4)數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑是描述光纖受光程度的參數(shù)，通常用光從空氣入射到纖芯允許的最大入

28、射角的正弦值來描述。5)帶寬帶寬是光纖的一個重要參數(shù)，它使?jié)u變型光纖像一個低通濾波器一樣，對光發(fā)射機的功率調制產生影響。它使光纖的傳輸函數(shù)的大小隨調制頻率升高而減小，而在整個頻譜內的相關相位失真保持很小。為計算方便，這種頻響可以近似為一個等效的高斯低通濾波器，最高帶寬僅可能在某一個波長上發(fā)生，對于其它波長，帶寬將減少下來，那帶寬是波長的函數(shù)。其低通濾波器的截止頻率與玻璃組成材料及剖面折射率分布有關。6)有效截止波長這是描述單模光纖的一個重要參數(shù)。它表明，在單模光纖的波長域中僅可以傳播的模，所謂截止波長是指基模。測量有效截止波長的方法有多種，一般采用撓曲法，在這種方法中，首先將一段光纖在直線狀態(tài)

29、下測量一下?lián)p耗；然后在彎曲狀態(tài)下測量損耗。這樣可以推算出由于彎曲增加的衰耗，而有效截止波長就是這樣定義的，在截止波長下由于彎曲增加的損耗是0.1dB。當工作頻率低于這個截止波長所對應的頻率時，規(guī)定的傳播模不能存在，大于截止波長的相應頻率的光進入包層區(qū)域損耗掉。這個名詞是從以前波導理論研究中借用來的。7)模場直徑這是單模光纖的另一重要參數(shù)，也稱為光點尺寸。在單模光纖中主要傳送的是基模，而模場直徑與基模光斑的大小有關，它以基模場強減少到1/e處的寬度來定標，它表征入纖的光功率分布。五、實驗注意事項1.在實驗過程中切勿將光纖端面對著人，切勿帶電進行光纖的連接。2.在插拔光纖跳線時一定要水平的輕輕的插

30、拔，切勿彎折！在插之前要將光纖跳線的凸部和光纖活動連接器的凹部對準后再插入！3.由于光纖的損耗很小，一般為0.20.5dB/km，為了使實驗效果明顯，則至少需要數(shù)千米的光纖，實現(xiàn)起來比較困難，所以在實驗中用光固定衰減器來代替。六、實驗步驟1.關閉實驗系統(tǒng)。按以下方式用連信號連接導線連接：數(shù)字信號源模塊（數(shù)字信號輸出一）P300P1001310數(shù)字光發(fā)模塊（數(shù)字光發(fā)信號輸入）2.用光纖跳線連接1310nm光發(fā)模塊和光功率計。3.將1310nm光發(fā)模塊的J100第一位撥到ON，第二位撥到OFF，將1310nm光發(fā)模塊的RP100逆時針旋到最大。4.將1310nm光發(fā)模塊的101設置為“數(shù)字”。5.

31、打開系統(tǒng)電源。將數(shù)字信號源輸?shù)谝宦返膿艽a開關U311全撥到“OFF”狀態(tài)，即輸入到1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的信號始終為“1”。6.觀測并記錄光功率計的讀數(shù)P1。7.關閉系統(tǒng)電源。在光纖跳線和光功率計之間插入一個光固定衰減器。8.打開系統(tǒng)電源。觀察并記錄光功率計的讀數(shù)P2。9.關閉系統(tǒng)電源，拆除實驗導線，將各實驗儀器擺放整齊。七、實驗報告1.記錄實驗參數(shù)P1、P2。按公式P=P1-P2，得到光纖的插入損耗P。2.換1550nm光發(fā)端。然后再測量插入損耗。實驗二 光纖活動連接器一、實驗目的1.了解光纖活動連接器在光纖通信系統(tǒng)中的作用2.了解光纖的各種性能參數(shù)。二、實驗內容1.介紹光纖活動連接器的特

32、點與作用。2.介紹光纖活動連接器的分類。3.測量光纖活動連接器的插入損耗。三、實驗儀器1.光纖通信實驗系統(tǒng)1臺。2.光功率計1臺。3.光纖活動連接器1個。4.FC/PC型光纖跳線2根.。四、實驗原理光連接器是光纖傳輸系統(tǒng)中光通路的基礎部件，是光纖系統(tǒng)中必不可少的光無源器件。它能實現(xiàn)系統(tǒng)中設備之間、設備與儀表之間，設備與光纖之間以及光纖與光纖之間的活動連接，以便于系統(tǒng)接續(xù)、測試、維護。目前，光纖通信對活動連接器的基本要求是：插入損耗小，受周圍環(huán)境變化的影響小，易于連接和拆卸，重復性、互換性好，可靠性高，價格低廉。光纖通信使用的光連接器按纖芯插針、插孔的數(shù)目不同分有單芯活動連接器和多芯活動連接器兩

33、類；單芯活動連接器的基本結構是插針和插孔。由光纖連接損耗的計算可知，影響損耗的主要外在因素是相互連接的兩根光纖的纖芯之間的錯位和傾斜，所以在連接器的結構中，要求插針中的纖芯與插孔有很高的同心度，相連的兩根插針在插孔中能精確的對準。按結構不同分有FC型、ST型、SC型、PC型等等。1.FC型活動連接器FC型（平面對接型）光連接器。這種連接器插入損耗小，重復性、互換性和環(huán)境可靠性都能滿足光纖通信系統(tǒng)的要求，是目前國內廣泛使用的類型。FC型連接器結構采用插頭轉接器插頭的螺旋耦合方式。兩插針套管互相對接，對接套管端面拋磨成平面，外套一個彈性對中套筒，使其壓緊并且精確對中定位。FC型光連接器制造中的主要

34、工藝是高精度插針套管和對中套筒的加工。高精度插針套管有毛細管型、陶瓷整體型和模塑型三種典型結構。對中套筒是保證插針套管精確對準的定位機構。FC型單模光纖連接器一般地分螺旋耦合型和卡口耦合型兩種。FC型單模光纖連接器所連接的兩根光纖端面是平面對接，端面間的空氣氣隙會產生菲涅爾反射。反射光反射到激光器會引起額外的噪聲和波形失真，而端面間的多次反射還會引起插入損耗的增加。2.PC型光纖連接器PC型（直接接觸型）單模光纖連接器。這種連接器是為克服FC型連接器的缺點而設計的。它是將插針套管端面拋磨成凸球面，使被連接的兩根光纖的端面直接接觸。這樣，它的插入損耗小、反射損耗大、性能穩(wěn)定可靠。PC型光纖連接器

35、用于高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)。FC型連接器插針套管的端面也可研磨拋光成凸球面，此時稱為FCPC型光纖連接器。3.SC型光纖連接器SC型（矩形）光纖連接器。SC型矩形光纖連接器采用新型的直插式耦合裝置，只需軸向插拔，不用旋轉，可自鎖和開啟，裝卸方便。它體積小，不需旋轉空間，能滿足高密封裝的要求。它的外殼是矩形的，采用模塑工藝，用增強的PBT的內注模玻璃制造。插針套管是氧化鋯整體型，將其端面研磨成凸球面。插針體尾入口是錐形的，以便光纖插入到套管內。SC型矩形連接器的裝配一般分：選擇套管、光纖處理、光連接器與光纖的連接、套管端面處理等各步驟。4.ST型光纖連接器ST型連接器是一種卡口式的連接器，它采用帶鍵的

36、卡口式緊鎖機構，確保每次連接均能準確對中。插針直徑為2.5mm，其材料可為陶瓷或金屬。它可在現(xiàn)場安裝，也可在工廠預裝成光纖組件。目前ST型活動連接器的插入損耗典型值為0.3dB，最大值為0.5dB；其后向反射損耗在一般情況下為-31dB，但在端面作精細處理后，可-40dB。單模光纖連接器產品，一般地應標明連接器名稱、型號、接光纖類型、工作波長、光纖尺寸、光纖根數(shù)、首次使用插入損耗、溫度范圍、耦合方式（螺旋、卡口、插拔式）以及端面處理、裝配方式等等。五、實驗注意事項1.在實驗過程中切勿將光纖端面對著人，切勿帶電進行光纖的連接。六、實驗步驟1.關閉實驗系統(tǒng)。按以下方式用連信號連接導線連接：數(shù)字信號

37、源模塊（數(shù)字信號輸出一）P300P1001310數(shù)字光發(fā)模塊（數(shù)字光發(fā)信號輸入）2.用光纖跳線連接1310nm光發(fā)模塊和光功率計。3.將1310nm光發(fā)模塊中的J100第一位撥到ON，第二位撥為OFF，將1310nm光發(fā)模塊中的RP100逆時針旋到最大。4.將1310nm光發(fā)模塊的J101設置為“數(shù)字”。5.打開系統(tǒng)電源。將數(shù)字信號源輸?shù)谝宦返膿艽a開關U311全撥到“OFF”狀態(tài)，即輸入到1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的信號始終為“1”。6.觀察并記錄光功率計的讀數(shù)P1。7.關閉系統(tǒng)電源。在光纖跳線和光功率計之間插入一個光纖活動連接器。 8.打開系統(tǒng)電源。觀察并記錄光功率計的讀數(shù)P2。9.關閉系統(tǒng)電

38、源，拆除實驗導線，將各實驗儀器擺放整齊。七、實驗報告1.記錄實驗參數(shù)P1、P2。按公式P=P1-P2，得到光纖活動連接器的插入損耗P。實驗三光耦合器件一、實驗目的1.了解光耦合器件各種類型。2.了解光耦合器件的制造工藝。3.了解波分復用器與一般的光耦合器件有何不同。二、實驗內容1.介紹光耦合器的特點與作用。2.介紹光耦合器的分類。3.測量波分復用器的光串擾。4.測量光耦合器的分光比。三、實驗儀器1.光纖通信實驗系統(tǒng)1臺。2.光功率計1臺。3.光纖活動連接器1個。4.波分復用器2個。5.FC/PC型光纖跳線2根。6.光耦合器1個。四、實驗原理：光耦合器的功能是把一個或多個光輸入分配給多個或一個光

39、輸出。這種器件對光纖線路的影響主要是附加插入損耗，還有一定的反射和串擾噪聲。耦合器大多與波長無關，與波長相關的耦合器專稱為波分復用/解復用器。1.耦合器的類型如下圖示出常用耦合器的類型，它們具有不同的功能和用途。分路器（3端口）合路器（3端口）（a）耦合器（3端口）（b）耦合器（4端口）M或NN（c）星狀耦合器（d）波分復用器12分波器12合波器1212圖3-1常用耦合器的類型圖（a）Y型耦合器這是一種3端耦合器，其功能是把一根光纖輸入的光信號按一定比列分配給兩根光纖，或把兩根光纖輸入的光信號組合在一起，輸入一根光纖。這種耦合器主要用做不同分路器的功率分配器或功率組合器。圖（b）4端口耦合器這

40、是一種224端耦合器（又稱22星狀耦合器），用來完成光功率在不同端口間的分配。它可用做定向耦合器或分路器，但不能做合路器。圖（c）星狀耦合器這是一種nm耦合器，其功能是把n根光纖輸入的光功率組合在一起，均勻地分配給m根光纖，m和n不一定相等。這種耦合器通常用做多端功率分配器。圖（d）波分復用器（也稱合波器/分波器）前述光耦合器均只涉及光功率的分配，而波分復用器涉及多個不同波長的信號進行結合（合波器）或分離（分波器）的功能，因而不僅涉及光功率的分配，還涉及不同波長的分配，因而可以看做是一種特殊形式的光耦合器。2.基本結構耦合器的結構有許多種類型，其中比較實用和有發(fā)展前途的有光纖型、微器件型和波導

41、型。（1）光纖型全光纖型耦合器的制造方法有熔錐和研磨法兩種類型。、熔錐型光纖耦合器。把兩根或多根光纖排列，用熔拉雙錐技術制作的各種器件。這種方法可以構成Y型耦合器、定向耦合器和波分解復用器等。它是將兩根或多根光纖，把涂覆蓋層去掉清洗干凈后，擰絞成麻花狀，然后在加熱熔融狀態(tài)下邊加熱邊向兩邊拉伸而成，中間部位是啞鈴狀的雙錐體。它的工作原理是這樣的：在雙錐體的前半部，隨著光纖逐漸變細，原來在光纖中傳播的芯模逐漸變成包層模并向前傳播。在雙錐體區(qū)光信號已使所有光纖“公有化”了，即發(fā)生光耦合。在雙錐體后半部分，隨著光纖逐漸變粗，包層模又逐漸轉變?yōu)槟Ｐ?，使光功率分配到各個光纖中，這就是多纖星狀耦合器的工作原

42、理。多纖星狀耦合器的制造工藝和所選用設備都比較簡單，而光纖根數(shù)又可任意選定。 、研磨型光纖耦合器研磨型光纖耦合器制作過程是，將兩根光纖一邊的包層磨掉大部分，剩下很薄的一層，然后將兩根光纖經研磨的一側拼合在一起，中間涂上一層折射率匹配液，于是兩根光纖可以通過包層里的消失場發(fā)生耦和，得到所需的偶合功率。由于其耦合原理也是利用消失場耦合，因而其特性和原理類似于上述熔錐型光纖耦合器，但其制造技術不易控制，不如熔錐型光纖耦合器那么簡單容易。（2）微器件型用自聚焦透鏡和分光片（光部分透射，部分反射）、濾光片（一個波長的光透射，另一個波長的光反射）或光柵（不同波長的光有不同反射方向）等微光學器件可以構成Y型

43、耦合器、定向耦合器和波分解復用器。用22的耦合器同樣可以構成星狀耦合器。自聚焦透鏡在光物元器件中起著非常重要的作用。（3）波導型在一片平板襯底上制作所需形狀的光波導，襯底做支撐體，同時又做波導包層。波導的材料根據(jù)器件的功能來選擇，一般是SiO2，橫截面為矩形或半圓形。3.波分復用器的光串擾波分復用器的光串擾即為其隔離度，其測試原理、框圖如下：測量1310nm的光串擾的原理方框圖如下：波分復用器波分復用器1310nm輸入光纖活動連接器1310nm輸出1550nm輸入1550nm輸出(a)波分復用器波分復用器1310nm輸入光纖活動連接器1310nm輸出1550nm輸入1550nm輸出(b)圖3-

44、2 波分復用器光串擾測試原理框圖 (式3-1) (式3-2)上式中的和即是波分復用器相應的光串擾。4.光纖耦合器的插入損耗和分光比光纖耦合器的插入損耗和分光比測量原理圖如下：圖3-3 耦合器分光比和插入損耗測量原理圖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生的損耗。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，表示為： (式3-3)分光比是耦合器的每一個輸出口輸出的功率占總功率的比例。形式上定義為： (式3-4)它也可以用絕對值或百分比表示。在后一種情況下： (式3-5)五、實驗注意事項1.在實驗過程中切勿將光纖端面對著人，切勿帶電進行波分復用器的連接。六、實驗步驟A

45、. 測量波分復用器光串擾1.關閉實驗系統(tǒng)。按以下方式用連信號連接導線連接：數(shù)字信號源模塊（數(shù)字信號輸出一）P300P1001310數(shù)字光發(fā)模塊（數(shù)字光發(fā)信號輸入）數(shù)字信號源模塊（數(shù)字信號輸出二）P301P2001550數(shù)字光發(fā)模塊（數(shù)字光發(fā)信號輸入）2.按下圖連接好波分復用器。3.將1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的撥碼開關J100第一位撥到ON狀態(tài)，第二位撥到OFF狀態(tài)，RP100逆時針旋到最大，J101設置為“數(shù)字”。4.將1550nm數(shù)字光發(fā)模塊的撥碼開關J200第一位撥到ON狀態(tài)，第二位撥到OFF狀態(tài)，RP200逆時針旋到最大，J201設置為“數(shù)字”。5.打開系統(tǒng)電源。將數(shù)字信號源的U311全

46、撥到“OFF”狀態(tài)，即輸入到1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的信號始終為“1”。將數(shù)字信號源的U312全撥到“ON”狀態(tài)，即輸入到1550nm數(shù)字光發(fā)模塊的信號始終為“0”。6.測出圖3-1中(a)中的和。7.關閉系統(tǒng)電源。然后，將數(shù)字信號源的U311全撥到“ON”狀態(tài)，即輸入到1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的信號始終為“0”。將數(shù)字信號源的U312全撥到“OFF”狀態(tài)，即輸入到1550nm數(shù)字光發(fā)模塊的信號始終為“1”。8.打開系統(tǒng)電源。圖3-1中(b)中的和。9.關閉系統(tǒng)電源，拆除實驗導線，將各實驗儀器擺放整齊。B. 測量耦合器的插入損耗和分光比1.關閉系統(tǒng)電源。2.將1310nm光發(fā)模塊的J100第一

47、位撥為“ON”，第二位撥為“OFF”，RP100逆時針旋為最大，J101設置為“數(shù)字”。3.用信號連接導線連接信號源模塊的“P300”和1310nm光發(fā)模塊的“P100”。4.用光纖跳線連接1310nm光發(fā)模塊和光功率計。5.打開系統(tǒng)電源。將數(shù)字信號源模塊的U311全部撥為“OFF”。6.觀測光功率計的讀數(shù)，此時測得的光功率即為。7.關閉系統(tǒng)電源。拆除光纖跳線。然后，按下圖連接好耦合器：8.打開系統(tǒng)電源。觀測光功率計的讀數(shù)，此時測得的光功率即為。9.關閉系統(tǒng)電源。按下圖連接好耦合器：10.打開系統(tǒng)電源。觀測光功率計的讀數(shù)，此時測得的光功率即為。11.關閉系統(tǒng)電源。拆除連線，將實驗儀器擺放整齊。

48、七、實驗報告1.按公式3-1、3-2分別算出波分復用器相應的光串擾和。2.按公式3-3、3-5分別計算出光纖耦合器的插入損耗IL(dB)和分光比CR(%)。實驗四 光隔離器和光環(huán)行器一、實驗目的1.了解光隔離器和光環(huán)行器的異同點。2.了解光隔離器制造工藝。3.了解光隔離器有哪些參數(shù)。二、實驗內容1.介紹光隔離器和光環(huán)行器的原理與應用。2.介紹光隔離器的發(fā)展。三、實驗儀器1.光隔離器和光環(huán)行器。四、實驗原理光隔離器與環(huán)行器都是光非互易傳輸耦合器。光環(huán)行器一般用于將一根光纖中傳輸?shù)恼?輸入)和反向(輸出)光信號分開，例如在光時域反射儀、反射式光纖傳感器以及單端耦合光放大器及其它光纖系統(tǒng)中用作耦合

49、器，可使系統(tǒng)結構簡化、性能提高。衡量光隔離器與環(huán)行器性能的主要參數(shù)有：(1)正向插入損耗，定義為正向傳輸時輸出光功率與輸入光功率之比；(2)反向(逆向)隔離比，定義為反向(逆向)傳輸時輸出光功率與輸入光功率之比；(3)回波損耗，定義為輸入端口自身返回功率與輸入功率之比。光隔離器與光環(huán)行器所依據(jù)的原理是法拉弟磁光效應，即當光波通過置于磁場中的法拉弟旋光片時，光波的偏振方向總是沿著與磁場(H)方向構成右手螺旋的方向旋轉，而與光波的傳播方向無關。這樣，當光波沿正向和沿反向兩次通過法拉第旋光片時，其偏振方向旋轉角將迭加而不是抵消(如在互易性旋光片中的情形)，這種現(xiàn)象稱之為“非互易旋光性”。光環(huán)行器的結

50、構和光隔離器十分類似，所不同的只是偏振分光鏡的設計。典型的分光式光環(huán)行器的結構，是采用了偏振分光鏡。當光信號由1端門輸入時由YIG晶體和石英旋光片構成的旋光系統(tǒng)不改變光的偏振方向，合光之后光信號將由2端口輸出；當光信號由2端口輸入時，兩束線偏光的偏振方向各自旋轉90，合光之后由3端口輸出；當光信號由3端口輸入時，光的偏振方向也不發(fā)生變化，合光之后將出4端口輸出。因此，這種光環(huán)行器具有1234的環(huán)行功能。當不按照這種順序傳輸時，就會出現(xiàn)很大的損耗。所以這種環(huán)行器也兼具隔離器功能。實際上，這種環(huán)行器等效于1與2、2與3、3與4之間三個光隔離器。目前，各種實用的光環(huán)行器還主要是用磁光材料作為旋光材料

51、。但可用大塊介質或光纖作為偏振分光鏡。大塊介質做成的棱鏡分光鏡是在兩直角棱鏡的斜面上鍍制偏振分光膜并膠合而成。而光纖偏振分光器件可用拉錐方法制成。1、傳統(tǒng)技術自由空間單級光隔離器通常由三個元件組成：兩個起偏器、一個法拉第旋光器。兩個起偏器將法拉第旋光器夾在中間形成一個三層結構，法拉第旋光器確定輸入輸出光的偏振態(tài)方向。由于其固有的偏振敏感性，這種光隔離器通常運用于固定偏振態(tài)光源的輸出端。法拉第旋光器對光偏振態(tài)的旋轉角度與其厚度成正比。用于通信波長（如1310nm、1550nm）的法拉第旋光器通常由稀土石榴石薄膜制成，這些石榴石薄膜厚度通常在1mm以下，并且需要在充滿磁場的環(huán)境中工作，由于大多數(shù)的

52、通信應用都要求有一個比較寬的工作溫度范圍，而這種石榴石材料恰恰可以很好地滿足這種要求，因此得到了很廣泛的應用，雖然其對磁場的需求使得整個設計變得比較復雜。在石榴石的進光側和出光側分別加上一個起偏器，就可以形成一個光閥門（使光僅可以沿一個方向傳輸）。通常在通信系統(tǒng)光收發(fā)器中應用的起偏器都是基于金屬材料共振吸收的原理來確定傳輸偏振態(tài)的，這種技術在過去幾十年中都被認為是非常完美的，而且這些起偏器價格低廉、透光率高（98%）、消光比高（10,000:1）。2、納米制造技術納米制造是一種更為高效的制造技術。這種技術利用半導體晶片制造工藝在亞微米尺寸上制作元器件。納米制造技術使尺寸低于光波長的微型結構得以

53、實現(xiàn)，它可以在不同材料（如玻璃、熔融石英、III-IV族材料、石榴石）、不同規(guī)格（如圓形、矩形）的基底上制作出各種形狀（如軌道形、柱形、棱錐形、圓錐形）的器件。通過適當?shù)剡x擇材料、基底、形狀、規(guī)格便可以在納米結構上實現(xiàn)各種各樣的光功能，如起偏、相位延遲、分束、濾波、光隔離等。納米制造的光隔離器的核心部件就是直接在石榴石基底上集成納米偏振結構。這項技術的應用給光隔離器帶來了三大優(yōu)勢：體積小、穩(wěn)定性高、成本低。這些都是收發(fā)器廠商非常感興趣的。納米偏振結構的厚度不到1微米（傳統(tǒng)的共振吸收起偏器的厚度約為200微米）。這么薄的納米結構使得光隔離器核心部件的總厚度壓縮了一半：工作波長為1550nm的從0

54、.9mm左右降為0.5mm左右，工作波長為1310nm的從0.7mm左右降為0.3mm左右。因此納米制造的隔離器核心部件的尺寸比通常的平板結構要小得多，這正好滿足了廠商們對器件緊湊結構的要求。另外，由于不需使用環(huán)氧樹脂層，光隔離器的環(huán)境可靠性得到了大大提高。這種新工藝不再需要昂貴的手工對準和組裝，在磁場中的封裝也簡化了，從而提高了制造效率，使光隔離器的成本降到了10美元以下。實驗五光衰減器一、實驗目的1.了解光衰減器的原理與應用。2.了解光衰減器的性能指標。3.了解光衰減器的應用范圍。二、實驗內容1.介紹光衷減器的原理與應用。2.測量可變衰減器的插入損耗。3.測量可變衰減器的衰減范圍。三、實驗儀器 1.光纖實驗系統(tǒng)1臺。2.光纖跳線1根。3.光可變衰減器1個。4.光功率計1臺。四、實驗原理光衰減器是一種非常重要的纖維光學無源器件，是光纖中的一個不可缺少的器件。到目前為止市場上已經形成了固定式、步進可調式、連續(xù)可調式及智能型光衰減器四種系列。.衰減器的衰減原理光衰減器的類型很多，不同類型的衰減器分別采用不同的工作原理。、位移型光衰減器眾所周知，當兩段光纖進行連接時，必須達到相當高的對中精度，才能使光信號以較小的損耗傳輸過去。反過來，如果將光纖的