光通信實驗講義 2013年最新傳感器課件

1、福建師范大學(xué)物理與光電信息科技學(xué)院實 驗 講 義光纖技術(shù)實驗室Optics Technology Lab實驗室 編號： GXX3505GXX3507 責(zé) 任 教 師： 李高明、 徐蘭青 2006年10月目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc148179658 教學(xué)大綱 PAGEREF _Toc148179658 h I HYPERLINK l _Toc148179659 實驗一 波分復(fù)用系統(tǒng)性能測試綜合實驗 PAGEREF _Toc148179659 h 1 HYPERLINK l _Toc148179660 實驗二 系統(tǒng)傳輸性能測試綜合實驗 PAGEREF

2、_Toc148179660 h 12 HYPERLINK l _Toc148179661 實驗三 普通耦合器的熔融拉錐制作 PAGEREF _Toc148179661 h 18 HYPERLINK l _Toc148179662 實驗四 光通信無源器件測試實驗 PAGEREF _Toc148179662 h 26 HYPERLINK l _Toc148179663 實驗五 PSD傳感器實驗 PAGEREF _Toc148179663 h 34 HYPERLINK l _Toc148179664 實驗六 光柵位移傳感器實驗 PAGEREF _Toc148179664 h 38 HYPERLINK

3、 l _Toc148179665 實驗七 光纖位移傳感器實驗 PAGEREF _Toc148179665 h 41 HYPERLINK l _Toc148179666 實驗八 光纖光柵溫度傳感實驗 PAGEREF _Toc148179666 h 43教學(xué)大綱課程名稱：光纖通信課程總學(xué)時：45課程總學(xué)分：實驗學(xué)時：15適用專業(yè)及年級：光電信息科技、電子信息工程專業(yè)大學(xué)三年級學(xué)生開設(shè)實驗工程數(shù)： 8本大綱執(zhí)筆人：李高明、徐蘭青 審稿人：宋體五號 審定人：宋體五號一、實驗?zāi)康呐c根本要求?光纖通信?課程是是為光信息、電子信息工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)根底必修課，也是物理教育專業(yè)的選修課程。在本課程學(xué)習(xí)階段

4、，除必要的光纖通信理論知識學(xué)習(xí)之外，實踐性環(huán)節(jié)的教學(xué)是非常重要的，是培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣和操作技能的必要環(huán)節(jié)。?光纖通信?課程配套實驗主要的實驗?zāi)康氖亲寣W(xué)生進(jìn)一步理解光纖通信所涉及的根本原理和關(guān)鍵器件的主要工作特性，掌握一定的操作技能。配套實驗要求學(xué)生完成5個必做實驗和13個選做實驗，掌握有關(guān)光纖器件的根本操作技能，熟悉主要光纖通信器件工作特性。二、實驗工程內(nèi)容與學(xué)時分配序號實驗工程名稱實 驗 內(nèi) 容學(xué)時實驗要求實驗類型每組人數(shù)1波分復(fù)用系統(tǒng)性能測試綜合實驗1、測試1310nm數(shù)字光發(fā)端機(jī)的輸出光功率、消光比；2、選做測量1310nm光收端機(jī)的靈敏度；3、復(fù)習(xí)波分復(fù)用和解復(fù)用技術(shù)的原理，掌握

5、多路數(shù)據(jù)信號和圖像信號混合單根光纖通信傳輸技術(shù)。2必做綜合22系統(tǒng)傳輸性能測試綜合實驗1、測量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的誤碼率； 2、測量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸各種數(shù)字信號的眼圖；3、觀察系統(tǒng)眼圖，并通過眼圖來分析系統(tǒng)的性能。2必做綜合23普通耦合器的熔融拉錐制作1、制作50(50%的耦合器也叫3dB耦合器)的耦合器一個；2、灌膠封裝已制作的耦合器半成品。2必做設(shè)計24光通信無源器件測試實驗1測量耦合器的插損、額外損耗和分光比。2測量隔離器的插損、隔離度。3測量波分復(fù)用器(WDM)的隔離度。2必做綜合25PSD傳感器實驗測量PSD傳感器位移值與輸出電壓值并分析其關(guān)系。學(xué)會利用PSD傳感器測量微小位移。2

6、選做驗證26光柵位移傳感器實驗測量絲桿位移值與光柵傳感器位移值數(shù)據(jù)。分析莫爾條紋技術(shù)在測量微小位移當(dāng)中的應(yīng)用。2選做驗證27光纖位移傳感器實驗測量光纖位移傳感器輸出電壓與位移數(shù)據(jù)，計算靈敏度并分析誤差。作光纖位移傳感器的位移特性曲線，學(xué)會利用光纖位移傳感器測量微小位移。2選做驗證28光纖光柵溫度傳感實驗測量傳感器溫度峰值波長曲線，繪制測量溫度值t與傳感器處的實際溫度值T的關(guān)系曲線。掌握光纖光柵傳感器傳感信號解調(diào)方法。2必做驗證2三、實驗成績考核方法 采用平時實驗成績(占40%)+期末口試占20%+期末操作技能考試或期末單考操作技能占40%的方法評定學(xué)生實驗成績。四、實驗教材和參考書1. 徐蘭青

7、，李高明編.?光纖通信技術(shù)實驗講義?. 20062. 劉增基.?光纖通信?.西安電子科技大學(xué)出版社, 20013. Michael bass 主編 胡先志等譯. ?光纖通信通信用光纖、器件與系統(tǒng)?. 人民郵電出版社，2004. 五、主要使用的儀器設(shè)備熔融拉錐機(jī)；DBF光源；功率計；光電傳感實驗儀；光纖光柵傳感實驗儀；光纖通信原理實驗箱；無源器件。實驗一 波分復(fù)用系統(tǒng)性能測試綜合實驗【實驗?zāi)康摹?、了解數(shù)字光發(fā)射機(jī)輸出光功率和消光比的指標(biāo)要求，掌握數(shù)字光發(fā)端機(jī)輸出光功率和消光比的測試方法。2、選做熟悉光收端機(jī)靈敏度的概念,掌握光收端機(jī)靈敏度的測試方法,熟悉光收端機(jī)動態(tài)范圍的概念。3、利用波分復(fù)用

8、器實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和圖像信號的單光纖傳輸，實現(xiàn)單臺實驗箱之間的多種信號傳輸和接收?！緦嶒瀮?nèi)容】1、測試1310nm數(shù)字光發(fā)端機(jī)的輸出光功率、消光比；2、選做測量1310nm光收端機(jī)的靈敏度；3、復(fù)習(xí)波分復(fù)用和解復(fù)用技術(shù)的原理，掌握多路數(shù)據(jù)信號和圖像信號混合單根光纖通信傳輸技術(shù)?！緦嶒瀮x器】1、ZY12OFCom23BH1型光纖通信原理實驗箱1臺2、FC接口光功率計1臺3、FC-FC單模光跳線 1根4、萬用表1臺5、FC法蘭 1個6、誤碼分析儀1臺7、20MHz雙蹤模擬示波器1臺8、小攝像頭電視信號發(fā)生器1個9、小電視機(jī)視頻監(jiān)視器1臺10、視頻信號線 2根11、波分復(fù)用器 2個12、連接導(dǎo)線 20

9、根【實驗原理】一、 數(shù)字光發(fā)射機(jī)性能測試原理光發(fā)送機(jī)是數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中的三大組成局部光發(fā)送機(jī)、光纖光纜、光接收機(jī)之一。其功能是將電脈沖信號變換成光脈沖信號，并以數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸性能所要求的光脈沖信號波形從光源器件組件的尾纖發(fā)射出去。根據(jù)光纖在0.85um、1.31um或1.55um附近呈現(xiàn)低損耗的特性，結(jié)合半導(dǎo)體發(fā)光材料，其輻射波長能夠覆蓋上述范圍的是GaAs化合物。光源驅(qū)動電路是光發(fā)送機(jī)的主干電路，它將電脈沖信號通過電流強(qiáng)度的調(diào)制方式調(diào)制半導(dǎo)體激光器或者發(fā)光二極管發(fā)射出光脈沖信號。一個性能十分完善的光發(fā)送機(jī)，一方面是需要能夠適應(yīng)數(shù)字光纖通信特點的性能先進(jìn)的光源器件，另一方面就是根據(jù)光源

10、器件的應(yīng)用特性采用先進(jìn)的電子線路技術(shù)進(jìn)行恰到好處的控制與防范。這就是光發(fā)送機(jī)除了一定要有整形或碼型變換電路、光源驅(qū)動電路和發(fā)射光源以外，還可能要有自動功率控制、自動溫度控制和各種保護(hù)電路的原因。光發(fā)送機(jī)的指標(biāo)有如下幾點：1、輸出光功率：輸出光功率必須保持恒定，要求在環(huán)境溫度變化或LD器件老化的過程中，其輸出光功率保持不變，或者其變化幅度在數(shù)字光纖通信工程設(shè)計指標(biāo)要求的范圍內(nèi)，以保證其數(shù)字光纖通信系統(tǒng)能長期正常穩(wěn)定運(yùn)行。輸出光功率是指給光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動電路送入一偽隨機(jī)二進(jìn)制序列作為測試信號，用光功率計直接測試光發(fā)端機(jī)的光功率，此數(shù)值即為數(shù)字發(fā)送單元的輸出光功率。輸出光功率測試連接如圖1-a1所

11、示。 圖1-a1 輸出光功率測試連接示意圖根據(jù)CCITT標(biāo)準(zhǔn)，信號源輸出信號為表4-1所規(guī)定的要求。數(shù)字率kbit/s偽隨機(jī)測試信號20482151844821513436822311392642231 表1-a1 信號源輸出信號要求2、消光比：消光比定義式如下式1-a1，P0是給光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動電路發(fā)送全“0”碼，測得的光功率，P1是給光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動電路發(fā)送全“1”碼，測得的光功率，將P0，P1代入公式： 1-a1 即得到光發(fā)端機(jī)的消光比。消光比的值與光源工作電流有一定的關(guān)系，一般當(dāng)發(fā)送“0時，工作電流應(yīng)在閥值附近，實驗時可調(diào)節(jié)相應(yīng)的驅(qū)動電流值。光通信系統(tǒng)一般要求消光比越大越好，但是不

12、可過大或過小，消光比太大，即預(yù)偏置電流太小或沒有，影響通信系統(tǒng)傳輸速率；消光比太小，那么調(diào)制深度淺，有用光功率比例減小，影響系統(tǒng)靈敏度。3、光脈沖的響應(yīng)時間及開通延遲時間必須遠(yuǎn)小于每個碼元的時隙，以便使光脈沖成為傳輸數(shù)字信號的準(zhǔn)確重現(xiàn)。4、輸出光脈沖的張弛振蕩和自脈動當(dāng)調(diào)制速率較高時，輸出光脈沖可能會出現(xiàn)張弛振蕩。這時必須在電路上加以阻尼，以便使光發(fā)送機(jī)能正常工作。輸出光脈沖上出現(xiàn)自脈動與LD的輸出特性曲線上出現(xiàn)扭折有關(guān)。5、LD的輻射波長必須保持恒定當(dāng)調(diào)制速率高達(dá)數(shù)Gbit/s時，LD的輻射波長在調(diào)制脈沖的上升沿時向短波長漂移，而在脈沖下降沿時那么向長波長漂移，這種現(xiàn)象稱為Chirp效應(yīng)。它

13、嚴(yán)重惡化數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，限制通信的中繼距離。在高速以至超高速的光發(fā)送機(jī)中應(yīng)該對此采取相應(yīng)有效的解決措施，以便實現(xiàn)大容量長距離的數(shù)字光纖通信。前面指出輸出光功率需恒定，或者變動微小，這是通過自動功率控制或者自動溫度控制技術(shù)到達(dá)這種目的的。本套實驗系統(tǒng)未涉及到這種技術(shù)。光纖傳輸系統(tǒng)、發(fā)光器件、驅(qū)動電流，都會影響發(fā)光系統(tǒng)的輸出光功率和消光比，本實驗采用4M速率的偽隨機(jī)測試信號作為信號源，偽隨機(jī)碼測試信號為241位，通過觀察三種不同光纖通信系統(tǒng)850nm、1310nm和1550nm傳輸NRZ碼的輸出光功率和消光比，比擬其輸出光功率和消光比異同點及其影響因素，同時觀察驅(qū)動電流對輸出光功率和消

14、光比的影響。實驗原理圖如下： 圖1-a2 數(shù)字光驅(qū)動電路圖中是由MC10116和Q8、Q21組成數(shù)字驅(qū)動電路。MC10116為數(shù)字接口電路送出ECL電平的雙路信號Q和Q/，Q8、Q21組成差分高速驅(qū)動電路。W44為精密可調(diào)電位器，通過調(diào)節(jié)可改變LD131激光器的驅(qū)動電流。二、數(shù)字光接收機(jī)性能測試原理數(shù)字光接收機(jī)在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中的作用就是將經(jīng)過光纖傳輸后被衰減變形的微弱光脈沖信號通過光-電變換成為電脈沖信號，并將其放大，均衡與定時再生復(fù)原成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字脈沖信號。其中的所謂定時再生就是對數(shù)字光接收放大均衡輸出的信號流中的每一個信號進(jìn)行判決而成為數(shù)字信號碼流，并要求不發(fā)生誤判或者盡量少發(fā)生誤判，而

15、這個誤判就是我們平常所說的誤碼率。數(shù)字光接收機(jī)在對光脈沖信號的變換，放大和均衡的過程中產(chǎn)生了各種噪聲，這些噪聲會影響數(shù)字光接收機(jī)對信號的判決。為了減小在判決中的誤碼率，可以從兩個不同的角度采取措施，即加大接收機(jī)的輸入光功率，或者減小數(shù)字光接收機(jī)的輸出噪聲。很明顯，加大輸入光功率的方法是不明智的，因為這是以減小數(shù)字光纖通信的中繼距離為代價的。因此，必須想方法采取一切可行的有效措施盡量減小數(shù)字光接收機(jī)的噪聲，這一點也就是研究數(shù)字光接收機(jī)的實際含義。數(shù)字光接收機(jī)進(jìn)行有效判決所需的最小輸入光功率和誤碼率兩者是互相矛盾的。因此，必須對其中一個進(jìn)行人為的規(guī)定，例如：規(guī)定誤碼率為10-9，或者 10-11。

16、根據(jù)這一要求，就可以找到數(shù)字光接收機(jī)所接收到的最小光功率作為其性能指標(biāo)，即接收機(jī)的靈敏度。可見數(shù)字光接收機(jī)在保證特定誤碼率的條件下，其輸出噪聲越小，接收所需要的光功率也就越小，其靈敏度也就越高。數(shù)字光接收機(jī)的光接收靈敏度用下式表示： 1-b1 是在隨機(jī)碼情況下的接收平均光功率。CCITT國際電報、 咨詢委員會標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用誤碼分析儀向光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動電路發(fā)送215-1的偽隨機(jī)序列作為測試信號，調(diào)整光衰減器使其衰減值增大，從而使輸入光收端機(jī)的平均光功率逐步減小，使系統(tǒng)處于誤碼狀態(tài)，并且使得系統(tǒng)測試得到的誤碼率為110-11，測得此時的光功率即為光收端機(jī)的最小光功率，這也就是光收端機(jī)的靈敏度。光收

17、端機(jī)動態(tài)范圍的定義是在保證一定的誤碼率下所允許的最大和最小輸入光功率之比的分貝數(shù)，即由下式計算得到 1-b2 它表示了光收端機(jī)對輸入信號變化時的適應(yīng)能力。在測試光收端機(jī)的靈敏度時，減小光衰減器的衰耗，即加大光收端機(jī)的輸入光功率，使其誤碼率到達(dá)110-11時，得到允許最大的接收光功率Pmax。 圖1-b1 數(shù)字接收單元指標(biāo)測試框圖圖1-b2 輸出碼型為HDB3碼誤碼測試方法實驗框圖測試框圖如圖1-b1所示，測試方法與測量靈敏度的方法根本相同，只是最后增加測量最大輸入光功率一項，其方法是逐漸減小光衰減器的衰減量，直至誤碼儀指示誤碼降為110-11，此時的接收光功率即為最大輸入光功率。由于數(shù)字光纖通

18、信系統(tǒng)中不能傳輸HDB3碼，而目前大局部誤碼分析儀輸出碼型均為HDB3碼。作為演示實驗，假設(shè)使用的誤碼分析儀為NRZ碼輸出，那么可以按照圖1-b1所示示意圖進(jìn)行實驗，在這里我們?nèi)‘?dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)110-6誤碼率時認(rèn)為光纖通信系統(tǒng)出現(xiàn)誤碼，即當(dāng)減小光功率，使得系統(tǒng)誤碼率為110-6時測得的光接收端的光功率即為光收端機(jī)的靈敏度。假設(shè)使用誤碼分析儀只有HDB3碼型輸出如YGBERT2M型誤碼分析儀，那么可以通過實驗箱中的HDB3編譯碼實現(xiàn)誤碼測試。測試框圖如圖1-b2所示，這里需要將誤碼分析儀輸出的HDB3碼經(jīng)過譯碼變?yōu)槠胀ǖ腘RZ碼或是CMI，5B6B之后，經(jīng)過光纖傳輸，從而到達(dá)測試系統(tǒng)誤碼率的目的。光

19、收局部原理圖如下：圖1-b3 光收模塊原理圖在接收時，直接用光探測器將光信號轉(zhuǎn)換為微弱電信號，然后通過低噪聲運(yùn)放MAX435放大。三、 波分復(fù)用根本原理隨著社會的不斷開展，人們對于信息的需求量越來越大，而通信網(wǎng)絡(luò)的開展不斷的趨于數(shù)字化、綜合化和寬帶化。與光纖通信最為密切相關(guān)的是寬帶化，這是人類社會開展到信息時代的需求，也是科技進(jìn)步的必然產(chǎn)物。數(shù)字化就是在通信網(wǎng)的各個局部及各個環(huán)節(jié)傳輸、交換、終端等全面采用數(shù)字技術(shù)。而綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的主要目的是要實現(xiàn)接入局部的數(shù)字化，提供端到端的數(shù)字連接，從而支持綜合業(yè)務(wù)。所謂綜合化，就是指業(yè)務(wù)的總和，即通信網(wǎng)由原來的單一網(wǎng)如 網(wǎng)、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)開展為能同時提供多種

20、業(yè)務(wù)包括話音、數(shù)據(jù)和圖像等，特別是多媒體的網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)從 業(yè)務(wù)為主演進(jìn)到以多媒體業(yè)務(wù)為主，每個用戶占用的帶寬由64KB/S要提高到6MB/S左右，如再加上圖像信號的的傳輸業(yè)務(wù)，那么總的業(yè)務(wù)量將會不斷的增加。所以網(wǎng)絡(luò)寬帶化是人們首先的迫切需求。另一方面，由于光纖通信技術(shù)的成就，特別是密集波分復(fù)用技術(shù)的開展，使得光網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬不斷地加大。因此，寬帶化意味著光纖將成為主要的傳輸媒質(zhì)。本試驗的原理正是基于此，通過一根光纖來同時傳輸語音、數(shù)據(jù)、圖形信號其中本實驗的語音信號采用模擬正弦波來模擬，具體的實現(xiàn)時主要采用時分復(fù)用和波分復(fù)用的技術(shù)來實現(xiàn)。首先將模擬信號源的模擬信號進(jìn)行PCM編碼，使之成為64K

21、B/S的數(shù)字信號，接著利用時分復(fù)用的原理將數(shù)據(jù)信號和經(jīng)過PCM編碼后的數(shù)字信號通過時分復(fù)用原理，使之成為2.048MB/S的E1標(biāo)準(zhǔn)幀信號。然后再利用波分復(fù)用的技術(shù)將E1標(biāo)準(zhǔn)幀信號和圖像信號復(fù)用后，經(jīng)過同一根光纖傳輸，而在接收端通過解復(fù)用的技術(shù)將此三路信號語音信號、數(shù)據(jù)信號和圖像信號分接出來，從而實現(xiàn)語音+數(shù)據(jù)+圖像光纖系統(tǒng)傳輸?shù)脑砑皩嶒灐＞唧w的實驗原理框圖如以下圖所示：圖1-c1 語音+數(shù)據(jù)+圖像信號光纖傳輸示意圖【實驗步驟】一、 1310nm數(shù)字光發(fā)端機(jī)平均光功率及消光比測試1、用導(dǎo)線連接電終端模塊T68(M)和T94(13_DIN) 2、將撥碼開關(guān)K35的值撥為“0000”。3、用FC

22、-FC光纖跳線將1310T輸出端與FC接口光功率計連接，形成輸出光功率測試系統(tǒng)。4、翻開交流電源，此時指示燈D4、D5、D6、D7、D8亮。5、將光功率計調(diào)至1310波長檔，用光功率計測量此時光發(fā)端機(jī)的光功率，即為光發(fā)端機(jī)的輸出光功率注意驅(qū)動電流不能太大。6、撤除導(dǎo)線T68(M)和T94(13_DIN)，其余連線不變，連接導(dǎo)線數(shù)字信號源T79(D1_O)與T94(13_DIN)，將數(shù)字信號源模塊的撥碼開關(guān)K36撥為全“1”，測得此時光功率為P1，將撥碼開關(guān)K36的各個1依次撥為“0”，記錄不同輸入信號對應(yīng)的光功率。全0時的光功率記為P0。7、將P1，P0代入公式1-a1式即得1310nm數(shù)字光

23、纖傳輸系統(tǒng)消光比。8、依次關(guān)閉各電源，撤除導(dǎo)線，撤除光纖跳線，將所有的開關(guān)撥向下，將實驗箱復(fù)原。二、選做1310nm光收端機(jī)靈敏度測試1、用連接線將電終端模塊T12和T94(13_DIN)；2、將開關(guān)BM1撥為1310nm,將開關(guān)K43撥為“數(shù)字，將開關(guān)BM2撥為1310nm,將開關(guān)K30撥為“通信，將電位器W44逆時針旋轉(zhuǎn)到最小。將電終端模塊開關(guān)K41和K42分別撥向下，將光終端開關(guān)K7和K29撥向上，K28撥向下。將光終端撥碼開關(guān)K38的值撥為“1000，K37的值撥為“00000000。3、在1310nm光發(fā)端機(jī)1310nmT與1310nm光收端機(jī)1310nmR中間利用FC-FC光跳線將

24、其連接起來，組成1310nm光纖傳輸系統(tǒng)。4、將誤碼分析儀輸出紅色鱷魚夾和測試鉤TP87(TEST1)，黑色鱷魚夾和測試鉤GND4連接；將誤碼分析儀輸入紅色鱷魚夾和測試鉤TP114(13OUT)，黑色鱷魚夾和測試鉤GND8連接。5、翻開交流電源開關(guān)，電源指示二極管D4，D5，D6，D7，D8亮。6、翻開誤碼分析儀的電源開關(guān)，將誤碼分析儀的速率設(shè)為2.048MB/s，圖形設(shè)為215-1，碼型設(shè)為NRZ碼。7、用萬用表測量T97和T98兩端電壓紅表筆插TV+，黑表筆插TV-。8、慢慢調(diào)節(jié)電位器W44(數(shù)字驅(qū)動調(diào)節(jié))，使萬用表讀數(shù)為25mV，按下誤碼分析儀的運(yùn)行鍵，調(diào)節(jié)電位器W45幅值調(diào)節(jié)和W40判

25、決電平調(diào)節(jié)，使數(shù)字光纖通信系統(tǒng)無誤碼。9、在1310nm光發(fā)端機(jī)1310nmT與1310nm光收端機(jī)1310nmR中間參加小可變衰減器，并利用FC-FC光跳線將其連接起來，組成1310nm光纖傳輸系統(tǒng)。調(diào)節(jié)小可變衰減器，觀察系統(tǒng)中誤碼率的變化，當(dāng)誤碼分析儀出現(xiàn)誤碼并為指定要求值例如10-6時，取出光收端機(jī)輸入端光纖，用光功率測得此時的光功率即為最小光功率Pmin。此Pmin 即為光收端機(jī)的靈敏度。10、關(guān)閉交流電源，撤除各個連線，將所有的開關(guān)撥向下，將實驗箱復(fù)原。三、 語音+圖像+數(shù)據(jù)光纖傳輸系統(tǒng)實驗步驟1、用連接線連接電終端模塊的T66(C_O)和光終端模塊T81(C_I)，T65(D_O)

26、和T82(D_I)；連接光終端模塊的T85C_O和電終端模塊T71C_I，T86D_O和T69D_I；連接數(shù)字信號源模塊的T8D3_O和電終端模塊T63D3_I；連接電終端模塊和數(shù)字終端模塊的T73D1_O和T74D3_I；連接PCM編譯碼模塊1的T9D1_T和電終端T67D1_I，PCM編譯碼模塊2的T11D2_T和電終端T64D2_I；連接模擬信號源模塊1的T10正弦波和PCM編譯碼模塊1的T1，模擬信號源模塊2的T77正弦波和PCM編譯碼模塊2的T4；2、將PCM編譯碼模塊1和2的開關(guān)K1和K2分別撥向上；K3、K4和K5全部撥向下。將光終端模塊的開關(guān)K7、 K28和K29分別撥向下；將

27、電終端撥碼開關(guān)K35的值撥為“1100，將撥碼開關(guān)K34的值撥為“00000000；將光終端撥碼開關(guān)K38的值撥為“0000，將撥碼開關(guān)K37的值撥為“00000000；將開關(guān)BM1、BM2，K43和K30分別撥到1310nm、 1310nm、“模擬和“通信。3、波分復(fù)用器的連接：將波分復(fù)用器A標(biāo)有“1310nm光纖接頭插入實驗箱1310光發(fā)端機(jī)1310nmT，標(biāo)有“1550nm光纖接頭插入實驗箱1550nm光收端機(jī)1550nmT；將波分復(fù)用器B標(biāo)有“1310nm光纖接頭插入實驗箱1310nm光收端機(jī)1310nmR，標(biāo)有“1550nm光纖接頭插入實驗箱1550nm光發(fā)端機(jī)1550nmR。用適配

28、器將兩波分復(fù)用器連接起來。注意：波分復(fù)用器屬易損器件，應(yīng)輕拿輕放；光器件連接時，注意要用力均勻。4、將攝像頭或電視信號發(fā)生器視頻輸出端黃色接口與T95(視頻輸入)連接，電視機(jī)的視頻輸入端與T104(視頻輸出)連接。5、翻開交流電源開關(guān)，電源指示二極管D4，D5，D6，D7，D8亮。6、觀測視頻信號經(jīng)光纖傳輸后的圖像，假設(shè)不清晰，此時調(diào)節(jié)電位器W9模擬驅(qū)動調(diào)節(jié)，或者調(diào)節(jié)攝像頭的焦距，直到圖像清晰為止。7、測量電終端模塊T65(D_O)和T69D_I的波形是否一致。其中T69是經(jīng)光纖傳輸后的數(shù)據(jù)。8、測量測試鉤PCM編譯碼1模塊TP1和PCM編譯碼2模塊TP80、PCM編譯碼1模塊TP2和PCM編

29、譯碼2模塊TP81的波形，觀察模擬信號傳輸后的波形是否相同。9、觀測數(shù)字源模塊撥碼開關(guān)K32所撥值和終端第三路顯示的值是否一致，驗證實驗的正確性。10、實驗完成后，關(guān)閉交流電源，撤除各個連線，將所有的開關(guān)撥向下，將實驗箱復(fù)原?！究记绊氈?、 切勿讓激光器直接出射光或鏡式反射光直接對準(zhǔn)人眼入射！2、 所有激光器用完要及時用封帽封住出光口，跳線、WDM等用完要及時用封帽封住FC接口。3、 實驗箱在連接、更換導(dǎo)線前必須先斷開電源?！舅伎碱}】1、輸出光功率大小對光纖通信系統(tǒng)有何影響？2、消光比大小對光纖通信系統(tǒng)傳輸特性有何影響？3、假設(shè)需要測試光收端機(jī)動態(tài)范圍，那么實驗方案如何？利用現(xiàn)有儀器能否完成

30、？4、在本實驗箱中能否實現(xiàn) +數(shù)據(jù)+圖像信號的單光纖傳輸系統(tǒng)？實驗二 系統(tǒng)傳輸性能測試綜合實驗【實驗?zāi)康摹?1、了解數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成,掌握數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能參數(shù)以及測試方法。 2、了解眼圖的形成過程,掌握光纖通信系統(tǒng)中眼圖的測試方法?！緦嶒瀮?nèi)容】 1、測量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的誤碼率； 2、測量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸各種數(shù)字信號的眼圖； 3、觀察系統(tǒng)眼圖，并通過眼圖來分析系統(tǒng)的性能?！緦嶒瀮x器】1、ZY12OFCom23BH1型光纖通信原理實驗箱 1臺2、20MHz雙蹤模擬示波器 1臺3、萬用表 1臺4、FC-FC單模光跳線 2根5、誤碼分析儀1臺6、小可變衰減器 1個7、連接導(dǎo)線 20根

31、【實驗原理】一、 誤碼分析與測試原理誤碼監(jiān)測方法主要有兩種方法，即中斷業(yè)務(wù)Out of Service監(jiān)測和不中斷業(yè)務(wù)In Service監(jiān)測，這兩種方法在光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)中都必須采用。前一種方法與所選用的線路碼型無關(guān)，后一種方法依賴于所選用的線路碼型，各種不同線路碼型所采用的不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測方法有很大差異。在光纖傳輸系統(tǒng)的建設(shè)、維護(hù)和管理中，中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測是不可或缺的。例如在測試開通、系統(tǒng)故障檢查、系統(tǒng)修復(fù)后的測試等，均采用中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測方法。它將正常傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)中斷，用誤碼儀的碼型發(fā)生器產(chǎn)生的碼流送入發(fā)送端，在接收端即可用誤碼儀的誤碼檢測器檢測誤碼。本實驗所用的ZY701誤碼儀的

32、碼型發(fā)生器和誤碼檢測器是封裝為一體的。利用實驗箱中的各模塊，采用中斷業(yè)務(wù)誤碼監(jiān)測的方法來對光纖實驗箱中的光纖通信系統(tǒng)誤碼率進(jìn)行測試，其測試示意圖如圖2a1所示。圖2a1 系統(tǒng)誤碼率測試原理框圖由于通用誤碼分析儀輸出碼型為HDB3碼，而數(shù)字光纖通信系統(tǒng)不能夠傳輸HDB3碼，因此實驗中在測試系統(tǒng)誤碼時需要將誤碼分析儀輸出的2M速率HDB3碼進(jìn)行解碼為NRZ碼后進(jìn)行傳輸，輸出后進(jìn)行HDB3編碼輸出到誤碼分析儀輸入端，從而檢測數(shù)字光纖通信系統(tǒng)誤碼率。其實驗測試實現(xiàn)框圖如圖2a2所示。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的誤碼率，對設(shè)定系統(tǒng)傳輸?shù)闹欣^距離，系統(tǒng)性能評判等都有非常重要的作用。在實驗條件下，系統(tǒng)誤碼率可以調(diào)節(jié)為

33、0，實驗中可以通過調(diào)節(jié)小可變衰減器光的衰減量、光發(fā)端機(jī)工作電流和光收端機(jī)放大倍數(shù)等參數(shù)來觀察系統(tǒng)誤碼率的變化情況。圖2a2 輸出碼型為HDB3碼誤碼率測試方法實驗框圖二、眼圖形成原理與測試方法眼圖是衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸特性的簡單而又有效的方法。眼圖可以在時域中測量，并且可以用示波器直觀的顯示出來。圖2b1是測量眼圖的系統(tǒng)框圖。測量時，將“偽隨機(jī)碼發(fā)生器輸出的偽隨機(jī)碼加在被測數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的輸入端，該被測系統(tǒng)的輸出端接至示波器的垂直輸入，用位定時信號由偽隨機(jī)碼發(fā)生器提供作外同步，在示波器水平輸入用數(shù)據(jù)頻率進(jìn)行觸發(fā)掃描。這樣，在示波器的屏幕上就可以顯示出被測系統(tǒng)的眼圖。圖2b1 眼圖測試

34、系統(tǒng)框圖偽隨機(jī)脈沖序列是由n比特長，2n種不同組合所構(gòu)成的序列。例如，由n=2比特長的4種不同的組合、n=3比特長的8種不同的組合、n=4比特長16種不同的組合組成，直到偽隨機(jī)碼發(fā)生器所規(guī)定的極限值為止，在產(chǎn)生這個極限值以后，數(shù)據(jù)序列就開始重復(fù)，但它用作為測試的數(shù)據(jù)信號，那么具有隨機(jī)性。如圖2b2所示的眼圖，是由3比特長8種組合碼疊加而成，示波器上顯示的眼圖就是這種疊加的結(jié)果。分析眼圖圖形，可以知道被測系統(tǒng)的性能，下面用圖2b3所示的形狀規(guī)那么的眼圖進(jìn)行分析：1、當(dāng)眼開度為最大時刻，那么是對接收到的信號進(jìn)行判決的最正確時刻，無碼間干擾、信號無畸變時的眼開度為100。2、由于碼間干擾，信號畸變使

35、眼開度減小，眼皮厚度增加，無畸變眼圖的眼皮厚度應(yīng)該等于零。3、系統(tǒng)無畸變眼圖交叉點發(fā)散角應(yīng)該等于零。4、系統(tǒng)信道的任何非線性都將使眼圖出現(xiàn)不對稱，無畸變眼圖的正、負(fù)極性不對稱度應(yīng)該等于零。5、系統(tǒng)的定時抖動也稱為邊緣抖動或相位失真是由光收端機(jī)的噪聲和光纖中的脈沖失真產(chǎn)生的，如果在“可對信號進(jìn)行判決的時間間隔Tb的正中對信號進(jìn)行判決，那么在閾值電平處的失真量T就表示抖動的大小。因此，系統(tǒng)的定時抖動用下式計算：定時抖動。圖2b3 規(guī)那么的眼圖V-V+VTbT最正確判決0 1 10 1 00 0 11 0 11 1 01 1 10 0 01 0 0閾值“1圖2b2 眼圖的形成“0【實驗步驟】 一、誤

36、碼分析與測試1、連接光終端模塊T92(15_DIN)和電終端T12，T89(15_OUT)和T13連接。2、將光終端模塊開關(guān)K7、K29和K28全部撥向下。3、將光終端撥碼開關(guān)K38的值撥為“1000”，K37的值撥為“00000000”4、利用FC-FC光跳線將1550nm光發(fā)端機(jī)1550nmT與1550nm光收端機(jī)1550nmR連接起來，組成1550nm光纖傳輸系統(tǒng)。5、將誤碼分析儀輸出紅色鱷魚夾和測試鉤TP87(TEST1)，黑色鱷魚夾和測試鉤GND4連接；輸入紅色鱷魚夾和測試鉤TP93(TEST2)，黑色鱷魚夾和測試鉤GND5連接。6、翻開交流電源開關(guān)，電源指示二極管D4，D5，D6，

37、D7，D8亮。7、翻開誤碼分析儀的電源開關(guān)，將誤碼分析儀的速率設(shè)為，圖形設(shè)為215-1，碼型設(shè)為NRZ碼。8、按下誤碼分析儀的運(yùn)行鍵，使得系統(tǒng)的誤碼率為零。9、在1550nm光發(fā)端機(jī)1550nmT與1550nm光收端機(jī)1550nmR中間參加小可變衰減器，并利用FC-FC光跳線將其連接起來，組成1550nm光纖傳輸系統(tǒng)。10、調(diào)節(jié)小可變衰減器，觀察系統(tǒng)中誤碼率的變化。11、實驗完成后，關(guān)閉交流電源，撤除各個連線，將實驗箱復(fù)原。二、 眼圖測試a、1310nm光發(fā)送光接收機(jī)眼圖實驗1、用連接線將電終端模塊T68M和T94(13_DIN)，電終端模塊T66(C_O)和T12。 2、將電終端撥碼開關(guān)K3

38、5的值撥為“0000”，將開關(guān)BM1撥為1310nm,將開關(guān)K43撥為“數(shù)字，將開關(guān)BM2撥為1310nm,將開關(guān)K30撥為“通信，將電位器W44逆時針旋轉(zhuǎn)到最小。3、用FC-FC光跳線將1310nm光發(fā)端機(jī)1310nmT與1310nm光收端機(jī)1310nmR連接起來，組成1310nm光纖傳輸系統(tǒng)。4、翻開交流電源開關(guān)，電源指示二極管D4，D5，D6，D7，D8亮。5、用萬用表測量T97和T98兩端電流紅表筆插TV+，黑表筆插TV-，慢慢調(diào)節(jié)電位器W44(數(shù)字驅(qū)動調(diào)節(jié))和W46閾值電流調(diào)節(jié)，使萬用表讀數(shù)為17mV。 6、將示波器的兩個探頭，一通道測量TP116眼圖，二通道測電終端TP87TEST

39、1處的波形，調(diào)節(jié)電位器W5眼圖觀測調(diào)節(jié)，觀測此時一通道眼圖的變化，記錄下波形。7、將示波器的第二通道設(shè)置為外觸發(fā)方式，示波器的兩個探頭，一通道測量TP114，二通道測電終端TP87TEST1處的波形，觀測此時眼圖的形狀，用示波器一通道測量T101(13_DOUT)處的波形，二通道測TP87處的波形，調(diào)節(jié)電位器W40判決電平調(diào)節(jié)，此時的眼圖為經(jīng)過判決后接收到信號的眼圖。觀測兩次眼圖的區(qū)別并記錄波形。b、選做1550nm光發(fā)送光接收機(jī)眼圖實驗1、撤除T68M和T94(13_DIN)，同時連接電終端模塊T68M和T94(13_DIN)，T66(C_O)和T12。2、將撥碼開關(guān)K35的值撥為“1000

40、”。3、將開關(guān)K7、K29、K28撥向上。4、旋開光發(fā)端機(jī)光纖輸出端口1550nm T防塵帽，用FC-FC光纖跳線將半導(dǎo)體激光器與光機(jī)收機(jī)1550nm R連接起來。5、用示波器二通道設(shè)置為外觸發(fā)方式，將示波器的兩個探頭，一通道測量T89(15_DOUT)，二通道測TP87TEST1處的波形，觀測此時眼圖的形狀，將示波器的持續(xù)時間設(shè)置為2秒，觀測此時的波形抖動。6、實驗完成后，關(guān)閉交流電源，撤除各個連線，將所有的開關(guān)撥向下，將實驗箱復(fù)原。【考前須知】切勿讓激光器直接出射光或鏡式反射光直接對準(zhǔn)人眼入射！所有激光器用完要及時用封帽封住出光口，跳線、WDM等用完要及時用封帽封住FC接口。實驗箱在連接、

41、更換導(dǎo)線前必須先斷開電源?！舅伎碱}】1、衡量數(shù)字光纖通信系統(tǒng)性能的指標(biāo)有哪些？這些指標(biāo)如何影響傳輸系統(tǒng)性能？2、假設(shè)光收端機(jī)接收到標(biāo)準(zhǔn)的方波信號，那么此時眼圖的眼開度，眼皮厚度，正負(fù)極性不對稱度各為多少？3、如何從光纖通信系統(tǒng)眼圖來評估系統(tǒng)性能？實驗三 普通耦合器的熔融拉錐制作【實驗?zāi)康摹?、掌握拉錐機(jī)的根本結(jié)構(gòu)和功能，學(xué)習(xí)拉錐操作流程；2、觀察不同拉伸長度下的耦合分光情況；3、學(xué)會用拉錐機(jī)制作普通型功率光纖分路器即：光纖耦合器?！緦嶒瀮?nèi)容】1、制作50(50%的耦合器也叫3dB耦合器)的耦合器一個；2、灌膠封裝已制作的耦合器半成品?！緦嶒瀮x器】熔融拉錐系統(tǒng) 1套石英半管 1根環(huán)氧樹脂膠 少量

42、裸纖 45米【實驗原理】熔融拉錐FBT原理熔融拉錐型全光纖耦合器(Coupler)是光纖通信系統(tǒng)中重要的根本器件，可以用作各種比例的功率分路(Splitter)/合路(Combiner)器；波分復(fù)用器(WDM)；光纖激光器的全反鏡；非線性光環(huán)鏡(NOLM)；無源光纖環(huán)；Mach-Zehnder光纖濾波器等；在傳感領(lǐng)域可利用其作成Mach-Zehnder,Michelson,Sagnac,Fabry-Perot光纖干預(yù)型和光纖環(huán)形腔干預(yù)型光纖傳感器；此外還是光纖陀螺儀和光纖水聽器及多種光學(xué)測量儀器的關(guān)鍵部件。目前比擬先進(jìn)的熔融拉錐設(shè)備不僅能制作各種分光比的標(biāo)準(zhǔn)耦合器，而且可以制作寬帶單窗口/雙窗

43、口耦合器，偏振無關(guān)耦合器(Polarization Independent Couplers)，保偏耦合器(polarization-Maintaining Coupler)，多模耦合器，偏振分束器(PBS)，粗波分復(fù)用器(CWDM)，泵浦耦合器包括EDFA用980/1550,980/1590,980/1480；光纖拉曼放大器用的14XX泵浦合波器；還可以制作OADM型和中繼型組合功能器件，級聯(lián)單錐式增益平坦濾波器(GFF)，全光纖非平衡Mach-Zehnder干預(yù)儀型Interleaver，全光纖平頂傅立葉濾波型Interleaver(Flat-top Fourier Filter(F3T)

44、Interleaver)，此外亦可制作光固定衰減器。目前，熔融拉制法已經(jīng)做到了極低的額外損耗-0.05dB以下，大約相當(dāng)于1左右的光損失，方向性好一般做到55dB，相當(dāng)于10-5.5的功率反射，良好的溫度穩(wěn)定性一般在-4085攝氏度范圍內(nèi)，變化小于0.2dB，控制方法簡單、靈活，制作本錢低廉。目前，中國是世界上最大的耦合器生產(chǎn)集散地。圖31可用來定性的表示熔融拉錐光纖耦合器的工作原理。入射光功率在雙錐體結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生功率再分配，一局部光功率從“直通臂繼續(xù)傳輸，另一局部那么由“耦合臂傳到另一光路。耦合區(qū)入端錐體出端錐體I2背散射臂I1輸入臂I3直通臂I4耦合臂圖31 單模光纖耦合器瞬衰場耦合示

45、意圖在弱導(dǎo)和弱耦近似下，忽略自耦合效應(yīng)，并假設(shè)光纖是無吸收損耗的，那么在耦合區(qū)有模式耦合方程組： 31式中，是兩根光纖的模場振幅；是兩根光纖在孤立狀態(tài)的縱向模傳播常數(shù)；是耦合系數(shù)。實際中近似有，可以求得上述方程組的解為： 32其中 33耦合系數(shù) 34其中是光纖半徑，是兩光纖中心的距離，是纖芯橫向傳播常數(shù)，是包層橫向衰減常數(shù)，是孤立光纖的歸一化頻率，是零階和一階修正第二類Bessel函數(shù)。這里，已假定光功率由一根光纖注入，初始條件為顯然，代表著光纖之間耦合的最大功率。考慮波長固定，且兩根光纖參數(shù)相同對稱，有，那么F=1，上式就蛻變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)熔融拉錐型單模光纖耦合器的功率變換關(guān)系式 35圖32給出了一

46、個拉制過程，其中，曲線 1表示的是“直通臂原來通光的那根光纖的功率隨著拉伸長度耦合區(qū)長度的變化，曲線 2表示的是“耦合臂原來沒通光的那根光纖的功率隨著拉伸長度耦合區(qū)長度的變化，曲線3表示的是額外損耗單位是dB，滿量程是1dB。321圖32，熔融拉錐機(jī)的拉制過程熔融拉錐機(jī)Coupler Machine的原理熔融拉錐機(jī)是將兩根或者兩根以上出去涂覆層的光纖以一定的方式靠攏，再高溫加熱下熔融，同時向兩側(cè)拉伸，最終再加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方法。如圖33所示，加熱源常采用氫氧焰、丙烷丁烷氧焰等，也有采用電加熱的，利用計算機(jī)較精確的控制各種過程參量，并隨時監(jiān)控光纖輸出端

47、口的光功率變化，從而實現(xiàn)制作各種器件的目的。本實驗所采用的熔融拉錐法是80年代才出現(xiàn)，依靠液體外表張力和打結(jié)的靠攏力平行結(jié)除外將兩根纖芯靠得很近從而實現(xiàn)兩根光纖的熔融。至今熔融拉錐法已經(jīng)有了一套比擬成熟的工藝和很實用的理論模型。光源夾具光纖火焰控制電路計算機(jī)圖33 熔融拉錐系統(tǒng)示意圖光探測器【實驗步驟】熟悉拉錐機(jī)的操作注意氫氣的平安問題；按照拉錐的制作流程，觀察不同拉伸長度下的兩個端口的光功率分配情況圖4；獨(dú)立思考，利用圖4的關(guān)系，分別制作5；30，50(50%的耦合器也叫3dB耦合器)的耦合器各一個建議參考拉錐操作流程111步。最后灌膠封裝已制作的耦合器半成品，以便后面的測試實驗。參考灌膠封

48、裝流程拉錐流程：啟動拉錐程序Fiber.exe并進(jìn)入?yún)?shù)控制界面，并翻開拉錐機(jī)的電源開關(guān)，啟動拉錐系統(tǒng)，選擇相應(yīng)工程并調(diào)好所需參數(shù)，例如：氫氣流量(Set H2 Flow)；火頭位置(Position)；預(yù)置分光比(Coupling Ratio)等等。注意：火頭的位置和氫氣流量是極其重要的，關(guān)系到器件的附加損耗(EL)和偏振相關(guān)損耗(PDL)的大小，須耐心反復(fù)調(diào)節(jié)準(zhǔn)確。從光纖盤上放出一根約2米長的Corning SMF-28光纖，在其中間位置用剝線鉗剝?nèi)ラL25mm的涂敷層，如果剝的過長將會給封裝帶來不便并用無紡布蘸無水乙醇擦拭兩遍。翻開真空泵，再將光纖放置在真空吸附式夾具上，并使剝除涂敷層局部

49、正對氫火焰位置。再剝?nèi)テ湮捕说耐糠髮樱⒂脽o紡布蘸無水乙醇擦拭一遍，插入裸纖適配器1，用光纖劃筆沿陶瓷插芯的頂端面將裸纖截斷，將裸纖適配器1插入CH1。觀察軟件操作界面上P1的數(shù)值，在8.99.0V較適宜。如果過大，適當(dāng)減小光源驅(qū)動電流。如果過小，說明端面切口質(zhì)量不好，應(yīng)重新切割。點擊“校正鍵，依次將裸纖適配器1插入CH1、CH2對系數(shù)進(jìn)行校正。從光纖盤上放出另一根光纖光纖的另一頭用裸纖適配器連到LD監(jiān)測光源，在距尾端約1m處開剝長25mm的涂敷層，并同樣用無水乙醇和無紡布清潔干凈, 將其放在真空吸附式夾具上，另兩根光纖的剝除涂敷層局部對齊，而且位于氫火焰的正下方。開剝光纖尾端，插入光纖適配器

50、2，將適配器2插入CH1，已剝光的局部“打結(jié)(twist)，打結(jié)時，兩條光纖的平行局部要盡量的長，并且要確認(rèn)將兩條光纖牢牢吸附在真空夾具上，直到調(diào)整到聽不到真空泵的吸氣聲為止，并令光纖結(jié)處于氫火焰的外焰。將兩光纖拉緊繃直也可點擊幾下操作界面上的“點動鍵將將兩光纖繃直。點擊“Pull鍵，拉錐開始。經(jīng)一定時間的延時后具體時間請參照馬達(dá)延時設(shè)置，火頭運(yùn)行到頂部。主馬達(dá)開始拉錐動作。你可以看到CH1和CH2的參數(shù)、耦合比和附加損耗，插入損耗等實時地顯示在計算機(jī)顯示器的面板上。主馬達(dá)的運(yùn)行距離和當(dāng)前動作時間也顯示在上面。同時以藍(lán)、紅、粉、綠色曲線分別實時表示器件的分光比、附加損耗、CH1的光功率、CH2

51、的光功率。等到耦合比到達(dá)期望值時，火頭自動后退至原始位置。取一支石英半管截下適宜長度放在封裝架上。點擊“封裝鍵，封裝組件將自動移至耦合器的正下方。在石英半管的兩端點少量混合的環(huán)氧樹脂膠注意盡量保持半管不動，同時按下拉錐機(jī)前面板上的“加熱鍵開始加熱，等到它固化好顏色變?yōu)榧t褐色后，關(guān)閉“加熱鍵停止加熱，取出耦合器。點擊“封裝復(fù)位鍵撤回封裝組件單元。穿入熱縮套管并加熱。加不銹鋼管作后封裝，并用硅膠填裝，再放置在70C烘箱中烘烤2小時。灌膠封裝流程：需要套松套管的先套上松套管。用快干膠把松套管粘在光纖上，松套管盡量往耦合器端推進(jìn)。排線，不銹鋼管的啟始端對應(yīng)耦合器的輸入端，而末端對應(yīng)耦合器的輸出端，半圓

52、管在不銹鋼管的正中心，把耦合器依次排放于夾具之上，用單面膠固定住。把夾具豎直放置，往各個不銹鋼管內(nèi)逐滴依次灌膠，在灌膠過程中，要隨進(jìn)注意有無氣泡產(chǎn)生，如有那么立即用點膠棒劃破。膠灌滿后，會從不銹鋼管的下端流出，可用點膠棒將流出的膠取下，再滴到不銹鋼管口上。灌膠完成后，要用紙巾沾到不銹鋼管及光纖上的膠全部擦拭干凈。將灌好膠的耦合器放入70攝氏度，同時鼓風(fēng)的烘箱中烘烤3-5分鐘，拿出后，快速檢查不銹鋼管兩端是否有氣泡生成，如有那么用點膠棒劃破，然后將其放入烘箱中繼續(xù)烘烤。在烘箱內(nèi)大約烘烤20-30分鐘后再拿出修補(bǔ)外形。修補(bǔ)形時往不銹鋼管兩端添加少許的硅膠，硅膠要在其端面上呈圓錐形，錐形高度在1mm

53、左右?！究记绊氈繉嶒炃笆煜ぴO(shè)備的時候，注意以下問題：夾具應(yīng)該有什么考慮，為什么使用真空吸附？探測器應(yīng)該如何考慮，為什么使用大面積探頭，波長范圍應(yīng)該如何考慮？火焰如何考慮？氫氣的平安方面應(yīng)該采取那些措施？簡單解釋如下：對于光纖產(chǎn)品，和任何產(chǎn)品一樣。都要求其壽命、穩(wěn)定性等參數(shù)足夠好。這里使用的夾具，就是為了保證光纖不受到可能的損傷而設(shè)計的。因為如果用其他方法壓光纖，由于可能出現(xiàn)比擬小的局部收到壓力而造成硬性損傷，造成產(chǎn)品在使用中出現(xiàn)問題的幾率增大。用真空吸附的方法在光學(xué)器件的很多生產(chǎn)、監(jiān)測環(huán)節(jié)中的無損固定中使用。對于探測器，coupler machine的設(shè)計和光纖功率計探頭的設(shè)計根本類似，主要

54、需要考慮的參數(shù)是：光纖中的光盡可能的被探測器的光敏面接收也就是光敏面的面積最好要大于可能的被探測光的覆蓋面積，但值得注意的是，一般PIN的光敏面越大，容性負(fù)載也越大探測器的響應(yīng)帶寬會降低，同時探測器的噪聲一般偏大。另外就是需要考慮探測器的波長響應(yīng)度、暗電流等因素。在這里我們一般考慮單模光纖的數(shù)值孔徑為0.13，距離光纖端面距離光敏面的距離小于1mm，所以光斑光斑面積小于300um，考慮光纖端面的差異，所以一般選用800um或者更大面積的光敏面。對于火焰的考慮，這里主要是要注意火焰的外焰溫度比內(nèi)焰高，所以光纖的位于位于外焰的位置，過高或者過低的位置都可能造成耦合不佳。氫氣和空氣在一定的比例范圍內(nèi)

55、會引起爆炸的470，所以一定要注意危險！這里咱們使用的是氫氣發(fā)生器，只要正常使用，氫氣和氧氣的含量是達(dá)不到爆炸極限的遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于4，所以要求氫氣流量控制器set H2 Flow一旦設(shè)定并翻開，一定要點燃?xì)錃?！建議每年做實驗前翻開氫氣發(fā)生器，并室內(nèi)通風(fēng)的條件下，用肥皂水檢查所有氫氣接口是否漏氣！【思考題】觀察對于某一個臂曲線1或者曲線2來說，光強(qiáng)是周期性變化的，而公式4中給出的是正弦或者余弦曲線。為什么周期越來越密？提示：公式4中，C是和d有關(guān)的量圖4中曲線1和曲線2的圖形為什么是相反的？圖4中的曲線3表示額外損耗(EL)，為什么越來越高？這就是為什么一般無特殊要求的耦合器，都停在最早的半個周期內(nèi)的

56、原因圖4中的開始一段為什么沒有耦合？耦合器檢驗指標(biāo) 僅供參考 插入損耗dB分光比P級A級單S雙D單S雙D50/5045/5540/6035/6530/7025/7520/8015/8510/905/952/981/99PDL(dB)方向性(dB)57外觀檢查光纖長度，光纖是否有亮點、破皮、染色錐形，不銹鋼管方向，光纖或不銹鋼管外表，硅膠內(nèi)是否有氣泡實驗四 光通信無源器件測試實驗【實驗?zāi)康摹?了解耦合器、波分復(fù)用器(WDM)、隔離器的特性及其簡單應(yīng)用。2掌握耦合器、波分復(fù)用器(WDM)、隔離器技術(shù)參數(shù)測試方法和根本測量儀器的使用?！緦嶒瀮?nèi)容】1測量耦合器的插損、額外損耗和分光比。2測量隔離器的插

57、損、隔離度。3測量波分復(fù)用器(WDM)的隔離度。【實驗儀器】13/15雙波長激光器、光功率計、分路器、固定衰減器、可調(diào)衰減器、波分復(fù)用器(WDM)、隔離器、法蘭盤、跳線【實驗原理】光纖無源器件主要包括耦合器/分路器(Coupler/Splitter)、隔離器(Isolator)、濾波器(Filter)和光開關(guān)(Optical Switch)等，它們都是光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中必不可少的器件。一、耦合器Coupler耦合器是光通信技術(shù)中一種重要的光無源器件，簡言之，Coupler就是一類能使傳輸中的光信號在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合，并進(jìn)行能量再分配的器件。主要應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)、光接入網(wǎng)、光纖CATV系統(tǒng)，

58、無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)，光纖傳感技術(shù)等領(lǐng)域。熔融拉錐光纖耦合器的核心工作原理是耦合模理論，詳見拉錐實驗原理介紹。耦合器的常用參數(shù)有插入損耗、附加損耗、分光比、偏振相關(guān)損耗和方向性等，下面給出具體描述：A 插入損耗(IL)插入損耗定義為指定輸出端口的光功率相對輸入光功率的減少值。B 附加損耗(EL)附加損耗是指所有輸出端口光功率總和相對于全部輸入光功率的減小值。附加損耗是表達(dá)器件制造工藝質(zhì)量的指標(biāo)，反映的是器件制作過程中帶來的固有損耗；而插損那么表示各個輸出端口的輸出功率狀況，不僅有固有損耗的因素，更考慮了分光比的影響。C 分光比CR分光比是耦合器所特有的技術(shù)術(shù)語，它定義為耦合器各輸出端口輸出功率

59、占總輸出功率的分額，一般用百分比來表示。D 偏振相關(guān)損耗(PDL)偏振相關(guān)損耗是衡量器件性能對于傳輸光信號偏振態(tài)敏感程度的參量，有稱偏振靈敏度。它是指當(dāng)傳輸光信號的偏振態(tài)發(fā)生2變化時，器件的各個輸出端口輸出光功率的最大變化量。在實際應(yīng)用中，光信號偏振態(tài)的變化是經(jīng)常發(fā)生的，因此，往往要求器件有足夠小的偏振相關(guān)損耗，否那么將直接影響器件的使用效果。E 方向性(DL)方向性也是耦合器的一個重要技術(shù)指標(biāo)，它是衡量器件定向傳輸特性的參數(shù)。是一個指定輸入端光功率Pin1和由耦合器反射到其他輸入端的光功率Pin2的比值二、波分復(fù)用器WDM實現(xiàn)波分復(fù)用解復(fù)用濾波器的技術(shù)包括很多種，主要有薄膜干預(yù)型濾波器，平面

60、波導(dǎo)型AWG，光纖光柵型，光纖熔融級聯(lián)MZ干預(yù)儀型以及衍射光柵型等。本實驗選用的波分復(fù)用/解復(fù)用器是熔融拉錐型的13/15的WDM，它的核心原理是耦合模理論，詳見拉錐實驗原理介紹。波分復(fù)用器主要的技術(shù)指標(biāo)有隔離度、插入損耗、附加損耗、偏振相關(guān)損耗、回波損耗。其中插損、附加損耗、偏振相關(guān)損耗定義參閱耦合器的相關(guān)定義，此處不再贅述。下面主要介紹一下隔離度、串?dāng)_和回波損耗的定義。隔離度和串?dāng)_是度量信道之間相互干擾的參數(shù)，當(dāng)WDM用作解復(fù)用時，每個輸出端口對應(yīng)一個特定的標(biāo)稱波長，定義第 路對第路的隔離度為：為第路輸出端口測得的串?dāng)_信號的功率；為第路輸出端口測得的該標(biāo)稱信號的功率。定義第路對第路的串?dāng)_為