光纤通信实验解读

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1、实验一 多模光纤损耗测试实验、实验目的1、了解光纤损耗的定义2、学会用插入法测量多模光纤的损耗、实验内容1、测量多模光纤的衰减2、测量多模光纤的损耗三、实验仪器1、ZY12OFCom23BH型光纤通信原理实验箱1台2、850nm 光发端机1个3、FC接口光功率计1台4、万用表1 台5、ST-FC多模光跳线1根6、FC-FC多模光跳线1根7、扰模器1 台&小可变衰减器（或3km光纤）1个9、连接导线20根四、实验原理1 、损耗机理在光纤的传输特性中，衰减是多模光纤和单模光纤共有的最重要的指标之一。它表明了 光纤对光能的传输损耗，对光纤通信系统的中继距离有着决定性的影响。损耗的降低依赖于 工艺的提

2、高和对石英材料的研究。本实验研究无源器件多模光纤的损耗。对于光纤来说，产生损耗的原因较复杂，光能在光纤中传输时，除了由于吸收、散射而 使光能损失外，由于成缆敷设造成的光纤微弯和宏弯曲，光纤的耦合和接续，都会使光能产 生附加的损失。归纳起来，产生衰减的原因大致可以分为三大类：吸收损耗，散射损耗，附 加损耗，具体如下：（ 1 ）纤芯和包层物质的吸收损耗，包括石英材料的本征吸收和杂质吸收；（ 2）纤芯和包层材料的散射损耗， 包括瑞利散射损耗以及光纤在强光场作用下诱发的受 激喇曼散射和受激布里渊散射；（ 3）由于光纤表面的随机畸变或粗糙所产生的波导散射损耗；（ 4）光纤弯曲所产生的辐射损耗；（ 5）外

3、套损耗。这些损耗可以分为两种不同的情况：一是石英光纤的固有损耗机理，像石英材料的本征 吸收和瑞利散射，这些机理限制了光纤所能达到的最小损耗；二是由于材料和工艺所引起的 非固有损耗，它可以通过提纯材料或改善工艺而减小甚至消除其影响，如杂质的吸收、波导 散射等。光纤中平均光功率沿长度减少的规律为：P(Z) = P(0)10 诈10)(1-1 )a为光纤的衰减系数，定义：() = -10logP(ZL)P(0)dB/km (1-2 )其中P(Z)和P(0)分别为轴向距离 Z处和Z= 0处的光功率, 为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km。当Z=L时,这里:-()表示在波长处的衰减系数。应用

4、上式时，要特别注意两点:(1) 假定光纤沿轴向是均匀的，即与轴向位置无关。(2) 对多模光纤，必须达到平衡模分布。只有满足这样的条件，测得的衰减系数才能线 性相加。2、损耗测量测量光纤损耗的方法很多，CCITT建议以剪断法为参考，插入法为第一替代法，背向散射法为第二替代法。多模光纤损耗的测量，注入条件是头等重要的。多模光纤中可以传输成百上千个模，由 于耦合条件的不同，各模携带的初始能量亦不同，传播过程中，由于模变换、模耦合和模衰 减，各模携带的能量比例不断变化，只有经过很长的传输距离后，各模传输能量的比例才能 固定下来。这时才达到了平衡模分布或稳态模分布。也就是说光纤输出端的近场分布和远场 分

5、布不再随长度而变化。随着光纤轴向均匀性的差异和光纤所处的状态不同，达到平衡模分 布的长度也不一样，一般可从几百米到几千米不等。显然，测量剪断后2m光纤的长度是远远达不到平衡模分布要求的。为了满足测量的要求，必须加速平衡模分布建立的过程，就是说， 要人为地控制注入条件和注入技术，使12m长光纤输出端的场分布接近平衡模分布。注入技术采取的措施包括扰模器(scrambler )、滤模器(mode filter )和包层模剥除器(claddingstripper )等。在实验系统测试多模光纤损耗时，采用CCITT推荐的以剪断法为测试方法，用小可变衰减器替代可调衰减的多模光纤，用柱状扰模器形成平衡模分布

6、，测试实验框图如图 32-1所示。测试方法为首先用光纤跳线接 850nm光发端机，经过扰模器扰模后测试得到A点处光功率P。，取下光功率计，接上待测光纤(小可变衰减器模拟)，再用光功率计测试得到 B点光功率P1,代入公式32-2即得多模光纤的损耗。扰模器P0图1-1多模光纤损耗测试实验框图五、实验步骤1、 用连接线连接电终端模块T68(M)和T94(13_DIN)。2、 将光终端模块的开关 K43打拨到“数字”，BM1打拨到“ 850nm”。3、 安装好850nm光发端机，用一根ST-FC多模光跳线一端接入 850nm光发端机经扰模器 扰模后与光功率计相连。1、打开交流电源，打开交流电源开关，电

7、源指示二极管D4， D5，D6，D7， D8 亮。4、 用万用表测量T97和T98两端电压（红表笔插 TV+,黑表笔插TV-）。慢慢调节电位器 W44（数字驱动调节），使驱动电流达到额定值，即使V=25mV5、 读出此时光功率计的数值，此数据即为没有加入小可变衰减器前的输入功率P0。6、 从光功率计端取下光纤，接入小可变衰减器（或待测光纤），用 FC-FC 多模光纤跳线 与光功率计连接。7、 用光功率计测量此时的光功率数值P1。&将所测得的数值 PO、P1和代入式（1-2 ）计算所得的结果即为多模光纤的损耗。9、实验完成后，关闭交流电源，拆除各个连线，将所有的开关拨向下。请根据本实验步骤，自己

8、设计出采用 1310nm 和 1550nm 光发端机时 测得光纤损耗的步骤并记录实验数据。六、实验报告1 、通过实验结果，计算得到待测光纤损耗2、对实验结果以及误差进行分析七、思考题1 、分析用剪断法测量光纤损耗中扰模器的作用，若不使用扰模器，则会对实验结果有何 影响？2、测量光纤损耗时，对光纤稍微用力拉紧，比较此时测得的光纤损耗的变化，并分析其 原因。3、查阅相关文献资料，比较插入法测试光纤损耗与剪断法测试光纤损耗的优缺点。实验二 光发射机性能测试实验、实验目的1、了解数字光发端机输出光功率的指标要求2、掌握数字光发端机输出光功率的测试方法3、了解数字光发端机的消光比的指标要求4、掌握数字光

9、发端机的消光比的测试方法、实验内容1、测试数字光发端机的输出光功率2、测试数字光发端机的消光比3、比较驱动电流的不同对输出光功率和消光比的影响三、实验仪器1、ZY12OFCom23BH型光纤通信原理实验箱1台2、FC接口光功率计1台3、FC-FC单模光跳线1根4、万用表1 台5、850nm光发端机（可选）1个6、ST-FC多模光跳线（可选）1根7、连接导线20根四、实验原理光发送机是数字光纤通信系统中的三大组成部分（光发送机、光纤光缆、光接收机）之 一。其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号，并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光 脉冲信号波形从光源器件组件的尾纤发射出去。根据光纤在 0.85u

10、m、 1.31um 或 1.55um 附近呈现低损耗的特性，结合半导体发光材料， 其辐射波长能够覆盖上述范围的是 GaAs化合物。光源驱动电路是光发送机的主干电路，它将电脉冲信号通过电流强度的调制方式调制半 导体激光器或者发光二极管发射出光脉冲信号。一个性能十分完善的光发送机，一方面是需要能够适应数字光纤通信特点的性能先进的 光源器件，另一方面就是根据光源器件的应用特性采用先进的电子线路技术进行恰到好处的 控制与防范。这就是光发送机除了一定要有整形或码型变换电路、光源驱动电路和发射光源 以外，还可能要有自动功率控制、自动温度控制和各种保护电路的原因。光发送机的指标有如下几点：1、输出光功率：输

11、出光功率必须保持恒定，要求在环境温度变化或LD 器件老化的过程中，其输出光功率保持不变，或者其变化幅度在数字光纤通信工程设计指标要求的范围内， 以保证其数字光纤通信系统能长期正常稳定运行。输出光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机二进制序列作为测试信号，用 光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的输出光功率。图2-1输出光功率测试连接示意图根据CCITT标准，信号源输出信号为表2-1所规定的要求。数字率（kbit/s ）伪随机测试信号20482 184482 134368朋3 /2 113926423-2 1表2-1信号源输出信号要求2、消光比：消光比定义式如下式 4

12、-1，Po是给光发端机的数字驱动电路发送全“ 0”码， 测得的光功率，R是给光发端机的数字驱动电路发送全“ 1 ”码，测得的光功率，将 Po，R代 入公式：EXT =10lg 旦Po(2-1)即得到光发端机的消光比。消光比的值与光源工作电流有一定的关系，一般当发送“0”时，工作电流应在阀值附近,实验时可调节相应的驱动电流值。光通信系统一般要求消光比越大越好，但是不可过大或过小，消光比太大，即预偏置电 流太小或没有，影响通信系统传输速率；消光比太小，则调制深度浅，有用光功率比例减小， 影响系统灵敏度。3、光脉冲的响应时间（ttf）及开通延迟时间 化）必须远小于每个码元的时隙，以便使 光脉冲成为传

13、输数字信号的准确重现。4、输出光脉冲无张弛振荡和自脉动当调制速率较高时，输出光脉冲可能会出现张弛振荡。这时必须在电路上加以阻尼，以 便使光发送机能正常工作。输出光脉冲上出现自脉动与LD的输出特性曲线上出现扭折有关。5、LD的辐射波长必须保持恒定当调制速率高达数 Gbit/s时，LD的辐射波长在调制脉冲的上升沿时向短波长漂移，而 在脉冲下降沿时则向长波长漂移，这种现象称为Chirp效应。它严重恶化数字光纤通信系统的传输质量，限制通信的中继距离。在高速以至超高速的光发送机中应该对此采取相应有效 的解决措施，以便实现大容量长距离的数字光纤通信。前面指出输出光功率需恒定，或者变动微小，这是通过自动功率

14、控制或者自动温度控制 技术达到这种目的的。本套实验系统未涉及到这种技术。光纤传输系统、发光器件、驱动电流，都会影响发光系统的输出光功率和消光比，本实 验采用4M速率的伪随机测试信号作为信号源，伪随机码测试信号为24- 1位，通过观察三种不同光纤通信系统（850nm 1310nm和1550nm）传输NRZ码的输出光功率和消光比，比较其 输出光功率和消光比异同点及其影响因素，同时观察驱动电流对输出光功率和消光比的影响。实验原理图如下：T94图2-2数字光驱动电路A图中是由MC10116和Q8 Q21组成数字驱动电路。MC10116为数字接口电路送出 ECLt电平的双路信号 Q和Q/, Q8 Q21

15、组成差分高速驱动电路。 可改变LD131激光器的驱动电流。W44为精密可调电位器，通过调节SizeBNumberDate:File:23-Mar-2005光O纤第二原理五、实验步骤a、155 Onm数字光发端机平均光功率及消光比测试1、 用导线连接电终端模块T68(M)和T92(15_DIN)2、将拨码开关 K35的值拨为“ OOOO”。3、用FC-FC光纤跳线将1550T输出端与FC接口光功率计连接，形成输出光功率测试系 统。4、 打开交流电源，此时指示灯D4、D5、D6、D7、D8亮。5、将光功率计调至 1550波长档，用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端 机的输出光功率。6、 拆除导线 T68(M)和T92(15_DIN)，其余连线不变，连接导线 T79(D1_O)与T92(15_DIN)， 将数字信号源模块的拨码开关 K36拨为全“1”