光纤报告22

四川大学电气信息学院实验报告书课程名称：光纤通信实验项目：专业班级：通信工程专业201班级实验时间：年月日评阅教师：成绩评定：报告撰写人：余佩学号：2013141443050同组人员：学号：气信息学院专业中心实验室实验1光纤、光缆的识别实验要求了解和掌握光纤的结构、分类和特性参数，能够快速准确的区分单模或者多模类型的光纤。实验总结（一）对光纤的了解光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。其典型结构是多层同轴圆柱体，如图1-1所示，图1-1光纤结构示意图其核心部分是纤芯和包层，其中纤芯由高度透明的材料制成，是光波的主要传输通道；包层的折射率略小于纤芯，使光的传输性能相对稳定。纤芯粗细、纤芯材料和包层材料的折射率，对光纤的特性起决定性影响。涂覆层包括一次涂覆、缓冲层和二次涂覆，起保护光纤不受水汽的侵蚀相机械的擦伤，同时又增加光纤的柔韧性，起着延长光纤寿命的作用。具体组成部分有：F:非金属加强键；D：带状光缆；T：填充物；Y：聚乙烯护套光纤有很多种分类方法。按照光纤剖面折射率分布的不同，可以将光纤的种类分为阶跃型光纤和渐变型光纤。按照光纤的材料，可以将光纤的种类分为石英光纤和全塑光纤。按其传输光波的模式的数量来分，有单模光纤与多模光纤两大类。它们的结构不同，因而各具不同的特性与用途。在一定工作波长下，多模光纤是能够传输许多模式的介质波导，而单模光纤只传输基模。光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、光学特性参数与传输特性参数。主要包括：（1）光纤的纤芯折射率分布；（2）光纤的尺寸；（3）光纤的传播损耗；（4）数值孔径；（5）带宽；（6）有效截止波长；（7）模场直径。识别单模光纤与多模光纤的基本方法是从光纤的产品规格代号中去了解。如我国光纤光缆型号的规格代号的第二部分用J代表多模渐变型光纤，用T代表多模阶跃型光纤，用Z代表多模准阶跃型光纤，用D代表单模光纤。其次是从光纤的纤芯直径去识别。单模光纤的芯径很细，通常芯径小于10μm；多模光纤的芯径比单模光纤大几倍。第三种方法是从光纤外套的颜色上识别。通常黄色和白色表示单模光纤，橙色表示多模光纤。本实验系统配置的光纤外套是黄色的和白色的为单模。外套涂敷层包层区纤芯区（二）对光纤通信系统中常用仪器的认识1.光功率计光功率计是用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗的仪器。在光纤测量中，光功率计是重负荷常用表；在光纤系统中，测量光功率是最基本的，非常像电子学中的万用表。用光功率计与稳定光源组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。主要性能指标为波长范围和测量范围。2.误码仪误码仪用于测量通信线路数据通信的误码率，反映数据传输设备和其信道的工作质量。误码测试仪由发送和接收两部分组成。发送部分发出标准的数据信号作为测试信号，代替实际线路中的传输信号送到被测系统中。接收部分产生与发送部分完全相同的数据信号，用以和接收到的信号逐位比较。3.稳定光源稳定光源是对光系统发射已知功率和波长的光，其与光功率计结合在一起，可以测量光纤系统的光损耗。对现成的光纤系统，通常也可把系统的发射端机当作稳定光源。如果端机无法工作或没有端机，则需要单独的稳定光源。当传输系统需要单独稳定光源时，光源的最优选择应模拟系统光端机的特性和测量需求。常用的稳定光源是（LD）激光器和（LED）发光二极管。主要性能指标为波长、谱宽和输出光功率。4.光衰减器光衰减器是用于对光功率进行衰减的器件，它主要用在光纤系统的指标测量、短距离通信系统的信号衰减以及系统试验等场合。它可以分固定式、分级可变式、连续可调式几种。光学测量中一般采用可调式光衰减器。在测量光接收机灵敏度时，通常把它置于光接收机的输入端，用来调整接收光功率的大小。5.波分复用解复用器波分复用（WDM）是将两种或多种不同波长的光载波信号在发送端经复用器(合波器)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输，在接收端，经解复用器(分波器)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。实验2数字光发端机的消光比测量实验目的1.了解数字光发端机的消光比的指标要求2.掌握数字光发端机的消光比的测试方法实验原理消光比指光发射端机的数字驱动电路送全“0”码，测得此时的光功率P0；给光发射端机的数字驱动电路送全“1”码，测得此时的光功率P1，将P0、P1代入公式：010()1PEXTLgdBP即得到光发射端机的消光比。实验测量结构示意图如图2-1所示：图2-1平均光功率测试结构示意图实验步骤1.关闭系统电源，将1310nm光发射端机的TX1310法兰接口、FC-FC单模尾纤、光功率计连接好（P101—P201，TX1310通过尾纤接到光功率计）。2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验--CMI码设置”确认，即在P101铆孔输出32KHZ的SW101拨码器设置的8比特周期性序列。3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。4.用信号连接线连接P101、P201两铆孔，示波器A通道测试TX1310测试点，确认有相应的波形输出，调节W201即改变送入光发端机信号（TX1310）幅度最大（不超过5V），记录信号电平值为4.4V。5.调节光功率计工作波长“1310nm”、单位“mW”，设置拨码器SW101为11111111，即为1310nm光发射端机在正常工作情况下，对于全1码的输出光功率。读取此时光功率P1=75.66µW。输入为全1码时，输出端检测的波形（输出始终为高电平）输入为全1码时的光功率P1=75.66µW6.拨码器SW101设置为00000000，W201保持不变，记录此时对应的输出光功率为P0=11.80µW。电光自编数据序列光发射端机TX1310PFC-FC全0全17.输入为全0码时，输出端检测的波形（此时电信号为0，输出为噪声）输入为全0码时的光功率P0=11.80µW7.将P0、P1代入公式，算出此数字光端机的消光比为:010()8.071PEXTLgdBdBP8.关闭系统按电源，拆除各光器件并套好防尘帽。问题思考问：光纤通信系统中的消光比大小对系统传输特性有何影响？为什么？答：消光比直接影响光接收机的灵敏度，从提高接收机灵敏度的角度希望消光比尽可能大，有利于减少功率代价，但也不是越大越好。消光比太大，预置电流太小或没有，会使激光器的图案相关抖动增加,影响通信系统的传输速率，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。因此消光比对整个系统性能有着重要的影响。实验3光衰减器的性能指标测量实验目的1.了解光衰减器的指标要求2.掌握光衰减器的测试方法实验原理光固定/可调衰减器测量结构示意图，如下图3-1所示：图3-1光固定/可调衰减器测量结构示意图实验步骤1.关闭系统电源，将1310nm光发射端机的TX1310法兰接口、FC-FC单模尾纤、光功率计连接好。2.打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验—平均光发功率”，确认。3.示波器测试P103铆孔波形，确认有相应的波形输出。可见，此时的确有相应的波形输出，但由于是随机序列，所以信号功率极不稳定，不利于光功率计的测量。所以，本实验我们采用CMI码代替伪随机码序列进行平均功率测量4.液晶菜单选择“复位”，“码型变换实验--CMI码设置”确认，即在P101铆孔输出32KHZ的SW101拨码器设置的8比特周期性序列。5.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。6.用信号连接线连接P101、P201两铆孔，示波器A通道测试TX1310测试点，确认有相应的波形输出，调节W201即改变送入光发端机信号（TX1310）幅度最大，记录信号电平值为4.4V。电光伪随机码序列光发射端机TX1310P光固定/可调衰减器7.调节光功率计工作波长“1310nm”、单位“mW”，设置拨码器SW101为11101111，读取此时光功率P1=42.64µW。未经衰减的光发功率P1=42.64µW8.关闭系统电源，将可调衰减器串入光发射端机有光功率计之间。重复步骤4、7，慢慢调节其衰减量，测得最大衰减后的光功率P2=19.60nW。衰减后的光功率P2=19.60nW8.由)(1012dBPPLgLi计算得衰减器的最大衰减量为-33.37dB，此可调衰减器的衰减范围为0-33.37dB。而衰减器上标注的衰减量为0-30dB，可见其衰减精度为±（3.37/30）×100%即±11.2%，9.关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。问题思考问：固定衰减器和可变衰减器主要的用途和指标是什么？答:固定光衰减器是一种可根据工程需要提供不同衰减量的精密器件，可分为在线式和法兰式。主要的用途是：（1）调整光中继器之间的增益，以便建立适当的光输出；（2）光传输系统设备的损耗评价及各种试验测试要求。可变光衰减器可对光强进行连续可变和步进调节的衰减，主要用途和设计目标是：（1）评价光纤传输系统中作为误码率函数的信噪比S/N。（2）光功率计制造中标志刻度。（3）光纤传输设备损耗的评价。（4）光端机中作为光接收机接口扩大接收机动态范围。（5）用于光纤测量仪器，做光线路试验与测试用。衰减器的主要指标有：1.工作频带：指在给定频率范围内使用衰减器，衰减器才能达到指标值。由于射频/微波数字衰减器结构与频率有关，不同频段的元器件，结构不同，也不能通用。2.衰减量：描述功率通过衰减器后功率的变小程度。衰减量的大小由构成衰减器的材料和结构确定。衰减量用分贝作单位，便于整机指标计算。3.功率容量：如果让衰减器承受的功率超过这个极限值，衰减器就会被烧毁。4.回波损耗：就是衰减器的驻波比，要求衰减器两端的输入输出驻波比应尽可能小。5.功率系数:当输入功率从10mW变化到额定功率时，衰减量的变化系数表示为dB/(dB*W)。衰减量的变化值的具体算法是将系数乘以总衰减量功率(W)。实验4波分复用器的性能指标测量实验目的1.了解光波分复用器（OPTICWDM）的指标要求2.掌握光波分复用器的测试方法2.了解光波分复用器的用途实验原理本实验系统提供了1310nm、1550nm两个工作波长光源，所以配置波分复用器也必须是这两个工作波长。图4-1为波分复用器（合波器、分波器）在本实验系统中的连接示意图。a点1310nm光波与b点1550nm光波经合波器复用到达c点，即1310nm+1550nm光波；c点复用光波经分波器后，又分为d点1310nm光波和e点1550nm光波。理想情况下，d点应是与a点完全一样的1310nm光波，e点应是与b点完全一样的1550nm光波。由于插入损耗等性能指标并不十分理想，d点和e点输出的光波的功率与输入的a点，b点的参数会有差异。下面将对插入损耗和隔离度等指标进行测量。图4-1波分复用器常用连接示意图图4-2中，c点的1310nm光功率与a点的1310nm光功率的差值为光波分复用器对1310nm光传输的插入损耗，c点的1550nm光功率与b点的1550nm光功率的差值为光波分复用器对1550nm光传输的插入损耗。但由于便携式光功率计不能滤除1310nm光只测1550nm的光功率，同时也不能滤除1550nm光只测1310nm的光功率。所以我们改用下面方法进行插入损耗测量，也可以同时对其隔离度指标进行测量。见图4-2：…图4-2波分复用器测量连接示意图测量1310nm的插入损耗和波长隔离度如图4-2中所示，首先测出1310nm光源的输出光功率，记为Pa。紧接着将波分复用器的c点接1310nm光源a点，用光功率计测出波分复用器的输出d、e两点1310nm光发1550nm光发合波器分波器TX1310TX1550abcdePg1310nm光发1550nm光发TX1310TX1550abPg波分复用器dec功率，分别记为Pd、Pe。代入下面公式得出对应的插入损耗和隔离度。插入损耗：daiPPLgL10（dB）（式4.1）隔离度：eagPPLgL10（dB）（式4.2）测量1550nm的插入损耗和波长隔离度如图4-2中所示，首先测出1550nm光源的输出光功率，记为Pb。紧接着将波