光纤通信实验一

实验报告课程名称无源光实验实验项目实验1.1、实验1.2、实验1.3、实验1.4、实验1.5第一部分无源光实验实验1.1单模光纤特性测量一、实验目的1、能够熟练测量光的特性2、掌握单模光纤特性二、实验仪器1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台2、光功率计一台3、单模光纤跳线一根三、实验原理光纤是光波的传输媒质，按光纤中传输模式的多少，光纤可分为多模光纤和单模光纤两类。在单模光纤中只能传输一个模式，多模光纤则能承载成百上千个模式。一般的光纤通信系统中，对光纤的要求为：（1）低传输损耗；（2）高带宽和高数据传输速率；（3）与系统元件（光源、光检测器等）的耦合损耗低；（4）高的机械稳定性；（5）在工作条件下光和机械性能的退化慢；（6）容易制造。单模光纤的结构、参数和各组成部分的作用与多模光纤是类似的，它们的不同之处在于：单模光纤有模场直径和截止波长两个特殊参数。单模光纤的典型几何参数如表1所示。表1单模光纤的典型几何参数参数指标模场直径，μm（8.6～10.5）±0.7包层直径，μm125±1芯／包层同心度误差，μm≤0.8包层不圆度，％≤2％单模光纤以其损耗低、频带宽、容量大、成本低、易于扩容等优点，作为一种理想的信息传输介质，得到了广泛的应用。四、实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：2－3），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：2－3），KX02设置在“正常”位置；用发送波长为1310nm和1550nm的光纤发送器作为光源；并准备好尾纤，为保证测试精度，测量前先用酒精棉将光纤头清洁一下。1、弯曲损耗测量(1)将单模光纤跳线的一端接入光纤收发模块中激光收发器UE01的发送端，然后用光功率计测量该光源的光功率并记录结果。1310nm：-8.06dBm1550nm：-3.48dBm(2)人为地抖动跳线，定量地观察光功率值的波动范围。（为什么变化比较小？）1310nm：-8.03dBm~-8.12dBm1550nm：-3.61dBm~-3.89dBm因为光纤具有高机械稳定性。2、不同波长（1310nm与1550nm）的光信号在光纤中衰减量的测量（连接方法可参考图1.2）1310／1550nmLDZH7002跳线连接器跳线光功率计图1.2跳线连接示意图(1)将跳线的一端接到光发送波长为1310nm的激光发送器的输出端，用光功率计测出该点的光功率13p，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根跳线，测光功率'13p，计算出差值'131313dpp。（注：此差值中包含有连接器的损耗）13p=-8.11dBm'13p=-8.79dBm'131313dpp=0.68dBm(2)将跳线的一端接到光发送波长为1550nm的激光发送器的输出端，用光功率计测出该点的光功率15p，在此跳线的另一端通过连接器再接入跳线，测光功率'15p，计算出差值'151515dpp。（注：此差值中包含有连接器的损耗）15p=-2.98dBm'15p=-3.61dBm'151515dpp=0.63dBm(3)将13d和15d进行作比较。13d~=15d五、实验报告分析总结各项测量结果。(1)弯曲损耗测量人为地抖动跳线，定量地观察光功率值的波动范围。（为什么变化比较小？）1310nm：-8.03dBm~-8.12dBm1550nm：-3.61dBm~-3.89dBm因为光纤具有高机械稳定性。通过比较得出绕城圈直径越小衰耗越大。(2)不同波长的光信号在光纤中衰减量的测量单模光纤时频率的差异不会对传输产生多大影响，可以在多模光纤下进行识别。实验1.2多模光纤特性测量一、实验目的1、能够熟练测量光的特性2、掌握多模光纤特性二、实验仪器1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台2、光功率计一台3、多模光纤跳线一根三、实验原理多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，耦合入光纤的光功率较大，可传多种模式的光。但其模间色散较大，每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。除此之外，多模光纤弯曲损耗比较大。多模光纤的典型几何参数，如表2所示。表250／125多模光纤典型几何参数参数指数芯径，μm50.0±2.5包层直径，μm125.0±2.0芯不圆度，％≤6％芯／包层同心度误差，μm≤1.5包层不圆度，％≤2％四、实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置为“5B6B”工作方式（右端：2－3），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置为“m序列”（右端：2－3），KX02设置在“正常”位置。准备好多模光纤跳线。1、弯曲损耗测量(3)将跳线的一头接入光收发模块中激光收发器UE01的发送端，用光功率计在跳线另一头测光功率，记录测量结果。0.92dBm(4)人为地抖动跳线，定性的观察光功率值的波动范围。（为什么变化较大？）0.81dBm~0.93dBm因为多模光纤中心玻璃心粗，模间色散较大，稳定性不高，弯曲损耗大。2、不同波长（1310nm与1550nm）的光信号在跳线中衰减量的测量(1)将跳线的一端接到光发送波长为1310nm的激光发送器的输出端，并用光功率计测出该点的光功率13p，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根多模光纤跳线，然后再测光功率'13p，计算出差值'131313dpp。（此差值包含有光通过连接器的损耗）13p=0.93dBm'13p=0.96dBm'131313dpp=-0.03dBm(2)将跳线的一端接到光发送波长为1550nm处，并用光功率计测出该点的光功率15p，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根多模光纤跳线，然后再测试光功率'15p，计算出差值'151515dpp。（此差值包含有光通过连接器的损耗）15p=-2.03dBm'15p=-1.97dBm'151515dpp=-0.06dBm(3)将13d和15d进行作比较。13d~=15d3、多模光纤与单模光纤串接性能测试(1)将激光收发器UE01的发送端作为光源，先接入一根单模光纤跳线，用光功率计测出光功率，并记录测量结果，然后在这根单模光纤跳线的另一头通过连接器再接上一根多模光纤跳线，在多模光纤跳线的另一端测出的光功率。1310nm：13p=-10.51dBm'13p=-51.12dBm1550nm：15p=-2.24dBm'15p=-50.84dBm(2)同理，将激光收发器UE01的发送端作为光源，先接入一根多模光纤跳线，这时用光功率计测出光功率，并记录，然后用连接器连上一根单模光纤，再用光功率计测出该端的光功率。1310nm：13p=0.98dBm'13p=-7.95dBm1550nm：15p=-1.94dBm'15p=-5.22dBm(3)将（1）、（2）步骤中各对应点的值作比较，分析原因。五、实验报告分析总结各项测量结果。1.人为抖动跳线时，由于是多模光纤，中心玻璃芯粗，摸间色散较大，稳定性不高，弯曲损耗大，所绕圈数越多，衰耗越大。2.多模光纤由于色散较大，造成脉冲的展宽，限制了传输数字信号的频率。3.对于传输来说单模光纤要比多模光纤好太多，单模光纤的损耗很小，只要通过多模传输的数字信号，其信号功率都有降低。实验1.3光连接器和跳线特性测量一、实验目的1、理解光连接器和光纤跳线器的各种特性2、熟悉光连接器和光纤跳线器的应用方法二、实验仪器ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台光功率计一台光纤跳线、连接器三、实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：2－3），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：2－3），KX02设置在“正常”位置；分别以发送波长为1310nm和1550nm的两个激光收发器的发送端作为光源。按图3.1连接好测试设备，连接跳线、连接器和光无源器件时注意定位销方向。1310nmLDZH7002光功率计图3.1光连接器和跳线性能测试连接示意图ba连接器跳线跳线C一般插入损耗测量：(1)用光功率计测量波长为1310nm的光源经跳线输出，在“a”点的光功率ap；然后将此跳线接光功率计的一端接入连接器的输入端口，在连接器的另一端再接一根跳线，用光功率计测量经一对光连接器和光纤跳线器输出在“b”点光功率bp，记录测量结果，填入表格，计算一对光连接器和光纤跳线器插入损耗值。(2)可以在“b”点之后，再接入一对光连接器和光纤跳线器，测量输出“c”点光功率cp，观测大致的误差偏离值。1310nm：输入功率（dBm）输出功率（dBm）插入损耗（dB）ap：-5.56bp：-5.780.22ap：-5.56cp：-5.940.381550nm：输入功率（dBm）输出功率（dBm）插入损耗（dB）ap：-3.01bp：-3.100.09ap：-3.01cp：-3.250.24四、实验报告分析总结实验数据。一个连接器的损耗大概是0.20dBm实验1.4光分路器性能测试实验一、实验目的1、使学生深入了解光分路器的各种特性及指标特点2、熟悉光分路器的应用方法二、实验仪器ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台光功率计一台光分路器一个三、实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：2－3），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：2－3），KX02设置在“正常”位置；用发送波长为1310nm和1550nm的光纤发送器作为光源。按图4.1连接好测试设备，连接跳线、连接器和光无源器件时注意定位销方向。1310nmLD1310nm光分路器ZH7002光功率计图4.1光分路器性能测试连接示意图bca1.b支路插入损耗测量用光功率计测量发送波长为1310nm的激光发送器经跳线输出在“a”点的光功率ap，然后将信号接入光分路器的输入端口；用光功率计测量在b支路“b”点的光功率bp。记录测量结果，填入表格，计算光分路器主支路的插入损耗值。输入功率（dBm）输出功率（dBm）插入损耗（dB）ap：-5.84bp：-9.33.462.分光比测量在上述测量条件下，测量c支路“c”点光功率cp。记录测量结果，填入表格，计算光分路器的分光比。输出功率（dBm）总输出功率（dBm）计算分光比（%）bp：-9.3p总功率：-9.3约50%cp：-9.27约50%3.波长特性测量将测量光源的光发送波长改变为1550nm，重复上述第1和第2实验步骤。记录测量结果，填入表格，分析1310nm波长分路器使用在其它波长时的测量结果。输入功率（dBm）输出功率（dBm）插入损耗（dB）ap：-3.51bp：-4.490.98输出功率（dBm）总输出功率（dBm）计算分光比（%）bp：-4.49p总功率：-4.49约50%cp：-10.29约50%1.反向特性测量在分另路器的b点加入波长为1310nm的激光，然后在a，c两点用光功率计测量光功率。记录测量结果，分析测量现象。c点功率P=-47.71dBma点功率P=-8.67dBm四、实验报告分析总结各项测量结果。1.波长特性测量通过比较，1310nm波长的分路器使用在其他波长时为均匀分配，且损耗较大，在本波长时为1：4分配2.反向特性测量通过比较，C点的功率值仍为A点的1/4，和上述测试的实验结果相吻合实验1.5光可变衰减器性能测试实验一、实验目的1、使学生深入了解光可变衰减器的各种特性2、熟悉光可变衰减器的应用方法二、实验仪器ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台光功率计一台可变光衰减器一个三、实验原理光衰减器可按要求将光信号能量进行预定量的衰减，主要用于吸收或反射掉系统中无用的光能量，以此来评估系统的损耗或系统测试技术。光衰减器的分类方法有很多。按光信号传输方式，可分为：单模光衰减器和多模光衰