光通信实验报告

信息与通信工程学院光纤通信实验报告班级：姓名：学号：班内序号：17日期：2015年5月光纤通信实验·报告第1页一、OTDR的使用与测量1、实验原理OTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。OTDR就测量回到OTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信号都有所损耗。给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长已知，它就与信号的脉冲宽度成比例：脉冲宽度越长，背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。在高波长区（超过1500nm），瑞利散射会持续减小，但另外一个叫红外线衰减（或吸收）的现象会出现，增加并导致了全部衰减值的增大。因此，1550nm是最低的衰减波长；这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到OTDR。作为1550nm波长的OTDR，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，OTDR的测试距离就必然受到限制，因为测试设备需要在OTDR轨迹中测出一个尖锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，OTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。OTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一个信号，然后观察从某一点上返回来的是什么信息。这个过程会重复地进行，然后将这些结果进行平均并以轨迹的形式来显示，这个轨迹就描绘了在整段光纤内信号的强弱。盲区的概念Fresnel反射引出一个重要的OTDR规格，即盲区。有两类盲区：事件和衰减。两种盲区都由Fresnel反射产生，用随反射功率的不同而变化的距离来表示。盲区定义为持续时间，在此期间检测器受高强度反射光影响暂时“失明”，直到它恢复正常能够重新读取光信号为止。2、实验结果本实验主要按照要求进行测量，测出在不同折射率条件下的背向散射法曲线，光纤通信实验·报告第2页并按照下图中所示方法求得所需的衰减常数与接头损耗：则其所测得效果图如下所示：光纤通信实验·报告第3页而通过该典型曲线测量衰减常数和接头损耗的最终结果如下表所示折射率n光纤长度AA、B段距离衰减常数接头损耗IndexD(Km)A=12(𝑉𝐴−𝑉𝐵)(dB)𝐿𝐴𝐵(Km)α=𝐴𝐿𝐴𝐵(dB/Km)∆1.452621.62071.61459.54320.16920.5441.460321.50671.63559.62420.16990.576二、脉冲展宽法测量多模光纤带宽1、实验原理多模光纤基带响应测试方法既可用频域的方法，也可用时域的方法。时域法利用的是脉冲调制。按照对脉冲信号采集及数学处理方法的不同，又分为脉冲展宽法、快速傅立叶变换法和频谱分析法。本实验采用的是较为简单的脉冲展宽法。图1.多模光纤脉冲展宽测试仪原理图如图1所示为多模光纤时域法带宽测试原理框图。从光发模块输出窄脉冲信号，首先使用跳线（短光纤）连接激光器和光检测器，可以测出注入窄脉冲的宽度1；然后将待测光纤替换跳线接入，可以测出经待测光纤后的脉冲宽度2。经过理论推导可以得到求解带宽公式：22210.441()BGHz多模光纤脉冲展宽测试仪如图2所示。前面板接口分上下两层。上层用于850nm测试，下层为1310nm。每个波长分别由窄脉冲发生器输出极窄光脉冲经被测光纤回到测试仪内进行O/E变换后送出电信号，通过高速示波器即可显示。本实验测试850nm波段和1310nm波段，采用的数字示波器如图3所示。光纤通信实验·报告第4页图2.多模光纤脉冲展宽测试仪实物图图3.实验采用的数字示波器实物图2、实验步骤接跳线测试：1.打开测试仪电源开关（位于背面），前面板上的电源指示灯亮；2.将示波器输入端与本仪器850nm的“RFOUT”输出端用信号线接好；3.用一根光纤跳线将850nm的“OPTICALIN”和“OPTICALOUT”连接起来；4.进行示波器操作：a)按AUTO－SCALE键调出波形；b)点击TIMEBASE键，并通过右下方旋钮调整脉冲至适当宽度(一般设置为10.0ns/div)；c)点击t、V键，显示屏右方会出现Vmarkers(off/on)、Vmarkers(off/on)选框，先通过右侧对应按键将Vmarkers设为on，分别调节Vmarker1和Vmarker2测出脉冲高度并找出脉冲半高值；再将Vmarkers设为on，分别调节tmarker1和tmarker2使其与脉冲半高值相交。则有tmarker2-tmarker1即为脉冲半高全宽1。接光纤测试：换下该光纤跳线，接入待测光纤用同样方法测出2。3、实验结果脉冲高度半高宽纵坐标脉冲半高全宽850nm短光纤485.156mV140.156mV1.96ns待测光纤508.875mV148.781mV2.28ns光纤通信实验·报告第5页则根据以下公式得到脉冲响应宽度：τ=√𝜏22−𝜏12则脉冲响应宽度τ=1.1648ns。再根据以下公式求得待测光纤带宽：B=0.441𝜏最终待测光纤带宽为0.3786GHz。可以看出与理论值基本相符，说明测量结果较为准确。三、半导体激光器的光谱测量1、实验原理与步骤半导体激光器的光谱测量使用的仪器是AC6370B。我们主要根据仪器上的说明测量了峰值波长、光谱宽度以及边模抑制比。其操作步骤如下图所示：光纤通信实验·报告第6页2、实验结果最后的实验结果如下表所示：峰值波长最高光谱峰值强度次高光谱峰值强度边模抑制比3dB带宽20dB带宽1546.0860nm-7.65dBm-56.37dBm48.72dBm0.0326nm0.1179nm光纤通信实验·报告第7页四、插入损耗法测量光纤的损耗1、实验原理测量一段光纤的损耗特性，主要利用公式dBPPA21lg10A实际上是被测光纤的损耗与连接器损耗之和。如果忽略连接器损耗，被测光纤的长度为L，则光纤的损耗系数为kmdBLA2、实验步骤实验步骤如图4所示：图4插入损耗法测量光纤损耗示意图没有被测光纤接入时候的功率可以看做该段光纤的输入功率，接入被测光纤之后的功率可以看做该段光纤的输出功率。3、实验结果实验使用设备为APM820，被测光纤长度为18962m，光信号波长为1550nm。经过测量，得到未接光纤和接入光纤损耗值值，计算出其对应的损耗系数，如表2所示：光纤通信实验·报告第8页/dBm/dBmdB/km测量结果-0.36-9.510.4825表2插入损耗法测量结果最终结果显示与理论值较为接近，但是略微偏大，可能是由于操作不精良以及仪器老化等原因造成。五、实验总结与心得体会我在这次光纤通信实验中能够有幸接触到这么多的高科技先进仪器，机会确实非常难得，我也感到十分的兴奋。由于实验内容操作起来并不复杂，重点在于理解，因此我和我的搭档提前了一个小时完成了实验。而且，这些光学设备都非常精密而昂贵，本科期间能够动手操作这些仪器确实也开阔了我的眼界，提高了我的认知和动手能力。我和队友一起圆满地完成了这次实验，虽然期间遇到了若干问题，包括概念上的不理解，操作上的不清楚，最后结果上的不如意，老师都很耐心地给予解答，非常感谢老师的讲解，弥补了我光通信理论课上遗忘的概念。整个实验过程我们记录了数据，实验后对数据进行了处理和分析。从而从动手动脑全面地理解了光纤通信实验的内容。这次实验比较特别，原本看似很复杂的理论推导过程的实现全部集成了到了几台仪器上，要实现某一个功能只需要按一下按钮，调整一下参数，然后读出示数记录，最后再做简单的计算即可。操作比较容易，难点在于对概念和公式的理解。其次是测量出来的数据和标称值有较大误差的时候，需要分析原因，找出误差或者错误产生的原因。比如说第一次用插入损耗法测光纤损耗时，测出来的损耗值很大，经过原因排查是接头没有接好，重新实验得到较为准确的结果。最后老师演示了一套光纤传输系统的基本流程，使用了损耗器模拟实际传输中的干扰和损耗，从而在接收端观察眼图，同时利用误码仪测试误码率。总体感觉这次实验提供的更多的是一种集成化的思想下的，东西更深刻的理论知识的学习还需要我们课下去仔细推敲，学会操作仪器并不是最终目的，如果缺乏扎实的理论背景，以后在操作中还是会碰到各种难解决的未知问题。总而言之，通过这次难忘的光纤实验，我不仅了解了科研中光纤常用仪器的操作方法，还再次巩固了理论课上学习的各种概念和公式，为今后的学习和科研之路打下了扎实的基础。更重要的是，这又是一次对通信领域学习的积累。作为一个准通信专业人士，这次实验大大激起了我的兴趣，让我对光纤通信充满了渴望，也希望自己今后能够有机会在光通信领域继续学习和研究下去！