光纤通信实验四.docx

实验报告课程名称：光通信实验实验名称:单模光纤损耗测试实验光无源器件特性测试实验学生姓名：章仕波学生学号：11081522实验日期：4月8日实验八单模光纤损耗测试实验一、实验目的1、学习单模光纤损耗的定义2、掌握单模光纤弯曲损耗测试方法二、实验内容1、测量单模光纤不同弯曲半径的损耗三、预备知识1、了解单模光纤的特点、特性四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱1台2、FC接口光功率计1台3、万用表1台4、FC/PC-FC/PC单模光跳线1根5、扰模器（可选）1台6、连接导线20根五、实验原理在单模光纤中只传输LP0模，没有多模光纤中各种模变换、模耦合及模衰减等问题，因 此其测量方法也与多模光纤有些不同。对于单模光纤而言，随着波长的增加，其弯曲损耗也相应增大，因此对1550nm波长的 使用，要特别注意弯曲损耗的问题。随着光纤通信工程的发展，最低衰减窗口 1550nm波长 区的通信必将得到广泛的运用。CCITT对G.652光纤和G.653光纤在1550nm波长的弯曲损 耗作了明确的规定：对G.652光纤，用半径为37.5mm松绕100圈，在1550nm波长测得的损耗增加应小于 1dB；对G.653而言，要求增加的损耗小于0.5dB。图8-1单模光纤弯曲损耗测试实验框图此处可不用扰模器，可其它东西实现光纤的弯曲也可。弯曲损耗的测量，要求在具有较为稳定的光源条件下，将几十米被测光纤耦合到测试系 统中，保持注入状态和接收端耦合状态不变的情况下，分别测出松绕100圈前后的输出光功 率P1和P2,弯曲损耗可由下式计算得出。A 10lg（p./ P）（8-1）相同光纤，传输相同波长光波信号，弯曲半径不同时其损耗也必定不同，同样，对于相 同光纤，弯曲半径相同时，传输不同光波信号，其损耗也不同。由于按照CCITT标准，光纤的弯曲损耗比较小，在实验中采用减小弯曲半径的办法提高 实验效果的明显性。实验测试框图如图8-1所示。（a）弯曲半径R1缠绕方法（b）弯曲半径R2缠绕方法图8-2扰模器缠绕方法即先测量1310nm光纤通信系统光纤跳线没有进行缠绕时输出光功率P。，再测单模光纤 跳线按照图8-2中两种方法进行缠绕时的光功率七和P2，即可得到单模光纤传输1310nm光 波时的相对损耗值；同样，组成1550nm光纤传输系统，重复上述操作即可得到单模光纤传 输1550nm光波时的相对损耗值。七、实验步骤1、用FC-FC光跳线将1550nm光发端机与光功率计相连，组成简单光功率测试系统。2、连接导线：PCM编译码模块T661与CPLD下载模块983连接，T980与光发模块输入 端T151连接。3、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。4、接通PCM编译码模块（K60）、CPLD下载模块（K90），光发模块（K15）的直流电源。5、用光功率计测量此时的光功率？填入表8-1中。6、将光纤按照图8-2中方法缠绕，测得此时的光功率为P，填入表8-1中。波长（nm）缠绕方法-1550不绕（光功率uW）155.1图8-2a （光功率uW）0.00821图8-2b （光功率uW）81.0损耗图 8-2a (dB)-42.76图 8-2b (dB)-2.82表8-1光纤弯曲损耗比较表27、依次关闭各直流电源、交流电源。拆除导线，光纤等光纤器件，将实验箱还原。8、将测得的数据依次代入公式8-1中计算得出各弯曲损耗。9、根据上述实验步骤，设计并完成1310nm单模光纤损耗测试实验。九、实验思考题1、传输相同波长信号时，为什么不同弯曲半径下光纤的损耗不同？弯曲角度大的光纤中，传播的光线有很大一部分没有发生全反射，透射出去。2、相同弯曲半径时，为什么光纤传输不同波长信号损耗不同？波长不一样，折射率就不一样，全反射角度不一3、查阅相关文献资料，说明影响单模光纤损耗的因素还有哪些？本征的传输损耗：吸收损耗、散射损耗和辐射损耗等。光纤使用时引起的传输损耗：光 纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损先 所造成的损耗；因光纤受到挤压时产生微小的弯 曲而造成的损耗；因光纤熔接适配器的连接时产生的损耗。光纤的连接损耗实验九光无源器件特性测试实验一、实验目的1、了解光无源器件，Y型分路器以及波分复用器的工作原理及其结构2、掌握它们的正确使用方法3、掌握它们主要特性参数的测试方法二、实验内容1、测量Y型分路器的插入损耗2、测量Y型分路器的附加损耗3、测量波分复用器的光串扰四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱1台2、FC接口光功率计1台3、万用表1台4、FC-FC法兰盘1个5、Y型分路器1个6、波分复用器2个7、连接导线20根五、实验原理光通信系统的构成，除需要光源器件和光检测器件之外，还需要一些不用电源的光通路 元、部件，我们把它们统称为无源器件。它们是光纤传输系统的重要组成部分。光无源器件包括光纤活动连接器（平面对接FC型、直接接触PC型、矩形SC型）、光衰 减器、光波分复用器、光波分去复用器、光方向耦合器（例如：Y型分路器、星型耦合器）、 光隔离器、光开关、光调制器本实验重点介绍Y型分路器和光波分复用器，下一实验重点讲光纤活动连接器。在应用这些无源器件时必须考虑无源器件的各项指标，如Y型分路器（1分2的光耦合 器）的插入损耗，分光比，波分复用器的光串扰等。下面对Y型分路器插入损耗及附加损耗 及其分光比、波分复用器的光串扰分别进行测试。Y型分路器的技术指标一般有插入损耗（Insertion Loss）、附加损耗（Excess Loss）、 分光比和方向性、均匀性等，在实验中主要测试Y型分路器的插入损耗，附加损耗及分光比。就Y型分路器而言，插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少 值。插入损耗计算公式为9-1式。I.Li = 10lg（P /Pm）（9-1）其中，I.Li为第i个输出端口的插入损耗，Puti是第i个输出端口测到的光功率值，Pin 是输入端的光功率值。°UtlY型分路器的附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减 小值。附加损耗计算公式为9-2式。E.L = 10 lg ' PoutPIN（9-2）对于Y型分路器，附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程带 来的固有损耗；而插入损耗则表示的是各个输出端口的输出光功率状况，不仅有固有损耗的 因素，更考虑了分光比的影响。因此不同类型的光纤耦合器，插入损耗的差异，并不能反映 器件制作质量的优劣，这是与其他无源器件不同的地方。分光比是光耦合器件所特有的技术术语，它定义为耦合器各输出端口的输出功率的比 值，在具体应用中通常用相对输出总功率的百分比来表示。C.R =xPoui1 x 100%Z POUT（9-3）例如对于Y型分路器，1： 1或50： 50代表了输出端相同的分光比。即输出为均分的器 件。在实际工程应用中，往往需要各种不同分光比的器件，可以通过控制制作方法来改变光 耦合器件的分光比。测试Y型分路器的插入损耗、附加损耗和分光比时，其测试实验框图如图9-1所示。测试方法为：先测试出光源输出的光功率P。，将Y型分路器接入其中组成图9-1所示图9-1 Y型分路器性能测试实验框图测试系统后，分别测出Y型分路器输出端的光功率七和P2，代入9-1，9-2, 9-3式即可得到待测Y型分路器的性能指标。12波分复用器的光串扰（隔离度），为波分复用器输出端口的光进入非指定输出端口光能 量的大小。其测试原理图如图9-2所示。图9-2波分复用器光串扰测试原理图上图中波长为1310nm、1550nm的光信号经波分复用器复用以后输出的光功率分别为、P02,解复用后分别输出的光信号，此时从1310窗口输出1310nm的光功率为P11,输出1550nm 的光功率为P12；从1550窗口输出1550nm的光功率为P22，输出1310nm的光功率为P21。将 各数字代入下列公式："21L12=10 lg 01P21(9-4)L21P =10 lg 02P12(9-5)上式中L12、L21即为相应的光串扰。P11无”1P12图9-3(a) 1310nm光串扰测试框图由于便携式光功率计不能滤除波长1310nm只测1550nm的光功率，同时也不能滤除 1550nm只测1310nm的光功率。所以改用下面的方法进行光串扰的测量。测量1310nm的光串扰的方框图如9-3(a)所示。测量1550nm的光串扰的方框图如9-3(b)所示:无P21P22图9-3(b) 1310nm光串扰测试框图在这种方法中，光串扰计算公式为：L :、P =10lg 1-(9-6)12P12LP= 10lg 半(9-7)21P21上式中l12, l21即是光波分复用器相应的光串扰。七、实验步骤A、Y型分路器性能测试1、用FC-FC光跳线将1310nm光发端机与光功率计相连，组成简单光功率测试系统。2、连接导线：PCM编译码模块T661与CPLD下载模块983连接，T980与光发模块输入 端T101连接。3、将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到数字、1310nm和1310nm。4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。5、接通PCM编译码模块(K60)、CPLD下载模块(K90)，光发模块(K10)的直流电源。6、用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103,黑表笔插T104）,调节半导体激光器 驱动电流，使之为25mA。7、用光功率计测得此时光功率为P0。8、拆除FC-FC光纤跳线，将Y型分路器按照图9-1中方法组成测试系统。9、用光功率计分别测出Y型分路器输出两端光功率P1和P2。10、关掉各直流开关，以及交流电开关。拆除导线以及各光学元件，将实验箱还原。B、波分复用器性能测试1、连接导线：PCM编译码模块T661与CPLD下载模块983连接，T980与光发模块输入 端T101连接。2、波分复用器连接：（1）将波分复用器（A）标有“1310nm”的光纤接头插入“1310nm”光发端（1310nmT）。（2）将波分复用器（A）标有“ 1550nm ”的光纤接头用保护帽遮盖起来。（3）用FC-FC法兰盘将两个波分复用器“IN”端相连。3、拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到数字、1310nm和1310nm。4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。5、接通PCM编译码模块（K60）、CPLD下载模块（K90），光发模块（K10）的直流电源。6、用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103,黑表笔插T104），调节半导体激光器 驱动电流，使之为25mA。7、用光功率计测得此时波分复用器（B）标有“1310nm”端光功率为P测得标有1550nm端光功率为P12。118、拆除波分复用器“IN”端FC-FC法兰盘，测得波分复用器（A）标有“IN”端输出光 功率为P、9、.依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除波分复用器。10、根据9-3（b）测试框图和上述波分复用器1310nm光功率串扰步骤，设计步骤并测 试1550nm光串扰。11、将所得光功率数据代入公式9-6和9-7计算波分复用器的光串扰。实验记录及数据处理A、Y型分路器性能测试P0=598.3uw P1=280uwP2=288.3uwY型分路器插入损耗和插入损耗计算公式为9-1式。叫=-10 lg(P J" = -10 lg(280 / 598.3) = 3. 30dBI.L2 = -10 lg(P t2/PIN) = -10 lg(288.3 / 598.3) = 3. 17dB 附加损耗E.L = -10 lg E Pout = -10 lg(280 + 288.3) = 0. 223dBP598.3INB、波分复用器性能测试1310nmP1=0.391uw P11=354.5nwP12=32.88nw1550nmP2=501.3nw P21=4.67nwP22=447nw波分复用器光串扰L = 10lgL = 10. 75dB12P12T P L = 10 lg - = 20. 3dB21