光钎通信实验.docx

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光钎通信实验

0实验二光纤活动连接器认知及性能测试（选）

一、实验目的

1、认知光纤活动连接器（法兰盘）。

2、了解光纤活动连接器在光纤通信系统中的作用。

二、实验内容

1、认识与了解光纤活动连接器及其作用。

2、测量光纤活动连接器的插入损耗。

三、实验器材

1、主控&信号源、25号模块各1块

2、23号模块（光功率计）1块

3、连接线若干

4、光纤跳线2根

5、光纤活动连接器（法兰盘）1个

四、实验原理

光纤活动连接器即光纤适配器,又叫法兰盘,就是光纤传输系统中光通路的基础部件,就是光纤系统中必不可少的光无源器件。

它能实现系统中设备之间、设备与仪表之间,设备与光纤之间以及光纤与光纤之间的活动连接,以便于系统接续、测试、维护。

它用于光纤与光纤之间进行可拆卸（活动）连接的器件。

它就是把光纤的两个端面精密对接起来,以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去,并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小。

目前,光纤通信对活动连接器的基本要求就是:

插入损耗小,受周围环境变化的影响小;易于连接与拆卸;重复性、互换性好;可靠性高,价格低廉。

光纤通信使用的光连接器按纤芯插针、插孔的数目不同分有单芯活动连接器与多芯活动连接器两类;单芯活动连接器的基本结构就是插针与插孔。

由光纤连接损耗的计算可知,影响损耗的主要外在因素就是相互连接的两根光纤的纤芯之间的错位与倾斜,所以在连接器的结构中,要求插针中的纤芯与插孔有很高的同心度,相连的两根插针在插孔中能精确的对准。

光连接器的类型有FC、SC、ST等,主要根据散件的形状来区分。

FC:

螺纹连接,旋转锁紧;SC:

轴向插拨矩形外壳结构,卡口锁紧;ST:

弹簧带键卡口结构,卡口旋转锁紧。

各连接器插针套管的端面也可研磨抛光成平面、凸球面及一定角度面,此时根据插针套管的端面研磨的形状区分又可以分为PC、UPC、APC。

PC:

平面;UPC:

球面;APC:

8度面。

例如FC/PC型即为:

螺纹连接,插针套管截面为平面的连接器。

如图1为FC/APC型单模光纤活动连接器。

图1FC/APC型单模光纤活动连接器

1、FC型活动连接器

FC型（平面对接型）光连接器。

这种连接器插入损耗小,重复性、互换性与环境可靠性都能满足光纤通信系统的要求,就是目前国内广泛使用的类型。

FC型连接器结构采用插头－转接器－插头的螺旋耦合方式。

两插针套管互相对接,对接套管端面抛磨成平面,外套一个弹性对中套筒,使其压紧并且精确对中定位。

FC型光连接器制造中的主要工艺就是高精度插针套管与对中套筒的加工。

高精度插针套管有毛细管型、陶瓷整体型与模塑型三种典型结构。

对中套筒就是保证插针套管精确对准的定位机构。

FC型单模光纤连接器一般地分螺旋耦合型与卡口耦合型两种。

FC型单模光纤连接器所连接的两根光纤端面就是平面对接,端面间的空气气隙会产生菲涅尔反射。

反射光反射到激光器会引起额外的噪声与波形失真,而端面间的多次反射还会引起插入损耗的增加。

2、SC型光纤连接器

SC型（矩形）光纤连接器。

SC型矩形光纤连接器采用新型的直插式耦合装置,只需轴向插拔,不用旋转,可自锁与开启,装卸方便。

它体积小,不需旋转空间,能满足高密封装的要求。

它的外壳就是矩形的,采用模塑工艺,用增强的PBT的内注模玻璃制造。

插针套管就是氧化锆整体型,将其端面研磨成凸球面。

插针体尾入口就是锥形的,以便光纤插入到套管内。

SC型矩形连接器的装配一般分:

选择套管、光纤处理、光连接器与光纤的连接、套管端面处理等各步骤。

3、ST型光纤连接器

ST型连接器就是一种卡口式的连接器,它采用带键的卡口式紧锁机构,确保每次连接均能准确对中。

插针直径为Φ2、5mm,其材料可为陶瓷或金属。

它可在现场安装,也可在工厂预装成光纤组件。

目前ST型活动连接器的插入损耗典型值为0、3dB,最大值为0、5dB;其后向反射损耗在一般情况下为≤-31dB,但在端面作精细处理后,可≤-40dB。

图2列出了几种常见法兰类型。

图2几种常见法兰类型

单模光纤连接器产品,一般地应标明连接器名称、型号、接光纤类型、工作波长、光纤尺寸、光纤根数、首次使用插入损耗、温度范围、耦合方式（螺旋、卡口、插拔式）以及端面处理、装配方式等等。

光纤活动连接器插入损耗就是指光纤中的光信号通过活动连接器之后,其输出光功率相对输入光功率的分贝数,计算公式为:

IL＝10lg（P0/P1）

其中P0为输入端的光功率,P1为输出端的光功率,功率单位W。

设备自带的功率计组成架构图

插入损耗实验测试框图a

插入损耗实验测试框图b

光纤活动连接器的插入损耗越小越好。

光纤活动连接器插入损耗测试方法为:

如上述实验测试框图所示,（图b）向光发端机的数字驱动电路送入一伪随机信号,保持注入电流恒定。

将活动连接器连接在光发机与光功率计之间,记下此时的光功率P1;（图a）取下活动连接器,再测此时的光功率,记为P0,将P0、P1代入公式即可计算出其插入损耗。

五、注意事项

1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人,切勿带电进行光纤的连接。

2、不要带电插拔信号连接导线。

六、实验步骤

1、系统关电,依次按下面说明进行连线。

（1）用连接线将主控信号源模块的PN,连接至25号模块的TH2数字输入端。

（2）用光纤跳线连接25号模块的光发端口与光收端口,此过程就是将电信号转换为光信号,经光纤跳线传输后再将光信号还原为电信号。

注意,连接光纤跳线时需定位销口方向且操作小心仔细,切勿损伤光纤跳线或光收发端口。

（3）用同轴连接线将25号模块的P4光探测器输出端,连接至23号模块的P1光探测器输入端。

此时就是用于光功率计单元测量未加入光纤活动连接器时的光发射机输出光功率。

2、设置25号模块的功能初状态。

（1）将收发模式选择开关S3拨至“数字”,即选择数字信号光调制传输。

（2）将拨码开关J1拨至“ON”,即连接激光器;拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可,即APC功能可根据需要随意选择。

（3）将功能选择开关S1拨至“光功率计”,即选择光功率计测量功能。

3、进行系统联调与观测。

（1）打开系统与23号、25号模块的电源开关。

（2）设置主控&信号源模块的【主菜单】,选择【光功率计】;可以通过选择与单击“选择/确认”多功能旋钮,切换功率计的测量波长;根据实际使用的光收发模块的波长类型,选择波长【1310nm】或【1550nm】。

（3）适当调节25号模块的W4输出光功率大小旋钮,记录当前输出功率值P1。

（4）关电,在25号模块的光发端口与光收端口之间加入光纤活动连接器。

具体操作方法为:

先拆除光纤跳线与光接收端口的连接,然后将此光纤跳线与待测光纤活动连接器的一端连接,最后用另一根光纤跳线将待测光纤活动连接器的另一端与25号模块的光收端口连接即可。

（5）再开电,选择菜单功能以及功率计波长,记录此时功率值P2。

（6）光纤活动连接器的插入损耗=P1-P2。

七、实验报告

1、记录光纤活动连接器的插入损耗。

实验七光衰减器认知及性能测试实验（选）

一、实验目的

1、认知光衰减器与了解其工作原理。

2、了解与熟悉光衰减器的性能以及使用方法。

二、实验内容

1、了解光衰减器的原理与应用。

2、测量固定或可变衰减器的衰减量。

三、实验器材

1、主控&信号源、25号模块各1块

2、23号模块（光功率计）1块

3、光纤跳线2根

4、连接线若干

5、光衰减器（固定或可变）1个

四、实验原理

1、实验原理框图

光功率计组成框图

未加衰减器的光发射功率测量框图

加入衰减器的光发射功率测量框图

2、实验框图说明

本实验主要测量光衰减器对系统功率衰减情况,从而了解光衰减器的基本参数性能。

从光功率组成框图中可瞧出,系统自带的功率计由三部分组成,前端的光电转换,中间的功率参数计算,末端的功率值显示。

实验时先观测未加入光衰减器的光发功率值P1,再观测加入衰减器后的功率值P2,从而计算衰减器实际衰减值=P2-P1。

需要注意的就是,在测量过程中注意根据所使用的光发射波长选择对应波长的光功率计,连接光纤跳线时需关电并且小心操作。

3、光衰减器认知及应用

光衰减器时用于对光功率进行衰减的器件,主要用于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。

光衰减器要求重量轻、体积小、精度高、稳定性好、使用方便等。

根据衰减量就是否变化,可以固定衰减器与可变衰减器。

根据光信号在光纤传输过程中可能因散射、吸收以及弯曲等条件出现损耗,可以通过多种原理完成光衰减器的制作。

比如采用空气隔离技术,在光纤之间加入一定厚度的衰减片制作法兰式固定衰减器;采用位移错位技术,将两根光纤的纤芯进行微量平移错位达到功耗效果,制作连接器式固定衰减器;采用衰减光纤技术,在纤芯内参杂金属离子,制作阴阳式固定衰减器;采用吸收玻璃法,利用经光学抛光的中性吸收玻璃片,制作固定或可变衰减器;除了上述机械式方法完成衰减的可调性以外,还可以采用固态光衰减技术进行制作衰减器。

光衰减器有几个特性:

衰减量与插入损耗、衰减精度、回波损耗。

固定衰减器的衰减量指标实际上就就是其插入损耗,二可变衰减器除了衰减量还有单独的插入损耗指标,搞质量的插损在1、0dB以下,一般情况下普通可变衰减器的该指标小于2、5dB即可使用;衰减精度取决于精密加工程度,精度越高价格相对越高;光衰减器的回波损耗就是指入射到光衰减器中的光能量与衰减器中沿入射光路反射出的光能量之比。

五、注意事项

1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人,切勿带电进行光纤的连接。

2、不要带电插拔信号连接导线。

六、实验步骤

1、系统关电,参考测量原理框图,依次按下面说明进行连线。

（1）用连接线将主控信号源模块的PN序列,连接至25号模块的TH2数字输入端。

（2）用光纤跳线连接25号模块的光发端口与光收端口,此过程就是将电信号转换为光信号,经光纤跳线传输后再将光信号还原为电信号。

注意,连接光纤跳线时需定位销口方向且操作小心仔细,切勿损伤光纤跳线或光收发端口。

（3）用同轴连接线将25号模块的P4光探测器输出端,连接至23号模块的P1光探测器输入端。

此时就是用于光功率计单元测量未加入衰减器的光发射机输出光功率。

2、设置25号模块的功能初状态。

（1）将收发模式选择开关S3拨至“数字”,即选择数字信号光调制传输。

（2）将拨码开关J1拨至“ON”,即连接激光器;拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可,即APC功能可根据需要随意选择。

（3）将功能选择开关S1拨至“光功率计”,即选择光功率计测量功能。

3、进行系统联调与观测。

（1）打开系统与23号、25号模块的电源开关。

（2）设置主控&信号源模块的主菜单,选择【光功率计】;可以通过选择与单击“选择/确认”多功能旋钮,切换功率计的测量波长;根据实际使用的光收发模块的波长类型,选择波长【1310nm】或【1550nm】。

（3）适当调节25号模块的W4输出光功率大小旋钮,记录当前输出功率值P1。

（4）关电,参考测试框图在25号模块的光发端口与光收端口之间加入光衰减器。

具体操作方法为:

先拆除光纤跳线与光接收端口的连接,然后将此光纤跳线与待测光衰减器的一端连接,最后用另一根光纤跳线将待测光衰减器的另一端与25号模块的光收端口连接即可。

（5）再开电,选择菜单功能以及功率计波长,记录此时功率值P2。

（6）对于固定衰减器来说,其衰减量=P1-P2。

对于可调衰减器来说,可以适当改变不同的衰减量,记录数据并填入下表。

输入功率Pin（dBm）

输入功率Pin（μw）

输出功率Pout（dBm）

输出功率Pout（μw）

衰减值

七、实验报告

1、记录实验数据,进行误差分析。

实验十二光发射机消光比测试实验

一、实验目的

1、了解数字光发射机的消光比的指标要求。

2、掌握数字光发射机的消光比的测试方法。

二、实验器材

1、主控&信号源模块、2号、25号模块各一块

2、23号模块（光功率计）一块

3、FC/PC型光纤跳线、连接线若干

三、实验原理

消光比定义为:

。

式中P00就是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。

P11就是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。

从激光器的注入电流（I）与输出功率（P）的关系,即P-I特性可以清楚地瞧出消光比的物理概念,如下图所示。

ΔP

EXT

ADP

PIN

消光比对灵敏度的影响

由图可知,当输入信号为“0”时,光源的输出光功率为P00,它将由直流偏置电流Ib来确定。

无信号时光源输出的光功率对接收机来说就是一种噪声,将降低光接收机的灵敏度。

所以从接收机角度考虑,希望消光比越小越好。

但就是,应该指出,当Ib减小时,光源的输出功率将降低,光源的谱线宽度增加,同时,还会对光源的其它特性产生不良影响,因此,必须全面考虑Ib的影响,一般取Ib=（0、7～0、9）Ith（Ith为激光器的阈值电流）。

在此范围内,能比较好地处理消光比与其它指标之间的矛盾。

考虑各种因素的影响,一般要求发送机的消光比不超过0、1。

在光源为LED的条件下,一般不考虑消光比,因为它不加直流偏置电流Ib,电信号直接加到LED上,无输入信号时的输出功率为零。

因此,只有以LD作光源的光发射机才要求测试消光比。

四、实验步骤

1、关闭系统电源,按如下说明进行连线:

（1）用连接线将2号模块TH7（DoutD）连至25号光收发模块的TH2（数字输入）。

（2）用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端与光收接入端,并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光功率计”。

（3）用同轴电缆线将25号模块P4（光探测器输出）连至23号模块P1（光探测器输入）。

2、将开关J1拨为“10”,即无APC控制状态。

开关S3拨为“数字”,即数字光发。

3、将25号光收发模块的电位器W4与W2顺时针旋至底,即设置光发射机的输出光功率为最大状态;

4、开电,设置主控模块菜单,选择【主菜单】【光纤通信】→【光发射机消光比测试】,可以进入【光功率计】功能。

可以通过选择与单击“选择/确认”多功能旋钮,切换功率计的测量波长;根据实际使用的光收发模块的波长类型,选择波长【1310nm】或【1550nm】。

5、将2号模块的拨码开关S4设置为“ON”,使输入信号为全1电平。

测得此时光发端机输出的光功率为P11。

6、将2号模块的拨码开关S4设置为“OFF”,使输入信号为全0电平。

测得此时光发端机输出的光功率为P00。

7、代入公式

即得光发射机消光比。

8、调节W4,改变各参数,并将所测数据填入下表。

P00（uW）

P11（uW）

EXT

实验十一光源的P-I特性测试实验

一、实验目的

1、了解半导体激光器LD的P-I特性。

2、掌握光源P-I特性曲线的测试方法。

二、实验器材

1、主控&信号源、2号、25号模块各一块

2、23号模块（光功率计）一块

3、FC/PC型光纤跳线、连接线若干

4、万用表一个

三、实验原理

数字光发射机的指标包括:

半导体光源的P-I特性曲线测试、消光比（EXT）测试与平均光功率的测试。

接下来的三个实验我们将对这三个方面进行详细的说明。

LD半导体激光器P-I曲线示意图

半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图所示,该特性有一个转折点,相应的驱动电流称为门限电流（或称阈值电流）,用Ith表示。

在门限电流以下,激光器工作于自发发射,输出荧光功率很小,通常小于100pW;在门限电流以上,激光器工作于受激发射,输出激光,功率随电流迅速上升,基本上成直线关系。

激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性。

P-I特性就是选择半导体激光器的重要依据。

在选择时,应选阈值电流Ith尽可能小,Ith对应P值小,而且没有扭折点的半导体激光器,这样的激光器工作电流小,工作稳定性高,消光比大,而且不易产生光信号失真。

且要求P-I曲线的斜率适当。

斜率太小,则要求驱动信号太大,给驱动电路带来麻烦:

斜率太大,则会山现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。

半导体激光器具有高功率密度与极高量子效率的特点,微小的电流变化会导致光功率输出变化,就是光纤通信中最重要的一种光源,激光二极管可以瞧作为一种光学振荡器,要形成光的振荡,就必须要有光放大机制,也即启动介质处于粒子数反转分布,而且产生的增益足以抵消所有的损耗。

将开始出现净增益的条件称为阈值条件。

一般用注入电流值来标定阈值条件,也即阈值电流Ith,当输入电流小于Ith时,其输出光为非相干的荧光,类似于LED发出光,当电流大于Ith时,则输出光为激光,且输入电流与输出光功率成线性关系,该实验就就是对该线性关系进行测量,以验证P-I的线性关系。

四、实验步骤

1、关闭系统电源,按如下说明进行连线:

（1）用连接线将2号模块TH7（DoutD）连至25号光收发模块的TH2（数字输入）,并把2号模块的拨码开关S4设置为“ON”,使输入信号为全1电平。

（2）用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端与光收接入端,并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光功率计”。

（3）用同轴电缆线将25号模块P4（光探测器输出）连至23号模块P1（光探测器输入）。

2、将开关J1拨为“10”,即无APC控制状态。

开关S3拨为“数字”,即数字光发。

3、将25号光收发模块的电位器W4与W2顺时针旋至底,即设置光发射机的输出光功率为最大状态;

4、开电,设置主控模块菜单,选择【主菜单】【光纤通信】→【光源的P-I特性测试】,可以进入【光功率计】功能。

可以通过选择与单击“选择/确认”多功能旋钮,切换功率计的测量波长;根据实际使用的光收发模块的波长类型,选择波长【1310nm】或【1550nm】。

5、用万用表测量R7两端的电压（测量方法:

先将万用表打到电压档,然后将红表笔接TP3,黑表笔接TP2）。

读出万用表读数U,代入公式I=U/R7,其中R7=33Ω,读出光功率记读数P。

调节功率输出W4,将测得的参数填入下表:

P（uW）

u（V）

I（A）

五、实验报告

1、根据实验数据,绘制光源P-I特性曲线。

实验十三光发射机平均光功率测试实验

一、实验目的

1、了解数字光发射机平均光功率的指标要求。

2、掌握数字光发射机平均光功率的测试方法。

二、实验器材

1、主控&信号源模块、25号模块各一块

2、23号模块（光功率计）一块

3、FC/PC型光纤跳线、连接线若干

三、实验原理

光发送机的平均输出光功率被定义为当发送机送伪随机序列时,发送端输出的光功率值。

ITU-U在规范标准光接口时,为使成本最佳,同时适应运行条件变化,并考虑了活动连接器的磨损、制造与测量容差以及老化因素的影响后,给出了一个允许的范围。

其中比较重要的激光器劣化机理就是有源层的劣化与横向漏电流的增加所导致的激励电流增加以及光谱特性随时间的变化。

通常,光发送机的发送功率需要有1～1、5dB的富余度。

本实验将带领大家测量本实验系统发射光功率。

四、实验步骤

1、关闭系统电源,按如下说明进行连线:

（1）用连接线将信号源PN连至25号光收发模块的TH2（数字输入）。

（2）用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端与光收接入端,并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光功率计”。

（3）用同轴电缆线将25号模块P4（光探测器输出）连至23号模块P1（光探测器输入）。

2、将开关J1拨为“10”,即无APC控制状态。

开关S3拨为“数字”,即数字光发。

将25号光收发模块的电位器W4与W2顺时针旋至底,即设置光发射机输出光功率为最大状态。

3、开电,设置主控模块菜单,选择【主菜单】【光纤通信】→【光发射机平均光功率测试】,可以进入【光功率计】功能。

可以通过选择与单击“选择/确认”多功能旋钮,切换功率计的测量波长;根据实际使用的光收发模块的波长类型,选择波长【1310nm】或【1550nm】。

记录此时光功率计的读数,即为光发射机的平均光功率。

实验十五接收机灵敏度与动态范围测量实验

一、实验目的

1、了解与掌握光收端机灵敏度的指标要求与测试方法。

2、掌握误码仪的使用方法。

二、实验器材

1、主控&信号源模块、25号模块各一块

2、23号模块（光功率计&误码仪）一块

3、FC/PC型光纤跳线、连接线若干

三、实验原理

光接收机的性能指标主要包括灵敏度与动态范围。

（1）灵敏度

灵敏度就是光端机的重要特性指标之一,它表示了光接收机接收微弱信号的能力,就是系统设计的重要依据。

光接收机灵敏度的定义就是:

在给定误码率或信噪比条件下,光接收机所能接收的最小平均光功率。

在测灵敏度时应注意3点:

1、在测量光接收机灵敏度时,首先要确定系统所要求的误码率指标。

对不同长度与不同应用的光纤数字通信系统,其误码率指标就是不一样的。

例如,在短距离光纤数字通信系统中,要求误码率一般为

而在420km数字段中,则要求每个中继器的误码率为

。

对同一个光接收机来说,当要求的误码率指标不同时,其接收机的灵敏度也就不同。

要求误码率越小,则灵敏度就越低,即要求接收的光功率就越大。

因此,必须明确,对某一接收机来说,灵敏度不就是一个固定不变的值,它与误码率的要求有关。

测量时,首先要确定系统设计要求的误码率,然后再测该误码率条件下的光接收机灵敏度的数值。

2、要注意光接收机灵敏度定义中的光功率就是指最小平均光功率,而不就是指任何一个在达到系统要求的误码率时所对应的光功率。

因此,要特别注意“最小”的概念。

所谓“最小”,就就是指当接收的光功率只要小于此值,误码率立即增加而达不到要求。

应该指出,对某一接收机来说,光功率只要在它的动态范围内变化,都能保证系统要求的误码率。

但灵敏度只有一个,即接收机所能接收的最小光功率。

3、灵敏度指的就是平均光功率,而不就是光脉冲的峰值功率。

这样,光接收机的灵敏度就与传输信号的码型有关。

码型不同,占空比不同,平均光功率也不同,即灵敏度不同。

在光纤数字传输系统中常用的2种码型NRZ码与RZ码的占空比分别为100%与50%。

当“1”与“0”码的概率相等时,前者的平均光功率比后者大3db。

因此,测试灵敏度时必须选用正确的码型。

灵敏度的单位一般用dBm表示。

它表示以1mW功率为基础的绝对功率电平。

设测得的最小平均光功率为Pmin,则灵敏度可以表示为

例如当PR=-60dBm时,其最小平均光功率就就是10-9W。

要特别说明的就是:

Pmin越小,接收机的灵敏度就越高,该接收机在很小的接收光功率条件下,就可保证系统所要求的误码率。

（2）动态范围

在实际的光纤通信线路中,光接收机的输入光信号功率就是固定不变的,当系统的中继距离较短时,光接收机的输入光功率就会增加。

一个新建的线路,由于新器件与系统设计时考虑的富余度也会使光接收机的输入光功率增加。

为了保证系统的正常工作,对输入信号光功率的增加必须限制在一定的范围内,因为信号功率增加到某一数值时将对接收机性能产生不良影响。

在模拟通信系统中,输入信号过大将使放大器超载,输出信号失真,降低信噪比。

在数字通信系统中,当输入信号功率增加到某一数值时,将使系统出现误