光线实验报告.docx

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光线实验报告

光纤实验报告

班级

姓名

学号

第一章：

实验2电光、光电转换传输实验

一、实验目的

1.了解本实验系统的基本组成结构；

2.初步了解完整光通信的基本组成结构；

3.掌握光通信的通信原理。

二、实验仪器

1.光纤通信实验箱

2.20M双踪示波器

3.FC-FC单模尾纤1根

4.信号连接线2根

三、基本原理

本实验系统主要由两大部分组成：

电端机部分、光信道部分。

电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。

实验系统（光通信）基本组成结构（光通信）如下图所示：

图1.2.1实验系统基本组成结构

在本实验系统中，电发射部分可以是M序列，可以是各种线路编码（CMI、5B6B、5B1P等），也可以是语音编码信号或者视频信号等，光信道可以是1310nmLD+单模光纤组成，可以是1550nmLD+单模光纤组成，也可以是850nmLED+多模光纤（选配）组成。

需要说明的是本实验系统中提供的两种工作波长的数字光端机，都是一体化结构。

光端机包括光发射端机TX（集成了调制电路、自动功率控制电路、激光管、自动温度控制等），光接收端机RX（集成了光检测器、放大器、均衡和再生电路）。

其数字电信号的输入输出口，都由铜铆孔开放出来，可自行连接。

一体化数字光端机的结构示意图如下：

图1.2.2一体化数字光端机结构示意图

四、实验步骤

1.关闭系统电源，将光跳线分别连接TX1310、RX1310两法兰接口（选择工作波长为1310nm的光信道），注意收集好器件的防尘帽。

2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”。

确认，即在P101铆孔输出32KHZ的15位m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。

即将m序列电信号送入1310nm光发端机，并转换成光信号从TX1310法兰接口输出。

5.示波器B通道测试光收端机输出电信号的P202测试点，看是否有与TX1310测试点一样或类似的信号波形。

6.按“返回”键，选择“码型变换实验—CMI码设置”并确认。

改变SW101拨码器设置（往上为1，往下为0），以同样的方法测试，验证P202和TX1310测试点波形是否跟着变化。

7.轻轻拧下TX1310或RX1310法兰接口的光跳线，观测P202测试点的示波器B通道是否还有信号波形？

重新接好，此时是否出现信号波形。

8.以上实验都是在同一台实验箱上自环测试，如果要求两实验箱间进行双工通信，如何设计连接关系，设计出实验方案，并进行实验。

9.关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

注：

本实验也可选择选择工作波长为1550nm和扩展模块的光信道。

五、实验结果

1.画出实验过程中测试波形，标上必要的实验说明。

2.结合实验步骤，叙述光通信的信号变换、传输过程。

3.画出两实验箱间进行双工通信的连接示意图，标上必要的实验说明。

4.如果将光跳线分别连接TX1310、RX1550两法兰接口，P204测试点是否有信号，信号与TX1310是否一样，写出你的答案，通过实验验证你的答案。

1.Tx1310

P202

CMI码设置后P202

2．电信号在前置电路中调制光信号，光信号从Tx口输出，从Rx口输入，然后转换为电信号，p202口可测。

4.P204可以收到信号，但是同Tx1310不同

第二章：

实验1数字光发端机的平均光功率测量

一、实验目的

1.了解数字光发端机平均光功率的指标要求；

2.掌握光发端机输出光功率的测试方法。

二、实验仪器

1.光纤通信实验箱

2.20M双踪示波器

3.光功率计（FC-FC单模尾纤）

4.信号连接线1根

三、基本原理

平均光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机码二进制序列为测试信号，用光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的平均光功率。

平均光功率是在额定电流下测得的，否则结果有偏差。

实验测量结构示意图如下图所示：

图2.1.1平均光功率测试结构示意图

四、实验步骤

1.关闭系统电源，按照图2.1.1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），注意收集好器件的防尘帽。

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，如10001000。

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。

即将拨码器设置序列电信号送入1310nm光发端机，并转换成光信号从TX1310法兰接口输出。

5.调节光功率计工作波长“1310nm”、单位“dBm”，读取此时光功率P，即为1310nm光发射端机在正常工作情况下，对于拨码器设置32K的10001000序列的平均光功率，记录码型和光功率

6.拨码器设置其它序列组合，W201保持不变，记录码型和对应的输出光功率，得出你的结论。

7.按返回键，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”。

确认，即在P101铆孔输出32KHZ的15位m序列。

以同样的方法测试，记录码型、速率和平均光功率值。

8.按返回键，液晶菜单选择“光纤测量实验—平均光发功率”。

确认，即在P103（P108）铆孔输出1KHZ的31位m序列。

以同样的方法测试，记录码型、速率和平均光功率值。

五、实验结果

1.记录数字光发射端机的平均光功率，标上必要的实验参数说明，归纳出光发射机输出的光功率与输入电信号的那些参数有关。

码型

电压（v）

功率（dBm）

10001000

3.34

-10.11

10101010

3.34

-10.48

00000000

0

-70

10011001

3.34

-10.11

结论：

输出码的“1”越多，功率越大。

如果对源码进行编码，得到CMI码后在测量，则功率会大体不变，因为源码的“1”对应CMI码“11”“00”交替变换，源码“0”对应“01”，输出01个数相同。

第二章：

实验2数字光发端机的消光比测量

一、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。

二、实验仪器

1.光纤通信实验箱

2.20M双踪示波器

3.光功率计（FC-FC单模尾纤）

4.信号连接线1根

三、基本原理

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：

（dB）（式2.1.1）

即得到光发射端机的消光比。

实验测量结构示意图如下图所示：

图2.2.1平均光功率测试结构示意图

四、实验步骤

1.关闭系统电源，按照图2.2.1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），注意收集好器件的防尘帽。

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，如10001000。

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。

即将拨码器设置序列电信号送入1310nm光发端机，并转换成光信号从TX1310法兰接口输出。

5.调节光功率计工作波长“1310nm”、单位“mW”，设置拨码器SW101为11111111，读取此时光功率P1，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，记录码型和光功率。

6.拨码器SW101设置为00000000，W201保持不变，记录码型和对应的输出光功率P0。

7．将P0、P1代入公式2.1.1，算出此数字光端机的消光比EXT。

8．关闭系统按电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

注：

本实验如选用平台上的两个数字光端机，由于其一体化设计时作过处理，因此输入全“0”时光功率计测不出光功率（极小），即消光比为无穷，这里可让学生学会测试方法。

如实验箱选配有激光和探测器性能测试等模块，学生可用此模块进行测试。

五、实验结果

1.记录数字光发射端机的消光比，标上必要的实验说明。

2.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？

使用1550测量：

码型：

11111111光功率：

P1=71.5uw

0000001P0=67.40uw

消光比：

EXT=10*log（p0/p1）=-2.03dB

第三章：

实验2光衰减器的性能指标测量

一、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。

二、实验仪器

1.光纤通信实验箱

2.20M双踪示波器

3.光功率计（FC-FC单模尾纤）

4.光衰减器（1310nm/1550nm）

5.信号连接线2根

三、基本原理

（一）一般地光衰减器可分为两类，即固定光衰减器和可变光衰减器。

1.固定光衰减器

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。

2.可变光衰减器

（1）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：

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。

为此，可变光衰减器应有高的精度和宽的可调衰减范围。

（2）结构与工作原理

可变光衰减器的结构原理图如图3.2.1所示：

图3.2.1可变光衰减器的原理结构图

（二）光固定/可调衰减器测量结构示意图，如下图所示：

图3.2.2平均光功率测试结构示意图

四、实验步骤

1.关闭系统电源，按照前面实验中的图3.1.2（a）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，注意收集好器件的防尘帽。

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，即在P103（P108）铆孔输出1KHZ的31位m序列。

3.示波器测试P103（P108）铆孔波形，确认有相应的波形输出。

4.用信号连接线连接P103（P108）、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。

即将1KHZ的31位m序列电信号送入1310nm光发端机，并转换成光信号从TX1310法兰接口输出。

5.调节光功率计工作波长“1310nm”、单位“mW”，读取此时光功率，即为1310nm光发射端机在正常工作情况下，对于31位m序列的平均光功率，记录光功率P1。

6.关闭系统电源，按照图3.2.2将固定（可调）衰减器串入光发射端机有光功率计之间，注意收集好器件的防尘帽。

7重复步骤2、4，测得衰减后的光功率P2，按

公式计算即为衰减器的衰减量。

若为固定衰减器，则将测得值与其标注的衰减量进行比较，算出其衰减精度（一般±10%）。

若为可调衰减器，慢慢调节其衰减量，记下P2的变化范围，算出此可调衰减器的衰减范围。

7.关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

注：

本实验也可选择选择工作波长为1550nm的LD光发射端机。

五、实验结果

1.通过测试得出待测固定衰减器的衰减量，计算出其衰减精度，标上必要的实验说明。

2.若为可调衰减器，记录其衰减量范围。

3.查找资料,陈述固定衰减器和可变衰减器主要的用途和指标。

加光衰减器之前：

P1=2.857uw

加光衰减器之后：

拧紧：

P2=2.782uw

未拧紧：

P2’=1.532uw

插入损耗:

Li=10*log（2.781/2.875）=-0.14dB

Li’=10*log（1.532/2.875）=-5.33dB

第二章：

实验4自动光功率控制（APC）测试

一、实验目的

1.了解自动光功率控制的目的；

2.掌握自动光功率控制的测量方法。

二、实验仪器

1.光纤通信实验箱（激光/探测器性能测试扩展模块，选配）

2.光功率计

3.电流表。

三、实验原理

在光纤通讯系统中，光发送电路主要由光源驱动器、光源（主要是半导体光源，包括LED、LD等）、光功率自动控制电路（APC）、检测器、温度自动控制（ATC）以及告警电路等部分组成。

　　要使半导体激光器克服供电电源波动、器件老化等因素的影响，确保激光器输出功率稳定，就必须设计自动功率控制（APC）电路。

如上图，光发射机发出的光经光电检测器将光信号转换为电信号。

电流检测电路检测，光发射机发出的功率变小时，由电流反馈电流增大光发射机的调制的电流，增大光功率，达到自动光功率控制的目的。

四、实验步骤

2．电流表（直流档）插入P02，P03，正表笔接P02，负表笔接P03，将K02跳线器拔掉。

3．K01跳线器插入左侧数字电路。

4．加电后即可开始实验。

5．要测出自动光功率控制（APC）的结果，需要将无APC和有APC进行比较。

按照下表进行测试：

6．将所测数据填入上表，从上表看出，有APC时，接与不接信号，电流和功率变化较小，而无APC时，电流和功率变化比较大。

所以，可以看出当激光器输出光功率突然变化时，APC电路将自动调整其输出功率，确保激光器输出功率稳定。

上面实验参数，验证了APC电路对光功率突然变大的影响。

另外，也可验证APC电路对光功率突然变小的影响，请实验者自行设计实验方案，写出实验步骤。

五、实验结果

1.对比测试的1310nmLD的有APC和无APC测试数据，得出你的结论。

结论：

从上表看出，有APC时，接与不接信号，电流和功率变化较小，而无APC时，电流和功率变化比较大。

所以，可以看出当激光器输出光功率突然变化时，APC电路将自动调整其输出功率，确保激光器输出功率稳定。

上面实验参数，验证了APC电路对光功率突然变大的影响。

第三章：

实验4波分复用器的性能指标测量

一、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；

3．了解光波分复用器的用途。

二、实验仪器

1．光纤通信实验箱

2．20M双踪示波器

3．光功率计（FC-FC单模尾纤）

4．光波分复用器（中心波长1310/1550）1对

5．活动连接器1个

6．信号连接线2根

三、基本原理

光波分复用器又称为光合波/分波器。

光波分复用器是为适应光波波分复用技术的需要研制出来的，使用光波分复用器的主要目的是提高光纤传输线路的传输容量。

波分复用是指一条光纤中同时传输具有不同波长的几个光载波，而每个光载波又各自载荷一群数字信号，因此波分复用又称多群复用。

图3.4.1给出的是波分复用通信的原理图。

具有不同波长、各自载有信息信号的若干个载波经由通道CH1、CH2、……CHn等进入合波器，被耦合到同一条光纤中去，再经过此条光纤长距离传输，到终端进入分波器，由其按波长将各载波分离，分别进入各自通道CH1、CH2、……CHn，并分别解调，从而使各自载荷的信息重现。

同样过程可沿与上述相反的方向进行，如图中的虚线所示，这样的复用称为双向复用，显然，双向复用的复用量将增大一倍，如一个通道传输的信息量为B，单向复用传输的则为NB，双向复用传输的则为2NB。

从上面分析不难看出，复用通信系统中关键的部件是合波、分波器，由于分波器与合波器在原理上是相同的，因此可统称波分复用器。

图3.4.1波分复用原理图

光波分复用器一般地分为有源、无源以及集成光学型几类。

1.无源光波复用器

无源光波复用器由光滤波器构成。

光滤波器一般地分为三种类型，即相干光滤波器、棱镜型滤波器，以及衍射光栅滤波器。

2.有源波分复用器

有关有源光波分复用器主要是多波长激光器（LD），多波长发光二极管（LED）、多波长光检测器以及集成光学型的光波分复用器。

3.光波分复用器一般性能

光波分复用器的主要性能指标是：

波分复用光通道数、工作波长、插入损耗、波长隔离度以及结构方式、外形尺寸等等。

光波分复用器的主要技术性能指标如：

工作波长：

1300、1550nm

插入损耗：

≤0.5dB

波长隔离度：

>20dB

温度范围：

0~65℃

热稳定性：

≤4%

偏振稳定性：

≤±2.5%

回波损耗：

>50dB

最大功率：

350mW

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3.4.2为波分复用器（合波器、分波器）在本实验系统中常用连接示意图。

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3.4.2波分复用器常用连接示意图

图3.4.2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3.4.3：

…

图3.4.3波分复用器测量连接示意图

（一）测量1310nm的插入损耗和波长隔离度

如图3.4.3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。

填入表格3.4.1。

插入损耗：

（dB）（式3.4.1）

隔离度：

（dB）（式3.4.2）

（二）测量1550nm的插入损耗和波长隔离度

如图3.4.3中所示，首先测出1550nm光源的输出光功率，记为Pb。

紧接着将波分复用器的c点接1550nm光源b点，用光功率计测出波分复用器的输出e、d两点功率，分别记为Pe、Pd。

代入下面公式得出对应的插入损耗和隔离度。

填入表格3.4.1。

插入损耗：

（dB）（式3.4.3）

隔离度：

（dB）（式3.4.4）

四、实验步骤

（一）光波分复用器1310nm光传输插入损耗和波长隔离度的测量

1．关闭系统电源，按照前面实验中图3.1.2（a）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，注意收集好器件的防尘帽。

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，即在P103（P108）铆孔输出1KHZ的31位m序列。

3．示波器测试P103（P108）铆孔波形，确认有相应的波形输出。

4．用信号连接线连接P103（P108）、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。

即将1KHZ的31位m序列电信号送入1310nm光发端机，并转换成光信号从TX1310法兰接口输出。

5．调节光功率计工作波长“1310nm”、单位“mW”，读取此时光功率，即为1310nm光发射端机在正常工作情况下，对于31位m序列的平均光功率，记录光功率Pa。

6．关闭系统电源，按照图3.4.3将光波分复用器串入，测得1310nm输出端口的光功率Pd，紧接着将光功率计移到1310nm输出端口，测得1310nm串扰光功率Pe，注意收集好器件的防尘帽。

7．将测得数据填入表格，并代入公式算出插入损耗和隔离度。

8．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

（二）光波分复用器1550nm光传输插入损耗和波长隔离度的测量

1．关闭系统电源，按照前面实验中图3.1.2（a）将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模尾纤、光功率计连接好，注意收集好器件的防尘帽。

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，即在P103（P108）铆孔输出1KHZ的31位m序列。

3．示波器测试P103（P108）铆孔波形，确认有相应的波形输出。

4．用信号连接线连接P103（P108）、P203两铆孔，示波器A通道测试TX1220测试点，确认有相应的波形输出，调节W205即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度最大（不超过5V），记录信号电平值。

即将1KHZ的31位m序列电信号送入1550nm光发端机，并转换成光信号从TX1550法兰接口输出。

5．调节光功率计工作波长“1550nm”、单位“mW”，读取此时光功率，即为1550nm光发射端机在正常工作情况下，对于31位m序列的平均光功率，记录光功率Pb。

6．关闭系统电源，按照图3.4.3将光波分复用器串入，测得1550nm输出端口的光功率Pe，紧接着将光功率计移到1310nm输出端口，测得1310nm串扰光功率Pd，注意收集好器件的防尘帽。

7．将测得数据填入表格，并代入公式算出插入损耗和隔离度。

8．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

五、实验结果

1.根据实验数据，完成表格3.4.1。

2.设计实验方案，测量图3.4.2中连接方式（分波器-合波器）的整体性能参数。

3.设计实验方案，画出连接示意图，实现两路信号通过1310nm、1550nm波分复用、解复用传输的过程

表（3.4.1）

输入功率（uW）

输出功率（mW）

插入损耗（dB）

隔离度（dB）

1310nm

Pa：

61.5

Pd：

3.09

Pe：

330.4

13

22.7

1550nm

Pb：

196.7

P：

2.405

Pd：

3.307

17.8

19.8

所用公式

插入损耗：

（dB）（式3.4.1）

隔离度：

（dB）（式3.4.2）

忽略此处..