北邮光纤通信实验报告

北京邮电大学—信息与通信工程学院—光纤通信实验报告北京邮电大学光纤通信实验报告学院：信息与通信工程学院班级：2012学号：2012姓名：日期：2015-6-8北京邮电大学—信息与通信工程学院—光纤通信实验报告一．OTDR的使用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。2.实验结果固定脉冲的宽度为4us，以0.05的步进改变n的值，测量并记录光纤长度和端到端衰减变化，结果如下图：可以看出：在一定范围内，随着使用的光纤折射率n增大，端到端的衰减差异较小；光纤长度变小，单位平均衰减变大。折射率n光纤长度（Km）端到端衰减（dB）单位平均衰减（dB/km）1.400011.60183.740.3221.450011.20193.740.3441.500010.82853.750.3461.550010.47923.730.356北京邮电大学—信息与通信工程学院—光纤通信实验报告二．插入损耗法测量光纤的损耗1.实验原理利用如下公式测量一段光纤的损耗特性其中，A是被测光纤的损耗与连接器损耗之和，忽略连接器损耗，光纤长度为L，则光纤的损耗系数为α=A/L（dB/km）2.实验步骤没有接入被测光纤时候的功率为P1，视为该段光纤的输入功率；接入被测光纤之后的功率为P2，视为该段光纤的输出功率。3.实验结果实验中选择的光纤长度为18962m，光信号的波长为1300nm.经过测量，可计算出对应的损耗系数，如下表所示：北京邮电大学—信息与通信工程学院—光纤通信实验报告波长/nm未接入光纤时的损耗P1/dBm接入光纤时的损耗P2/dBm光纤长度/km衰减常数αdB/km1300-1.09-9.8018.9620.46三．脉冲展宽法测量多模光纤的带宽1.实验原理如上图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△τ1；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△τ2。经过理论推导可以得到求解带宽公式：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△Vmarkers(off/on)、△V北京邮电大学—信息与通信工程学院—光纤通信实验报告markers(off/on)选框，先通过右侧对应按键将△Vmarkers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△Vmarkers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。d)将光纤换成跳线。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τ2。3、实验结果波长/nm接入跳线的时延τ1/ns接入光纤的时延τ2/ns脉冲响应宽度τ/ns单位长度光纤带宽B/GHz8501.6102.0211.2230.363四．半导体激光器的光谱测量在半导体激光器的光谱测量实验中，仪器的使用方法较为简单，我们按照给出的操作手册依步骤进行实验，很快就得出了实验结果。实验结果如下图所示：1.峰值波长和3dB带宽北京邮电大学—信息与通信工程学院—光纤通信实验报告峰值波长为1551.1826nm，光谱宽度为0.0918nm，边模抑制比是2.628dB。2.-20dB带宽北京邮电大学—信息与通信工程学院—光纤通信实验报告峰值波长为1551.1792nm，光谱宽度为0.1904nm。五．实验总结晚上的实验自己和同组的同学做了4个实验，实验中我和队友记录了数据，实验后对数据进行了处理和分析，老师做了误码率和眼图的演示实验。1.OTDR实验中花了一定的时间对仪器功能过程进行熟悉，还有对各项参数的概念进行理解，之后的操作较简单，误差较小。2.脉冲展宽法测光纤带宽实验中产生了少量误差，原因可能是因为光线跳北京邮电大学—信息与通信工程学院—光纤通信实验报告线的接线头接触不良引起的。3.插入法测衰减系数的实验比较容易操作的，但是接头处没有对齐可能会引起的损耗。4.光谱特性测量实验主要是读取了峰值波长，光谱宽度和边模抑制比，并观察了一下光纤信号的频谱图。六．心得体会总的说来，本次光纤通信实验的操作还是较为简单的，虽然只有一次机会，但是接触到了很多新仪器，设备非常精密而且昂贵，我们操作起来十分小心，期间在测量插入法损耗时遇到了问题，不管怎么测量，数值始终很小，和标称值有较大的差距，达不到预期效果，后来多亏了老师的耐心解答，我们发现原来是接口没有对齐，感谢老师的帮助，弥补了我在光纤通信理论知识方面的不足。实验课的最后，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，让我对光纤传输的整个系统有了更全面的认识和了解。通过本次光纤通信实验，我明白了在学好了理论知识以后，还需要在实际使用中学会解决问题。仪器的操作通过多练可以熟悉，而没有扎实的知识基础，这一切都无从谈起，这次实验也让我对今后的学习和实验更有信心。