北邮光通信实验报告

信息与通信工程学院光纤通信实验报告班级：2013211123姓名：周亮学号：2013210906日期：2016年5月光纤通信实验·报告第1页一、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。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光纤通信实验·报告第2页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。d)将光纤跳线5、将波段调为1310nm，重复以上步骤。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、实验结果脉冲半高全宽850nm短光纤1.640ns2.262km长光纤2.560ns1310nm短光纤1.600ns2.262km长光纤3.040ns表1脉冲展宽法测量结果计算得850nm波段的单位长度带宽B1=0.224GHz1310nm波段的单位长度带宽B2=0.1698GHz光纤通信实验·报告第3页二、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18.9km，光信号波长为1550nm。经过三次测量，得到三组值，计算出其对应的损耗系数，如表2所示：P1=1068uW光纤通信实验·报告第4页P2=160uWa=(10/18.9)lg(1068/160)=0.437dB/km老师给出的值为0.3dB/km左右，而实验测得值偏大，误差产生的原因可能是光纤在测量时由于弯曲导致损耗增大。三、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。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。光纤通信实验·报告第5页2、实验结果由于本操作非常简单，因此直接给出结果图。如图5所示：光纤通信实验·报告第6页OTDR结果示意图四、半导体激光器的光谱测量半导体激光器的光谱测量仪器的使用方法很简单，实验结果如图光纤通信实验·报告第7页上图分别为20dB和3dB测量结果峰值波长：1151.29nm半高谱宽：0.12nmSMSR：3.58dB3dB谱宽：1551.3721-1551.1887=0.1834nm20dB谱宽：1551.3333-1551.2388边摸抑制比:39.56dB光纤通信实验·报告第8页五、心得体会本次光通信实验包含了四个动手实验和一个演示实验，配合老师的讲解以及自己对实验仪器和步骤的探索，我和搭档两人顺利的将四个实验都完成并提前离开。通过这次亲自动手的实验，我将在理论课上学习到的知识，运用到了实际之中，理论和实践的结合，增强了对光纤通信系统特性的理解和掌握。实验过程中，接触了许多之前未曾见过的光学仪器，实验仪器将原本复杂的理论过程大为简化，要实现某一功能只需按一个按钮，调整几个参数，就能将所求的示数读出并打印，操作比较容易，加上对实验的理解，做到了较为顺利的完成实验。有时测出的数据有明显误差，需要分析原因，有可能是某一步的操作有误或者理解偏差，排除这些问题，重新测量就=就解决了这类问题。总体感觉这次实验提供的更多是将所学只是运用到操作中来的一次机会，学会操作仪器并不是主要目的，还需要我们对理论知识的进一步加深理解，如果不能做到对知识的深刻掌握，在日后的实验中可能会碰到一些问题。通过本次光纤实验，我不仅学习了一些光纤中常用仪器的使用，还将课上的知识加以巩固，总的来说在这次实验中我有很大收获。