光纤通信实验指导书(XXXX新编)

-1-光纤通信实验指导书巢湖学院电子工程与电气自动化学院2016年2月I目录实验要求......................................................................................................II光纤实验箱使用注意事项........................................................................III实验一单模光纤特性测量......................................................................1实验二多模光纤特性测量......................................................................4实验三光连接器和跳线特性测量..........................................................7实验四光可变衰减器性能测试实验......................................................9实验五光波长区分.................................................................................11实验六OTDR原理及运用.......................................................................13实验七双音多频检测实验....................................................................16实验八PDH终端呼叫处理通信系统综合实验....................................20实验九OCDMA直接序列扩频技术.........................................................29实验十光波分复用器............................................................................36附录实验系统概述II实验要求1、实验前必须充分预习，完成指定的预习任务，预习要求是：1）认真阅读实验知道书，了解实验任务2）复习实验中所有各仪器的使用方法及注意事项。2、使用仪器和学习前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时必须严格遵守。3、实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，初学或没有把握应经指导老师审查同意后再接通电源。4、实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导老师。找出原因、排除故障，经指导老师同意后再继续实验。5、实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。6、实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录试验结果（数据、波形、现象）。所记录的实验结果经指导教师审阅签字后在拆除实验线路。7、实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。8、实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。III光纤实验箱使用注意事项光学器件属于昂贵易损器件，所以在实验操作过程中应加倍小心，防止光学器件的损坏，为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项：1、请仔细阅读实验指导书操作步骤后开机实验，实验各测试点、跳线及开关说明请参考附录III，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。2、实验箱使用过程中应有防静电措施，以防静电损坏光学器件。3、光学器件属于昂贵器件，在安装和拆卸过程中请注意轻拿轻放，遇到问题须及时向老师报告。4、实验时不可将光纤输出端对准自己或别人的眼睛，以免损伤眼睛。5、实验箱使用完毕后，请立即将防尘帽盖住光纤输入、输出端口，用光纤端面防尘盖盖住光纤跳线端面，防止灰尘进入光纤端面而影响光信号的传输。6、若不小心把光纤输出端的接口弄脏，需用酒精棉球进行清洗。7、光纤跳线接头应妥善保管，防止磕碰，使用后及时戴上防尘帽。8、不要用力拉扯光纤，光纤弯曲半径一般不小于30mm，否则可能导致光纤折断。9、进行光纤传输实验时，半导体激光器驱动电流不要超过40mA，发光二极管驱动电流不要超过60mA。10、不要用手触摸激光器和探测器的焊点，以免烧坏激光器与探测器。实验一单模光纤特性测量.一、实验目的1、能够熟练测量光的特性2、掌握单模光纤特性二、实验仪器1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台2、光功率计一台三、实验原理光纤是光波的传输媒质，按光纤中传输模式的多少，光纤可分为多模光纤和单模光纤两类。在单模光纤中只能传输一个模式，多模光纤则能承载成百上千个模式。一般的光纤通信系统中，对光纤的要求为：（1）低传输损耗；（2）高带宽和高数据传输速率；（3）与系统元件（光源、光检测器等）的耦合损耗低；（4）高的机械稳定性；（5）在工作条件下光和机械性能的退化慢；（6）容易制造。单模光纤：中心玻璃芯较细（5～10μm），只能传一种模式的光。单模光纤可提供最大的信息载容量，在设计波长时，带宽可达到50GHz·km。单模光纤的折射率可选用阶跃型分布，也可选用梯度型分布，为了特殊的目的，如：色散位移、非零色散、色散补偿、保偏等，还可选用其他复杂的折射率分布结构。目前商用的常规单模光纤，一般选用阶跃型折射率分布。阶跃型单模光纤是高带宽、低损耗的优质光纤，这种光纤适合长距离光传输。它一般是由掺杂石英玻璃制成。单模光纤的芯径很小以确保其传输单模，但是其包层直径很大。为避免外界环境的影响，一般要用缓冲层来保护和增强单模光纤。实际使用的单模光纤可能结构如图2.1.1所示。单模光纤的结构、参数和各组成部分的作用与多模光纤是类似的，它们的不同之处在于：单模光纤有模场直径和截止波长两个特殊参数。单模光纤的典型几何参数如表2.1.1所示。2表2.1.1单模光纤的典型几何参数参数指标模场直径，μm（8.6～10.5）±0.7包层直径，μm125±1芯／包层同心度误差，μm≤0.8包层不圆度，％≤2％单模光纤以其损耗低、频带宽、容量大、成本低、易于扩容等优点，作为一种理想的信息传输介质，得到了广泛的应用，随着光纤通信技术的飞速发展，人们研究开发出了光纤放大器、时分复用技术、波分复用技术和频分复用技术，使单模光纤的传输距离、通信容量和传输速率进一步提高。四、实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：2－3），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：2－3），KX02设置在“正常”位置；用发送波长为1310nm和1550nm的光纤发送器作为光源；并准备好尾纤，为保证测试精度，测量前先用酒精棉将光纤头清洁一下。1、弯曲损耗测量(1)将单模光纤跳线的一端接入光纤收发模块中激光收发器UE01的发送端，然后用光功率计测量该光源的光功率并记录结果。(2)人为地抖动跳线，定性地观察光功率值的波动范围。(3)人为地弯曲跳线，甚至小心的对折，观察光功率的测量值，估算弯曲以后的损耗；图2.1.1单模光纤的横截面图3还可以将跳线绕在笔上，观察绕若干圈所引入的损耗。2、不同波长（1310nm与1550nm）的光信号在光纤中衰减量的测量（连接方法可参考图2.1.2）1310／1550nmLDZH7002跳线连接器跳线光功率计图2.1.2跳线连接示意图(1)将跳线的一端接到光发送波长为1310nm的激光发送器的输出端，用光功率计测出该点的光功率13p，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根跳线，测光功率'13p，计算出差值'131313dpp。（注：此差值中包含有连接器的损耗）(2)将跳线的一端接到光发送波长为1550nm的激光发送器的输出端，用光功率计测出该点的光功率15p，在此跳线的另一端通过连接器再接入跳线，测光功率'15p，计算出差值'151515dpp。（注：此差值中包含有连接器的损耗）(3)将13d和15d进行作比较。五、实验报告分析总结各项测量结果。4实验二多模光纤特性测量.一、实验目的1、能够熟练测量光的特性2、掌握多模光纤特性二、实验仪器1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台2、光功率计一台三、实验原理多模光纤：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，耦合入光纤的光功率较大，可传多种模式的光。但其模间色散较大，每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。除此之外，多模光纤弯曲损耗比较大。多模光纤结构如图2.2.1所示。纤芯用来导光，包层保证光在纤芯内发生全反射。涂覆层则为保护光纤不受外界作用而产生微小裂纹。多模光纤的典型几何参数，如表2.2.1所示。由于多模光纤一方面收发机相对便宜，另一方面多模光纤接续简单方便和费用低，因此应用范围也很广。且目前是多模光纤研究与开发的一个新时期，多模光纤以前大多用在短程通信中，随着人类社会信息化进程步伐的加快，其传输速率和容量也在不断上升。图2.2.1多模光纤的结构图5表2.2.150／125多模光纤典型几何参数参数指数芯径，μm50.0±2.5包层直径，μm125.0±2.0芯不圆度，％≤6％芯／包层同心度误差，μm≤1.5包层不圆度，％≤2％四、实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置为“5B6B”工作方式（右端：2－3），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置为“m序列”（右端：2－3），KX02设置在“正常”位置。准备好多模光纤跳线，为保证测试精度，测量前先用酒精棉将跳线头清洁一下。1、弯曲损耗测量(1)将跳线的一头接入光收发模块中激光收发器UE01的发送端，用光功率计在跳线另一头测光功率，记录测量结果。(2)人为地抖动跳线，定性的观察光功率值的波动范围。(3)人为地弯曲跳线，甚至小心的对折，观察光功率计的测量值，估算跳线弯曲后的损耗；还可将跳线绕在一枝笔上，测量绕若干圈后的损耗。2、不同波长（1310nm与1550nm）的光信号在跳线中衰减量的测量(1)将跳线的一端接到光发送波长为1310nm的激光发送器的输出端，并用光功率计测出该点的光功率13p，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根多模光纤跳线，然后再测光功率'13p，计算出差值'131313dpp。（此差值包含有光通过连接器的损耗）(2)将跳线的一端接到光发送波长为1550nm处，并用光功率计测出该点的光功率15p，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根多模光纤跳线，然后再测试光功率'15p，计算出差值'151515dpp。（此差值包含有光通过连接器的损耗）6(3)将13d和15d进行作比较。3、多模光纤与单模光纤串接性能测试(1)将激光收发器UE01的发送端作为光源，先接入一根单模光纤跳线，用光功率计测出光功率，并记录测量结果，然后在这根单模光纤跳线的另一头通过连接器再接上一根多模光纤跳线，在多模光纤跳线的另一端测出的光功率。(2)同理，将激光收发器UE01的发送端作为光源，先接入一根多模光纤跳线，这时用光功率计测出光功率，并记录，然后用连接器连上一根单模光纤，再用光功率计测出该端的光功率。(3)将（1）、（2）步骤中各对应点的值作比较，分析原因。五、实验报告分析总结各项测量结果。7实验三光连接器和跳线特性测量.一、实验目的1、理解光连接器和光纤跳线器的各种特性2、熟悉光连接器和光纤跳线器的应用方法二、实验仪器1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台2、光功率计一台三、实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE0