实验七-多模光纤衰减测试实验.doc

光纤光缆传输特性测试实验实验七 多模光纤衰减测试实验一、实验目的1、了解光纤损耗的定义2、学会用插入法测量多模光纤的损耗二、实验内容1、测量多模光纤的衰减2、测量多模光纤的弯曲损耗三、预备知识1、了解多模光纤的特点、特性四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱1台2、850nm光发端机 1个3、FC接口光功率计1台4、万用表1台5、ST/PC-FC/PC多模光跳线1根6、FC/PC-FC/PC多模光跳线1根7、扰模器1台8、小可变衰减器（或2km光纤）1个9、连接导线 20根五、实验原理1、损耗机理本实验研究无源器件多模光纤的损耗。对于光纤来说，产生损耗的原因较复杂，光能在光纤中传输时，除了由于吸收、散射而使光能损失外，由于成缆敷设造成的光纤微弯和宏弯曲，光纤的耦合和接续，都会使光能产生附加的损失。归纳起来，产生衰减的原因大致可以分为三大类：吸收损耗，散射损耗，附加损耗，具体如下：（1）纤芯和包层物质的吸收损耗，包括石英材料的本征吸收和杂质吸收；（2）纤芯和包层材料的散射损耗，包括瑞利散射损耗以及光纤在强光场作用下诱发的受激喇曼散射和受激布里渊散射；（3）由于光纤表面的随机畸变或粗糙所产生的波导散射损耗；（4）光纤弯曲所产生的辐射损耗；（5）外套损耗。这些损耗可以分为两种不同的情况：一是石英光纤的固有损耗机理，像石英材料的本征吸收和瑞利散射，这些机理限制了光纤所能达到的最小损耗；二是由于材料和工艺所引起的非固有损耗，它可以通过提纯材料或改善工艺而减小甚至消除其影响，如杂质的吸收、波导散射等。光纤中平均光功率沿长度减少的规律为： （7-1）其中P(Z)和P(0)分别为轴向距离Z处和Z0处的光功率，为光纤的衰减系数，定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km。当Z=L时，dB/km （7-2）这里表示在波长处的衰减系数。应用上式时，要特别注意两点：（1）假定光纤沿轴向是均匀的 ，即与轴向位置无关。（2）对多模光纤，必须达到平衡模分布。只有满足这样的条件，测得的衰减系数才能线性相加。2、损耗测量测量光纤损耗的方法很多，CCITT建议以剪断法为参考，插入法为第一替代法，背向散射法为第二替代法。多模光纤损耗的测量，注入条件是头等重要的。多模光纤中可以传输成百上千个模，由于耦合条件的不同，各模携带的初始能量亦不同，传播过程中，由于模变换、模耦合和模衰减，各模携带的能量比例不断变化，只有经过很长的传输距离后，各模传输能量的比例才能固定下来。这时才达到了平衡模分布或稳态模分布。也就是说光纤输出端的近场分布和远场分布不再随长度而变化。随着光纤轴向均匀性的差异和光纤所处的状态不同，达到平衡模分布的长度也不一样，一般可从几百米到几千米不等。显然，测量剪断后2m光纤的长度是远远达不到平衡模分布要求的。为了满足测量的要求，必须加速平衡模分布建立的过程，就是说，要人为地控制注入条件和注入技术，使12m长光纤输出端的场分布接近平衡模分布。注入技术采取的措施包括扰模器（scrambler）、滤模器（mode filter）和包层模剥除器（cladding stripper）等。在实验系统测试多模光纤损耗时，采用CCITT推荐的以剪断法为测试方法，用小可变衰减器替代可调衰减的多模光纤，用柱状扰模器形成平衡模分布，测试实验框图如图7-1所示。测试方法为首先用光纤跳线接850nm光发端机，经过扰模器扰模后测试得到A点处光功率P0，取下光功率计，接上待测光纤（小可变衰减器模拟），再用光功率计测试得到B点光功率P1，代入公式7-2即得多模光纤（小可变衰减器）损耗。光源小可变衰减器（或待测光纤）光功率计P1扰模器P0A图7-1多模光纤损耗测试实验框图B六、注意事项1、光源、光跳线的插头属易损件，应轻拿轻放，使用时切忌用力过大。2、测量光纤弯曲损耗时，光纤在扰模器上缠绕不可拉得过紧。3、不可带电拔插光电器件，要拔插光电器件，须先关闭电源后进行。七、实验步骤1、用一根ST-FC光跳线一端接入850nm光发端机经扰模器扰模后与光功率计相连。2、连接导线：PCM编译码模块T661与CPLD下载模块983连接，T980与光发模块输入端T101连接。3、将拨码开关BM1、BM2和BM3拨到数字、850nm和850nm。K121拨下。4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。5、接通PCM编译码模块(K60)、CPLD下载模块（K90），光发模块(K10)的直流电源。6、用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104）。7、慢慢调节电位器W101，使驱动电流达到额定值，即使V=25mV。8、用光功率计测量此时的光功率P0。9、从光功率计端取下光纤，接入小可变衰减器（或待测光纤），用FC-FC多模光纤跳线与光功率计连接。10、用光功率计测得此时的光功率为P1。11、代入7-2式计算即得光纤损耗值。12、依次关闭各直流电源、交流电源。拆除导线，光学器件，将实验箱还原。八、实验报告1、字迹工整2、原理分析透彻3、通过实验结果，计算得到待测光纤损耗4、对实验结果以及误差分析正确九、思考题1、分析用剪断法