《现代光纤通信系统》实验指导书(2023年)

《现代光纤通信系统》试验指导书何宁 编信息与通信学院202312月2概 述信技术。通信进展过程是以不断提高载频频率来扩大通信容量，光是一种频率极高的电磁波〔3×1014H引力，是通信进展的必定方向。光纤通信有很多优点：首先它有极宽的频带。目前我国已完成了10Gbps的光纤通信系统125um115dB/Km10Km1.55um的光纤最低已到达0.2dB/Km的损耗，站间无中继传输可达100Km以上。另外，光纤通信还具有抗—SiO2。高速传输。光纤通信将会在光同步数字体系〔SDH、相干光通信、光纤宽带综合业务数字网〔—ISD、用户光纤网、ATM及全光通信有进一步进展。试验一 光纤及LD特性测量一．试验目的把握光纤的根本构造和传输特性。了解光纤通信光源的类型及发光机理。LD有关特性测量。二．试验内容及要求光纤根本特性及连接技术测试。LD伏安特性测试。LD电光转换特性测试。LD调制特性测试。LD光谱特性测试。三．试验原理2光纤的制造过程是比较简洁的过程，生产光纤的主要材料为石英〔SiO，其制造流程如图1所示：2材料提纯材料提纯预制棒熔炼拉丝套塑成缆材料分析检验预制棒检验光纤测试图1 光纤光缆制造流程图光纤的制作过程一般可分为三个主要步骤：1、熔炼常用方法主要有改进的化学气相沉积法MCV〕和微波等离子体法PCVD式为：SiCl+O 高温 SiO+2Cl4 2 2 2GeCl+O高温 GeO+2Cl4 2 2 22式中SiO2

用于转变石英折射率的掺杂剂。222是将已制作好的预制棒在高温下拉成高质量的光纤，光纤的几何尺寸精度必需严格把握。3为提高光纤的机械强度，需把经一次涂覆的光纤再套上塑料套管。长波长光纤〔1.31um，1.55um〕和超长波长光纤〔2um。按传输模式分为单模光纤和多模光纤。光纤接续有固定连接和活动连接两种，固定连接一般用于光缆工程上；活动连接一般用于机与线或机与机之间的连接，是可以拆卸的。光纤的焊接最关键的一步是端面处理，它直接影响光纤的接续损耗，光纤焊接定光缆架设工程和光缆线路日常维护的一项关键技术。光纤接续损耗主要受以下几个因素的影响，被焊接光纤折射率失配，纤蕊失配，端面的平坦度和干净程度等。光纤传输特性主要有损耗特性和频带特性，光纤损耗特性通常用dB/km表示，引起光能量衰减的缘由有吸取损耗、散射损耗和辐射损耗。要降低光纤衰减，可承受纯度极高的石英玻璃。光纤频带特性通1Km光纤通信系统承受的光源主要有半导体激光器〔LD〕和发光二极管〔LED〕,依据制作的材料不同，0.85um、1.3um1.55um三种。LED是非相干光源，是一种直接注入电流的光放射器件，它的放射过程主要对应光的自发辐射过程，是半导体晶体内部受激电子从高能级回复到低能级时，放射出光子的结果。在发光二极管的构造中，不存在谐振腔，当注入正向电流时，注入的非平衡载流子在集中过程中复合发光。因此，发光二极管不是阈值器件，它的输出功率根本上与注入电流成正比。激光器的特性主要有光谱特性、伏安特性、电光转换特性和调制特性。伏安特性是指LD通过正向电流时，发光二极管两端所产生的正向压降，由于正向电阻比较小，故2给出示意图。〔a〕伏安特性曲线 〔b〕伏安特性测试电路图2伏安特性示意图光谱曲线上发光强度最大时所对应的波长为发光峰值波长，光谱曲线上两个半光强点所对应的波长差称为LD的谱线宽度，其值为30～40nm左右,光谱极易受温度的影响。与一般光源相比，激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强 等特点，激光的消灭使原有的光谱技术在灵敏度和区分率方面得到很大的改善。激光器依据谱线宽度不同可分为 单纵模和多纵模激光器，其光谱如图3、图4和图5所示。图3 LED光谱特性 图4LD光谱特性 图5LED多纵模光谱LD的光输出功率与注入电流的关系，它是LD的重要参数之一，分为直流输出LD所发出的光功率；而脉冲LD发光面所放射出的光功率。出6所示。6P－ILED调制特性是指在规定的直流正向工作电流下，用数字或模拟信号对LED进展调制，从而转变7给出其调制原理图。〔a〕模拟调制 〔b〕数字调制图7调制特性曲线四．试验线路4给出了伏安特性、出光特性的具体测试电路，调整电位器可转变流过二极管的电流，从而转变LD5给出了光调制电路，a〕LD工作在线性范围，在无信号输入时，必需给LD加确定的直流偏置；b〕图为数字调制电路，三极管VT处于零偏置，且在开关LD有光信号输出，当输入信号为低电寻常，三极管截止通，LD无光信号输出。图4伏安特性与P－I特性测试电路 图5调制电路五．试验步骤〔一〕观看生产光纤流程，测量光纤物理尺寸，光纤熔接练习。〔二〕LED伏安特性测试将电流表串接入LD测试电路，开启稳压电源〔直流5。LD100mALD两端对应的电压值。1LD两端对应电压值。依据测试数据作出LD的正向伏安特性曲线。1电电1流2345678910 20 30 40 50 60 70 80 90 100电压〔三〕LD出光特性测试5LD的电流。LDLD2中。依据测试数据作出LD的出光特性曲线。2电电5102030405060708090100流功率〔四〕LD调制特性测试〔模拟调制〕1KHz100mv的正弦信号，并参与电路输入端。用示波器测试三极管的输出调制波形。用光功率计测试此时LD的光功率值。六．试验设备稳压电源 信号源 光功率计七．试验报告处理试验数据，并画出相关特性曲线。说明模拟调制和数字调制对线性的要求。试验体会。

万用表 双踪示波器试验二： 数字光纤传输测试系统设计一、试验目的1、理解利用光承载电信号的原理，设计数字光纤通信传输测试系统。2、把握光纤通信系统接收的灵敏度测量及通信距离概算。二、试验任务和原理试验任务：按给定设备和器件，设计构建一数字光纤传输光接收灵敏度测试系统，并模拟信道衰减计算系统传输距离。试验原理：光纤通信系统主要由光发信机、光纤传输介质〔光信道〕和光收信机组成，光发信机是完成电信号与光信号的转换，即调制，光波是承载电信号的载波，目前光纤通信中常用的调制方式主要是直接光强度调制。光纤是作为光信号的传输通道，完成收发两端设备的连接。光电探测器是将接收到的光功率转换成信号电流送到后级进展处理，光纤通信中最常用的光电探测PINAPD光信号经过长距离传输会产生衰减，它将影响信号的接收质量，这就需提高接收机的灵敏度。接收机的灵敏度是在保证接收机的对信号的正常接收状况下，接收机所需的最小光功率，常承受分贝毫瓦〔dBm〕表示。光纤传输系统中继距离的长短，除了放射机的放射光功率和接收机的灵敏度外，还与光纤传输介质的损耗有关，光纤传输系统传输信道衰减组成及表达式如下：TXTXMcMeRX活动接头固定接头光纤传输系统信道组成Lmax

P PT

nA MC eAA SMf L CfPT

为放射平均功率，单位dBm; PR

dBm;A 一个活动接头损耗，单位dB; M 设备充裕度，单位dBC eA dB/Km;f

AfdB/个；LfM 光纤线路充裕度，dB/Km.C三、系统设计及技术要求1、 光接收灵敏敏度测试⑴用调制光源连续光〔CW〕状态测试活动接头的衰减量；1KHz0.5mW⑶搭建测试系统，测量给定光接收机的灵敏度。要求：画出测试系统框图及测试波形，按“正切灵敏度”测试法和“替代法”测出接收的最小光功率，并计算出光接收机的灵敏度〔dBm。2、 光纤数字传输系统距离概算〔留意活动接头的个数〕⑵假设在灵敏度保持确定时，光放射机功率再增加0.1mW，计算此时间纤信道传输距离可增加多少Me＝3dB，0.2dB/Km)。四、试验仪器及使用调制光源一台稳压电源一台光纤衰减器一台双踪示波器一台光功率计一台光接收电路一块调制光源是光纤通信完成电光转换的一个重要局部，它可使用内部电信号和外部电信号调制，可输出连续光和脉冲光，输出光功率可进展调整，通过调整INT按键可转变其工作状态，CW为连续光输出，