光纖實驗指導書

1、實驗系統(tǒng)概述實驗系統(tǒng)的整體框圖如下：1310nm光發(fā)模塊光纖盤纖區(qū)實驗注意事項光纖盤纖區(qū)電源模塊1310nm光收模塊1550nm光發(fā)模塊光端FPGA1550nm光收模塊數(shù)字信號源及固定速率時分復用模塊2M接口模塊FPGA程序下載模塊2M接口模塊二數(shù)字信號源終端及解固定速率時分復用模塊電端FPGA計算機通信接口模塊一四PCM編碼模塊一PCM編碼模塊二計算機通信接口模塊五八電話甲路電話控制模塊電話乙路下面對各個模塊進行詳細的說明：一、1310nm光發(fā)模塊：完成電信號到光的轉換，包括對數(shù)字信號和模擬信號的調制。對數(shù)字信號調制的模塊中還包括：自動光功率控制電路、無光檢測電路、光器件壽命檢測電路等。各部

2、件功能說明：P100、P101：數(shù)字信號輸入口，輸入信號05V。P104、P102：模擬信號輸入口，輸入信號-5V5V。J101：模擬信號傳輸和數(shù)字信號傳輸切換開關。在電路板上已經(jīng)標明了模擬信號調制和數(shù)字信號調制的切換方式。J100：撥碼開關第一位是控制數(shù)字光調制的通和斷，第二位是控制自動光功率控制電流補償?shù)耐ê蛿唷艽a開關撥上為通，撥下為斷。TP100、TP101、TP102：這三個測試點是用來測量激光器的電流和自動光功率控制的補償電流，具體的使用方法見實驗九。TP103：輸入數(shù)字信號測試點。TP104：光檢測器經(jīng)光電轉換后電流的大小。TP105：輸入的數(shù)字信號和固定參考電壓進行比較后的輸出

3、。TP106：TP104和TP105的電壓經(jīng)過比較后的輸出。具體的電路見實驗八。RP100：調節(jié)數(shù)字信號光調制的調制強度。RP101：調節(jié)壽命告警電路的門限電壓的大小。RP102：調節(jié)無光告警電路的門限電壓的大小。RP103：調節(jié)自動光功率控制的強度。RP104：輸入模擬信號衰減，使模擬光調制達到比較理想的效果。二、1550nm光發(fā)模塊：同1310nm光發(fā)模塊有同樣的功能，其中各部件的功能與1310nm光發(fā)模塊也是對應。例如，1550nm中的測試點TP200與1310nm中的測試點TP100的功能一樣，RP100同RP200的作用一樣。三、1310nm光收模塊：主要完成光電信號的轉換，小信號的

4、檢測與信號的恢復放大等功能。包括預放大電路、主放大電路和電平判決電路。各部件功能說明：P103、P105：模擬信號輸出口。P106、P107：數(shù)字信號輸出口。TP108：模擬信號輸出測試點。TP109：數(shù)字信號輸出測試點。RP106：調節(jié)接收的靈敏度。RP107：調節(jié)模擬信號失真度。RP108：調節(jié)電平判決電路的判決電平。四、1550nm光收模塊同1310nm光收模塊有同樣的功能，其中各部件的功能與1310nm光收模塊也是對應。例如，1550nm中的測試點P203與1310nm中的測試點P103的功能一樣，RP106同RP206的作用一樣。五、數(shù)字信號源及固定速率時分復用模塊數(shù)字信號源模塊作用

5、是產(chǎn)生四路128Kbit/s的NRZ碼。固定速率時分復用模塊是將四路數(shù)字信號用固定速率時分復用的方式復用成一路NRZ碼。1、各部件功能說明：U300、U301、U302、U303：四個十位的光條，其中每個光條的前八位分別代表每一路NRZ碼的八位，每個光條的最后兩位無效。光條亮代表”1”，熄代表”0”。U311、U312、U313、U314：四個八位的撥碼開關，可以改變四路NRZ碼的值，撥碼開關撥上為”0”，撥下為”1”。P300、P301、P302、P304： 四路八位的NRZ輸出，TTL電平輸出。TP300、TP301、TP302、TP303：四路NRZ碼的觀測點。P738、P739、P74

6、0、P741：固定速率時分復用模塊四路數(shù)字信號輸入口。TTL電平輸入。P742：固定速率時分復用模塊復用信號輸出口。TTL電平輸出。TP743：四路NRZ碼及復用信號的位時鐘觀測點。六、數(shù)字信號源終端及解固定速率時分復用模塊解固定速率時分復用模塊的作用是將經(jīng)過固定速率時分復用的一路NRZ碼分解成四路NRZ碼。數(shù)字信號源終端是將分解后的NRZ碼顯示在光條上，因為幀同步碼不顯示，因此只顯示了三路NRZ碼。各部件功能說明：U304、U305、U306：三個十位的光條，其中每個光條的前八位分別代表每一路NTZ碼的八位，每個光條的最后兩位無效。光條亮代表”1”，熄代表”0”。P745： 解固定速率時分復

7、用模塊NRZ碼輸入口。TTL電平輸入。P744： 位時鐘提取輸入口。TTL電平輸入。TP745：解固定速率時分復用模塊NRZ碼輸入測試點。TP744：位時鐘提取NRZ碼輸入測試點。TP746：位時鐘提取模塊輸出的位時鐘信號測試點。七、2M接口模塊一和2M接口模塊二2M接口模塊主要完成電平變換和電平反變換的功能。電平變換是將兩路NRZ碼變換成三階高密度雙極性碼（HDB3碼）。電平反變換是將三階高密度雙極性碼（HDB3碼）變換成兩路NRZ碼。各部件功能說明：P800、P802（P900、P902）：電平變換的兩路NRZ碼輸入。TTL電平輸入。P801、P806（P901、P906）：電平變換后的三

8、階高密度雙極性碼（HDB3碼）輸出。TP800、TP802（TP900、TP902）：輸入的兩路NRZ碼觀測點。TP801（TP901）：輸出的三階高密度雙極性碼（HDB3碼）測試點。P803、P807（P903、P907）：電平反變換的三階高密度雙極性碼（HDB3碼）輸入口。P804、P805（P904、P905）：電平反變換的兩路NRZ輸出。TTL電平輸出。TP803（TP903）：輸入三階高密度雙極性碼（HDB3碼）測試點。TP804、TP805（TP904、TP905）：輸出的兩路NRZ碼觀測點。八、計算機接口模塊計算機接口模塊一四提供了八個計算機RS232接口。其中DOUT表示計算機

9、輸出的數(shù)據(jù)，DIN表示輸入到計算機的數(shù)據(jù)。九、PCM編譯碼模塊此模塊采用專用芯片TP3067來實現(xiàn)PCM編譯碼電路，可同時完成兩路信號的編譯碼工作。PCM模塊可以實現(xiàn)傳輸兩路語音信號。各部件功能說明：P500、P512：模擬信號輸入端。P502、P508：PCM編碼的幀時鐘。P503、P507：PCM編碼后的NRZ碼輸出。P506、P509：PCM譯碼單元NRZ碼輸入。P505、P510：PCM譯碼單元位時鐘輸入。P504、P511：PCM譯碼單元幀時鐘。P501、P513：PCM譯碼單元模擬信號輸出。TP500、TP512：模擬信號觀測點。TP502、TP508：PCM編碼的幀時鐘觀測點。T

10、P503、TP507：PCM編碼后的NRZ碼觀測點。TP501、TP513：PCM譯碼單元模擬信號測試點。十、電話模塊甲、乙此模塊采用專用芯片AM79R70來完成用戶接口電路（SLIC）。其中DOUT是語音信號輸出，DIN是語音信號輸入。十一、電話控制模塊電話控制模塊完成兩路電話摘掛機狀態(tài)檢測，設置兩路電話的通話、振鈴、忙音、回鈴音等狀態(tài)。十二、FPGA程序下載模塊程序下載采用一根JTAG下載線同時配置兩片F(xiàn)PGA的方式，斷電后通過JTAG下載的程序將丟失，F(xiàn)PGA再次上電時由專用配置芯片進行配置，此時FPGA中的程序是原始的程序。這樣，不用擔心進行二次開發(fā)實驗后程序會丟失，且FPGA程序下載

11、次數(shù)沒有限制，再加上FPGA的容量很大，因此本實驗系統(tǒng)很適合進行比較復雜的二次開發(fā)實驗。二次開發(fā)采用的軟件是QuartusII4.0，在附錄中將對QuartusII4.0軟件的使用方法進行詳細的介紹。各部件功能說明：J601：JTAG下載口。J604：選擇AS下載模式或JTAG下載模式。撥碼開關全撥向上是選擇AS下載模式，全撥向下是選擇JTAG下載模式。用戶使用時應將撥碼開關撥向下方。十三、電端FPGA電端FPGA主要完成變速率時分復用、HDB3編碼、HDB3譯碼、解變速率時分復用、位時鐘提取、幀同步提取信號等功能。1、變速率時分復用測試點及接口功能說明：P600、P601、P602、P603

12、：變速率時分復用四路數(shù)據(jù)輸入口。TP600、TP601、TP602、TP603：變速率時分復用四路數(shù)據(jù)輸入測試點。TP604：進行碼速調整的位時鐘測試點。P605、P606、P607、P608：碼速調整后的四路數(shù)據(jù)輸出口。TP605、TP606、TP607、TP608：碼速調整后的四路數(shù)據(jù)輸出測試點。TP609、TP610、TP611、TP612：變速率時分復用的四路數(shù)據(jù)的時隙。P613：變速率時分復用位時鐘輸出。TP613：變速率時分復用位時鐘測試點。P614：變速率時分復用復用輸出口。TP614：變速率時分復用復用輸出測試點。2、HDB3編碼模塊測試點及接口功能說明：P618：HDB3編碼

13、模塊NRZ碼輸入口。TP618：HDB3編碼模塊NRZ碼輸入測試點。P616、P617：HDB3編碼模塊HDB3碼兩路信號輸出。TP616、TP617：HDB3編碼模塊HDB3碼兩路信號輸出測試點。TP615：HDB3編碼位時鐘測試點。3、HDB3譯碼模塊測試點及接口功能說明：P621、P622：HDB3譯碼模塊兩路NRZ碼輸入口。TP621、TP622：HDB3譯碼模塊兩路NRZ碼輸入觀測點。P620：HDB3譯碼模塊NRZ碼輸出口。TP620：HDB3譯碼模塊NRZ碼輸出觀測點。TP619：HDB3譯碼位時鐘時鐘測試點。4、位時鐘提取模塊（數(shù)字鎖相環(huán)模塊）測試點及接口功能說明：P624：位

14、時鐘提取模塊NRZ碼輸入口。TP624：位時鐘提取模塊NRZ碼輸入觀測點。P623：位時鐘提取模塊位時鐘輸出口。TP623：位時鐘提取模塊位時鐘輸出觀測點。5、幀同步信號提取模塊測試點及接口功能說明：P626：幀同步信號提取模塊數(shù)據(jù)輸入。TP625：幀同步信號提取模塊位時鐘觀測點。TP627、TP628、TP629、TP630：幀同步信號提取模塊四路數(shù)據(jù)的幀同步信號測試點。6、解復用模塊測試點及接口功能說明：P632：解復用模塊NRZ碼輸入口。TP631：解復用模塊位時鐘測試點。P633、P634、P635、P636：解復用模塊四路數(shù)據(jù)輸出口。TP633、TP634、TP635、TP636：解

15、復用模塊四路數(shù)據(jù)輸出觀測點。十四、光端FPGA光端FPGA主要完成HDB3編碼、HDB3譯碼、擾碼、解擾碼、CMI編碼、CMI譯碼、位時鐘提取、固定速率時分復用、解固定速率時分復用等功能。其中固定速率時分復用模塊和解固定速率時分復用模塊的測試點及接口功能在前面已經(jīng)介紹。1、HDB3譯碼模塊測試點及接口功能說明：P703、P704：HDB3譯碼模塊兩路NRZ碼輸入口。TP703、TP704：HDB3譯碼模塊兩路NRZ碼輸入測試點。P702：HDB3譯碼模塊NRZ輸出口。TP702: HDB3譯碼模塊NRZ輸出測試點。P701：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入口。TP701：單獨模塊實驗時外加時鐘信

16、號輸入測試點。TP700：HDB3譯碼模塊位時鐘觀測點。2、位時鐘提取模塊測試點及接口功能說明：P708：位時鐘提取模塊NRZ碼輸入口。TP708：位時鐘提取模塊NRZ碼輸入測試點。P707：位時鐘提取模塊位時鐘輸出口。TP707：位時鐘提取模塊位時鐘輸出測試點。P706：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入口。TP706：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入測試點。TP705：位時鐘提取模塊主時鐘測試點。3、擾碼模塊測試點及接口功能說明：P712： 擾碼模塊NRZ碼輸入口。TP712：擾碼模塊NRZ碼輸入測試點。P711： 擾碼模塊擾碼輸出口。TP711：擾碼模塊擾碼輸出測試點。P710： 單獨模塊實驗

17、時外加時鐘信號輸入口。TP710：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入測試點。TP709：擾碼模塊位時鐘測試點。4、CMI編碼模塊測試點及接口功能說明：P716：CMI編碼模塊NRZ碼輸入口。TP716：CMI編碼模塊NRZ碼輸入測試點。P715：CMI編碼模塊CMI碼輸出口。TP715：CMI編碼模塊CMI碼輸出測試點。P714：單獨模塊實驗時外加時鐘輸入口。TP714：單獨模塊實驗時外加時鐘輸入測試點。TP713：CMI編碼位時鐘，編碼速率是2048Kbit/s。5、PN序列產(chǎn)生模塊：P720：輸出7位8Kbit/s的PN序列一。TP720：PN序列一的觀測點。P719：輸出PN序列一的位時鐘。

18、TP719：PN序列一位時鐘的觀測點。P718：輸出15位32Kbit/s的PN序列二。TP718：PN序列二的觀測點。P717：輸出PN序列二的位時鐘。TP717：PN序列二位時鐘的觀測點。6、CMI譯碼模塊測試點及接口功能說明：P724：CMI譯碼模塊CMI碼輸入口。TP724：CMI譯碼模塊CMI碼輸入觀測點。P723：CMI譯碼模塊NRZ碼輸出口。TP723：CMI譯碼模塊NRZ碼輸出觀測點。P722：單獨模塊實驗時外加時鐘輸入口。TP722：單獨模塊實驗時外加時鐘輸入測試點。TP721：CMI譯碼模塊時鐘觀測點。7、位時鐘提取模塊測試點及接口功能說明：P728：位時鐘提取模塊NRZ碼

19、輸入口。TP728：位時鐘提取模塊NRZ碼輸入測試點。P727：位時鐘提取模塊位時鐘輸出口。TP727：位時鐘提取模塊位時鐘輸出測試點。P726：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入口。TP726：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入測試點。TP725：位時鐘提取模塊主時鐘測試點。8、解擾碼模塊測試點及接口功能說明：P732：解擾碼模塊擾碼輸入口。TP732：解擾碼模塊擾碼輸入測試點。P731： 解擾碼模塊NRZ碼輸出口。TP731：解擾碼模塊NRZ碼輸出測試點。P730： 單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入口。TP730：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入測試點。TP729：擾碼模塊位時鐘測試點。9、HDB3編

20、碼模塊測試點及接口功能說明：P737：HDB3編碼模塊NRZ碼輸入口。TP737：HDB3編碼模塊NRZ碼輸入測試點。P736、P735：HDB3編碼模塊HDB3碼兩路信號輸出。TP736、TP735：HDB3編碼模塊HDB3碼兩路信號輸出測試點。P734：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入口。TP734：單獨模塊實驗時外加時鐘信號輸入測試點。TP733：HDB3編碼位時鐘測試點。實驗二 光纖活動連接器一、實驗目的1.了解介紹光纖活動連接器在光纖通信系統(tǒng)中的作用2.了解光纖的各種性能參數(shù)。二、實驗內容1.介紹光纖活動連接器的特點與作用。2.介紹光纖活動連接器的分類。3.測量光纖活動連接器的插入損耗

21、。三、實驗儀器1.光纖通信實驗系統(tǒng)1臺。2.光功率計1臺。3.光纖活動連接器1個。四、實驗原理光連接器是光纖傳輸系統(tǒng)中光通路的基礎部件，是光纖系統(tǒng)中必不可少的光無源器件。它能實現(xiàn)系統(tǒng)中設備之間、設備與儀表之間，設備與光纖之間以及光纖與光纖之間的活動連接，以便于系統(tǒng)接續(xù)、測試、維護。目前，光纖通信對活動連接器的基本要求是：插入損耗小，受周圍環(huán)境變化的影響小，易于連接和拆卸，重復性、互換性好，可靠性高，價格低廉。光纖通信使用的光連接器按纖芯插針、插孔的數(shù)目不同分有單芯活動連接器和多芯活動連接器兩類；單芯活動連接器的基本結構是插針和插孔。由光纖連接損耗的計算可知，影響損耗的主要外在因素是相互連接的兩

22、根光纖的纖芯之間的錯位和傾斜，所以在連接器的結構中，要求插針中的纖芯與插孔有很高的同心度，相連的兩根插針在插孔中能精確的對準。按結構不同分有FC型、ST型、SC型、PC型等等。1.FC型活動連接器FC型（平面對接型）光連接器。這種連接器插入損耗小，重復性、互換性和環(huán)境可靠性都能滿足光纖通信系統(tǒng)的要求，是目前國內廣泛使用的類型。FC型連接器結構采用插頭轉接器插頭的螺旋耦合方式。兩插針套管互相對接，對接套管端面拋磨成平面，外套一個彈性對中套筒，使其壓緊并且精確對中定位。FC型光連接器制造中的主要工藝是高精度插針套管和對中套筒的加工。高精度插針套管有毛細管型、陶瓷整體型和模塑型三種典型結構。對中套筒

23、是保證插針套管精確對準的定位機構。FC型單模光纖連接器一般地分螺旋耦合型和卡口耦合型兩種。FC型單模光纖連接器所連接的兩根光纖端面是平面對接，端面間的空氣氣隙會產(chǎn)生菲涅爾反射。反射光反射到激光器會引起額外的噪聲和波形失真，而端面間的多次反射還會引起插入損耗的增加。2.PC型光纖連接器PC型（直接接觸型）單模光纖連接器。這種連接器是為克服FC型連接器的缺點而設計的。它是將插針套管端面拋磨成凸球面，使被連接的兩根光纖的端面直接接觸。這樣，它的插入損耗小、反射損耗大、性能穩(wěn)定可靠。PC型光纖連接器用于高速數(shù)字傳輸系統(tǒng)。FC型連接器插針套管的端面也可研磨拋光成凸球面，此時稱為FCPC型光纖連接器。3.

24、SC型光纖連接器SC型（矩形）光纖連接器。SC型矩形光纖連接器采用新型的直插式耦合裝置，只需軸向插拔，不用旋轉，可自鎖和開啟，裝卸方便。它體積小，不需旋轉空間，能滿足高密封裝的要求。它的外殼是矩形的，采用模塑工藝，用增強的PBT的內注模玻璃制造。插針套管是氧化鋯整體型，將其端面研磨成凸球面。插針體尾入口是錐形的，以便光纖插入到套管內。SC型矩形連接器的裝配一般分：選擇套管、光纖處理、光連接器與光纖的連接、套管端面處理等各步驟。4.ST型光纖連接器ST型連接器是一種卡口式的連接器，它采用帶鍵的卡口式緊鎖機構，確保每次連接均能準確對中。插針直徑為2.5mm，其材料可為陶瓷或金屬。它可在現(xiàn)場安裝，也

25、可在工廠預裝成光纖組件。在本實驗系統(tǒng)中，ST插座就與半導體發(fā)光二極管組裝在一起構成光發(fā)送組件或與光檢測管、放大器等組件組裝成光接收組件，組件用雙列直插的8針插頭向外連接。電路板上再裝上雙列直插的8孔插座，使用時把組件的8針插頭插入電路板的8針插座內即實現(xiàn)了光纖與光收發(fā)組件再與電路板線路的連接。目前ST型活動連接器的插入損耗典型值為0.3dB，最大值為0.5dB；其后向反射損耗在一般情況下為-31dB，但在端面作精細處理后，可-40dB。單模光纖連接器產(chǎn)品，一般地應標明連接器名稱、型號、接光纖類型、工作波長、光纖尺寸、光纖根數(shù)、首次使用插入損耗、溫度范圍、耦合方式（螺旋、卡口、插拔式）以及端面處

26、理、裝配方式等等。五、實驗注意事項1.在實驗過程中切勿將光纖端面對著人，切勿帶電進行光纖的連接。六、實驗步驟1.關閉實驗系統(tǒng)。按以下方式用連信號連接導線連接：數(shù)字信號源模塊（數(shù)字信號輸出一）P300P1001310數(shù)字光發(fā)模塊（數(shù)字光發(fā)信號輸入）2.用光纖跳線連接1310nm光發(fā)模塊的光纖活動連接器和光功率計的光纖活動連接器。3.將1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的撥碼開關J100第一位撥到ON狀態(tài)，第二位撥到OFF狀態(tài)，將1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的手調電位器向左旋到最大。4.打開系統(tǒng)電源。將數(shù)字信號源輸?shù)谝宦返膿艽a開關U311全撥到“OFF”狀態(tài)，即輸入到1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的信號始終為“1”。

27、5.觀察光功率計的讀數(shù)P1。6.關閉系統(tǒng)電源。在光纖跳線和光功率計之間插入一個光纖活動連接器，然后再用光纖跳線連接光纖活動連接器和光功率計。7.打開系統(tǒng)電源。觀察光功率計的讀數(shù)P2。8.關閉系統(tǒng)電源，拆除實驗導線，將各實驗儀器擺放整齊。七、實驗報告1.記錄實驗參數(shù)P1、P2。按公式P=P1-P2，得到光纖活動連接器的插入損耗P。實驗三光耦合器件一、實驗目的1.了解光耦合器件各種類型。2.了解光耦合器件的制造工藝。3.了解波分復用器與一般的光耦合器件有何不同。二、實驗內容1.介紹光耦合器的特點與作用。2.介紹光耦合器的分類。3.測量波分復用器的光串擾。三、實驗儀器1.光纖通信實驗系統(tǒng)1臺。2.光

28、功率計1臺。3.光纖活動連接器1個。4.波分復用器2個。四、實驗原理：光耦合器的功能是把一個或多個光輸入分配給多個或一個光輸出。這種器件對光纖線路的影響主要是附加插入損耗，還有一定的反射和串擾噪聲。耦合器大多與波長無關，與波長相關的耦合器專稱為波分復用/解復用器。1.耦合器的類型如下圖示出常用耦合器的類型，它們具有不同的功能和用途。分路器（3端口）合路器（3端口）（a）耦合器（3端口）（b）耦合器（4端口）M或NN（c）星狀耦合器（d）波分復用器12分波器12合波器1212常用耦合器的類型圖（a）Y型耦合器這是一種3端耦合器，其功能是把一根光纖輸入的光信號按一定比列分配給兩根光纖，或把兩根光纖

29、輸入的光信號組合在一起，輸入一根光纖。這種耦合器主要用做不同分路器的功率分配器或功率組合器。圖（b）4端口耦合器這是一種2×24端耦合器（又稱2×2星狀耦合器），用來完成光功率在不同端口間的分配。它可用做定向耦合器或分路器，但不能做合路器。圖（c）星狀耦合器這是一種n×m耦合器，其功能是把n根光纖輸入的光功率組合在一起，均勻地分配給m根光纖，m和n不一定相等。這種耦合器通常用做多端功率分配器。圖（d）波分復用器（也稱合波器/分波器）前述光耦合器均只涉及光功率的分配，而波分復用器涉及多個不同波長的信號進行結合（合波器）或分離（分波器）的功能，因而不僅涉及光功率的分配

30、，還涉及不同波長的分配，因而可以看做是一種特殊形式的光耦合器。2.基本結構耦合器的結構有許多種類型，其中比較實用和有發(fā)展前途的有光纖型、微器件型和波導型。（1）光纖型全光纖型耦合器的制造方法有熔錐和研磨法兩種類型。、熔錐型光纖耦合器。把兩根或多根光纖排列，用熔拉雙錐技術制作的各種器件。這種方法可以構成Y型耦合器、定向耦合器和波分解復用器等。它是將兩根或多根光纖，把涂覆蓋層去掉清洗干凈后，擰絞成麻花狀，然后在加熱熔融狀態(tài)下邊加熱邊向兩邊拉伸而成，中間部位是啞鈴狀的雙錐體。它的工作原理是這樣的：在雙錐體的前半部，隨著光纖逐漸變細，原來在光纖中傳播的芯模逐漸變成包層模并向前傳播。在雙錐體區(qū)光信號已使

31、所有光纖“公有化”了，即發(fā)生光耦合。在雙錐體后半部分，隨著光纖逐漸變粗，包層模又逐漸轉變?yōu)槟Ｐ?，使光功率分配到各個光纖中，這就是多纖星狀耦合器的工作原理。多纖星狀耦合器的制造工藝和所選用設備都比較簡單，而光纖根數(shù)又可任意選定，因此，這種光纖耦合器將會得到極大的發(fā)展。隨著光纖通信向深層的發(fā)展，光纖耦合器將在光纖用戶網(wǎng)以及光纖居域網(wǎng)中得到大規(guī)模的應用。、研磨型光纖耦合器研磨型光纖耦合器制作過程是，將兩根光纖一邊的包層磨掉大部分，剩下很薄的一層，然后將兩根光纖經(jīng)研磨的一側拼合在一起，中間涂上一層折射率匹配液，于是兩根光纖可以通過包層里的消失場發(fā)生耦和，得到所需的偶合功率。通常，為了有較好的耦和效率，

32、要求剩下的包層極?。◣孜⒚祝?。由于其耦合原理也是利用消失場耦合，因而其特性和原理類似于上述熔錐型光纖耦合器，但其制造技術不易控制，不如熔錐型光纖耦合器那么簡單容易。（2）微器件型用自聚焦透鏡和分光片（光部分透射，部分反射）、濾光片（一個波長的光透射，另一個波長的光反射）或光柵（不同波長的光有不同反射方向）等微光學器件可以構成Y型耦合器、定向耦合器和波分解復用器。用2×2的耦合器同樣可以構成星狀耦合器。自聚焦透鏡在光物元器件中起著非常重要的作用。（3）波導型在一片平板襯底上制作所需形狀的光波導，襯底做支撐體，同時又做波導包層。波導的材料根據(jù)器件的功能來選擇，一般是SiO2，橫截面為矩形

33、或半圓形。3.波分復用器的光串擾波分復用器的光串擾即為其隔離度，其測試原理、框圖如下：測量1310nm的光串擾的方框圖如下：波分復用器波分復用器1310nm輸入光纖活動連接器1310nm輸出1550nm輸入1550nm輸出圖A波分復用器波分復用器1310nm輸入光纖活動連接器1310nm輸出1550nm輸入1550nm輸出圖B (公式A) (公式B)上式中的和即是波分復用器相應的光串擾。五、實驗注意事項1.在實驗過程中切勿將光纖端面對著人，切勿帶電進行波分復用器的連接。六、實驗步驟1.關閉實驗系統(tǒng)。按以下方式用連信號連接導線連接：數(shù)字信號源模塊（數(shù)字信號輸出一）P300P1001310數(shù)字光發(fā)

34、模塊（數(shù)字光發(fā)信號輸入）2.按圖A連接好波分復用器。3.將1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的撥碼開關J100第一位撥到ON狀態(tài)，第二位撥到OFF狀態(tài)，將1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的手調電位器向左旋到最大。4.打開系統(tǒng)電源。將數(shù)字信號源輸?shù)谝宦返膿艽a開關U311全撥到“OFF”狀態(tài)，即輸入到1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的信號始終為“1”。5.測出圖A中的和。6.關閉系統(tǒng)電源。然后，按圖B連接好波分復用器。7.打開系統(tǒng)電源。測出圖B中的和。8.關閉系統(tǒng)電源，拆除實驗導線，將各實驗儀器擺放整齊。七、實驗報告1. .按公式A、B分別算出波分復用器相應的光串擾和。.按公式A、B分別算出波分復用器相應的光串擾和。實驗十

35、一 光發(fā)射機指標測試一、實驗目的1.了解數(shù)字光發(fā)端機平均輸出光功率的指標要求。2.掌握數(shù)字光發(fā)端機平均輸出光功率的測試方法。3.了解數(shù)字光發(fā)端機的消光比的指標要求。4.掌握數(shù)字光發(fā)端機的消光比的測試方法。二、實驗內容1.測試數(shù)字光發(fā)端機的平均光功率。2.測試數(shù)字光發(fā)端機的消光比。3.繪制數(shù)字光發(fā)端機的P-I特性曲線。三、實驗儀器1.光纖通信實驗系統(tǒng)1臺。2.示波器1臺。3.光功率計1臺。4.萬用表1部。5.光纖跳線1根。四、實驗原理光發(fā)射機的指標包括：半導體光源的P-I特性曲線測試、消光比（EXT）測試和平均光功率的測試。下面對這三個方面進行詳細的說明：1.半導體光源的P-I特性曲線測試半導體

36、激光器的輸出光功率與驅動電流的關系如下圖所示，該特性有一個轉折點，相應的驅動電流稱為門限電流(或稱閾值電流)，用Ith表示。在門限電流以下，激光器工作于自發(fā)發(fā)射，輸出熒光功率很小，通常小于100puW；在門限電流以上，激光器工作于受激發(fā)射，輸出激光，功率隨電流迅速上升，基本上成直線關系。激光器的電流與電壓的關系相似于正向二極管的特性，如下圖所示，但由于雙異質結包含兩個pn結，所以在正常工作電流下激光器兩極間的電壓約為12V。P-I特性是選擇半導體激光器的重要依據(jù)。在選擇時，應選閾值電流Ith盡可能小，Ith對應P值小，而且沒有扭折點的半導體激光器，這樣的激光器工作電流小，工作穩(wěn)定性高，消光比大

37、，而且不易產(chǎn)生光信號失真。且要求P-I曲線的斜率適當。斜率太小，則要求驅動信號太大，給驅動電路帶米麻煩：斜率太大，則會山現(xiàn)光反射噪聲及使自動光功率控制環(huán)路調整困難。半導體激光器具有高功率密度和極高量子效率的特點，微小的電流變化會導致光功率輸出變化，是光纖通信中最重要的一種光源，激光二極管可以看作為一種光學振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放人機制，也即激活介質處于粒子數(shù)反轉分布，而且產(chǎn)生的增益足以抵消所有的損耗。將開始出現(xiàn)凈增益的條什稱為閾值條件。一般用注入電流值來標定閾值條件，也即閾值電流Ith，當輸入電流小于Ith時，其輸出光為非相干的熒光，類似于LED發(fā)出光，當電流大于Ith時 ，則輸

38、出光為激光，且輸入電流和輸出光功率成線性關系，該實驗就是對該線性關系進行測量，以驗證P-I的線性關系 激光器的功率特性 激光器的伏安特性LD半導體激光器P-I曲線示意圖2.消光比（EXT）的測試消光比定義為：，式中P00是光發(fā)射機輸入全“0”時輸出的平均光功率即無輸入信號時的輸出光功率。P11是光發(fā)射機輸入全“1”時輸出的平均光功率。從激光器的注入電流（I）和輸出功率（P）的關系，即P-I特性可以清楚地看出消光比的物理概念，如下圖所示。由圖可知，當輸入信號為“0”時，光源的輸出光功率為P00,它將由直流偏置電流Ib來確定。無信號時光源輸出的光功率對接收機來說是一種噪聲，將降低光接收機的靈敏度。

39、因此，從接收機角度考慮，希望消光比越小越好。但是，應該指出，當Ib減小時，光源的輸出功率將降低，光源的譜線寬度增加，同時，還會對光源的其他特性產(chǎn)生不良影響，因此，必須全面考慮Ib的影響，一般取Ib=(0.70.9)Ith(Ith為激光器的閾值電流)。在此范圍內，能比較好地處理消光比與其他指標之間的矛盾?？紤]各種因素的影響，一般要求發(fā)送機的消光比不超過0.1。消光比對光接收機靈敏度的影響如下圖。在光源為LED的條件下，一般不考慮消光比，因為它不加直流偏置電流Ib，電信號直接加到LED上，無輸入信號時的輸出功率為零。因此，只有以LD作光源的光發(fā)射機才要求測試消光比。PEXTADPPIN消光比對靈敏

40、度的影響3.平均光功率光發(fā)送機的平均輸出光功率被定義為當發(fā)送機送偽隨機序列時，發(fā)送端輸出的光功率值。ITU-U在規(guī)范標準光接口時，為使成本最佳，同時適應運行條件變化，并考慮了活動連接器的磨損、制造和測量容差以及老化因素的影響后，給出了一個允許的范圍。其中比較重要的激光器劣化機理是有源層的劣化和橫向漏電流的增加所導致的激勵電流增加以及光譜特性隨時間的變化。通常，光發(fā)送機的發(fā)送功率需要有11.5 dB的富余度。五、實驗注意事項缺省1.在實驗過程中切勿將光纖端面對著人，切勿帶電進行光纖的連接。2.不要帶電插拔信號連接導線。六、實驗步驟：.光發(fā)射機P-I特性曲線的測量1.關閉系統(tǒng)電源。按以下方式用連信

41、號連接導線連接：數(shù)字信號模塊（數(shù)字信號輸出一）P300P1001310數(shù)字光發(fā)模塊（數(shù)字光發(fā)信號輸入）2.用光纖跳線連接1310nm光發(fā)模塊的光纖活動連接器和光功率計的光纖活動連接器。3.將1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的撥碼開關J100第一位撥到ON狀態(tài)，第二位撥到OFF狀態(tài)。4.打開系統(tǒng)電源。將數(shù)字信號源輸?shù)谝宦返膿艽a開關U311全撥到“OFF”狀態(tài)，即輸入到1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的信號始終為“1”。5.用萬用表測量R101兩端的電壓（測量方法：先將萬用表打到電壓檔，然后將紅表筆插入TP101，黑表筆插入TP100）。讀出萬用表讀數(shù)U，代入公式I=U/R，其中R=51, 讀出光功率記讀數(shù)P。6

42、.調節(jié)RP100（激光器注入電流調節(jié)）然后，重復步驟5，將測得的參數(shù)填入下表： PI7.按上表的值繪制P-I特性曲線.消光比的測量1.關閉系統(tǒng)電源。按以下方式用連信號連接導線連接：數(shù)字信號模塊（數(shù)字信號輸出一）P300P1001310數(shù)字光發(fā)模塊（數(shù)字光發(fā)信號輸入）2.用光纖跳線連接1310nm光發(fā)模塊的光纖活動連接器和1310nm光收模塊的光纖活動連接器。3.將1310nm光發(fā)模塊的撥碼開關J100全部撥到ON狀態(tài)，將電位器RP103向右旋轉到最大。將開關J101的短路塞調整到數(shù)字傳輸端。4.打開系統(tǒng)電源。將數(shù)字信號源輸?shù)谝宦返膿艽a開關U311撥為到“01010101”狀態(tài)（發(fā)光二極管亮表示

43、“1”，不亮表示“0”）。5.用示波器觀測1310nm光收數(shù)字信號輸出端口（TP109）。通過調節(jié)光收端電位器RP106、RP107、RP108及1310nm光發(fā)數(shù)字光發(fā)部分電位器RP104（調節(jié)光強度）得到最佳傳輸?shù)臄?shù)字信號。6.關閉系統(tǒng)電源。保持信號導線連接方式不變，將光纖跳線改為連接1310nm光發(fā)模塊的光纖活動連接器和光功率計的光纖活動連接器。7.打開系統(tǒng)電源。8.將數(shù)字信號源輸?shù)谝宦返膿艽a開關U311全撥到“OFF”狀態(tài)，使輸入到1310nm數(shù)字光發(fā)模塊的信號始終為“1”測得此時光發(fā)端機輸出的光功率為P11。9.將撥碼開關U311全部撥向ON端（發(fā)光二極管全滅），使輸入到1310nm

44、數(shù)字發(fā)光模塊的信號始終為“0”，測得此時光發(fā)端機輸出的光功率為P00。10.代入公式，即得光發(fā)端機消光比。3、平均光功率的測試1.關閉系統(tǒng)電源。按以下方式用連信號連接導線連接：光端FPGA（PN序列二信號輸出）P718P1001310數(shù)字光發(fā)模塊（數(shù)字光發(fā)信號輸入）2.用光纖跳線連接1310nm光發(fā)模塊的光纖活動連接器和1310nm光收模塊的光纖活動連接器。3.將1310nm光發(fā)模塊的撥碼開關J100全部撥到ON狀態(tài)，將電位器RP103向右旋轉到最大。將開關J101的短路塞調整到數(shù)字傳輸端。4.打開系統(tǒng)電源。用示波器觀測1310nm光收數(shù)字信號輸出端口（TP109）。通過調節(jié)光收端電位器RP1

45、06、RP107、RP108及1310nm光發(fā)數(shù)字光發(fā)部分電位器RP104（調節(jié)光強度）得到最佳傳輸?shù)臄?shù)字信號。6.關閉系統(tǒng)電源。保持信號導線連接方式不變，將光纖跳線改為連接1310nm光發(fā)模塊的光纖活動連接器和光功率計的光纖活動連接器。7.打開系統(tǒng)電源。8.此時光功率計的讀數(shù)，即為光發(fā)端機的平均光功率。9.做完實驗后關掉系統(tǒng)電源，拆除實驗導線。10.將各實驗儀器擺放整齊。七、實驗報告1.記錄下實驗過程中的參數(shù)，并算出消光比和平均光功率。2.繪制P-I特性曲線。實驗十五 電話語音光纖傳輸系統(tǒng)一、實驗目的1.了解電話語音信號光纖系統(tǒng)的通信原理。2.了解完整的電話語音信號光纖通信系統(tǒng)的基本結構。3

46、.了解用戶接口電路的原理。二、實驗內容1.電話語音通過光纖的模擬信道進行傳輸。三、實驗儀器1.光纖通信實驗系統(tǒng)1臺。2.電話2部。3.光纖跳線2根。四、實驗原理本實驗系統(tǒng)的電話系統(tǒng)采用了熱線電話的模式，熱線電話的工作模式：其中任意一路摘機后（假定是甲路），另一路將振鈴（假定是乙路）而電話甲將送回鈴音。當乙路摘機后，雙方進入通話狀態(tài)。當其中一路掛機后另一路將送忙音，當兩部電話都掛機后通話結束。電話接口芯片采用的是AM79R70，電路原理如下:AM79R70應用電路圖AM79R70的工作狀態(tài)說明如下表：狀態(tài)C3C2C1兩線狀態(tài)/DET輸出饋電選擇E1=1E1=00000開路振鈴回路振鈴回路B2EN1001振鈴振