光通信實驗報告

=信息與通信工程學院光纖通信實驗報告■_rJ班 級：姓 名： 學號： 班內序號：17日期： 2015年5月'、OTDR的使用與測量1、實驗原理OTDR使用瑞利散射和菲涅爾反射來表征光纖的特性。瑞利散射是由于光信號沿著光纖產生無規(guī)律的散射而形成。OTDR就測量回到OTDR端口的一部分散射光。這些背向散射信號就表明了由光纖而導致的衰減（損耗/距離）程度。形成的軌跡是一條向下的曲線，它說明了背向散射的功率不斷減小，這是由于經過一段距離的傳輸后發(fā)射和背向散射的信號都有所損耗。給定了光纖參數后，瑞利散射的功率就可以標明出來，如果波長已知，它就與信號的脈沖寬度成比例：脈沖寬度越長，背向散射功率就越強。瑞利散射的功率還與發(fā)射信號的波長有關，波長較短則功率較強。也就是說用1310nm信號產生的軌跡會比1550nm信號所產生的軌跡的瑞利背向散射要高。在高波長區(qū)（超過1500nm），瑞利散射會持續(xù)減小，但另外一個叫紅外線衰減（或吸收）的現象會出現，增加并導致了全部衰減值的增大。因此，1550nm是最低的衰減波長；這也說明了為什么它是作為長距離通信的波長。很自然，這些現象也會影響到。TDR。作為1550nm波長的OTDR，它也具有低的衰減性能，因此可以進行長距離的測試。而作為高衰減的1310nm或1625nm波長，OTDR的測試距離就必然受到限制，因為測試設備需要在OTDR軌跡中測出一個尖鋒，而且這個尖鋒的尾端會快速地落入到噪音中。菲涅爾反射是離散的反射，它是由整條光纖中的個別點而引起的，這些點是由造成反向系數改變的因素組成，例如玻璃與空氣的間隙。在這些點上，會有很強的背向散射光被反射回來。因此，OTDR就是利用菲涅爾反射的信息來定位連接點，光纖終端或斷點。OTDR的工作原理就類似于一個雷達。它先對光纖發(fā)出一個信號，然后觀察從某一點上返回來的是什么信息。這個過程會重復地進行，然后將這些結果進行平均并以軌跡的形式來顯示，這個軌跡就描繪了在整段光纖內信號的強弱。盲區(qū)的概念Fresnel反射引出一個重要的OTDR規(guī)格，即盲區(qū)。有兩類盲區(qū)：事件和衰減。兩種盲區(qū)都由Fresnel反射產生，用隨反射功率的不同而變化的距離來表示。盲區(qū)定義為持續(xù)時間，在此期間檢測器受高強度反射光影響暫時"失明〃，直到它恢復正常能夠重新讀取光信號為止。2、實驗結果本實驗主要按照要求進行測量，測出在不同折射率條件下的背向散射法曲線，并按照下圖中所示方法求得所需的衰減常數與接頭損耗:①為光纖境入端的耦合器件產生的反射（菲涅耳反射）；?為恒定斜率區(qū)； '③為接頭損耗點或精合引起的不建維性】 '?①為光纖境入端的耦合器件產生的反射（菲涅耳反射）；?為恒定斜率區(qū)； '③為接頭損耗點或精合引起的不建維性】 '?為波導就陷引起的強反射點；⑤為輸出常菲強耳反射*p陞‘‘』、B兩點之間是一條宜線，表明即應于光纖］：AB段的衰減常數為一定值,向洗經過樣.返西次衰凝，所以曲線段光肝的衰減為七哭咿W 網如,貝"WISS-4背向散射潔禺裾莖賓圣理_0_Q_有懼光的補試㈣曲）ftfF里承墨4―!知?觀it|順墾卜 背句散時法剽國原理柢圖則其所測得效果圖如下所示:則其所測得效果圖如下所示:而通過該典型曲線測量衰減常數和接頭損耗的最終結果如下表所示折射率n光纖長度AA、B段距離衰減常數接頭損耗IndexD(Km)A=2(匕-匕)(dB)Lab(Km)AaLAB(dB/Km)△1.452621.62071.61459.54320.16920.5441.460321.50671.63559.62420.16990.576:、脈沖展寬法測量多模光纖帶寬1、實驗原理多模光纖基帶響應測試方法既可用頻域的方法，也可用時域的方法。時域法利用的是脈沖調制。按照對脈沖信號采集及數學處理方法的不同，又分為脈沖展寬法、快速傅立葉變換法和頻譜分析法。本實驗采用的是較為簡單的脈沖展寬法。蒯光纖脈沖發(fā)激光器牛器化曰腐測器底光纖示波器目動光功率控制圖1.多模光纖脈沖展寬測試儀原理圖如圖1所示為多模光纖時域法帶寬測試原理框圖。從光發(fā)模塊輸出窄脈沖信號，首先使用跳線（短光纖）連接激光器和光檢測器，可以測出注入窄脈沖的寬度最1；然后將待測光纖替換跳線接入，可以測出經待測光纖后的脈沖寬度At2。經過理論推導可以得到求解帶寬公式：0.441Ji20.441Ji2-T2(GHz)多模光纖脈沖展寬測試儀如圖2所示。前面板接口分上下兩層。上層用于850nm測試，下層為1310nm。每個波長分別由窄脈沖發(fā)生器輸出極窄光脈沖經被測光纖回到測試儀內進行O/E變換后送出電信號，通過高速示波器即可顯示。本實驗測試850nm波段和1310nm波段，采用的數字示波器如圖3所示。3姓玄卻曾大冷MUHt■唯EET>EllfPH圖2.多模光纖脈沖展寬測試儀實物圖圖3.實驗米用的數字示波器實物圖2、實驗步驟接跳線測試：打開測試儀電源開關（位于背面），前面板上的電源指示燈亮；將示波器輸入端與本儀器850nm的“RFOUT”輸出端用信號線接好；用一根光纖跳線將850nm的“OPTICALIN”和“OPTICALOUT”連接起來；進行示波器操作：a） 按AUTO-SCALE鍵調出波形；b） 點擊TIMEBASE鍵，并通過右下方旋鈕調整脈沖至適當寬度（一般設置為10.0ns/div）；c） 點擊z、AV鍵，顯示屏右方會出現京markers（off/on）、京markers（off/on）選框，先通過右側對應按鍵將avmarkers設為on，分別調節(jié)Vmarkerl和Vmarker2測出脈沖高度并找出脈沖半高值；再將AVmarkers設為on，分別調節(jié)tmarkerl和tmarker2使其與脈沖半高值相交。則有tmarker2-tmarkerl即為脈沖半高全寬q。接光纖測試：換下該光纖跳線，接入待測光纖用同樣方法測出T2。3、實驗結果脈沖高度半高寬縱坐標脈沖半高全寬850nm短光纖485.156mV140.156mV1.96ns待測光纖508.875mV148.781mV2.28ns則根據以下公式得到脈沖響應寬度:第4頁T=Jt2—T2則脈沖響應寬度T=1.1648ns。再根據以下公式求得待測光纖帶寬：0.441

B= T最終待測光纖帶寬為0.3786GHz?？梢钥闯雠c理論值基本相符，說明測量結果較為準確。三、半導體激光器的光譜測量l=J三、半導體激光器的光譜測量l=J|==|1、實驗原理與步驟半導體激光器的光譜測量使用的儀器是AC6370B。我們主要根據儀器上的說明測量了峰值波長、光譜寬度以及邊模抑制比。其操作步驟如下圖所示：

POWER”鍵（左下角）光潛分析儀POWER”鍵（左下角）光潛分析儀AQ637OB操作參ISTEP2：按“SWEEP”鍵（F^CTION面板鍵區(qū)）涉掃描輸入信號STEP3：按0UTO"鍵（軟鍵區(qū)，顯示屏右側）%自動設置中心波長等STEP4：按“$TOP”鍵（軟鍵區(qū)）甄停止自動STEP5:按"SPAN”鍵（FUNCTION面板鍵區(qū)）%將顯示屏上的數值設置為5nm（DATAENTRY面板鉞K■STEPS：“SWEEP”+"SINGLE”（軟鍵區(qū)）%重新設置后再顯示波夠STEP7：^PEAKSEARCH”（FUNCTION面板鍵區(qū)）%查找測雎照的波峰，顯示屏頂端區(qū)域顯示陶逾婆長和以窣STEP8：“NEXTLEVELSEARCH"（軟鍵區(qū)｝%顯示屏頂端區(qū)域顯示峰值波長和功率STEP9："ANALYSIS”（FUNCTION面板鍵區(qū)）馳分析波形STEP1O：“THRESH”（軟鍵區(qū)）STEPH：“SPECWIDTHTHRESH"（軟鍵區(qū)）%選#3dB和2（MB測量帶寬，數值輸入在DATAEHTRY面板淀區(qū)2、實驗結果22、實驗結果2、實驗結果最后的實驗結果如下表所示:峰值波長最高光譜峰值強度次高光譜峰值強度邊模抑制比3dB帶寬20dB帶寬1546.0860nm-7.65dBm-56.37dBm48.72dBm0.0326nm0.1179nm

四、插入損耗法測量光纖的損耗l=J四、插入損耗法測量光纖的損耗l=J|==|1、實驗原理測量一段光纖的損耗特性，主要利用公式A=10lg (dB)A實際上是被測光纖的損耗與連接器損耗之和。如果忽略連接器損耗，被測光纖的長度為L，則光纖的損耗系數為a=—(dB,‘km)L2、實驗步驟實驗步驟如圖4所示:光源廠匚、 無纖活動連接器'上一、\ 生入系統(tǒng) E0一廠/一光探則囂'一’ 抗模器(a)參考則里禎刪光纖(zV)—|注入系藐|——rn rn—,光探測器.擾槿器 普 Bi(丸)TE-Jt. \ f我姓舌動連接器圖4插入損耗法測量光纖損耗示意圖沒有被測光纖接入時候的功率"(丸)可以看做該段光纖的輸入功率，接入被測光纖之后的功率*("可以看做該段光纖的輸出功率。3、實驗結果實驗使用設備為APM820，被測光纖長度為18962m，光信號波長為1550nm。經過測量，得到未接光纖和接入光纖損耗值值，計算出其對應的損耗系數，如表2所示：

PiO/dBmPiO/dBm測量結果-0.36Pi（再）/dBmOdB/km-9.510.4825表2插入損耗法測量結果最終結果顯示與理論值較為接近，但是略微偏大，可能是由于操作不精良以及儀器老化等原因造成。五、實驗總結與心得體會我在這次光纖通信實驗中能夠有幸接觸到這么多的高科技先進儀器，機會確實非常難得，我也感到十分的興奮。由于實驗內容操作起來并不復雜，重點在于理解，因此我和我的搭檔提前了一個小時完成了實驗。而且，這些光學設備都非常精密而昂貴，本科期間能夠動手操作這些儀器確實也開闊了我的眼界，提高了我的認知和動手能力。我和隊友一起圓滿地完成了這次實驗，雖然期間遇到了若干問題，包括概念上的不理解，操作上的不清楚，最后結果上的不如意，老師都很耐心地給予解答，非常感謝老師的講解，彌補了我光通信理論課上遺忘的概念。整個實驗過程我們記錄了數據，實驗后對數據進行了處理和分析。從而從動手動腦全面地理解了光纖通信實驗的內容。這次實驗比較特別，原本看似很復雜的理論推導過程的實現全部集成了到了幾臺儀器上，要實現某一個功能只需要按一下按鈕，調整一下參數，然后讀出示數記錄，最后再做簡單的計算即可。操作比較容易，難點在于對概念和公式的理解。其次是測量出來的數據和標稱值有較大誤差的時候，需要分析原因，找出誤差或者錯誤產生的原因。比如說第一次用插入損耗法測光纖損耗時，測出來的損耗值很大，經過原因排查是接頭沒有接好，重新實驗得到較為準確的結果。最后老師演示了一套光纖傳輸系統(tǒng)的基本流程，使用了損耗器模擬實際傳輸中的干擾和損耗，從而在接收端觀察眼圖，同時利用誤碼儀測試誤碼率。總體感覺這次實驗提供的更多的是一種集成化的思想下的，東西更深刻的理