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光纖通信技術實驗指導書武漢工程大學郵電與信息工程學院 電信學部目 錄實驗一 單模光纖衰減的測量2實驗二 光時域反射儀的使用4實驗三 光纖熔接機的操作6實驗四 光纜的接續(xù)處理11實驗五 光纖冷接技術實驗13實驗六 分路器插入損耗和分光比測試17實驗七 可調光衰減器的性能測試20實驗八 波分復用器插入損耗及隔離度測試21實驗九 光放大器的性能測試24實驗十 電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗26實驗十一 計算機串口數據傳輸系統(tǒng)實驗29附錄 常用光纖通信儀表簡介32附錄II 無源器件簡介34實驗一 單模光纖衰減的測量一、實驗目的和要求 1、了解光纖衰減機理及對傳輸特性的影響。 2、掌握光纖衰減的三種基本測量方法:剪斷法、插入法和背向散射法。 二、實驗原理 (一)光纖的衰減機理在光纖的傳輸特性中，衰減是多模光纖和單模光纖共有的最重要的指標之一。它表明了光纖對光能的傳輸損耗，對光纖通信系統(tǒng)的中繼距離有著決定性的影響。損耗的降低依賴于工藝的提高和對石英材料的研究。本實驗研究單模光纖的損耗。對于光纖來說，產生損耗的原因較復雜，光能在光纖中傳輸時，除了由于吸收、散射而使光能損失外，由于成纜、敷設造成的光纖微彎和宏彎曲，光纖的耦合和接續(xù)，都會使光能產生附加的損失。歸納起來，產生衰減的原因大致可以分為三大類：吸收損耗，散射損耗，附加損耗。具體如下：（1）纖芯和包層物質的吸收損耗，包括石英材料的本征吸收和雜質吸收；（2）纖芯和包層材料的散射損耗，包括瑞利散射損耗以及光纖在強光場作用下誘發(fā)的受激喇曼散射和受激布里淵散射；（3）由于光纖表面的隨機畸變或粗糙所產生的波導散射損耗；（4）光纖彎曲所產生的輻射損耗；（5）外套損耗。這些損耗可以分為兩種不同的情況：一是石英光纖的固有損耗機理，像石英材料的本征吸收和瑞利散射，這些機理限制了光纖所能達到的最小損耗；二是由于材料和工藝所引起的非固有損耗，它可以通過提純材料或改善工藝而減小甚至消除其影響，如雜質的吸收、波導散射等。(二)光纖的衰減系數光纖的衰減系數是度量光能在光纖中傳輸損失的參數，定義為：式中：Pin為輸入光纖的光功率，Pout為輸出光纖的光功率，L是被測量光纖的長度。這里表示在波長處的衰減系數。應用上式時，要特別注意：假定光纖沿軸向是均勻的 ，即與軸向位置無關。三、實驗儀器及用具光源、光功率計、被測光纖、剪刀、光纖剝線鉗、帶活接頭的短纖、光纖切割刀、裸纖適配器、OTDR等。 四、實驗內容 根據ITU-T建議G652規(guī)定，光纖的衰減以剪斷法為標準測量方法，插入法為第一替代法，背向散射法為第二替代法。(一) 剪斷法測試步驟： 將被測光纖和光源連接，用光功率計測得光纖末端接收的光功率P2，并記錄P2。 保持上述光源的輸出光功率，不變，將光纖從離光源2-3m處剪斷，再測量此時短段光纖的輸入光功率P1，并記錄P1。 在測量P1、P2時重復測試六次，進行測量后取測量數據的平均值。 計算被測光纖的衰減系數 Pin Pout用W作單位 Pin Pout用dB做單位（二）插入法 測試步驟： 用帶活接頭的短纖取代被測光纖的位置，進行參考測量，測得光源的輸出光功率P1。 制作被測光纖兩端面，測得經過光纖衰減的光功率P2。 則被測光纖的衰減P PinPout(dB) 若被測單盤光纖長度為L公里，則其衰減常數 （三）背向散射法背向散射法在其他實驗中進行。五實驗報告1自行設計表格，將所測試的結果填寫到表格中去。2分析實驗結果，進行誤差分析。六思考題哪些因素導致光纖衰減的產生？如何避免?實驗二 光時域反射儀的使用一、實驗目的：1.學習光時域反射儀（OTDR）的基本操作方法。2.使用光時域反射儀測量光纖的相關參數。二、實驗原理背向散射法的工作原理：光脈沖注入到光纖以后，由于纖芯折射率不匹配或不連續(xù)性(例如在連接器、接頭和光纖的不匹配端處)而產生菲涅爾反射，熔凝石英是非晶形材料，在微觀尺度上呈現顆粒結構，光照射其上，會發(fā)生向各個方向的散射(當微粒尺寸比波長小得多時)，稱為瑞利散射，其中小部分被纖芯俘獲返回光纖入射端簡稱為背向散射光，所以光將從光纖沿途返回到入射端。 光時域反射儀就是利用以上特性，將光脈沖注入光纖，同時在輸入端接收這個光脈沖的菲涅爾反射光和背向散射光，使其變成電信號，并隨時間在示波器上顯示出來，用以測量光纖長度、光纖故障點、光纖衰減以及接頭衰耗。光時域反射儀又叫背向散射儀(OTDR)。注：OTDR是通過測量光脈沖沿光纖來回傳輸一周所花的時間(t)，然后利用真空中的光速c和光纖的折射率(n)計算得出距離(L)的值將時間坐標變?yōu)楣饫w長度坐標，垂直軸表示相應長度處的光功率衰減情況，所以OTDR屏上縱向坐標為dB,，橫向坐標為距離，光纖的掃描曲線由若干傾斜線段構成，各段的斜率反映了在光纖內部背向散射光脈沖傳輸時呈現的損耗。三、實驗器材1. 單模光纖2. 光時域反射儀（OTDR）四實驗步驟1將OTDR與光纖相連。2按“POWER”鍵開機。3按“3”進入故障定位選項。4在此界面下進行測試條件各種參數的更改。用“”和“”鍵進行光標的上下移動，“Enter”鍵為確定鍵。5設置模式設為“手動”。6事件設為“自動搜索”。7波長設為“1310nm”。8距離范圍設為“自動設定”。9脈寬設為“自動設定”。10折射率設為“1.4667”。11平均化設為“10次”。12采樣分辨率設為“普通”。13全部設置完畢確認無誤后按“F4”鍵，儀表進入自動測試狀態(tài)，測試完畢后會出現光纖的測試曲線和各種測試參數，距離（即光纖長度），全衰耗（即全部光纖的衰減）都會出現，讀取對應的參數即可。14重復測量6次，取平均值。15再用全衰耗除以距離就能得出每公里上的衰減系數。161310nm測量完畢后，將波長改為1550nm，折射率改為“1.4682”其他參數不變，測量出來的即波長為1550nm的損耗。五、實驗報告記錄各種測量參數。六、思考題OTDR無測量曲線的原因是什么？實驗三 光纖熔接機的操作一、 實驗目的與要求1 了解光纖熔接機的工作原理2 掌握光纖熔接機的操作與注意事項3 掌握用光纖熔接機接續(xù)光纖4 分析影響接頭損耗的因素(光纖端面、污染、熔接機參數、操作步驟)二、 光纖自動熔接機工作原理光纖的固定接續(xù)大多數采用熔接法，即對準光纖軸心后，加熱光纖端面使其熔接。光纖熔接的基本原理是使被接光纖的端頭對準后用局部加熱方式，將端頭部分熔化而焊接成一體。光纖熔接機的電源由市電將交流轉換成直流12V或者用蓄電池直流12V供電，當電源接通后電極產生高壓電弧放電，這時的溫度高達2000C，對于熔點達1800C左右的石英光纖的熔接，一般認為氣體放電加熱最適合石英光纖的熔接，目前光纖熔接機都采用這種方式加熱。為了減少在接續(xù)處出現縫隙和氣泡，在正式熔接前采取余加熱對光纖端面進行整形，為了校正因熔接致使纖芯包層的變形，在正式熔接后采取加熱整形。下圖展示出了熔接機熔接的全過程，以及熔接過程中接續(xù)損耗的變化與時間的關系。圖中A是對纖時的軸心錯位損耗，菲涅爾反射損耗端面不完整產生的損耗。B是預熱階段熔融端面形成曲面、損耗急增，C表示光纖接觸后進一步推進，損耗減少的過程，D是在整形加熱時，纖芯包層的變形部分被校正，損耗慢慢降低。圖中虛線顯示當預熱時間，推進量，整形加熱時間熔接電流等條件不合適時，出現的連接損耗、增加的情況。準確掌握最佳熔接條件是保證減小單模光纖接頭損耗的關鍵，對于自動熔接機而言，熔接過程中的各個動作都是熔接機自動調整、完成。三、 實驗儀器與用具一)儀器介紹ARC FUSION SPLICER FSM-20CS (日本藤倉) ARC FUSION SPLICER FSM-30S (日本藤倉)ARC FUSION SPLICER FSM-50S (日本藤倉)TYPE-36 （日本住友）TYPE-39 （日本住友）古河-176（日本古河電工）古河-177（日本古河電工）二）光纖切割器的使用1光纖切割器的面板：見下圖 Pressing Board壓板Fiber Holder光纖支架Main Body主體Blade切割刀口Cover蓋子Cutting Edge Rubber Pad切削刃襯墊Blade Carriage滑動架2光纖切割器的操作步驟：將制備好的光纖放入光纖支架的V型槽內，裸纖對準12毫米刻度；左手拿住光纖，右手先放下壓板，再放下蓋子；右手推動滑動架，光纖即被切斷；左手扶住切割器，先將蓋子打開，左手拿住光纖，再將壓板打開；左手取出光纖，右手用鑷子將切割掉的裸光纖從切割器中清除。注意：1打開熔接機前要首先檢查輸入交流或直流電壓。適當的電壓是：AC85265V或DCl015V。使用此范圍以外的電壓會引起人身傷害和機器損傷。2在熔接之前避免熔接機接觸沙粒或灰塵。要用酒精棉清潔V形槽,用專用的棉簽清潔電極、升/降鏡頭，否則會損傷和降低性能。3要根據光纖切割長度設置光纖在壓板中的位置，并正確地放入防風罩中。如果不能正確地設置光纖，機器就不能達到最優(yōu)結果。4放電時電極會產生個很高的電壓，不要觸摸電極，確保機器上沒有水或其它液體。5在加熱器使用過程中或使用過程后,不要接觸陶瓷加熱器和熱縮管,高溫會引起人身傷害。四、實驗步驟1.光纖端面的制備 在熔接前，必須首先做合格的端面。這些操作包括剝除涂覆層、清潔和切割。光纖端面制作的好壞將直接影響接續(xù)質量，所以清仔細閱讀下面的說明。將熱縮管穿過光纖 當熔接后使用熱縮管保護光纖接頭時，必須在熔接前(光纖端面制備前)預先將熱縮管穿進光纖。如果在光纖端面制備好之后，再穿熱縮管，就會被弄臟光纖，將直接影響熔接效果。 剝去涂覆層 用專用的剝線工具米勒鉗剝去涂護層。 清潔光纖 用沾有酒精的清潔麻布或棉花在裸纖上一個方向擦拭幾次。 切割光纖 使用光纖切割器切割光纖，對025mm(外涂層)光纖，切割長度為8mm16mm，對09mm(外涂層)光纖，切割長度只能是16mm注意:不要觸摸裸纖，由于很容易損傷裸纖，要非常細心地操作。2將制備好的光纖放入熔接機上的V型槽內步驟如下： 打開防風罩 將光纖放進V形槽，蓋上壓板。其方法是：(1) 打開左右兩側光纖壓板，光纖夾具將隨壓板自動抬起。 (2) 參照下圖或防風罩里的標記，將光纖末端放在適當位置。放置光纖時，注意不要將已切割好的光纖端面碰觸V形槽表面或其它物體表面(如升降鏡)，否則會損壞光纖端面。(3)確認光纖接觸到V形槽底部，握住光纖不動，同時蓋上光纖壓板。如果光纖沒有接觸到V形槽底部，請重放光纖。注意：當光纖彎曲時，通過轉動光纖，使彎曲部分朝下，很齊易將彎曲的光纖放在V形槽底部。如果光纖放置位置不正確，就不能達到最佳熔接效果。(4)照上面步驟放置另條光纖(5)輕輕將左右兩側光纖具蓋上。蓋上防風罩3自動熔接過程步驟如下：確認“待機”信息 在屏幕上檢查并確認“待機”字樣。 如果沒有“待機”字樣，按下“MENU”或“RESET”鍵。按下“SET”鍵，同時觀察屏幕，這時熔接機將進入自動熔接過程，在熔接過程中將出現兩種狀態(tài)：（1）熔接機提示不能熔接的情況，根據提示重新操作。（2）熔接機開始初始間隙設置、預放電、初始間隙設置、 檢查切割角度并顯示在屏幕上、自動纖芯包層對準、放電熔接、損耗估算，這時在屏幕上顯示“結束”信息和計算的損耗數值。 如果屏幕上顯示的損耗值比可接受值高，使用再放電功能有可能減少衰耗，即按下“ARC”鍵進行再放電，熔接機再一次產生電弧放電，熔接完了后，新的估算值顯示在屏幕上。 熔接機數據存儲，打開防風罩，熔接機自動存儲熔接數據，同時發(fā)出“滴”的一聲。用熱縮管加熱補強光纖，打開加熱器蓋子，將熱縮管移到熔接點上，這時熱縮管中心應處于裸纖中心，將熱縮管加強棒轉到下方。如下圖所示:在放置熱縮管時左右手同時用力拉直光纖，首先將光纖左邊放在加熱器左邊的夾子中，左邊的夾具會自動關閉。松開左邊光纖，用右手向右保持微弱拉力的同時，再用你的左手合上右邊的夾具(加熱器蓋)。確保光纖夾在加熱器中是直的。按下“HEAT”鍵，發(fā)光二極管點亮，大概兩分鐘后，熔接機停止加熱，然后通過內部風扇作用開始冷卻過程，在冷卻過程中指示燈閃爍。加熱過程完全結束時，指示燈熄滅同時發(fā)出“滴”的一聲。從加熱器中取出補強光纖。取光纖時，因為溫度太高，不要觸摸熱縮管和陶瓷加熱器。為繼續(xù)冷卻陶瓷加熱器，內部風扇在一個加熱周期結束后，繼續(xù)運行12秒鐘。盡管如此，如果風扇還在運行，仍可開始下一加熱過程。五、實驗內容1熟悉熔接機的功能鍵及操作步驟2熟練掌握用光纖切割器處理光纖的端面 3熟練地用自動熔接機接續(xù)光纖并記錄接頭損耗4分析影響接頭損耗的因素(光纖端面、污染、熔接機參數、操作步驟)六、思考題1什么是光纖的接續(xù)損耗？2產生光纖的接續(xù)損耗的原因有哪些？如何避免？3光纖端面制備的幾個步驟先后次序能否顛倒？為什么？實驗四 光纜的接續(xù)處理一、實驗目的1了解光纜接頭盒處理的作用及成端處理方式。2熟悉接頭盒、終端盒的結構及連接方法與步驟。二、實驗原理光纜工程中單盤光纜的長度一般為13公里，而中繼段的長度為幾十公里，這樣就必定要將若干盤光纜進行接續(xù)來形成一個完整的鏈路。由于兩根光纜的接頭處于室外的惡劣環(huán)境，而光纖的物理性能不同于銅線，因此必須使用光纜接頭盒對接頭處進行保護，保證光纜中的光纖和光纖接頭免受振動、張力、沖壓力、彎曲等機械外力影響以及水、潮氣、有害氣體的侵襲。因此光纜接頭盒就應具有以下功能：適應性。光纜有直埋、架空、管道、水下等各種敷設方式。因此光纜接頭盒對環(huán)境、自然條件等要有很強的適應性。在工程中，應根據不同的光纜規(guī)格選擇與之相適應的接頭盒。氣閉性與防水性。光纖的傳輸損耗與水有密切關系。因此光纜接頭盒要有很好的氣閉與防水能力。一般要求光纜接頭盒能保持20年的密封性能，其對地絕源電阻應符合設計要求。機械性能。光纜接頭盒必須具有一定的機械強度，以保證光纖接續(xù)處在一定的外力作用下不受影響。當給光纜接頭盒施加其抗側壓力強度70的機械力時，一般要求光纜接頭盒中的光纖特性不受影響。耐腐蝕、耐老化。光纜接頭盒應具有耐腐蝕耐老化的性能，以保證在光纜設計壽命內接頭盒的完好，從而保持光纜的良好性能。操作簡單，材料盡可能規(guī)格化、標準化，以適應不同光纜的接續(xù)要求。除此之外，還要求接頭盒容易拆卸，材料可重復使用。這對于利用接頭盒內光纖的余留長度迅速修復故障，省時省料，提高經濟效益，保證通信暢通有重要意義。三、實驗器材1帶密封圈、托盤的接頭盒。2小刀、扳手、起子等工具。3橫向開纜刀、縱向開纜刀、束管刀、鋼絲鉗。4酒精，脫脂棉球。5光纖剝線鉗、光纖切割器、熱縮管。6單芯光纖熔接機。5光纖光纜等。四光纜接頭盒處理步驟 由于光纜接頭盒和光纜規(guī)格較多，不同結構的接頭盒所需的連接材料、工具以及接續(xù)方法、步驟是不完全相同的，但基本操作程序大致相同。光纜接續(xù)的一般步驟包括以下幾個方面。1開剝光纜，使用光纜橫向開纜刀在開剝點切進光纜外護層，轉繞光纜一周，切斷光纜的PE外護層，（通常連帶鎧裝層一起切斷），并將這段外護層除去，開剝的長度大約為1米。 注意：在光纜工程中，由于光纜端頭部分在敷設過程中易受機械損傷和受潮，因此在光纜開剝前應視光纜端頭狀況把最前端1米左右的長度截斷并廢棄。2剪斷并去除捆扎繩，將光纜內油膏清理干凈，將松套管散開。3用鋼絲鉗將加強件剪斷，并留下適當的長度。3使用束管刀在適當的長度下把松套管除去，并把松套管內的油膏清理干凈。4將加強件穿入接頭盒的鎖柱孔內并把緊固螺絲上緊，固定好加強件。5光纖進行分類整理，按顏色和序號一一對應。6光纖端面的制備（參見實驗三）。7使用熔接機進行熔接（參見實驗三）。8光纖接頭處使用熱縮管進行加熱縮緊保護處理。9光纖余纖的盤留處理。光纖熔接并熱縮保護完畢后，將余下的光纖按照“8”字形或者“O”字形合理的盤留在接頭盒內，熱縮管卡在卡槽上。并用透明膠帶把翹起、晃動的光纖粘貼到托盤上，光纖余長不得超出托盤范圍之外,彎曲半徑不得大于40mm。10將接頭盒外蓋裝上，墊好密封圈，把緊固螺絲上緊。11將接頭盒的密封帽上緊，用防水膠帶把縫隙處緊纏數圈（三圈以上），達到防水的效果。光纜接頭盒封裝的基本要求是封裝完成后，接頭盒必須不滲水、不漏潮，以保證光纖具有可靠的性能。要做到這一點，就要注意接頭盒密封條的安裝工藝，只要細致、認真、工藝嚴格，就能保證安裝質量五、實驗報告1記錄光纖接頭損耗以及彎曲半徑。2分析光纖接頭損耗以及彎曲半徑是否符合要求。六、思考題1光纖余纖盤留時光纖彎曲半徑過小會導致什么現象？2接頭盒密封時有哪些注意事項？實驗五 光纖冷接技術實驗一、實驗目的1了解光纖冷接技術。2熟悉接續(xù)子的連接方法與操作步驟。二、實驗原理光纖的接續(xù)常用的方式為熔接。熔接具有接續(xù)損耗較小，接續(xù)質量穩(wěn)定，不易斷裂等優(yōu)點。但熔接技術有設備的要求高，設備價格昂貴，操作繁瑣，接續(xù)花費的時間較長等缺點存在。尤其是在FTTH（光纖到戶）此類工程中，光纖需要接續(xù)的地方分散到社區(qū)，樓道，家庭等不同場所，而且通常都為小芯數光纜，如果還使用熔接技術進行光纖的連接會存在諸多不便。特別是需要快速接通的場合，熔接技術就顯現出很多缺點。例如：某小區(qū)光纖已經進入到各個樓道，此時某用戶申請光纖到戶，開通人員就需要從進入樓道的光纜中選出光纖進行接續(xù)，并將光纖另一端端頭安裝到用戶家中的指定位置。如果使用熔接技術，那就必須攜帶一系列工具和熔接機，并且耗時較長，過程較繁瑣。如果使用冷接技術，則只需要帶光纖切割器，接續(xù)子等少數幾樣工具即可，并且能在很短的時間內為用戶進行光纖到戶的開通。光纖冷接技術同樣適用于需要快速接續(xù)的其他場合。例如某光纜中的某根光纖斷裂，可以在不影響其他光纖的前提下對斷裂的光纖進行快速恢復。光纖冷接技術的特點為：1. 使用機械方式將光纖直接成端。2. 安裝時無需熔接機，無需研磨。3. 快速和易于操作，節(jié)約安裝時間。4. 提高用戶待裝效率。5. 減小連接保護盒體積或消除連接保護盒。6. 與標準SC光纖連接器/適配器完全兼容。三、實驗器材1光纖2接續(xù)子3光纖剝線鉗（米勒鉗）4酒精，脫脂棉球5光纖切割器。四冷接子處理步驟1. 將連接器主體插銷置于 T 型工具的凹槽中。2. 沿箭頭方向上推主體插銷，確認主體插銷已正確地安裝在 T 型工具的凹槽內。此時連接器內鎖緊裝置處于開啟狀態(tài)。3. 將“8”字型光纜穿入連接器尾套中。4. 用剪刀在光纜端頭剪開護套，用雙手撕開光纜約50mm。5. 剪去剝開的光纜護套，露出約50mm長光纖，使用光纖剝離鉗去除光纖涂層，使用脫脂棉或脫脂紗布粘酒精試擦光纖，使用光纖切割器將裸纖切割至12mm處。6. 將制備好端面的光纖小心地插入到連接器主體的小孔里面(注:光纖端面勿碰觸連接器內孔的側面或其它面)。7. 光纜護套到達箭頭所指位置(允許公差 1mm)裸光纖完全進入到連接器主體，并保持能有一定伸縮性。8. 待光纖插入到連接器主體后，用食指沿箭頭方向按壓連接器的防塵帽，固定住裸光纖。此時連接器內鎖緊裝置處于閉合狀態(tài)。9. 旋緊連接器尾套，固定“8”字光纜。10. 如圖所示，將連接器主體插入連接器的藍色套倉內，裝配結束。五、實驗報告1記錄光纖冷接頭插入損耗。2分析光纖冷接頭插入損耗是否符合要求。六、思考題光纖冷接頭處理不當會導致什么現象？實驗六 分路器插入損耗和分光比測試一、實驗目的1、了解光無源器件，Y型分路器的工作原理及其結構。2、掌握它們的正確使用方法。3、掌握它們主要特性參數的測試方法。二、實驗內容1、測量Y型分路器的插入損耗2、測量Y型分路器的附加損耗3、測量Y型分路器的分光比三、實驗儀器1、光源，1臺2、FC接口光功率計，1臺3、FC-FC光跳線，1根4、Y 型分路器，1個四、實驗原理光通信系統(tǒng)的構成，除需要光源器件和光檢測器件之外，還需要一些不用電源的光通路元、部件，我們把它們統(tǒng)稱為無源器件。它們是光纖傳輸系統(tǒng)的重要組成部分。光無源器件包括光纖活動連接器（平面對接FC型、直接接觸PC型、矩形SC型）、光衰減器、光波分復用器、光波分去復用器、光方向耦合器（例如：Y型分路器、星型耦合器）、光隔離器、光開關、光調制器本實驗重點介紹Y型分路器。在應用這些無源器件時必須考慮無源器件的各項指標，如Y型分路器（1分2的光耦合器）的插入損耗，分光比，波分復用器的光串擾等。下面對Y型分路器插入損耗及附加損耗及其分光比分別進行測試。Y型分路器的技術指標一般有插入損耗（Insertion Loss）、附加損耗（Excess Loss）、分光比和方向性、均勻性等，在實驗中主要測試Y型分路器的插入損耗，附加損耗及分光比。就Y型分路器而言，插入損耗定義為指定輸出端口的光功率相對全部輸入光功率的減少值。插入損耗計算公式為6-1式。 (6-1)Pin Pout用mw作單位Pin Pout用dB做單位其中，I為第i個輸出端口的插入損耗，Pouti是第i個輸出端口測到的光功率值，PIN是輸入端的光功率值。Y型分路器的附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對于全部輸入光功率的減小值。附加損耗計算公式為6-2式。 （6-2）Pin Pout用mw作單位Pin Pout用dB做單位討論：附加損耗能否用此公式計算？為什么？對于Y型分路器，附加損耗是體現器件制造工藝質量的指標，反映的是器件制作過程帶來的固有損耗；而插入損耗則表示的是各個輸出端口的輸出光功率狀況，不僅有固有損耗的因素，更考慮了分光比的影響。因此不同類型的光纖耦合器，插入損耗的差異，并不能反映器件制作質量的優(yōu)劣，這是與其他無源器件不同的地方。分光比是光耦合器件所特有的技術術語，它定義為耦合器各輸出端口的輸出功率的比值，在具體應用中通常用相對輸出總功率的百分比來表示。 （6-3） 例如對于Y型分路器，1：1或50：50代表了輸出端相同的分光比。即輸出為均分的器件。在實際工程應用中，往往需要各種不同分光比的器件，可以通過控制制作方法來改變光耦合器件的分光比。測試Y型分路器的插入損耗、附加損耗和分光比時，其測試實驗框圖如圖6-1所示。測試方法為：先測試出光源輸出的光功率Pin，將Y型分路器接入其中組成圖6-1所示。圖6-1 Y型分路器性能測試實驗框圖測試系統(tǒng)后，分別測出Y型分路器輸出端的光功率Pout1和Pout2，代入6-1，6-2，6-3式即可得到待測Y型分路器的性能指標。分路器從外型上分主要有樹型和星型。從結構上分有熔錐型和透鏡型。五、實驗步驟a、Y型分路器插入損耗測量1、把光源用單模光跳線將其和光功率計連接起來。2、讀出此時光功率計的數值，此數據即為Y型分路器的輸入功Pin。3、拆除光源和光功率計的連接，將Y型分路器光纖接頭插入光源光發(fā)端。 同時將Y型分路器光纖輸出接頭out1和光功率計連接起來。4、讀出此時光功率計的數值，此數據即為插入Y型分路器后的輸出功率Pout1。5、將所測得的數值Pin和Pout1代入式（6-1）計算所得的結果即為波分復用器的插入損耗。b、Y型分路器附加損耗測量6、拆除Y型分路器out1和光功率計的連接，將功率計和Y型分路器out2連接起來，測量此時的光功率數值Pout2。7、將兩次所測的值Pout1 ，Pout2和Pin代入式（6-2）計算所得的結果即為分路器的附加損耗。c、Y型分路器分光比測量8、將提上所測量的值Pout1 ，Pout2和Pin代入式（6-3），分別計算兩個輸出端口的分光比。9、實驗完成后，關閉電源。六、實驗報告1、自行設計表格，記錄各實驗數據，根據實驗結果計算Y型分路器插入損耗、附加損耗和分光比。2、分析實驗結果，進行誤差分析。七、思考題1、分路器能否對含不同波長的光進行分波？2、分路器從結構上分有哪些類型？實驗七 可調光衰減器的性能測試一、實驗目的：1了解可調光衰減器的性能。2熟悉可調光衰減器的使用方法與操作步驟。二、實驗原理光衰減器是隨著光通信事業(yè)發(fā)展出現的一種非常重要的光學無源器件，可用于光通信線路，系統(tǒng)的品故，研究計調整，校正等方面。根據光衰減器的工作原理可分為：橫向位移型光衰減器，縱向位移型光衰減器，直接鍍膜型光衰減器，衰減片型光衰減器，液晶型光衰減器。光衰減器可按照用戶的要求將光信號能量進行預期地衰減。常用于在系統(tǒng)中吸收或反射掉光功率余量，評估系統(tǒng)的損耗及各類實驗中。三、實驗器材11310nm光源。2可調光衰減器。3光功率計四實驗步驟1將1310nm光源與光功率計連接，測量光源的輸出功率，此功率為光衰減器輸入功率Pin.2將1310nm光源，可調光衰減器，光功率計進行連接，此功率為輸出功率Pout.分別使用一個可調光衰減器和兩個可調光衰減器，將衰減調至表中的衰減值，記錄下實驗數據。a.使用一個光衰減器：輸入功率Pin（dB）輸入功率Pin(w)衰減值3 dB6 dB9 dB12 dB15dB18 dB21 dB24 dB輸出功率Pout（dB）輸出功率Pout(w)b.使用兩個光衰減器：輸入功率Pin（dB）輸入功率Pin(w)衰減值27 dB30 dB33 dB36 dB39dB42 dB45 dB48 dB輸出功率Pout（dB）輸出功率Pout(w)五、實驗報告1、記錄各實驗數據， 根據實驗結果進行誤差分析。六、思考題光衰減器有那些類型？實驗八 波分復用器插入損耗及隔離度測試一、實驗目的1、了解波分復用器的工作原理及其結構2、掌握它們的正確使用方法3、掌握它們主要特性參數的測試方法二、實驗內容1、測量波分復用器的插入損耗2、測量波分復用器的光串擾三、實驗儀器1、光功率計2、FC-FC適配器3、波分復用器四、實驗原理波分復用器是波分復用系統(tǒng)中的重要組成部分，為了確保波分復用系統(tǒng)的性能，賭博分復用器的一般要求是：插入損耗小、光串擾小、隔離度大、帶內平坦，帶外插入損耗變化陡峭、溫度穩(wěn)定性好，復用路數多等。本實驗主要用來測試波分復用器的插入損耗和光串擾。1、插入損耗插入損耗是指由于增加光波分復用器/解復用器而產生的附加損耗，定義為該無源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比，即 （1）其中Pi是發(fā)送進入輸入端口的光功率；Po是從輸出端口接收到的光功率。在具體的測試時，我們先用光功率計測量未加入波分復用器時的光功率Pi，再測量加入波分復用器后輸出端口的光功率Po，然后帶入式(1) 后計算可得出波分復用器的插入損耗。2、光串擾的定義及其測試方法波分復用器的光串擾（隔離度），為波分復用器輸出端口的光進入非指定輸出端口光能量的大小。其測試原理圖如圖1所示。圖1 波分復用器光串擾測試原理圖上圖中波長為1310nm、1550nm的光信號經波分復用器復用以后輸出的光功率分別為P01、P02，解復用后分別輸出的光信號，此時從1310窗口輸出1310nm的光功率為P11，輸出1550nm的光功率為P12；從1550窗口輸出1550nm的光功率為P22，輸出1310nm的光功率為P21。將各數字代入下列公式：上式中L12 、L21即為相應的光串擾。1, P11310窗口1550窗口1310nm光源光波分復用器P11P12圖2(a) 1310nm光串擾測試框圖AB由于便攜式光功率計不能濾除波長1310nm只測1550nm的光功率，同時也不能濾除1550nm只測1310nm的光功率。所以改用下面的方法進行光串擾的測量。測量1310nm的光串擾的方框圖如2（a）所示。2， P21550窗口1310窗口1550nm光源光波分復用器P21P22圖2(b) 1550nm光串擾測試框圖BA測量1550nm的光串擾的方框圖如2（b）所示在這種方法中，光串擾計算公式為： （2） （3）上式中L12即是光波分復用器1310nm相應的光串擾。，L21即是光波分復用器1550nm相應的光串擾五、實驗步驟a、波分復用器插入損耗測量1.打開1550nm光源。2.將1550nm光源與光功率計連接，讀出此時光功率計的數值，此數值即為波分復用器后的輸入功率Pi。3.拆除光源和光功率計的連接。4.將波分復用器標有“1550nm”的光纖接頭與1550nm光源連接。5.將波分復用器另一端光纖接頭和光功率計連接起來。6.讀出此時光功率計的數值，此數據即為插入波分復用器后的輸出功率Po。7.將所測得的數值Pi和Po代入式（1）計算所得的結果即為波分復用器1550nm的插入損耗。8.將光源換成1310nm，重復上述步驟，將所測得的數值Pi和Po代入式（1）計算所得的結果即為波分復用器1310nm的插入損耗。b、波分復用器的1310nm光串擾測量 1、將1310nm光源與波分復用器的連接。 2、用光功率計測得此時波分復用器標有“1550nm”端光功率為P12。3、將所得光功率數據代入公式（2）計算波分復用器的1310nm的光串擾。c、波分復用器的1550nm光串擾測量 1、將1550nm光源與波分復用器的連接。 2、用光功率計測得此時波分復用器標有“1310nm”端光功率為P21。3、將所得光功率數據代入公式（3）計算波分復用器的1550nm的光串擾。六、實驗報告1、記錄各實驗數據， 根據實驗結果，計算獲得波分復用器插入損耗和光串擾。2、分析實驗結果，誤差分析正確。七、思考題比較Y型分路器和波分復用器的差異。實驗九 光放大器的性能測試一、實驗目的1.測量光放大器的輸入輸出光功率曲線2.觀察光放大器的線性區(qū)和飽和區(qū)，找出飽和光功率二、實驗原理光放大器是對光信號進行直接放大的器件，它即可看座光通路的組成單元，也可看做光設備組成單元。光放大器的工程是提供光信號增益，以補償光信號的通路中的傳輸衰減，增大系統(tǒng)的無中繼傳輸距離。本實驗所用的器材為摻鉺光纖放大器（即EDFA）。EDFA主要由摻鉺光纖（EDF），泵浦光源，光耦合器，光隔離器以及光濾波器等組成。EDFA的工作原理是在泵浦的作用下，在摻鉺光纖中出現了粒子數反轉分布，產生了受激輻射，從而使光信號得到放大。三、實驗器材1.高穩(wěn)定度光源2.光功率計3.摻鉺光纖放大器（即EDFA）四實驗步驟光放大器光功率計 1550nm光源(a)光功率計可調光衰減器光放大器1550nm光源(b)圖9-1 光纖放大器的工作特性測試框圖1.如圖(a)，測試光功率P12.如圖(b)，將可調光衰減器調至3dB，測試光功率P23.根據測試結果，計算光放大器的小信號增益系數。摻鉺光纖放大器（EDFA）操作說明：警告：激光器及摻鉺光纖放大器輸出為大功率不可見激光輻射，設備工作時不可直視其連接器端面，避免灼傷眼睛及皮膚。設備內含精密光學器件，為避免嚴重沖擊對其構成損害，請避免劇烈振動和碰撞。尾纖易折損，請小心操作。使用前請務必使輸入輸出尾纖端面保持清潔，尤其是輸出端面若有臟物，容易使輸出尾纖端面燒毀而使輸出功率變小。清潔光纖端面或插入光跳線時，請先關閉輸入光。正確的插拔光口的順序是：插入，先插輸出口光跳線再插入口光跳線；拔出，先拔輸入口光跳線，再拔輸出口光跳線。顯示/按鍵部分說明鍵： 上翻按鍵，按此鍵可從下到上依次查看EDFA的各個參數，修改時，該鍵上調數據鍵： 下翻按鍵，按此鍵可從上到下依次查看EDFA的各個參數，修改時，該鍵下調數據鍵： 此鍵只用于修改時光標右向移動鍵： 此鍵只用于修改時光標左向移動OK 鍵： 進入下一級子菜單；修改時，該鍵確認修改。ESC 鍵： 退出本級菜單；修改時，該鍵放棄修改。顯示菜單說明（1）開機時顯示設備啟動過程：EDFA-LA-220（2）幾秒鐘后屏幕顯示：基準溫度Module temp（3）下翻一次 鍵，屏幕顯示：輸入功率Input Power（4）下翻一次 鍵，屏幕顯示：輸出功率Output Power（5）下翻一次 鍵，屏幕顯示：泵浦管1的工作電流PUMP1 CURRENT:（6）下翻一次 鍵，屏幕顯示：泵浦管1的功率PUMP1 POWER:（7）下翻一次 鍵，屏幕顯示：泵浦管1的制冷電流COOLER1 CURRENT:（8）下翻一次 鍵，屏幕顯示：泵浦管1的溫度PUMP1 TEMP:（9）下翻一次 鍵，屏幕顯示：顯示泵浦管的開、關狀態(tài)PUMP ON/OFF:（10）下翻一次 鍵，屏幕顯示：整機的工作模式WORK_MODE:（11）下翻一次 鍵，屏幕顯示：告警開關Alarm Switch（12）下翻一次 鍵，屏幕顯示：通訊口選擇COM Select 請記錄：1.輸入功率2.輸出功率3.泵浦管工作電流4.泵浦管功率5.泵浦管的制冷電流：6.泵浦管的溫度7.根據記錄數據判斷本設備的增益為： 五、實驗報告依據光放大器的操作說明記錄光放大器的各種參數。實驗十 電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗一、實驗目的1、了解電話及語音信號通過光纖傳輸的全過程2、掌握模擬電話、數字電話光纖傳輸的工作原理二、實驗內容1、電話光纖傳輸系統(tǒng)實驗三、實驗儀器1、ZY12OFCom23BH1型光纖通信原理實驗箱，1臺2、20MHz雙蹤模擬示波器，1臺3、FC-FC單模光跳線，1根4、電話機，2部5、萬用表，1臺6、850nm光發(fā)端機和光收端機（可選），1套7、ST-ST光跳線（可選），1根8、連接導線，20根四、實驗原理對于局間通信來說，電話語音通信具有舉足輕重的作用。以電話通信網絡為載體，各種模擬（或數字）信號的傳輸系統(tǒng)已經商業(yè)化。如電話、傳真、撥號網絡通信等業(yè)務都是在局間電話網上實現的。 圖10-1 電話模擬光纖傳輸圖10-2 電話數字光纖傳輸圖10-3 時分復用幀結構示意圖電話語音信號的光纖傳輸分為兩種方式：一種方式為模擬電話光纖傳輸，即電話用戶接口輸出的模擬信號直接送入光纖模擬信號傳輸信道，從而實現兩部電話的通話（由于模擬信號無法直接進行時分復用，因此模擬電話光纖傳輸只能傳輸一路電話語音信號，另一路電話語音信號直接用連接導線代替光纖），實驗方框圖如圖10-1所示。另一種方式為數字電話光纖傳輸。在數字傳輸系統(tǒng)中，幾乎所有業(yè)務均以一定的格式出現，因而在信道上對各種業(yè)務傳輸之前要對業(yè)務的數據進行包裝。信道上對業(yè)務數據包裝的過程稱之為幀組裝。不同的系統(tǒng)、信道設備幀組裝的格式、過程不一樣。時分復用制的數字通信系統(tǒng)，在國際上已逐漸建立起標準并廣泛使用。時分復用（TDM）的主要特點是在一個信道上利用不同的時隙來傳遞各路（語音、數據或圖像）不同信號。各路信號獨立、互不干擾。實際的電話業(yè)務共有32個時隙，其中30個時隙用于話音業(yè)務。第一個時隙為定位時隙，用于做幀同步提取用。第二到第十六個時隙傳輸話音業(yè)務，第十七個時隙用于信令信號傳輸，以實現信令的接續(xù)。第十八到三十二時隙用于話音業(yè)務。 在我們的實驗箱中，電話用戶接口輸出的兩路模擬信號經過PCM編碼以后，利用時分復用的方式，將兩路信號數字調制成一路信號，然后送入光發(fā)端機中進行光纖傳輸，光收端機接收的信號通過時分解復用，實現信號的分離，分別送入兩個電話用戶接口電路中，實現兩部電話的全雙工通話，其方框圖如圖10-2所示。在PCM編譯碼中，幀同步信號為8KHz，一幀信號分為四個時隙，分別為時隙0、時隙1、時隙2和時隙3；時隙0為幀同步信號，其同步碼為固定的碼流“0 1 1 1 0 0 1 0”，時隙1和時隙2分別為兩路電話語音調制數據，時隙3為空時隙，在本實驗中沒有用到（用低電平表示），圖3為PCM編碼一幀的結構示意圖。 在此實驗中，實驗原理主要采用圖10-2來進行電話信號的傳輸。五、實驗步驟 1、用連接線連接電終端模塊的T66(C_O)和光終端T81(C_I)，T65(D_O)和T82(D_I)；連接光終端模塊T85(C_O)和電終端T71(C_I)，T86(D_O)和T69(D_I)；連接電終端模塊和數字終端模塊的T70（D1_O）和T88（D1_I），T72（D2_O）和T75（D2_I），T73（D3_O）和T74（D3_I），分別接好兩部電話。2、將電終端撥碼開關K35的值撥為“1000”，K34值撥為“00000000”，光終端撥碼開關K38的值撥為“0000”，將K37的值撥為“01000000”；將光終端開關 K7、K28和K29全部撥向下。3、旋開光發(fā)端（1550nmT）保護帽，利用FC-FC單模光跳線將1550光發(fā)端機和1550光接收機連接起來。4、打開交流電源，打開交流電源開關，電源指示二極管D4，D5，D6，D7，D8亮。5、將兩部電話摘機，即可進行全雙工通話。6、分別對兩部電話進行按鍵，觀測數字終端二極管發(fā)光的變化。7、根據以上步驟設計1310nm數字電話光纖傳輸實驗。8、試驗完成后，拆除所有的連線，將實驗箱還原。六、實驗報告1、畫出數字電話通信的原理框圖。2、記錄實驗過程中各點的波形，進行分析。七、思考題1、能否用一根光纖傳輸兩路模擬信號，如果可以，如何實現？如果不行，說明理由。2、與模擬電話相比，數字電話有哪些優(yōu)點?3、畫出PCM編碼輸出一幀的結構示意圖，用示波器觀察各幀的波形，說明一幀信息中各時隙代表的意義。實驗十一 計算機串口數據傳輸系統(tǒng)實驗一、實驗目的1、學習計算機數據通信基本知識2、掌握計算機串口通信傳輸系統(tǒng)組成二、實驗內容用實驗箱實現計算機串口數據通信三、實驗儀器1、ZY12OFCom23H1型光纖通信原理實驗箱 1臺2、計算機2臺3、串口連接線2根4、連接導線 20根四、實驗原理隨著計算機技術的發(fā)展，計算機通信顯得越來越重要。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位地傳輸信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現成的電話網進行信息傳送，因此特別適合遠距離傳送。對于那些與計算機相距不遠的人機交互設備和串行存儲的外部設備，如打印機、邏輯分析儀和磁盤等，采用串行方式交換數據也很普遍。所以串行接口是微機應用系統(tǒng)常用的接口。 在并行通信中，傳輸線數目沒有限制，一般除了數據線外還有通信聯絡控制線。例如，在發(fā)送前，先問對方是否準備就緒，或正在工作即忙，接收方收到數據后，要向發(fā)送方回送數據已經收到的應答信號。但是在串行通信中，由于信息在一個方向上串行傳輸，只占用一根通信線，因