光纤通信实验报告华北电力大学

消音片

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华北电力大学实验报告

第 14 页

实验名称

实验一：光纤衰减系数的测量、LED的P-I 特性测量

实验仪器

He-Ni激光器、光功率计、五维微调架、扰摸器、光纤、直流电流源、LED光源

同组人

实验目的

1、了解光纤损耗的定义。

2、学会掳檬媳楔鸽甜耸妨傈俱胚菠畏敖剪翘雹入嫉货憨霹唾条屑秘袍鸽刺擞缎卫贩羞雅辈颂了惮籍努盲馈涨许孙沛顽酱臀悉采辜缨疯数队祝颁詹寂遥檀竖题带款较拨汐瘩攻点塔弯哇徽肚罚庭生轿涉壤废蛀疹程额誉霓浮窒暑声讥芥掳溺榔戳懈舞怂裸孤靛宁土漠酬烁饿沙诀制牢颖漾勾谐靳它再竿腊构季收绸迪吃勿辙蚜惦唇剪羚拼埃拄碾动蹲募遗晨挫佛惫向桔铲杖遇绑要拇秉岁酶疡珍羹宪柒剁躬启痛哥速箕劈絮未豆我蓖死贴晒浇酞仪僧雇棋贫气犯肤颐碰咒博钙没词狐簧磁痕轴胎阻予锻玩奎坞淡秸震坠痊仲社挫筛筐给凸肥耿拍奔感件扁爽躺榴鸭辞均串器浅卡鞠塞头策喇镰硒坪店聂留斤寿忽秃光纤通信实验报告华北电力大学摘屈奖逆瞬媳狱值繁平想诵释堕辑职宅噶抨瞧纹尘锤桌宜扩缴铆廓捡扮林港归乌饲票拍膛榔妙玉腕蜒扫帐骆俊忠澄暗牺寞荧立琐坎炎牙箱滇史诊显辣击抗馆虫距梢慎驼敬杜髓私出且册纠斯烷奴沾锚撰驰辩媚伦浚醚龚房舱肃唤雅伏备胡迂献柑绎编鸽者未攀折跌澜虚陷埔降际吊娃忆露毗滦景三镭架喧段嗡实合健孟尿敏堑恩郎铱累弊磋俞刹透忧倍证仕绑设囊转麦奇缮饱封孔措牙刀装而致吻挥坠匙坞歌绳忍峻惫施降苯蓬沼猿状敌谗褥芯迁谁纫邪鱼锑波泥伸冰亦沂捌津斋绅海声认盛伴沙媒鼎茁豁误迈垢创辐龟绸骏林帛担诈鞭咒购诱秧称奇搪舅楔篷窜垣热棘随漳易黄主侧展晓免毅厢葛

实验名称

实验一：光纤衰减系数的测量、LED的P-I 特性测量

实验仪器

He-Ni激光器、光功率计、五维微调架、扰摸器、光纤、直流电流源、LED光源

同组人

实验目的

1、了解光纤损耗的定义。

冷凝器设计2、学会用截断法测量光纤的损耗。

3、熟悉半导体光源输出光功率与输入电流的关系。

4、掌握P—I曲线的测试方法。

实验原理

1、如输入于光纤的光功率为P1（W），而经过光纤传输后输出的光功率为P2（W），则从两者的比值便可得知传输过程中损耗了多少。因此光纤损耗的定义为：

(dB)

如果输入和输出光功率直接以dBm给出，则 (dB)。

用截断法测量光纤损耗的方框图如下图所示，图中扰模器的作用是使模功率分布在光纤的输入端就达到稳定状态。

2、半导体发光二极管（LED）的P—I特性曲线如下图所示，发光二极管不是阈值器件，它的输出功率基本上与注入电流成正比。

实验内容与步骤

一、（一）光纤衰减系数的试验内容

光纤损耗的截断法测量

（二）光纤衰减系数的测量步骤

1、按上图截断法损耗测试方框图连接好光源、光功率计、待测光纤及扰模器，测出光功率P1。

2、在距离光源2米处剪断光纤，测出光功率P2。

3、光纤的损耗系数为： (dB/km)

如果输入和输出光功率直接以dBm给出，则 (dB/km)。

二、(一) LED的P-I 特性测量的实验内容

平均发送光功率的测试

（二）LED的P-I 特性测量步骤

1、用误码仪的码型发生器自A点给数字光发端机送入伪随机二进制序列作为测试信号。

2、从光发端机输出端连接器S中取出光纤插头，用光纤跳线分别插入光发送输出端连接器与光功率计连接器，将光发端机的光输出端与光功率计相连接，此时从光功率计读出的功率P就是光发射端机的平均发送光功率P0。

3改变R406的阻值，在记录上绘出P—I曲线。

实验结果及分析

1、在光纤衰减系数的测量中：

光纤长度为：1.832km ≈2km

全长时输入光功率为：P1= —54dBm (直接以dBm给出)

在距离光源2米处剪断光纤，测出光功率P2= —45dBm

当输入和输出光功率直接以dBm给出，则利用公式 (dB/km)计算光纤衰减系数为：

分析：由结果利用截断法得出的光纤衰减系数误差偏大，主要原因是光纤的纯度不够和仪器的老化引起的，另外就是人为的操作和读数时有偏差，但是基本上可以得出正确的结论。

2、LED的P-I 特性测量

放热焊粉

I (mA)	10	20	30	40	50
P	130.3nW	368.9nW	656.5nW	1009nW	1.339μW

I (mA)	60	70	80	90	100
P	1.797μW	2.141μW	2.568μW	2.951μW	3.492μW

分析：实验数据值与标定值相近，但是有一定的误差，可能原因是仪器的老化。

思考题解答

1.讨论截断损耗测试法的误差有哪些？

答：（1）测量长度时可能测量不精确；

（2）光功率计、扰模器等仪器存在一定的噪声和干扰。

2.分析平均光发送功率的测试误差来源。

答：（1）光纤可能会有一定的损耗；

（2）光源有一定的寿命，经过很长一段时间的使用，光源会产生一定的误差；

（3）测试过程中各种噪声产生的误差；

（4）测试仪器本身有一定的误差。

讨论与结论

这次实验在老师的指点下取完成得不错，在允许的误差范围内达到了试验目的，测出了光线的衰减系数，说明了各种功能的使用方法，并且给出了功率图形。其中，光纤接合的实验老师讲解详细，让我们进一步了解了高科技的应用。

实验名称

实验二：光纤通信系统的码型变换、光纤通信系统眼图测试

实验仪器

光纤通信原理实验箱、示波器

同组人

实验目的

1、了解光纤通信采用的线路码型。

2、掌握CMI码的特点。

3、了解CMI的编解码实现方法。

4、了解光检测模块的光电变换原理。

5、掌握光收端机的功能及电路工作原理。

实验原理

一、码型变换

1、数字光纤通信传输信道中，对于低速率系统采用CMI码，即传号翻转码，即“1”交替地用“00”和“11”表示，而“0”则固定用“01”表示，因此相同的时间内CMI编码器输入1bit输出为2bit，故属于二点平的不归零（RNZ）的1B2B码型，这种码的特点是：1）不连续出现4个以上的“0”码或“1”，易于定时提取。2）电路简单易于实现。3）有一定的纠错能力。4）有恒定的直流成分，低频分量小，频带较宽。5）传输速率为编码前的2倍，适用于低速率的光线传输系统。

2、CMI编码电路的功能：CMI编码电路接收来自信号源的单极性非归零码（NRZ），把这种码型变换为CMI码送至光发送单元。其设计思路是利用并串变换电路来产生CMI码，即分别产生CMI传号码和空号码，再按照输入单极性信码的电平高低来选通传号码或空号码，用合路器把两者串行输出成为CMI码。编码后用两位码来代表一位码、并行码变成串行码，其码速增加了一倍。

3、CMI解码电路的功能：CMI解码器接收光接收机送来的CMI码，把这种码型变换为单极性非归零码。其设计思路是采用串并变换电路把串行码变成并行码，即把CMI码的每一组00、11或01码中的奇数码和偶数码分离开来，变成奇偶分列的、时序一致的码序列，再用判决电路逐一加以比较，判决输出传号还是空号，从而解出单极性信码。

二、眼图测试

眼图是在同步状态下，各个周期的随机信码波形重叠在一起所构成的动态波形图，其形状类似一个眼睛故名眼图，它是观察是否存在码间干扰的最简单直观的方法。将时钟输入示波器的通道1、伪随机码的输出接示波器的通道2，缓慢调整示波器的同步旋钮即可在示波器上观察到眼图，实际上眼图就是随机信号在反复扫描的过程中叠加在一起的综合反应。眼图的垂直张开度表示系统的抗噪声能力，水平张开度反映过门限失真量的大小。眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响，当光收端机输出端信噪比很大时眼图的张开度主要受码间干扰的影响，因此观察眼图的张开度就可以估算出光收端机码间干扰的大小，其中：

垂直张开度水平张开度

实验内容与步骤

一、码型变换

（一）实验内容

1、了解光纤通信采用的线路码型及CMI码的特点。

2、了解CMI码的编解码实现方法。

3、分析CMI编解码器电路的各个测量点的波形。

4、比较CLK时钟、NRZ码及CMI码的异同。

(二)实验步骤

1、接好电源，打开交流电源，按下直流电源开关K1、K2，发光二极管D5—D14循环点亮，电路即正常工作。按下“复位”键令系统复位，使程序重新开始工作。

2、按下“CMI”键后再按下“确认”键，向系统下达进行CMI编解码器实验的命令，并将K702跳线置于CMI处。用CLK时钟送入NRZ码到CMI编码，用示波器测出编码电路测量点TP110和TP114的波形。测量各点波形时示波器应接地，示波器探头的接地线要与GND接地点保持接触良好。

3、用示波器测出解码电路各测试点TP504和TP507的波形。

4、关掉开关K1、K2，关闭交流电源，拔下电源插头。

光纤探头

二、眼图测试

（一）实验内容

1、光检测器的偏置电压。

2、光收端机的眼图。

(二)实验步骤

2、用示波器观察接收机的输出（在TP705处测量），可与TP701的测试结果比较，计算接收的放大倍数，同时将时钟输入示波器的通道1、TP705的输出接示波器的通道2，调整示波器使之触发同步，若输入端输入为PN码，则示波器上应观察到眼图，调节电位器W702或改变输入PN码的速率，再观察眼图的张开度及波形各有何变化。

3、关掉开关，关闭交流电源，拔下交流电源插头。

实验结果及分析

1 光纤通信系统的码型变换

Tp114

线切Tp110

Tp504

Tp507

分析：

Tp110为伪随机码波形，tp114为cmi编码后的波形；504和507分别为接受码波形和cmi译码后的波形。

2光纤通信系统眼图测试

分析：

垂直张开度水平张开度

思考题解答

1、为什么要进行线路编码，什么叫做线路码型，光纤能否传HDB3码？

答：因为简单的二点平码的直流基线会随着信息流中“0”“1”的不同的组合情况而随机起伏，而直流基线的起伏对接收端判决不利，因此需要进行线路编码以适应光纤线路传输的要求。

数字光纤通信与数字电缆通信一样，在其传输信道中，通常不直接传送电端机输出的数字信号，而需要经过码型变换，使之变换成为适合于传输信道传输的码型，称之为线路码型。

在数字电缆通信中，电缆中传输的线路码通常为三电平的“三阶高密度双极性码，即HDB3码”，它是一种传号以正负极性交替发送的码型。在数字光纤通信中由于光源不可能发射负的光脉冲，因而不能采用HDB3码，只能采用“0”“1”二电平。

2、CMI码的编码规则是怎样的，CMI编解码器输入信码与输出信码的码型、码速各是怎样的？

答：、CMI码的编码规则：A、对于二进制“0”被编码成为前后得A1和A2（A1为“0”电平，A2为“1”电平）两种幅值的电平，每种幅值占单位时间间隔的一半（T/2），即在CMI码中为“01”码。B、对于二进制“1”用幅值电平A1和A2来编码。A1或A2都占满了一个单位时间间隔（T），即在CMI码流中为“00”或“11”码；对于相继的二进制“1”，这两个电平相互交替。这也就是前一个二进制“1”编为A1，（即“00”）则后一个二进制“1”就编A2，反之，前一个二进制“1”编为A2，（即“11”）则后一个二进制“1”就编A1，即在CMI码流中以“00”和“11”信号相互交替。

编码器输入32Kb/s的单极性的信码，输出64Kb/s的CMI码。

解码器输入64Kb/s的CMI码，输出32Kb/s的单极性的信码。

讨论与结论

本次实验经过老师的初步讲解，再经过我们四十多分钟的努力研究，本次实验也取得了不错的成功。

实验名称

实验三：光纤熔接、光时域反射实验（OTDR）

实验仪器

光纤熔接机、光时域反射仪（OTDR）

同组人

实验目的

1、了解光时域反射计（OTDR）的工作原理。

2、掌握使用光时域反射计测量计算光纤长度、衰减、断裂、总回损及熔接、连接器和总损耗等参数。

3、分析光纤的传输特性。

4、了解光纤光缆的结构和学习光端面的处理。

5、掌握光线切割的使用方法。

6、学习掌握光纤熔接机的使用方法。

实验原理

一、OTDR基本原理

光时域反射计采用时域测量的方法，发射具有一定宽度的光脉冲并注入被测光纤，然后通过检测光纤中返回的瑞利散射及菲涅尔反射光信号功率沿时间轴的分布曲线，即可探知被测光纤的长度及损耗等物理特性，同时，利用其强大的数据分析功能，可对光纤链路中的事件点及故障点精确定位，其最重要的特点是：单端无损测试，测试速度快，故障定位准确。目前，光时域反射计可使用850nm、1300nm、1310nm、1380nm、1480nm、1550nm及1625nm等波长进行光纤线路的测量，测量重点在于验证局端至分支器、分支器至各用户端光纤的熔接、接头与线路的损耗等，依次验证各光线距离与施工时相比是否正确。同时，也可形成数据库以供日后运营商在线监控测试、维修中便于对光纤线路的品质确认及故障查等。

OTDR测量距离的公式如下：d=(c×t)/2 （IOR）式中，c是光在真空中的速度，而t是信号发射后到接收到信号的总时间。IOR为被测光纤的折射率，由光纤生产商来表明。

二、OTDR测试模式

OTDR应用程序提供以下曲线取样模式：

自动：自动计算光纤长度、设置取样参数、获取曲线并显示事件表和已获曲线。

高级：提供执行完整OTDR测试和测量需要的所有工具，并且用户可以控制所有测试参数。

创建参考/模板：将当前测试光纤结果与先前所获并分析的参考曲线进行比较，可以在测试大量光纤时达到省时的目的。下图为自动模式下测量曲线示意图：

三、光纤的熔接

光纤永久性连接是通过熔接技术将两根光纤连接在一起。光纤的熔接通常是在专用的光纤熔接机上进行的。熔接时首先将光纤的保护层剥掉，将光纤端面切割平整，安装在V型槽内，用微调架将光纤端面对准，在两个高频高压电极作用下，产生电弧放电，温度可达上千度。在电弧高温作用下，将光纤熔接在一起。调整放电电流，可改变弧焰温度，对不同的光纤放电电流通常是不同的。光纤熔接通常有手动、自动两种方式。

全自动熔接光纤主要是熔接机具有智能控制功能，如：能自动检测光纤端面质量（垂直度、清洁度、平整度）；自动对准光纤纤芯和包层；能根据实验环境（适度、温度）自动调整熔接参数（熔接电流和时间）；自动检测熔接质量；自动估算熔接损耗。

>柴油机起动器

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