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光纤通信技术实验指导书武汉工程大学邮电与信息工程学院 电信学部目 录实验一 单模光纤衰减的测量2实验二 光时域反射仪的使用4实验三 光纤熔接机的操作6实验四 光缆的接续处理11实验五 光纤冷接技术实验13实验六 分路器插入损耗和分光比测试17实验七 可调光衰减器的性能测试20实验八 波分复用器插入损耗及隔离度测试21实验九 光放大器的性能测试24实验十 电话光纤传输系统实验26实验十一 计算机串口数据传输系统实验29附录 常用光纤通信仪表简介32附录II 无源器件简介34实验一 单模光纤衰减的测量一、实验目的和要求 1、了解光纤衰减机理及对传输特性的影响。 2、掌握光纤衰减的三种基本测量方法:剪断法、插入法和背向散射法。 二、实验原理 (一)光纤的衰减机理在光纤的传输特性中，衰减是多模光纤和单模光纤共有的最重要的指标之一。它表明了光纤对光能的传输损耗，对光纤通信系统的中继距离有着决定性的影响。损耗的降低依赖于工艺的提高和对石英材料的研究。本实验研究单模光纤的损耗。对于光纤来说，产生损耗的原因较复杂，光能在光纤中传输时，除了由于吸收、散射而使光能损失外，由于成缆、敷设造成的光纤微弯和宏弯曲，光纤的耦合和接续，都会使光能产生附加的损失。归纳起来，产生衰减的原因大致可以分为三大类：吸收损耗，散射损耗，附加损耗。具体如下：（1）纤芯和包层物质的吸收损耗，包括石英材料的本征吸收和杂质吸收；（2）纤芯和包层材料的散射损耗，包括瑞利散射损耗以及光纤在强光场作用下诱发的受激喇曼散射和受激布里渊散射；（3）由于光纤表面的随机畸变或粗糙所产生的波导散射损耗；（4）光纤弯曲所产生的辐射损耗；（5）外套损耗。这些损耗可以分为两种不同的情况：一是石英光纤的固有损耗机理，像石英材料的本征吸收和瑞利散射，这些机理限制了光纤所能达到的最小损耗；二是由于材料和工艺所引起的非固有损耗，它可以通过提纯材料或改善工艺而减小甚至消除其影响，如杂质的吸收、波导散射等。(二)光纤的衰减系数光纤的衰减系数是度量光能在光纤中传输损失的参数，定义为：式中：Pin为输入光纤的光功率，Pout为输出光纤的光功率，L是被测量光纤的长度。这里表示在波长处的衰减系数。应用上式时，要特别注意：假定光纤沿轴向是均匀的 ，即与轴向位置无关。三、实验仪器及用具光源、光功率计、被测光纤、剪刀、光纤剥线钳、带活接头的短纤、光纤切割刀、裸纤适配器、OTDR等。 四、实验内容 根据ITU-T建议G652规定，光纤的衰减以剪断法为标准测量方法，插入法为第一替代法，背向散射法为第二替代法。(一) 剪断法测试步骤： 将被测光纤和光源连接，用光功率计测得光纤末端接收的光功率P2，并记录P2。 保持上述光源的输出光功率，不变，将光纤从离光源2-3m处剪断，再测量此时短段光纤的输入光功率P1，并记录P1。 在测量P1、P2时重复测试六次，进行测量后取测量数据的平均值。 计算被测光纤的衰减系数 Pin Pout用W作单位 Pin Pout用dB做单位（二）插入法 测试步骤： 用带活接头的短纤取代被测光纤的位置，进行参考测量，测得光源的输出光功率P1。 制作被测光纤两端面，测得经过光纤衰减的光功率P2。 则被测光纤的衰减P PinPout(dB) 若被测单盘光纤长度为L公里，则其衰减常数 （三）背向散射法背向散射法在其他实验中进行。五实验报告1自行设计表格，将所测试的结果填写到表格中去。2分析实验结果，进行误差分析。六思考题哪些因素导致光纤衰减的产生？如何避免?实验二 光时域反射仪的使用一、实验目的：1.学习光时域反射仪（OTDR）的基本操作方法。2.使用光时域反射仪测量光纤的相关参数。二、实验原理背向散射法的工作原理：光脉冲注入到光纤以后，由于纤芯折射率不匹配或不连续性(例如在连接器、接头和光纤的不匹配端处)而产生菲涅尔反射，熔凝石英是非晶形材料，在微观尺度上呈现颗粒结构，光照射其上，会发生向各个方向的散射(当微粒尺寸比波长小得多时)，称为瑞利散射，其中小部分被纤芯俘获返回光纤入射端简称为背向散射光，所以光将从光纤沿途返回到入射端。 光时域反射仪就是利用以上特性，将光脉冲注入光纤，同时在输入端接收这个光脉冲的菲涅尔反射光和背向散射光，使其变成电信号，并随时间在示波器上显示出来，用以测量光纤长度、光纤故障点、光纤衰减以及接头衰耗。光时域反射仪又叫背向散射仪(OTDR)。注：OTDR是通过测量光脉冲沿光纤来回传输一周所花的时间(t)，然后利用真空中的光速c和光纤的折射率(n)计算得出距离(L)的值将时间坐标变为光纤长度坐标，垂直轴表示相应长度处的光功率衰减情况，所以OTDR屏上纵向坐标为dB,，横向坐标为距离，光纤的扫描曲线由若干倾斜线段构成，各段的斜率反映了在光纤内部背向散射光脉冲传输时呈现的损耗。三、实验器材1. 单模光纤2. 光时域反射仪（OTDR）四实验步骤1将OTDR与光纤相连。2按“POWER”键开机。3按“3”进入故障定位选项。4在此界面下进行测试条件各种参数的更改。用“”和“”键进行光标的上下移动，“Enter”键为确定键。5设置模式设为“手动”。6事件设为“自动搜索”。7波长设为“1310nm”。8距离范围设为“自动设定”。9脉宽设为“自动设定”。10折射率设为“1.4667”。11平均化设为“10次”。12采样分辨率设为“普通”。13全部设置完毕确认无误后按“F4”键，仪表进入自动测试状态，测试完毕后会出现光纤的测试曲线和各种测试参数，距离（即光纤长度），全衰耗（即全部光纤的衰减）都会出现，读取对应的参数即可。14重复测量6次，取平均值。15再用全衰耗除以距离就能得出每公里上的衰减系数。161310nm测量完毕后，将波长改为1550nm，折射率改为“1.4682”其他参数不变，测量出来的即波长为1550nm的损耗。五、实验报告记录各种测量参数。六、思考题OTDR无测量曲线的原因是什么？实验三 光纤熔接机的操作一、 实验目的与要求1 了解光纤熔接机的工作原理2 掌握光纤熔接机的操作与注意事项3 掌握用光纤熔接机接续光纤4 分析影响接头损耗的因素(光纤端面、污染、熔接机参数、操作步骤)二、 光纤自动熔接机工作原理光纤的固定接续大多数采用熔接法，即对准光纤轴心后，加热光纤端面使其熔接。光纤熔接的基本原理是使被接光纤的端头对准后用局部加热方式，将端头部分熔化而焊接成一体。光纤熔接机的电源由市电将交流转换成直流12V或者用蓄电池直流12V供电，当电源接通后电极产生高压电弧放电，这时的温度高达2000C，对于熔点达1800C左右的石英光纤的熔接，一般认为气体放电加热最适合石英光纤的熔接，目前光纤熔接机都采用这种方式加热。为了减少在接续处出现缝隙和气泡，在正式熔接前采取余加热对光纤端面进行整形，为了校正因熔接致使纤芯包层的变形，在正式熔接后采取加热整形。下图展示出了熔接机熔接的全过程，以及熔接过程中接续损耗的变化与时间的关系。图中A是对纤时的轴心错位损耗，菲涅尔反射损耗端面不完整产生的损耗。B是预热阶段熔融端面形成曲面、损耗急增，C表示光纤接触后进一步推进，损耗减少的过程，D是在整形加热时，纤芯包层的变形部分被校正，损耗慢慢降低。图中虚线显示当预热时间，推进量，整形加热时间熔接电流等条件不合适时，出现的连接损耗、增加的情况。准确掌握最佳熔接条件是保证减小单模光纤接头损耗的关键，对于自动熔接机而言，熔接过程中的各个动作都是熔接机自动调整、完成。三、 实验仪器与用具一)仪器介绍ARC FUSION SPLICER FSM-20CS (日本藤仓) ARC FUSION SPLICER FSM-30S (日本藤仓)ARC FUSION SPLICER FSM-50S (日本藤仓)TYPE-36 （日本住友）TYPE-39 （日本住友）古河-176（日本古河电工）古河-177（日本古河电工）二）光纤切割器的使用1光纤切割器的面板：见下图 Pressing Board压板Fiber Holder光纤支架Main Body主体Blade切割刀口Cover盖子Cutting Edge Rubber Pad切削刃衬垫Blade Carriage滑动架2光纤切割器的操作步骤：将制备好的光纤放入光纤支架的V型槽内，裸纤对准12毫米刻度；左手拿住光纤，右手先放下压板，再放下盖子；右手推动滑动架，光纤即被切断；左手扶住切割器，先将盖子打开，左手拿住光纤，再将压板打开；左手取出光纤，右手用镊子将切割掉的裸光纤从切割器中清除。注意：1打开熔接机前要首先检查输入交流或直流电压。适当的电压是：AC85265V或DCl015V。使用此范围以外的电压会引起人身伤害和机器损伤。2在熔接之前避免熔接机接触沙粒或灰尘。要用酒精棉清洁V形槽,用专用的棉签清洁电极、升/降镜头，否则会损伤和降低性能。3要根据光纤切割长度设置光纤在压板中的位置，并正确地放入防风罩中。如果不能正确地设置光纤，机器就不能达到最优结果。4放电时电极会产生个很高的电压，不要触摸电极，确保机器上没有水或其它液体。5在加热器使用过程中或使用过程后,不要接触陶瓷加热器和热缩管,高温会引起人身伤害。四、实验步骤1.光纤端面的制备 在熔接前，必须首先做合格的端面。这些操作包括剥除涂覆层、清洁和切割。光纤端面制作的好坏将直接影响接续质量，所以清仔细阅读下面的说明。将热缩管穿过光纤 当熔接后使用热缩管保护光纤接头时，必须在熔接前(光纤端面制备前)预先将热缩管穿进光纤。如果在光纤端面制备好之后，再穿热缩管，就会被弄脏光纤，将直接影响熔接效果。 剥去涂覆层 用专用的剥线工具米勒钳剥去涂护层。 清洁光纤 用沾有酒精的清洁麻布或棉花在裸纤上一个方向擦拭几次。 切割光纤 使用光纤切割器切割光纤，对025mm(外涂层)光纤，切割长度为8mm16mm，对09mm(外涂层)光纤，切割长度只能是16mm注意:不要触摸裸纤，由于很容易损伤裸纤，要非常细心地操作。2将制备好的光纤放入熔接机上的V型槽内步骤如下： 打开防风罩 将光纤放进V形槽，盖上压板。其方法是：(1) 打开左右两侧光纤压板，光纤夹具将随压板自动抬起。 (2) 参照下图或防风罩里的标记，将光纤末端放在适当位置。放置光纤时，注意不要将已切割好的光纤端面碰触V形槽表面或其它物体表面(如升降镜)，否则会损坏光纤端面。(3)确认光纤接触到V形槽底部，握住光纤不动，同时盖上光纤压板。如果光纤没有接触到V形槽底部，请重放光纤。注意：当光纤弯曲时，通过转动光纤，使弯曲部分朝下，很齐易将弯曲的光纤放在V形槽底部。如果光纤放置位置不正确，就不能达到最佳熔接效果。(4)照上面步骤放置另条光纤(5)轻轻将左右两侧光纤具盖上。盖上防风罩3自动熔接过程步骤如下：确认“待机”信息 在屏幕上检查并确认“待机”字样。 如果没有“待机”字样，按下“MENU”或“RESET”键。按下“SET”键，同时观察屏幕，这时熔接机将进入自动熔接过程，在熔接过程中将出现两种状态：（1）熔接机提示不能熔接的情况，根据提示重新操作。（2）熔接机开始初始间隙设置、预放电、初始间隙设置、 检查切割角度并显示在屏幕上、自动纤芯包层对准、放电熔接、损耗估算，这时在屏幕上显示“结束”信息和计算的损耗数值。 如果屏幕上显示的损耗值比可接受值高，使用再放电功能有可能减少衰耗，即按下“ARC”键进行再放电，熔接机再一次产生电弧放电，熔接完了后，新的估算值显示在屏幕上。 熔接机数据存储，打开防风罩，熔接机自动存储熔接数据，同时发出“滴”的一声。用热缩管加热补强光纤，打开加热器盖子，将热缩管移到熔接点上，这时热缩管中心应处于裸纤中心，将热缩管加强棒转到下方。如下图所示:在放置热缩管时左右手同时用力拉直光纤，首先将光纤左边放在加热器左边的夹子中，左边的夹具会自动关闭。松开左边光纤，用右手向右保持微弱拉力的同时，再用你的左手合上右边的夹具(加热器盖)。确保光纤夹在加热器中是直的。按下“HEAT”键，发光二极管点亮，大概两分钟后，熔接机停止加热，然后通过内部风扇作用开始冷却过程，在冷却过程中指示灯闪烁。加热过程完全结束时，指示灯熄灭同时发出“滴”的一声。从加热器中取出补强光纤。取光纤时，因为温度太高，不要触摸热缩管和陶瓷加热器。为继续冷却陶瓷加热器，内部风扇在一个加热周期结束后，继续运行12秒钟。尽管如此，如果风扇还在运行，仍可开始下一加热过程。五、实验内容1熟悉熔接机的功能键及操作步骤2熟练掌握用光纤切割器处理光纤的端面 3熟练地用自动熔接机接续光纤并记录接头损耗4分析影响接头损耗的因素(光纤端面、污染、熔接机参数、操作步骤)六、思考题1什么是光纤的接续损耗？2产生光纤的接续损耗的原因有哪些？如何避免？3光纤端面制备的几个步骤先后次序能否颠倒？为什么？实验四 光缆的接续处理一、实验目的1了解光缆接头盒处理的作用及成端处理方式。2熟悉接头盒、终端盒的结构及连接方法与步骤。二、实验原理光缆工程中单盘光缆的长度一般为13公里，而中继段的长度为几十公里，这样就必定要将若干盘光缆进行接续来形成一个完整的链路。由于两根光缆的接头处于室外的恶劣环境，而光纤的物理性能不同于铜线，因此必须使用光缆接头盒对接头处进行保护，保证光缆中的光纤和光纤接头免受振动、张力、冲压力、弯曲等机械外力影响以及水、潮气、有害气体的侵袭。因此光缆接头盒就应具有以下功能：适应性。光缆有直埋、架空、管道、水下等各种敷设方式。因此光缆接头盒对环境、自然条件等要有很强的适应性。在工程中，应根据不同的光缆规格选择与之相适应的接头盒。气闭性与防水性。光纤的传输损耗与水有密切关系。因此光缆接头盒要有很好的气闭与防水能力。一般要求光缆接头盒能保持20年的密封性能，其对地绝源电阻应符合设计要求。机械性能。光缆接头盒必须具有一定的机械强度，以保证光纤接续处在一定的外力作用下不受影响。当给光缆接头盒施加其抗侧压力强度70的机械力时，一般要求光缆接头盒中的光纤特性不受影响。耐腐蚀、耐老化。光缆接头盒应具有耐腐蚀耐老化的性能，以保证在光缆设计寿命内接头盒的完好，从而保持光缆的良好性能。操作简单，材料尽可能规格化、标准化，以适应不同光缆的接续要求。除此之外，还要求接头盒容易拆卸，材料可重复使用。这对于利用接头盒内光纤的余留长度迅速修复故障，省时省料，提高经济效益，保证通信畅通有重要意义。三、实验器材1带密封圈、托盘的接头盒。2小刀、扳手、起子等工具。3横向开缆刀、纵向开缆刀、束管刀、钢丝钳。4酒精，脱脂棉球。5光纤剥线钳、光纤切割器、热缩管。6单芯光纤熔接机。5光纤光缆等。四光缆接头盒处理步骤 由于光缆接头盒和光缆规格较多，不同结构的接头盒所需的连接材料、工具以及接续方法、步骤是不完全相同的，但基本操作程序大致相同。光缆接续的一般步骤包括以下几个方面。1开剥光缆，使用光缆横向开缆刀在开剥点切进光缆外护层，转绕光缆一周，切断光缆的PE外护层，（通常连带铠装层一起切断），并将这段外护层除去，开剥的长度大约为1米。 注意：在光缆工程中，由于光缆端头部分在敷设过程中易受机械损伤和受潮，因此在光缆开剥前应视光缆端头状况把最前端1米左右的长度截断并废弃。2剪断并去除捆扎绳，将光缆内油膏清理干净，将松套管散开。3用钢丝钳将加强件剪断，并留下适当的长度。3使用束管刀在适当的长度下把松套管除去，并把松套管内的油膏清理干净。4将加强件穿入接头盒的锁柱孔内并把紧固螺丝上紧，固定好加强件。5光纤进行分类整理，按颜色和序号一一对应。6光纤端面的制备（参见实验三）。7使用熔接机进行熔接（参见实验三）。8光纤接头处使用热缩管进行加热缩紧保护处理。9光纤余纤的盘留处理。光纤熔接并热缩保护完毕后，将余下的光纤按照“8”字形或者“O”字形合理的盘留在接头盒内，热缩管卡在卡槽上。并用透明胶带把翘起、晃动的光纤粘贴到托盘上，光纤余长不得超出托盘范围之外,弯曲半径不得大于40mm。10将接头盒外盖装上，垫好密封圈，把紧固螺丝上紧。11将接头盒的密封帽上紧，用防水胶带把缝隙处紧缠数圈（三圈以上），达到防水的效果。光缆接头盒封装的基本要求是封装完成后，接头盒必须不渗水、不漏潮，以保证光纤具有可靠的性能。要做到这一点，就要注意接头盒密封条的安装工艺，只要细致、认真、工艺严格，就能保证安装质量五、实验报告1记录光纤接头损耗以及弯曲半径。2分析光纤接头损耗以及弯曲半径是否符合要求。六、思考题1光纤余纤盘留时光纤弯曲半径过小会导致什么现象？2接头盒密封时有哪些注意事项？实验五 光纤冷接技术实验一、实验目的1了解光纤冷接技术。2熟悉接续子的连接方法与操作步骤。二、实验原理光纤的接续常用的方式为熔接。熔接具有接续损耗较小，接续质量稳定，不易断裂等优点。但熔接技术有设备的要求高，设备价格昂贵，操作繁琐，接续花费的时间较长等缺点存在。尤其是在FTTH（光纤到户）此类工程中，光纤需要接续的地方分散到社区，楼道，家庭等不同场所，而且通常都为小芯数光缆，如果还使用熔接技术进行光纤的连接会存在诸多不便。特别是需要快速接通的场合，熔接技术就显现出很多缺点。例如：某小区光纤已经进入到各个楼道，此时某用户申请光纤到户，开通人员就需要从进入楼道的光缆中选出光纤进行接续，并将光纤另一端端头安装到用户家中的指定位置。如果使用熔接技术，那就必须携带一系列工具和熔接机，并且耗时较长，过程较繁琐。如果使用冷接技术，则只需要带光纤切割器，接续子等少数几样工具即可，并且能在很短的时间内为用户进行光纤到户的开通。光纤冷接技术同样适用于需要快速接续的其他场合。例如某光缆中的某根光纤断裂，可以在不影响其他光纤的前提下对断裂的光纤进行快速恢复。光纤冷接技术的特点为：1. 使用机械方式将光纤直接成端。2. 安装时无需熔接机，无需研磨。3. 快速和易于操作，节约安装时间。4. 提高用户待装效率。5. 减小连接保护盒体积或消除连接保护盒。6. 与标准SC光纤连接器/适配器完全兼容。三、实验器材1光纤2接续子3光纤剥线钳（米勒钳）4酒精，脱脂棉球5光纤切割器。四冷接子处理步骤1. 将连接器主体插销置于 T 型工具的凹槽中。2. 沿箭头方向上推主体插销，确认主体插销已正确地安装在 T 型工具的凹槽内。此时连接器内锁紧装置处于开启状态。3. 将“8”字型光缆穿入连接器尾套中。4. 用剪刀在光缆端头剪开护套，用双手撕开光缆约50mm。5. 剪去剥开的光缆护套，露出约50mm长光纤，使用光纤剥离钳去除光纤涂层，使用脱脂棉或脱脂纱布粘酒精试擦光纤，使用光纤切割器将裸纤切割至12mm处。6. 将制备好端面的光纤小心地插入到连接器主体的小孔里面(注:光纤端面勿碰触连接器内孔的侧面或其它面)。7. 光缆护套到达箭头所指位置(允许公差 1mm)裸光纤完全进入到连接器主体，并保持能有一定伸缩性。8. 待光纤插入到连接器主体后，用食指沿箭头方向按压连接器的防尘帽，固定住裸光纤。此时连接器内锁紧装置处于闭合状态。9. 旋紧连接器尾套，固定“8”字光缆。10. 如图所示，将连接器主体插入连接器的蓝色套仓内，装配结束。五、实验报告1记录光纤冷接头插入损耗。2分析光纤冷接头插入损耗是否符合要求。六、思考题光纤冷接头处理不当会导致什么现象？实验六 分路器插入损耗和分光比测试一、实验目的1、了解光无源器件，Y型分路器的工作原理及其结构。2、掌握它们的正确使用方法。3、掌握它们主要特性参数的测试方法。二、实验内容1、测量Y型分路器的插入损耗2、测量Y型分路器的附加损耗3、测量Y型分路器的分光比三、实验仪器1、光源，1台2、FC接口光功率计，1台3、FC-FC光跳线，1根4、Y 型分路器，1个四、实验原理光通信系统的构成，除需要光源器件和光检测器件之外，还需要一些不用电源的光通路元、部件，我们把它们统称为无源器件。它们是光纤传输系统的重要组成部分。光无源器件包括光纤活动连接器（平面对接FC型、直接接触PC型、矩形SC型）、光衰减器、光波分复用器、光波分去复用器、光方向耦合器（例如：Y型分路器、星型耦合器）、光隔离器、光开关、光调制器本实验重点介绍Y型分路器。在应用这些无源器件时必须考虑无源器件的各项指标，如Y型分路器（1分2的光耦合器）的插入损耗，分光比，波分复用器的光串扰等。下面对Y型分路器插入损耗及附加损耗及其分光比分别进行测试。Y型分路器的技术指标一般有插入损耗（Insertion Loss）、附加损耗（Excess Loss）、分光比和方向性、均匀性等，在实验中主要测试Y型分路器的插入损耗，附加损耗及分光比。就Y型分路器而言，插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。插入损耗计算公式为6-1式。 (6-1)Pin Pout用mw作单位Pin Pout用dB做单位其中，I为第i个输出端口的插入损耗，Pouti是第i个输出端口测到的光功率值，PIN是输入端的光功率值。Y型分路器的附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。附加损耗计算公式为6-2式。 （6-2）Pin Pout用mw作单位Pin Pout用dB做单位讨论：附加损耗能否用此公式计算？为什么？对于Y型分路器，附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程带来的固有损耗；而插入损耗则表示的是各个输出端口的输出光功率状况，不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响。因此不同类型的光纤耦合器，插入损耗的差异，并不能反映器件制作质量的优劣，这是与其他无源器件不同的地方。分光比是光耦合器件所特有的技术术语，它定义为耦合器各输出端口的输出功率的比值，在具体应用中通常用相对输出总功率的百分比来表示。 （6-3） 例如对于Y型分路器，1：1或50：50代表了输出端相同的分光比。即输出为均分的器件。在实际工程应用中，往往需要各种不同分光比的器件，可以通过控制制作方法来改变光耦合器件的分光比。测试Y型分路器的插入损耗、附加损耗和分光比时，其测试实验框图如图6-1所示。测试方法为：先测试出光源输出的光功率Pin，将Y型分路器接入其中组成图6-1所示。图6-1 Y型分路器性能测试实验框图测试系统后，分别测出Y型分路器输出端的光功率Pout1和Pout2，代入6-1，6-2，6-3式即可得到待测Y型分路器的性能指标。分路器从外型上分主要有树型和星型。从结构上分有熔锥型和透镜型。五、实验步骤a、Y型分路器插入损耗测量1、把光源用单模光跳线将其和光功率计连接起来。2、读出此时光功率计的数值，此数据即为Y型分路器的输入功Pin。3、拆除光源和光功率计的连接，将Y型分路器光纤接头插入光源光发端。 同时将Y型分路器光纤输出接头out1和光功率计连接起来。4、读出此时光功率计的数值，此数据即为插入Y型分路器后的输出功率Pout1。5、将所测得的数值Pin和Pout1代入式（6-1）计算所得的结果即为波分复用器的插入损耗。b、Y型分路器附加损耗测量6、拆除Y型分路器out1和光功率计的连接，将功率计和Y型分路器out2连接起来，测量此时的光功率数值Pout2。7、将两次所测的值Pout1 ，Pout2和Pin代入式（6-2）计算所得的结果即为分路器的附加损耗。c、Y型分路器分光比测量8、将提上所测量的值Pout1 ，Pout2和Pin代入式（6-3），分别计算两个输出端口的分光比。9、实验完成后，关闭电源。六、实验报告1、自行设计表格，记录各实验数据，根据实验结果计算Y型分路器插入损耗、附加损耗和分光比。2、分析实验结果，进行误差分析。七、思考题1、分路器能否对含不同波长的光进行分波？2、分路器从结构上分有哪些类型？实验七 可调光衰减器的性能测试一、实验目的：1了解可调光衰减器的性能。2熟悉可调光衰减器的使用方法与操作步骤。二、实验原理光衰减器是随着光通信事业发展出现的一种非常重要的光学无源器件，可用于光通信线路，系统的品故，研究计调整，校正等方面。根据光衰减器的工作原理可分为：横向位移型光衰减器，纵向位移型光衰减器，直接镀膜型光衰减器，衰减片型光衰减器，液晶型光衰减器。光衰减器可按照用户的要求将光信号能量进行预期地衰减。常用于在系统中吸收或反射掉光功率余量，评估系统的损耗及各类实验中。三、实验器材11310nm光源。2可调光衰减器。3光功率计四实验步骤1将1310nm光源与光功率计连接，测量光源的输出功率，此功率为光衰减器输入功率Pin.2将1310nm光源，可调光衰减器，光功率计进行连接，此功率为输出功率Pout.分别使用一个可调光衰减器和两个可调光衰减器，将衰减调至表中的衰减值，记录下实验数据。a.使用一个光衰减器：输入功率Pin（dB）输入功率Pin(w)衰减值3 dB6 dB9 dB12 dB15dB18 dB21 dB24 dB输出功率Pout（dB）输出功率Pout(w)b.使用两个光衰减器：输入功率Pin（dB）输入功率Pin(w)衰减值27 dB30 dB33 dB36 dB39dB42 dB45 dB48 dB输出功率Pout（dB）输出功率Pout(w)五、实验报告1、记录各实验数据， 根据实验结果进行误差分析。六、思考题光衰减器有那些类型？实验八 波分复用器插入损耗及隔离度测试一、实验目的1、了解波分复用器的工作原理及其结构2、掌握它们的正确使用方法3、掌握它们主要特性参数的测试方法二、实验内容1、测量波分复用器的插入损耗2、测量波分复用器的光串扰三、实验仪器1、光功率计2、FC-FC适配器3、波分复用器四、实验原理波分复用器是波分复用系统中的重要组成部分，为了确保波分复用系统的性能，赌博分复用器的一般要求是：插入损耗小、光串扰小、隔离度大、带内平坦，带外插入损耗变化陡峭、温度稳定性好，复用路数多等。本实验主要用来测试波分复用器的插入损耗和光串扰。1、插入损耗插入损耗是指由于增加光波分复用器/解复用器而产生的附加损耗，定义为该无源器件的输入和输出端口之间的光功率之比，即 （1）其中Pi是发送进入输入端口的光功率；Po是从输出端口接收到的光功率。在具体的测试时，我们先用光功率计测量未加入波分复用器时的光功率Pi，再测量加入波分复用器后输出端口的光功率Po，然后带入式(1) 后计算可得出波分复用器的插入损耗。2、光串扰的定义及其测试方法波分复用器的光串扰（隔离度），为波分复用器输出端口的光进入非指定输出端口光能量的大小。其测试原理图如图1所示。图1 波分复用器光串扰测试原理图上图中波长为1310nm、1550nm的光信号经波分复用器复用以后输出的光功率分别为P01、P02，解复用后分别输出的光信号，此时从1310窗口输出1310nm的光功率为P11，输出1550nm的光功率为P12；从1550窗口输出1550nm的光功率为P22，输出1310nm的光功率为P21。将各数字代入下列公式：上式中L12 、L21即为相应的光串扰。1, P11310窗口1550窗口1310nm光源光波分复用器P11P12图2(a) 1310nm光串扰测试框图AB由于便携式光功率计不能滤除波长1310nm只测1550nm的光功率，同时也不能滤除1550nm只测1310nm的光功率。所以改用下面的方法进行光串扰的测量。测量1310nm的光串扰的方框图如2（a）所示。2， P21550窗口1310窗口1550nm光源光波分复用器P21P22图2(b) 1550nm光串扰测试框图BA测量1550nm的光串扰的方框图如2（b）所示在这种方法中，光串扰计算公式为： （2） （3）上式中L12即是光波分复用器1310nm相应的光串扰。，L21即是光波分复用器1550nm相应的光串扰五、实验步骤a、波分复用器插入损耗测量1.打开1550nm光源。2.将1550nm光源与光功率计连接，读出此时光功率计的数值，此数值即为波分复用器后的输入功率Pi。3.拆除光源和光功率计的连接。4.将波分复用器标有“1550nm”的光纤接头与1550nm光源连接。5.将波分复用器另一端光纤接头和光功率计连接起来。6.读出此时光功率计的数值，此数据即为插入波分复用器后的输出功率Po。7.将所测得的数值Pi和Po代入式（1）计算所得的结果即为波分复用器1550nm的插入损耗。8.将光源换成1310nm，重复上述步骤，将所测得的数值Pi和Po代入式（1）计算所得的结果即为波分复用器1310nm的插入损耗。b、波分复用器的1310nm光串扰测量 1、将1310nm光源与波分复用器的连接。 2、用光功率计测得此时波分复用器标有“1550nm”端光功率为P12。3、将所得光功率数据代入公式（2）计算波分复用器的1310nm的光串扰。c、波分复用器的1550nm光串扰测量 1、将1550nm光源与波分复用器的连接。 2、用光功率计测得此时波分复用器标有“1310nm”端光功率为P21。3、将所得光功率数据代入公式（3）计算波分复用器的1550nm的光串扰。六、实验报告1、记录各实验数据， 根据实验结果，计算获得波分复用器插入损耗和光串扰。2、分析实验结果，误差分析正确。七、思考题比较Y型分路器和波分复用器的差异。实验九 光放大器的性能测试一、实验目的1.测量光放大器的输入输出光功率曲线2.观察光放大器的线性区和饱和区，找出饱和光功率二、实验原理光放大器是对光信号进行直接放大的器件，它即可看座光通路的组成单元，也可看做光设备组成单元。光放大器的工程是提供光信号增益，以补偿光信号的通路中的传输衰减，增大系统的无中继传输距离。本实验所用的器材为掺铒光纤放大器（即EDFA）。EDFA主要由掺铒光纤（EDF），泵浦光源，光耦合器，光隔离器以及光滤波器等组成。EDFA的工作原理是在泵浦的作用下，在掺铒光纤中出现了粒子数反转分布，产生了受激辐射，从而使光信号得到放大。三、实验器材1.高稳定度光源2.光功率计3.掺铒光纤放大器（即EDFA）四实验步骤光放大器光功率计 1550nm光源(a)光功率计可调光衰减器光放大器1550nm光源(b)图9-1 光纤放大器的工作特性测试框图1.如图(a)，测试光功率P12.如图(b)，将可调光衰减器调至3dB，测试光功率P23.根据测试结果，计算光放大器的小信号增益系数。掺铒光纤放大器（EDFA）操作说明：警告：激光器及掺铒光纤放大器输出为大功率不可见激光辐射，设备工作时不可直视其连接器端面，避免灼伤眼睛及皮肤。设备内含精密光学器件，为避免严重冲击对其构成损害，请避免剧烈振动和碰撞。尾纤易折损，请小心操作。使用前请务必使输入输出尾纤端面保持清洁，尤其是输出端面若有脏物，容易使输出尾纤端面烧毁而使输出功率变小。清洁光纤端面或插入光跳线时，请先关闭输入光。正确的插拔光口的顺序是：插入，先插输出口光跳线再插入口光跳线；拔出，先拔输入口光跳线，再拔输出口光跳线。显示/按键部分说明键： 上翻按键，按此键可从下到上依次查看EDFA的各个参数，修改时，该键上调数据键： 下翻按键，按此键可从上到下依次查看EDFA的各个参数，修改时，该键下调数据键： 此键只用于修改时光标右向移动键： 此键只用于修改时光标左向移动OK 键： 进入下一级子菜单；修改时，该键确认修改。ESC 键： 退出本级菜单；修改时，该键放弃修改。显示菜单说明（1）开机时显示设备启动过程：EDFA-LA-220（2）几秒钟后屏幕显示：基准温度Module temp（3）下翻一次 键，屏幕显示：输入功率Input Power（4）下翻一次 键，屏幕显示：输出功率Output Power（5）下翻一次 键，屏幕显示：泵浦管1的工作电流PUMP1 CURRENT:（6）下翻一次 键，屏幕显示：泵浦管1的功率PUMP1 POWER:（7）下翻一次 键，屏幕显示：泵浦管1的制冷电流COOLER1 CURRENT:（8）下翻一次 键，屏幕显示：泵浦管1的温度PUMP1 TEMP:（9）下翻一次 键，屏幕显示：显示泵浦管的开、关状态PUMP ON/OFF:（10）下翻一次 键，屏幕显示：整机的工作模式WORK_MODE:（11）下翻一次 键，屏幕显示：告警开关Alarm Switch（12）下翻一次 键，屏幕显示：通讯口选择COM Select 请记录：1.输入功率2.输出功率3.泵浦管工作电流4.泵浦管功率5.泵浦管的制冷电流：6.泵浦管的温度7.根据记录数据判断本设备的增益为： 五、实验报告依据光放大器的操作说明记录光放大器的各种参数。实验十 电话光纤传输系统实验一、实验目的1、了解电话及语音信号通过光纤传输的全过程2、掌握模拟电话、数字电话光纤传输的工作原理二、实验内容1、电话光纤传输系统实验三、实验仪器1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱，1台2、20MHz双踪模拟示波器，1台3、FC-FC单模光跳线，1根4、电话机，2部5、万用表，1台6、850nm光发端机和光收端机（可选），1套7、ST-ST光跳线（可选），1根8、连接导线，20根四、实验原理对于局间通信来说，电话语音通信具有举足轻重的作用。以电话通信网络为载体，各种模拟（或数字）信号的传输系统已经商业化。如电话、传真、拨号网络通信等业务都是在局间电话网上实现的。 图10-1 电话模拟光纤传输图10-2 电话数字光纤传输图10-3 时分复用帧结构示意图电话语音信号的光纤传输分为两种方式：一种方式为模拟电话光纤传输，即电话用户接口输出的模拟信号直接送入光纤模拟信号传输信道，从而实现两部电话的通话（由于模拟信号无法直接进行时分复用，因此模拟电话光纤传输只能传输一路电话语音信号，另一路电话语音信号直接用连接导线代替光纤），实验方框图如图10-1所示。另一种方式为数字电话光纤传输。在数字传输系统中，几乎所有业务均以一定的格式出现，因而在信道上对各种业务传输之前要对业务的数据进行包装。信道上对业务数据包装的过程称之为帧组装。不同的系统、信道设备帧组装的格式、过程不一样。时分复用制的数字通信系统，在国际上已逐渐建立起标准并广泛使用。时分复用（TDM）的主要特点是在一个信道上利用不同的时隙来传递各路（语音、数据或图像）不同信号。各路信号独立、互不干扰。实际的电话业务共有32个时隙，其中30个时隙用于话音业务。第一个时隙为定位时隙，用于做帧同步提取用。第二到第十六个时隙传输话音业务，第十七个时隙用于信令信号传输，以实现信令的接续。第十八到三十二时隙用于话音业务。 在我们的实验箱中，电话用户接口输出的两路模拟信号经过PCM编码以后，利用时分复用的方式，将两路信号数字调制成一路信号，然后送入光发端机中进行光纤传输，光收端机接收的信号通过时分解复用，实现信号的分离，分别送入两个电话用户接口电路中，实现两部电话的全双工通话，其方框图如图10-2所示。在PCM编译码中，帧同步信号为8KHz，一帧信号分为四个时隙，分别为时隙0、时隙1、时隙2和时隙3；时隙0为帧同步信号，其同步码为固定的码流“0 1 1 1 0 0 1 0”，时隙1和时隙2分别为两路电话语音调制数据，时隙3为空时隙，在本实验中没有用到（用低电平表示），图3为PCM编码一帧的结构示意图。 在此实验中，实验原理主要采用图10-2来进行电话信号的传输。五、实验步骤 1、用连接线连接电终端模块的T66(C_O)和光终端T81(C_I)，T65(D_O)和T82(D_I)；连接光终端模块T85(C_O)和电终端T71(C_I)，T86(D_O)和T69(D_I)；连接电终端模块和数字终端模块的T70（D1_O）和T88（D1_I），T72（D2_O）和T75（D2_I），T73（D3_O）和T74（D3_I），分别接好两部电话。2、将电终端拨码开关K35的值拨为“1000”，K34值拨为“00000000”，光终端拨码开关K38的值拨为“0000”，将K37的值拨为“01000000”；将光终端开关 K7、K28和K29全部拨向下。3、旋开光发端（1550nmT）保护帽，利用FC-FC单模光跳线将1550光发端机和1550光接收机连接起来。4、打开交流电源，打开交流电源开关，电源指示二极管D4，D5，D6，D7，D8亮。5、将两部电话摘机，即可进行全双工通话。6、分别对两部电话进行按键，观测数字终端二极管发光的变化。7、根据以上步骤设计1310nm数字电话光纤传输实验。8、试验完成后，拆除所有的连线，将实验箱还原。六、实验报告1、画出数字电话通信的原理框图。2、记录实验过程中各点的波形，进行分析。七、思考题1、能否用一根光纤传输两路模拟信号，如果可以，如何实现？如果不行，说明理由。2、与模拟电话相比，数字电话有哪些优点?3、画出PCM编码输出一帧的结构示意图，用示波器观察各帧的波形，说明一帧信息中各时隙代表的意义。实验十一 计算机串口数据传输系统实验一、实验目的1、学习计算机数据通信基本知识2、掌握计算机串口通信传输系统组成二、实验内容用实验箱实现计算机串口数据通信三、实验仪器1、ZY12OFCom23H1型光纤通信原理实验箱 1台2、计算机2台3、串口连接线2根4、连接导线 20根四、实验原理随着计算机技术的发展，计算机通信显得越来越重要。由于串行通信是在一根传输线上一位一位地传输信息，所用的传输线少，并且可以借助现成的电话网进行信息传送，因此特别适合远距离传送。对于那些与计算机相距不远的人机交互设备和串行存储的外部设备，如打印机、逻辑分析仪和磁盘等，采用串行方式交换数据也很普遍。所以串行接口是微机应用系统常用的接口。 在并行通信中，传输线数目没有限制，一般除了数据线外还有通信联络控制线。例如，在发送前，先问对方是否准备就绪，或正在工作即忙，接收方收到数据后，要向发送方回送数据已经收到的应答信号。但是在串行通信中，由于信息在一个方向上串行传输，只占用一根通信线，因