北信科往届光纤实验报告bistu.docx

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北信科往届光纤实验报告bistu

北京信息科技大学

光纤通信实验

学院：

班级：

姓名：

学号：

指导老师：

实验时间：

成绩：

第一部分无源光实验

无源光实验在光纤通信工程中具有非常重要的作用，由以下几个小实验组成。

实验1.1单模光纤特性测量

1、实验目的

1、能够熟练测量光的特性

2、掌握单模光纤特性

2、实验仪器

1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台

2、光功率计一台

3、单模光纤跳线一根

3、实验原理

光纤是光波的传输媒质，按光纤中传输模式的多少，光纤可分为多模光纤和单模光纤两类。

在单模光纤中只能传输一个模式，多模光纤则能承载成百上千个模式。

一般的光纤通信系统中，对光纤的要求为：

（1）低传输损耗；

（2）高带宽和高数据传输速率；（3）与系统元件（光源、光检测器等）的耦合损耗低；（4）高的机械稳定性；（5）在工作条件下光和机械性能的退化慢；（6）容易制造。

单模光纤的结构、参数和各组成部分的作用与多模光纤是类似的，它们的不同之处在于：

单模光纤有模场直径和截止波长两个特殊参数。

单模光纤的典型几何参数如表1所示。

表1单模光纤的典型几何参数

参数

指标

模场直径，μm

（8.6～10.5）±0.7

包层直径，μm

125±1

芯／包层同心度误差，μm

≤0.8

包层不圆度，％

≤2％

单模光纤以其损耗低、频带宽、容量大、成本低、易于扩容等优点，作为一种理想的信息传输介质，得到了广泛的应用。

4、实验步骤

准备工作：

将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：

2－3），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：

2－3），KX02设置在“正常”位置；用发送波长为1310nm和1550nm的光纤发送器作为光源；并准备好尾纤，为保证测试精度，测量前先用酒精棉将光纤头清洁一下。

1、弯曲损耗测量

（1）将单模光纤跳线的一端接入光纤收发模块中激光收发器UE01的发送端，然后用光功率计测量该光源的光功率并记录结果。

（2）人为地抖动跳线，定量地观察光功率值的波动范围。

（为什么变化比较小？

）

（3）人为地弯曲跳线，甚至小心的对折，观察光功率的测量值，估算弯曲以后的损耗；还可以将跳线绕在笔上，观察绕若干圈所引入的损耗。

2、不同波长（1310nm与1550nm）的光信号在光纤中衰减量的测量（连接方法可参考图1.2）

图1.2跳线连接示意图

（1）将跳线的一端接到光发送波长为1310nm的激光发送器的输出端，用光功率计测出该点的光功率

，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根跳线，测光功率

，计算出差值

。

（注：

此差值中包含有连接器的损耗）

（2）将跳线的一端接到光发送波长为1550nm的激光发送器的输出端，用光功率计测出该点的光功率

，在此跳线的另一端通过连接器再接入跳线，测光功率

，计算出差值

。

（注：

此差值中包含有连接器的损耗）

（3）将

和

进行作比较。

（为行径变化不大，在什么条件之下变化可以进行识别）

5、实验结果

1、弯曲损耗测量

（1）光源的光功率为：

1310nm时，光功率为-6.98dBm，1550nm时，光功率为-3.02dBm；

光功率值的波动范围：

1310nm时，光功率为-6.98dBm，1550nm时，光功率为-3.02dBm。

抖动变小是因为光纤具有高机械稳定性；

光功率的测量值为：

1310nm时，光功率为-7.10dBm，1550nm时，光功率为-3.09dBm，1310nm时，光功率为-7.10dBm，通过比较得出绕出的圈直径越小衰耗越大。

2、不同波长衰减量的测量

（1）光功率

为-6.98dBm，

为-7.28dBm，

=0.30dBm；

（2）光功率

为-3.02dBm，

为-3.31dBm，

=0.29dBm；

（3）为行径变化不大，在什么条件之下变化可以进行识别？

答：

单模光纤时频率的差异不会对传输产生多大影响，可以在多模光纤下进行识别。

实验1.2多模光纤特性测量

1、实验目的

1、能够熟练测量光的特性

2、掌握多模光纤特性

2、实验仪器

1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台

2、光功率计一台

3、多模光纤跳线一根

3、实验原理

多模光纤：

中心玻璃芯较粗（50或62.5μm），耦合入光纤的光功率较大，可传多种模式的光。

但其模间色散较大，每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展宽，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。

因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。

除此之外，多模光纤弯曲损耗比较大。

多模光纤的典型几何参数，如表2所示。

表250／125多模光纤典型几何参数

参数

指数

芯径，μm

50.0±2.5

包层直径，μm

125.0±2.0

芯不圆度，％

≤6％

芯／包层同心度误差，μm

≤1.5

包层不圆度，％

≤2％

4、实验步骤

准备工作：

将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置为“5B6B”工作方式（右端：

2－3），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置为“m序列”（右端：

2－3），KX02设置在“正常”位置。

准备好多模光纤跳线。

1、弯曲损耗测量

（1）将跳线的一头接入光收发模块中激光收发器UE01的发送端，用光功率计在跳线另一头测光功率，记录测量结果。

（2）人为地抖动跳线，定性的观察光功率值的波动范围。

（为什么变化较大？

）

（3）人为地弯曲跳线，甚至小心的对折，观察光功率计的测量值，估算跳线弯曲后的损耗；还可将跳线绕在一枝笔上，测量绕若干圈后的损耗。

2、不同波长（1310nm与1550nm）的光信号在跳线中衰减量的测量

（1）将跳线的一端接到光发送波长为1310nm的激光发送器的输出端，并用光功率计测出该点的光功率

，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根多模光纤跳线，然后再测光功率

，计算出差值

。

（此差值包含有光通过连接器的损耗）

（2）将跳线的一端接到光发送波长为1550nm处，并用光功率计测出该点的光功率

，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根多模光纤跳线，然后再测试光功率

，计算出差值

。

（此差值包含有光通过连接器的损耗）

（3）将

和

进行作比较。

3、多模光纤与单模光纤串接性能测试

（1）将激光收发器UE01的发送端作为光源，先接入一根单模光纤跳线，用光功率计测出光功率，并记录测量结果，然后在这根单模光纤跳线的另一头通过连接器再接上一根多模光纤跳线，在多模光纤跳线的另一端测出的光功率。

（2）同理，将激光收发器UE01的发送端作为光源，先接入一根多模光纤跳线，这时用光功率计测出光功率，并记录，然后用连接器连上一根单模光纤，再用光功率计测出该端的光功率。

（3）将

（1）、

（2）步骤中各对应点的值作比较，分析原因。

5、实验结果

1、弯曲损耗测量

（1）光功率为：

1310nm时，光功率为-1.00dBm，1550nm时，光功率为-2.90dBm；

（2）为什么变化较大？

答：

抖动变化大是因为多模光纤中心玻璃芯粗，模间色散较大，稳定性不高，弯曲损耗大；

2、不同波长（1310nm与1550nm）的光信号在跳线中衰减量的测量

（1）光功率

为-0.96dBm，

为-1dBm，

=0.04dBm；

（2）光功率

为-2.90dBm，

为-3.19dBm，

=0.29dBm；

（3）将

和

进行作比较。

经比较可知，多模光纤由于色散较大，造成脉冲的展宽，限制了传输数字信号的频率。

3、多模光纤与单模光纤串接性能测试：

对于传输来说单模光纤要比多模光纤好太多，单模光纤的损耗很小，只要通过多模传输的数字信号，其信号功率都有降低。

实验1.3光连接器和跳线特性测量

1、实验目的

1、理解光连接器和光纤跳线器的各种特性

2、熟悉光连接器和光纤跳线器的应用方法

2、实验仪器

1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台

2、光功率计一台

3、光纤跳线、连接器

3、实验步骤

准备工作：

将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：

2－3），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：

2－3），KX02设置在“正常”位置；分别以发送波长为1310nm和1550nm的两个激光收发器的发送端作为光源。

按图3.1连接好测试设备，连接跳线、连接器和光无源器件时注意定位销方向。

一般插入损耗测量：

（1）用光功率计测量波长为1310nm的光源经跳线输出，在“a”点的光功率

；然后将此跳线接光功率计的一端接入连接器的输入端口，在连接器的另一端再接一根跳线，用光功率计测量经一对光连接器和光纤跳线器输出在“b”点光功率

，记录测量结果，填入表格，计算一对光连接器和光纤跳线器插入损耗值。

（2）可以在“b”点之后，再接入一对光连接器和光纤跳线器，测量输出“c”点光功率

，观测大致的误差偏离值。

波长为1310nm的激光收发器的发送端作为光源时：

输入功率（dBm）

输出功率（dBm）

插入损耗（dB）

：

-4.72

：

-5.28

-0.56

：

-4.72

：

-5.54

-0.82

4、实验结果

结果于上表。

实验数据表明一个连接器的损耗大概是0.52dBm。

实验1.4光分路器性能测试实验

1、实验目的

1、使学生深入了解光分路器的各种特性及指标特点

2、熟悉光分路器的应用方法

2、实验仪器

1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台

2、光功率计一台

3、光分路器一个

3、实验步骤

准备工作：

将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：

2－3），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：

2－3），KX02设置在“正常”位置；用发送波长为1310nm和1550nm的光纤发送器作为光源。

按图4.1连接好测试设备，连接跳线、连接器和光无源器件时注意定位销方向。

1、b支路插入损耗测量

用光功率计测量发送波长为1310nm的激光发送器经跳线输出在“a”点的光功率

，然后将信号接入光分路器的输入端口；用光功率计测量在b支路“b”点的光功率

。

记录测量结果，填入表格，计算光分路器主支路的插入损耗值。

输入功率（dBm）

输出功率（dBm）

插入损耗（dB）

：

-4.72

：

-9.71

4.99

2、分光比测量

在上述测量条件下，测量c支路“c”点光功率

。

记录测量结果，填入表格，计算光分路器的分光比。

输出功率（dBm）

总输出功率（dBm）

计算分光比（%）

：

-9.71

：

-4.72

50

：

-9.83

50

3、波长特性测量

将测量光源的光发送波长改变为1550nm，重复上述第1和第2实验步骤。

记录测量结果，填入表格，分析1310nm波长分路器使用在其它波长时的测量结果。

输入功率（dBm）

输出功率（dBm）

插入损耗（dB）

：

-10.60

：

-17.60

7.00

输出功率（dBm）

总输出功率（dBm）

计算分光比（%）

：

-17.60

：

-10.60

35

：

-19.30

65

4、反向特性测量

在分另路器的b点加入波长为1310nm的激光，然后在a，c两点用光功率计测量光功率。

记录测量结果，分析测量现象。

Pa

-10.26dBm

Pc

-30.79dBm

4、实验报告

实验步骤数据见相应表格。

实验1.5光可变衰减器性能测试实验

1、实验目的

1、使学生深入了解光可变衰减器的各种特性

2、熟悉光可变衰减器的应用方法

2、实验仪器

1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台

2、光功率计一台

3、可变光衰减器一个

3、实验原理

光衰减器可按要求将光信号能量进行预定量的衰减，主要用于吸收或反射掉系统中无用的光能量，以此来评估系统的损耗或系统测试技术。

光衰减器的分类方法有很多。

按光信号传输方式，可分为：

单模光衰减器和多模光衰减器；按光衰减的变化方式，可分为：

固定光衰减器和可变光衰减器；按光信号的接口方式，可分为：

尾纤式光衰减器、转换器式光衰减器和变换器式光衰减器；按衰减器衰减光功率的工作机理，可分为：

耦合型光衰减器、反射型光衰减器和吸收型光衰减器。

表征光衰减器特性的参数主要有：

插入损耗、衰减量范围、衰减精度、工作波长和工作温度等。

（1）插入损耗

插入损耗是指从输出端测得的光功率（

）与输入端光功率（

）的比的分贝数，表示为：

（2）衰减量范围

对固定光衰减器而言，衰减量就是插入损耗，对可变光衰减器，衰减量有一个范围，因此它有衰减量范围和插入损耗两个性能指标。

（3）衰减精度

对一定衰减量所产生的最大误差。

（4）工作波长和工作温度

光衰减器的衰减量与光的波长有关，也与光衰减器的工作温度有关。

4、实验步骤

准备工作：

将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B”工作方式下（右端：

2－3），将5B6B编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m序列”工作方式（右端：

2－3），KX02设置在“正常”位置；以发送波长分别为1310nm和1550nm的激光发送器作为光源。

按图5.1连接好测试设备，连接跳线、连接器和光无源器件时注意定位销方向。

1、最小衰减量测量

（1）首先将光可变衰减器的衰减量调整至最小（将可变衰减器的调节螺扣朝里旋转，至拧不动为止）。

（2）用光功率计测量激光收发器发送波长为1310nm的光源经跳线输出在“a”点的光功率

，并记录测量结果。

（3）将跳线的另一头（“a”头）接入光可变衰减器的输入端口，在可变衰减器的另一头再接入一根跳线。

用光功率计测量经光可变衰减器和光纤跳线输出在“b”点光功率

。

记录测量结果，填入表格，计算光可变衰减器的最小衰减量。

（注：

光纤跳线衰减量≤0.3dB）

输入功率

输出功率

最小衰减量

-4.87dBm

-23.85dBm

18.98dB

2、衰减量调节范围测量

在上述测试条件下，缓慢调节光可变衰减器（缓慢拧松调节螺扣），逐渐增加衰减量至最大（在调节螺扣即将脱落而尚未脱落时，为最佳），测量在跳线输出端“b”点的光功率值。

记录测量结果，估算可变衰减器的衰减量范围。

3、波长特性测量

换一个激光发送器，将发送波长改为1550nm，重复上述第1、2步实验步骤。

记录测量结果，分析光可变衰减器对不同波长的响应（大致的）。

5、实验报告

1、最小衰减量测量见步骤1中表格；

2、

为-48.56dBm；可变衰减器的衰减量范围为18.98dB~43.69dB；

3、当发送波长改为1550nm时：

输入功率

输出功率

最小衰减量

：

-2.6dBm

：

-2.67dBm

0.07dB

为-60dBm；可变衰减器的衰减量范围0.07dB—57dB。

数据说明发送波长增大时，最小衰减量会增大，衰减范围变大。

第二部分光纤通信系统综合实验

实验2.1PDH终端呼叫光纤通信系统实验

本实验为综合设计实验，两台实验箱为一组，设计成一对电话光纤传输系统，涉及的知识有双音多频、mBnB编码、光发射、光传输、光接收等。

一、实验目的

1、了解DTMF等电话理论。

2、综合运用所学知识，实现电话的光纤传输，掌握在光纤信道中电话信号的传输过程。

二、实验仪器

1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统二台

2、电话机二台

3、光功率计一台

三、预备知识

1、双音多频理论

2、mBnB编解码

3、光发射理论

4、光接收理论

四、实验原理

总体要求：

本实验为综合设计实验，学生自己参考光纤通信课程中所学的光纤通信系统的知识，根据实验箱各模块的功能设计，自行设计电话信号通过光纤信道传输所需的各个部分的状态，用两台实验箱作为一组，连接光纤，打通电话。

ZH7002的PDH终端有一个简易的程控交换处理系统（省略了话务台），用两台实验设备组成电话呼叫处理实验系统。

对于用户接口上的信令可分为线路信令与地址信令（也称之为记发器信令）。

线路信令主要反映了二线用户话机的状态：

摘机或挂机，此类信令一般由SLIC电路检测（该方面已包括在前面的实验中）；地址信令主要是用户发出的拨号信息，该类信令一般由双音多频（DTMF）检测器进行检测。

用户线上的地址信令采用DTMF方式，并使用DTMF专用器件CM8870完成对DTMF信号的检测。

话音编码采用PCM编码。

电话的摘机/挂机、DTMF信令信号的处理、对话机的振铃以及各种接续信号的处理都由交换处理模块来完成。

交换处理模块功能利用设置在发送定时模块的UJ01富余电路资源实现。

本地用户的电话号码由该模块的终端号码选择跳线开关KJ01确定：

当KJ01设置在位置1时（左端），本地主叫用户号码为1，被叫用户号码自动为2；设置在位置2时（右端），本地主叫用户号码为2，被叫号码用户自动为1。

主叫用户与被叫用户是相对的，通信的任何一方都可成为主叫用户或被叫用户。

首先摘机呼叫对方用户的一方为主叫用户，另一方为被叫用户。

连接于电话网的任何两台电话在进行通信时，必须按照一定的规程进行：

例如号码编号、用户线信令、接续程序等等。

双音多频DTMF（DualToneMultiFrequency），双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。

一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。

DTMF信号有16个编码。

利用DTMF信令可选择呼叫相应的对讲机。

主叫用户摘机按键拨号后，电话号码所对应的DTMF信号通过电话线传到程控交换机中的DTMF接受电路，交换机中的微机识别被叫电话号码后，接通主被叫用户实现双方通话。

TDMA协议将时间轴划分为一定长的时元，每个时元划分为若干时隙，在一个时元内给网络中的每个站点分配一定数量的时隙以发送信息，而在其它时隙中，则接收其它站点所发送的信息。

每个网络站点均有精确的定时。

为了实现时分多址的工作方式，要以一指定站点的时钟为基准，其它站点的时钟则与之同步，形成统一的系统时钟。

在通信线路的始端，把电信号转化为光信号的这部分电路称为光发射机。

从理论上讲，光发射机的实质是将信息从电磁波的低端（电）“搬移”到高端（光）的一种特殊用途的电路组件。

习惯上把它称为光发射机，但不能把它仅仅理解为是一个光源，光发射机不但包括信号的处理和转换部分，而且发出的也是承载信息的“信号光”。

在进行光电转换之前必须进行编码，这种为了适应传输通道要求而进行的编码，称为线路编码。

之所以称作为线路编码，主要是区别于为了对信源的信息进行的编码（称为信源编码），信源编码的目的，是用尽可量少的符号表示更多的信息。

在某些通信设备中，于光端机接口的电端机常使用的一种线路码型称为“三阶高密度双极性妈”，即HDB3码。

这种码型常用来与交换机的接口。

mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组m个二进制码，记为mB，称为一个码字，然后把一个码字变换成n个二进制，记为nB码，并在同一时期内输出，这种码型是把mB码变换为nB码，所以称为mBnB码，其中m和n都是正整数，n>m，一般取n=m+1，mBnB码有1B2B，3B4B，5B6B，8B9B，17B18B等等 

5B6B码：

5B共有32个码字，变换为6B码共有64个码字，其中WDS=0的码字共有20个，WDS=+2的码字共有15个，WDS=-2的码字共有15个，因此共有50个|WDS|最小的码字供选择。

由于变换为6B时只需要32个码字，故禁用|WDS|=4和6的码字。

光接收机在整个通信系统中，起着将传输光路中的光信号转换为电信号的作用。

一般它是连接输出电端机和光路的中间设备。

光接收机通常由光路的前端光接口、光检测器、前置放大器、主放大器、滤波器等组成。

在数字光端机中，后面还要加判决电路、时钟提取电路、自动增益控制电路等，再后面还要有解码电路等。

光接收制作的好坏是光纤通信系统好坏的主要因素。

五、实验步骤

（1）检查两台“ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统”设备上的各跳线开关位置。

（2）加扰模块中K001、K002设置在2-3位置；将2部电话机分别接入各自的P1电话插座。

将第一台实验箱发送定时模块内的主叫号码选择跳线开关KJ01设置1位置（1-2：

左端）——因为要设置其号码为1；将第二台实验箱发送定时模块内的主叫号码选择跳线开关KJ01设置2位置（2-3：

右端）——设置其号码为2。

（3）将两台设备中复接模块话音发送时隙K402位置设置一致；将参数选择开关K403中误码插入开关E-sel0、E-sel1断开（拔下），m选择开关m-sel0、m-sel1位置任意—因为不需要用到m序列；

（4）将终端HDB3编译码模块输入数据选择开关K601设置在Dt位置（上端），线路码型选择开关K602设置在HDB3位置；

将加扰模块输入数据选择开关K801设置在Dt位置（上端）；对应将解扰模块输入数据选择开关K803设置在5B6B位置（中间），输入时钟选择开关K804设置在正常位置（左端）。

（5）将5B6B编码模块输入信号选择跳线开关KB01设置在DT-SCR位置，使输入连接加扰模块的输出信号；将两台设备的参数设置开关KB02中码表模式选择开关Mode0、Mode1位置设置一致，将误码插入选择跳线开关E-1、E-2断开（拔下）--------不插入误码。

（6）将接收定时模块信号选择开关KD03设置在DR位置，使接收定时同步在来自光纤收发模块的接受信号上；将锁相环输入信号选择开关KD01设置在正常位置N（左端）；VCO输入信号选择开关KD04设置在闭环位置PLL（左端）；相位锁定状态选择开关KD02设置在2-3位置（右端），锁定后无相差。

（7）将光纤收发模块发送数据选择开关KE01,KJ02设置在5B6B位置（右端）

（8）连接光纤跳线：

连接ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统A的UE01发端与ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统B的UE02收端，然后，连接ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统B的UE01发端与ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统A的UE02收端，然后加电进行检查。

（9）两台设备设置正确，并且工作正常能正常拨号和通话。

六、实验总结

本次实验中，实验第一部分基本是对光功率计的认识和使用以及由此测量单模多模光纤的相应性质，从而加深了对所学光纤知识的理解。

实验第二部分是“PDH终端呼叫光纤通信系统实验”，通过按照实验步骤对实验箱相应设置，理解每一步设置的原因，相当于自己作为一个语音信号在整个通信系统中走了一遍，加深了理解，还了解了双音多频DTMF电话理论，并且通过和以前所学通信系统的设计相比较，有了进一步认识。

刚开始，我们组在设置完成之后，电话不能打通，经过多番查找，最终发现是没有设置dtmf，所以不能实现双音多频通信。

总之，通