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光纤通信原理实验教程（第二版）唐修连编著江苏盛泰信通科技发展有限公司光纤通信原理实验教程（第二版）唐修连编著江苏盛泰信通科技发展有限公司前言为了配合有关《光纤通信系统原理》等课程的教学和实验需要，我们研制开发的光纤通信系统原理综合实验箱。
共收入了8个实验，如果实验室配备有光纤通信常用的仪表，还可在此基础上开设更复杂的实验7个。
与该书配套的光纤通信系统原理综合实验箱，置于一个便携式的实验箱内，该系统的突出优点有：1、该实验箱采用模块化设计，波形测试点多，调节点多，有利于学生动手操作实验。
2、系统采用硬件和软件、分列元件和集成器件相结合，有利于对原理的理解。
3、该实验箱还可根据实验者自己的设计来控制，组合各模块完成不同的实验项目。
本实验教程由同完成，由于水平有限，书中缺漏难免，欢迎使用者批评指正。
编著者2000.11目录第一章光纤通信实验系统总体介绍 (1)第二章光纤通信基础实验 (10)实验一、光纤通信实验系统信号发生器单元实验 (10)实验二、中央处理器（CPU）单元实验 (15)实验三、码型变换（CMI）实验 (23)实验四、光发送系统实验 (29)实验五、光接收系统实验 (37)实验六、PCM话路光传输系统实验 (43)实验七、变速率数据光传输实验 (46)实验八、模拟和数字光纤系统综合实验 (51)第三章光纤通信加强实验 (57)实验九、数字光发送接口指标测试实验 (57)1、消光比EXT测试2、平均发送光功率实验十、数字光接收接口指标测试实验 (60)1、灵敏度测试2、动态范围测试实验十一、PCM话路特性测试实验 (62)实验十二、光纤传输特性测量实验 (63)1、光纤损耗的插入测试法2、多模光纤带宽的时域测试法实验十三、光纤无源器件特性测试实验 (65)1、光纤活动连接器2、Y型分路器3、星型耦合器实验十四、图像光纤传输系统实验........ (66)实验十五、波分复用（WDM）光纤通信系统实验 (67)第四章常用光纤通信仪表简介 (69)5.1 光功率计 (69)5.2 稳定光源 (70)5.3 光时域反射仪（OTDR） (74)5.4 误码测试仪 (75)5.5 光纤熔接机 (79)5.6 PCM终端测试仪 (81)第五章光纤通信实验原理电路 (83)第一章光纤通信实验系统总体介绍一、概述本实验系统根据光纤通信系统原理的主要知识点进行实验，结合电子技术和微处理器技术，针对光纤通信系统的典型应用可进行8项实验或示教，实验内容重点突出，内容丰富，有重点的培养实验者的动手能力。
光无源器件参数测试实验光无源器件参数测试实验是光电类实验中的一种重要实验，用于测试和研究光无源器件的性能和特性。
光无源器件主要包括光电二极管、光敏电阻、光敏晶体管等。
实验目的：1.理解光无源器件的工作原理和性能特点；2.学会使用光无源器件测试仪器进行参数测试；3.掌握测试光无源器件的光电特性，如响应特性、光电流特性、电光转换效率等。
实验仪器和材料：1.光无源器件测试仪器：光源、光功率计、电源、模拟电压源、示波器等；2.光无源器件样品：光电二极管、光敏电阻、光敏晶体管等；3.光源：激光器、LED灯等。
实验步骤：1.准备工作：a.将光无源器件样品插入到测试仪器中的测试接口；b.打开测试仪器，进行仪器的预热和校准。
2.测试光线响应特性：a.将光源对准光无源器件，并调节光源的强度。
b.测量光无源器件的输出电流或电压随光源强度变化的关系曲线。
c.记录数据并分析光无源器件的响应特性。
3.测试光电流特性：a.将光源对准光无源器件，并固定光源的强度。
b.根据不同的实验要求，设置不同的电压源输出电压，测量光无源器件的输出电流。
c.记录数据并分析光无源器件的光电流特性。
4.测试电光转换效率：a.选取适当的光源和光无源器件样品。
b.测试光无源器件的光电转换效率，即测量光无源器件输出功率与输入光功率之比。
c.记录数据并分析光无源器件的电光转换效率。
5.分析实验结果：根据实验数据，进行曲线拟合、数据处理和结果分析，探讨光无源器件的性能和特点。
实验注意事项：1.实验时应注意光无源器件的灵敏度，避免直接光照到器件。
2.使用仪器和光源时要遵守相关的安全操作规程，避免产生辐射伤害。
3.实验过程中的参数设置和测试条件应根据实际需要进行调整。
通过光无源器件参数测试实验，可以深入了解光无源器件的性能和特性，为光电器件的设计、研究和应用提供了有力的支持。
同时，此实验也可以帮助学生掌握光电技术的基本原理和实验技能，培养实验观察、数据处理和问题分析解决能力。
实验十光纤无源器件特性测试实验
一、实验目的
1、了解光纤无源器件，如活动连接器、Y型分路器、星型耦合器等器件的工作原理及
结构。
2、了解它们对光纤通信系统的影响。
3、掌握它们的正确使用方法。
4、掌握其主要特性参数。
二、预习要求
1、阅读光纤通信系统有关无源光器件的章节。
2、熟悉待测器件。
三、实验框图
图12-1 光纤无源器件特性测试框图
四、实验内容
1、测量光纤活动连接器的插入损耗。
读者可根据图12-1光纤无源器件特性测试框图将
光纤活动连接器接入系统进行测试，图中标注“光波信号输入”，可输入任一数字信号做光纤传输。
测量记录并填写下表：
在测试中，可通过调节发射电流来调节发射功率，也可改变输入的码元调节发射功率。
2、测量Y型分路器的插入损耗及回波损耗。
3、测量星型耦合器的插入损耗及光串扰。
五、实验要求
1、对每一器件写出测试步骤。
2、将测试结果进行记录整理。
六、无源器件结构图
Y型分路器
星型耦合器
七、实验仪器
光功率计、光无源器件。
实验五-光无源器件特性测试实验实验五：光无源器件特性测试实验一、实验目的1.掌握光无源器件的基本特性测试方法；2.熟悉光无源器件的性能指标；3.学习并掌握光损耗测试、光回波损耗测试、光方向性测试等基本光无源器件测试方法。
二、实验原理光无源器件是构成光通信网络不可或缺的部分，其特性测试对于确保系统的稳定性和性能至关重要。
实验中，我们将对光损耗、光回波损耗和光方向性等关键指标进行测试。
1.光损耗：光损耗是指光在传输过程中，由于各种原因导致的光功率减弱。
实验中，我们通过测量输入光功率和输出光功率之差，得到器件的光损耗。
2.光回波损耗：光回波损耗是指反射回来的光功率与入射光功率之比。
高回波损耗意味着低反射，有助于减少光信号的散射和增强系统的稳定性。
3.光方向性：光方向性描述了光在特定方向上的传播能力。
实验中，我们通过测量器件在不同角度上的透射和反射光功率，评估其方向性。
三、实验步骤1.搭建测试平台：准备好测试所需的设备和器材，包括光源、光功率计、稳定光源、光无源器件待测件、光纤跳线等。
2.初始化：对测试平台进行初始化，包括连接光纤、设置光源波长等。
3.测试光损耗：首先，调整好光源的输出功率，将稳定光源的光纤连接到光无源器件的输入端，同时将光功率计连接到输出端，测量原始的光功率P1；然后，将待测件插入到稳定光源与光功率计之间，再次测量输出光功率P2；最后，通过计算P1和P2的差值，得到光损耗=10*log10(P1/P2)。
4.测试光回波损耗：将稳定光源的光纤连接到光无源器件的输入端，同时将回波损耗仪连接到输出端，测量回波损耗值。
5.测试光方向性：通过旋转待测件，在不同角度上测量透射和反射光功率，并记录数据。
通常以角度为横坐标，以功率为纵坐标绘制曲线图，即可得到光方向性的结果。
6.数据处理与分析：对测试得到的数据进行分析，评估待测件的性能。
对比同类型器件的测试结果，可以对器件进行优化或改进设计。
7.清理现场：实验结束后，关闭设备并整理现场。
无源器件性能测试及对现网影响分析随着微蜂窝规模的日益庞大，室分系统的复杂程度也越来越高，现网中存在大量干扰伴随话务量变化的站点，极大的影响了网络性能，导致用户通话感知下降。
根据以往排查故障的经验来看，伴随话务变化的干扰通常与无源器件相关。
本文档对无源器件进行了详尽的测试，在测试的基础上对故障现象进行了理论分析，解释了无源器件关键性指标不达标对网络的影响，以期为今后室分优化与维护工作提供可靠依据。
一、常用无源器件及关键性指标室分系统中常用的无源器件有电桥，耦合器等，主要介绍电桥、耦合器、功分器、负载这四类最常见的无源器件结构及在室分中系统中的作用。
1.1常用无源器件简介1.1.1电桥图1.1：3dB电桥（图片实物生产商：国人通信）上图为目前在室分系统中广泛使用的3dB电桥的实物照片。
3dB电桥的主要用途为室分系统中的同频段合路，以取代早期的体积比较庞大的同频段合路器件。
如图中所示，上述电桥设备有四个端口，分别为两入两出。
每个端口之间的功率关系如下：OUT1=OUT2=0.5*(IN1+IN2) (式1.1)从上式可知，每个端口的输出功率皆等于输入功率之和的一半，即输入信号衰减3dB以后分别从两个端口等功率的输出，就是3dB电桥名称的由来。
3dB电桥在室分系统中的安装方式如下图所示：主设备图1.2：3dB电桥用于同频合路如上图所示，当微蜂窝配置较大时，内部合路不够用，载频分为两组合路，分别经由两个架顶双工器输出。
对于宏站而言，可以用两种方法解决主设备两路输出问题。
一是采用物理位置邻近的两付单极化天线输出，二是采用一付45度双极化的天线输出，前者相当于在空间自由合路，后者由不同的极化振子合路，本质上也是空间合路。
但是在分布系统中，不具备上述条件。
分布系统只能有一套天线，一个入口。
因此要将一个CI的频点完整的通过分布系统发射出去，只能通过电桥将两组载频事先合路后再接入分布。
综上所述，3dB电桥起的作用为射频级同频合路。
功分器插入损耗和带内波动的测试1)按照上图连接测试系统，在输出端口加衰减器；2)设置网络分析仪的工作频段为测试频段，显示参数为S21；3)读取曲线上的最大功率值和最小功率值；4)用最小功率值的绝对值减去最大功率值的绝对值即为功分器的带内波动；5)用最小功率值的绝对值减去理论插入损耗即为功分器的插损。
功分器驻波比的测试1)按照上图连接测试系统；2)设置网络分析仪的工作频段为测试频段，显示参数为S11；3)读取曲线上的最大值即为该端口驻波比；4)更换端口重复上述操作；5)比较所测输入端口和输出端口值，最大值即功分器的端口驻波比。
耦合器的耦合偏差测量1)按照上图连接测试系统；2)设置网络分析仪的工作频段为测试频段，显示参数为S21；3)读取曲线上的最小功率值和最大功率值；4)用最小功率值的绝对值减去耦合度设计值，再用最大功率值减去耦合度设计值，比较两个差值，取其中最大的一个即为耦合度的偏差。
耦合器的插入损耗测量1)按照上图连接测试系统；2)设置网络分析仪的工作频段为测试频段，显示参数为S21；3)读取曲线上最小功率值；4)最小功率值的绝对值减去理论耦合损耗即为耦合器的插入损耗。
耦合器驻波比的测试方法1)按照上图连接测试系统；2)设置网络分析仪的工作频段为测试频段，显示参数为S11；3)读取曲线上的最大值即为输入端的驻波比；4)更换端口重复上述操作；5)比较所测的输入端、输出端、耦合端的值，最大值即耦合器的端口驻波比。
耦合器隔离度的测试方法1)按照上图连接测试系统；2)设置网络分析仪的工作频段为测试频段，显示参数为S21；3)读取曲线上的最大功率值，对其取绝对值即为其隔离度。
3dB电桥的插入损耗测量1)按照上图连接测试系统；2)设置矢量网络分析仪显示3dB电桥的工作频带，测试参数选择回波损耗S21；3)从仪表读取频段内最大衰减值，该值即为端口IN1和OUT1插入损耗；4)测试IN2与OUT2直通损耗的方法同上。
光无源器件摘要目录-1.2.1概念3.2品种4.3测试图5.6.4原理及应用概念光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。
具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等。
品种▲ FC、SC、ST、LC等多种类型适配器▲ 有PC、UPC、APC三种形式▲ FC、SC、ST、LC等各种型号和规格的尾纤（包括带状和束状），芯数从单芯到12芯不等。
测试图光无源器件测试是光无源器件生产工艺的重要组成部分，无论是测试设备的选型还是测试平台的搭建其实都反映了器件厂商的测试理念，或者说是器件厂商对精密仪器以及精密测试的认识。
不同测试设备、不同测试系统搭建方法都会对测试的精度、可靠性和可操作性产生影响。
本文简要介绍光无源器件的测试，并讨论不同测试系统对精确性、可靠性和重复性的影响。
在图一所示的测试系统中，测试光首先通过偏振控制器，然后经过回波损耗仪，回波损耗仪的输出端相当于测试的光输出口。
这里需要强调一点，由于偏振控制器有1～2dB插入损耗，回波损耗仪约有5dB插入损耗，所以此时输出光与直接光源输出光相比要小6～7dB。
可以用两根单端跳线分别接在回损仪和功率计上，采用熔接方式做测试参考，同样可采用熔接方法将被测器件接入光路以测试器件的插损、偏振相关损耗(PDL)和回波损耗(ORL)。
该方法是很多器件生产厂商常用的，优点是非常方便，如果功率计端采用裸光纤适配器，则只需5次切纤、2次熔纤(回损采用比较法测试*)便可完成插损、回损及偏振相关损耗的测试。
但是这种测试方法却有严重的缺点：由于偏振控制器采用随机扫描Poincare球面方法测试偏振相关损耗，无需做测试参考，所以系统测得的PDL实际上是偏振控制器输出端到光功率计输入端之间链路上的综合PDL值。
由于回损仪中的耦合器等无源器件以及回损仪APC的光口自身都有不小的PDL，仅APC光口PDL值就有约0.007dB，且PDL相加并不成立，所以PDL测试值系统误差较大，测试的重复性和可靠性都不理想，所以这种方法不是值得推荐的方法。
光无源器件参数测试实验光无源器件参数测试实验是对光通信系统中使用的无源器件进行性能测试的一种方法。
无源器件包括光纤、光分路器、光耦合器等，它们在光通信系统中起到传输和分配光信号的作用。
在光通信系统中，无源器件的性能直接影响到系统的传输效率和稳定性，因此准确测试无源器件的参数是非常重要的。
1.实验目的测试光无源器件的参数，包括插入损耗、反射损耗、带宽、槽隔离度等，以评估器件的性能，为光通信系统的设计和优化提供依据。
2.实验仪器与设备(1)光源：常用的光源有激光二极管光源、电子脉冲激光器、气体激光器等。
光源的选择应根据实际应用需求确定。
(2)光功率计：用于测量光源的输出光功率，常用的光功率计包括光纤功率计和探头功率计。
(3)光分路器：用于将光信号分成两个或多个信号，常用的光分路器有耦合式光纤分路器和干涉式光纤分路器。
(4)光耦合器：用于将光信号从一个光纤耦合到另一个光纤中，常用的光耦合器有耦合式光纤耦合器和波导式光纤耦合器。
(5)光衰减器：用于调节光信号的光功率，常用的光衰减器有可调半波电压衰减器、可调半波电压Tipo式衰减器。
(6)光检测器：用于检测光信号的强度和特性，常用的光检测器有光电二极管、光电探测器等。
(7)光谱仪：用于测量光信号的频谱，获取光信号的频率信息，常用的光谱仪有光栅光谱仪、波长计等。
3.实验步骤(1)校准仪器：调节光源的输出光功率，使用光功率计校准光源的输出功率，并记录下来。
(2)测量插入损耗：将光无源器件与光源和光功率计连接起来，记录下光源的输出功率和光经过器件后的功率，计算插入损耗。
(3)测量反射损耗：将光无源器件与光源和光功率计连接起来，记录下光源的输出功率和光反射回来的功率，计算反射损耗。
(4)测量带宽：使用光谱仪测量无源器件的光信号频谱，记录下信号的中心频率和带宽。
(5)测量槽隔离度：使用光分路器或光耦合器将光信号分成两个或多个信号，分别测量各个信号的光功率，并计算槽隔离度。
光无源器件原理与实验光纤是一种光无源器件，它由一种具有相对较高折射率的芯部和一种具有较低折射率的包层组成。
光纤的原理是通过光在高折射率的芯部中的全反射，实现对光信号的传输。
光纤可以实现长距离的光信号传输，具有低损耗、大带宽等优点，在通信和光学传感领域得到了广泛应用。
衍射光栅是另一种光无源器件，它是一种用于分光和光谱分析的重要元件。
衍射光栅的原理是基于光波在光栅的周期性结构上产生衍射，从而实现对不同频率光的分散。
光栅的间距和结构决定了分光的波长范围和分辨率。
衍射光栅广泛应用于光谱仪、激光器和光通信设备等领域。
光栅耦合器是一种用于实现光纤与光波导之间能量传输和耦合的器件。
它利用光在光波导和光纤之间的耦合效应，将输入的光信号有效地耦合到输出的光波导中。
光栅耦合器的原理是通过在光波导中制作周期性的折射率变化，实现对光信号的散射和耦合。
光栅耦合器在集成光学芯片、光通信和光数据处理等领域得到了广泛应用。
光波导是一种用于实现光信号传输和调制的光无源器件。
它由具有较高折射率的光波导芯片和具有较低折射率的包层构成。
光波导的原理是通过光波在光波导芯片中的传播实现对光信号的传输和调制。
光波导可以根据其结构和材料的不同，实现对光波的分导、合并和调制等功能。
光波导广泛应用于光通信、光传感和集成光学芯片等领域。
实验上，研究光无源器件的原理和性能可以采用多种方法。
例如，使用光纤传输系统可以实现对光纤传输性能的测量和优化。
利用干涉仪等实验装置可以研究衍射光栅的性质和应用。
通过光栅耦合器的制作和测试可以了解其耦合效率和性能特点。
利用微纳加工技术可以制备光波导芯片，并通过波导损耗测试和光调制实验等方法研究其性能和特性。
综上所述，光无源器件是利用光学原理实现光传输、分光、耦合和调制等功能的重要器件。
研究光无源器件的原理和实验有助于深入了解和优化其性能，为光通信、光传感和集成光学芯片等领域的应用提供技术支持。
常用光纤器件特性测试实验实验五 光无源器件特性测试实验一、实验目的1、了解光无源器件，Y 型分路器以及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、测量波分复用器的光串扰三、预备知识1、光无源器件的种类，有哪些？重点学习几个特性。
四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、FC 接口光功率计 1台3、万用表 1台4、FC-FC 法兰盘 1个5、Y 型分路器 1个6、波分复用器2个7、连接导线20根五、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 型分路器和光波分复用器，下一实验重点讲光纤活动连接器。
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、波分复用器的光串扰分别进行测试。
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5-1式。
)lg(10.IN outi P P Li I -=(5-1)其中，I.Li 为第i 个输出端口的插入损耗，P outi 是第i 个输出端口测到的光功率值，P IN是输入端的光功率值。
光纤无源器件实验报告1 光纤无源器件综合实验一、耦合器的测试1、插入损耗（IL ） IL =OUTIN P P lg 10 （1）对1310nm 光波长 A IL =7.93 dB B IL =0.79 dB（2）对1550nm 光波长 A IL = 1.60 dB B IL = 5.17 dB2、附加损耗（EL ）（1）对1310nm 光波长EL = 0.02 dB （2）对1550nm 光波长EL = 0.03 dB3、分光比（CR ）（1）对1310nm 光波长 A CR =0.16% B CR =0.83%（2）对1550nm 光波长 A CR = 0.69% B CR =0.31%测试结果分析：本次测量实验数据，计算结果略高于所给的损耗变化量和分光比变化量参考值，说明由于温度及器件等因素的影响存在一定的测量误差。
二、光纤隔离器的特性和参数测试正向插入损耗1a =OUT IN P P lg10=0.19 dB 反响隔离度比2a =OUT IN P P lg 10=20.48 dB 测试结果分析：通过比较隔离器正、反两次测量实验结果，1a 与2a 数值相差很大，说明光正向通过时衰减很小，但反向通过时衰减很大。
与隔离器的工作性能相符，此次实验结果较理想。
三、波分复用/解复用器（WDM ）的测试1、插入损耗（IL ） A IL = 7.83 dB B IL = 6.46 dB2、附加损耗（EL ） EL = 4.08 dB测试结果分析：根据参考实验值，本次实验数据损耗存在一定的误差。
四、光纤衰减器（VOA ）特性实验（1）对1310nm 光波长衰减器衰减量功率值变化范围 5.1-0 nW （2）对1550nm 光波长衰减器衰减量功率值变化范围 28.5-27.2 nW 测试结果分析：本实验测试了固定、可调衰减器，实验现象明显，功率变化值明显。
实验十光纤无源器件特性测试实验
实验目的
1、了解光纤无源器件，如活动连接器、Y型分路器、星型耦合器等器件的工作原理及结
构。
2、了解它们对光纤通信系统的影响。
3、掌握它们的正确使用方法。
4、掌握其主要特性参数。
预习要求
1、阅读光纤通信系统有关无源光器件的章节。
2、熟悉待测器件。
实验框图
图12-1 光纤无源器件特性测试框图
四、实验内容
1、测量光纤活动连接器的插入损耗。
读者可根据图12-1光纤无源器件特性测试框图将光纤活
动连接器接入系统进行测试，图中标注“光波信号输入”，可输入任一数字
信号做光纤传输。
测量记录并填写下表：
五
、
五
、
六
、
六
、
在测试中，可通过调节发射电流来调节发射功率，也可改变输入的码元调节发射功率。
2、测量Y型分路器的插入损耗及回波损耗。
3、测量星型耦合器的插入损耗及光串扰。
实验要求
1、对每一器件写出测试步骤。
2、将测试结果进行记录整理。
无源器件结构图
耦合器
星型耦合器
波分复用器
七、实验仪器
光功率计、光无源器件。
