光纤通信原理实验指导书

四川邮电职业技术学院光纤通信实验指导书适用专业：光纤通信、通信技术、移动通信、计算机通信等陈昌海编写通信工程系第一部份绪论一、光纤通信实验的作用与任务光纤通信实验根据高职高专通信类各专业开设“光纤通信”课程的教学需要进行设置，根据通信类高职高专培养通信行业“实用技能性人才”的人才培养规格和目标，紧密结合“光纤通信教学大纲”及通信类高职高专学生的特点进行相关实验。

本实验根据“光纤通信”课程教学需要，针对光纤通信系统的典型应用可进行多项实验或示教。

通过开设与“光纤通信系统原理”的主要知识点相配套的相关实验项目，使学生理论与实践相结合，系统掌握“光纤通信技术”的核心知识，培养学生分析、解决的能力及良好的专业素质，提高学生实际动手能力，为学习后继专业课程及从事相关的专业技术工作奠定良好的专业技术基础。

本实验重点突出，内容丰富，有重点有层次的培养实验者的动手能力。

二、光纤通信实验的基础知识为良好完成相关的实验任务，达到实验教学目的，在开设相关的“光纤通信”实验前，要求学生必须完成相关基本知识的学习，这些知识主要包括：电路分析、电子技术（模拟与数字电路）、数字通信原理、数据通信技术、光纤通信系统、光纤的结构与原理和传输特性、光通信器件（有源、无源器件）、光发送机、光传输机、光纤通信网络知识等相关的专业技术基础知识及专业理论知识。

三、光纤通信实验教学项目及其教学要求第二部份实验操作指导实验1 光纤通信实验系统总体认识实验一、实验的目的与要求1.了解HD8634D型光纤通信实验系统的特点、作用；2.掌握完整光纤通信系统的构成和实现；3.熟悉南京恒缔公司HD8634D型光纤通信实验箱的相关模块及其功能。

二、实验原理HD8634D型光纤通信实验系统根据光纤通信系统原理的主要知识点进行实验，结合光纤技术、电子技术和可编程器件技术，针对光纤通信系统的典型应用可进行多项实验或示教，实验内容重点突出，内容丰富，有重点有层次的培养实验者的动手能力。

（一）系统总体构成HD8634D型光纤通信实验系统分布如图1-1所示。

由图1－1可知，本实验系统由以下15个系统模块组成：1.数据传输接口模块；2.CMI解码模块；3.数字图像传输模块；4.数据发送模块；5.数据接收模块；6.数字电话模块1；7.光纤收发模块；8.数字电话模块2；9.程控交换模块10.光纤收发模块；11.电源模块；12.波分复用器合波模块；13.波分复用器分波模块；14.尾纤对接传输部分。

15.多模光纤传输部分（选配）图1-1 HD8634光纤实验系统总体框图图1-2 HD8634光纤实验系统流程总框图每个模块电路的详细说明将在后面的章节中逐一介绍。

这样，可以完成相关的示教、实验内容。

在图1-2中，描述了HD8634D光纤实验系统的流程总框图。

若在HD8634D光纤实验系统的基础上配置下列光纤器件：1、光波分复用器/解复用器2、光衰耗器（光固定衰耗器/光可变衰耗器）3、光定向耦合器（光分路器/耦合器）4、光活动连接器（SC/FC/ST）则可以做一些开放性研究设计实验。

（二）各实验模块电路组成介绍1.元器件命名标准在本节的模块电路组成介绍中，各元器件的命名标准如下：每个元器件的命名有三个部分组成：（1）器件类型的表示（2）所在模块的模块编号（3）在模块内器件的顺序编号例如：第四模块为数据发送模块，该模块内有一个CPLD可编程器件EPM7128芯片，它的标号为“U401”，说明如下：“U”：器件类型为集成电路；“4”：表示在第四模块内；“01”：表示它的顺序为本模块中第一个此类型元器件。

2.各模块组成电路说明由图1－1可知，本实验系统由以下14个系统模块组成，各模块又由完成不同功能的电路组成：（1）记发器单元模块，编号x1xx，共有4个点；①数据交换②各种信令测试点（2）CMI解码模块，编号x2xx，有2个测量点；①CMI解码电路②眼图观察电路（3）数字图像传输模块，编号x3xx，有2个测量点；（4）数据发送模块，编号x4xx，有12个测量点；①5B数据产生、控制电路②5B数据状态显示电路③6B数据产生电路④PN码产生电路⑤CMI码产生电路⑥脉冲产生电路⑦PCM编、译码主时钟产生电路⑧PCM编码时钟产生电路⑨帧同步信号产生电路⑩扰码产生电路○11内置误码测试仪A、误码数据速率选择电路B、误码码长选择电路C、误码插入频率选择电路（5）数据接收模块，编号x5xx，有3个测量点；①5B6B解码电路②5B6B显示输出电路③CMI码接收解码电路④误码接收检测电路⑤误码显示输出电路⑥解扰电路（6）数字电话模块一，编号x6xx，有6个测量点；①用户线接口电路②PCM编、译码电路（7）光纤收发模块一，编号x7xx，有2个测量点；①电信号输入输出缓冲接口电路②光发射机电路③光接收机电路（8）数字电话模块二，编号x8xx，有6个测量点；①用户线接口电路②PCM编、译码电路（9）光纤收发模块二，编号x9xx，有2个测量点；①电信号输入输出缓冲接口电路②光发射机电路③光接收机电路（10）系统电源模块，编号x0xx，无测量点；①电源接口电路②－5v产生电路③四组电压输出：＋5v、－5v、＋12v、－12v（11）波分复用器合波模块；①1310nm②1550nm（12）波分复用器分波模块；①1310nm②1550nm（13）尾纤对接传输部分。

（14）外接误码测试单元（三）光端机模块光端机主要由光源、驱动电路、输入电路、保护报警电路、自动偏置控制电路、控温电路以及波分复用解复用器等几部分组成。

它分为发送系统与接收系统。

图1-3是光端机组成基本框图：图1-3 光端机模块系统框图电信号首先进入输入电路，在这里将输入电信号进行整形并完成非归零／归零变换。

光源驱动电路给光源一个预偏置电流，以便提高工作速度。

为稳定输出平均光功率和工作温度，设置自动偏置控制电路和控温电路，输入电信号通过调制光源工作电流的办法，将电信号调制在光波上。

一般讲，光端机的技术性能主要包括以下几个方面：(1)光源性能 光源采用发光二极管、激光二极管或激光器组件。

这里光源性能应包括工作波长、频谱宽度、工作电流、门限电流、光源特性曲线、寿命等。

(2)光源的调制方法(3)传输速率 传输速率是指对光源工作电流的直接调制速率。

(4)输出光功率 光发射机的输出光功率一般是指入纤平均光功率，其范围可以从0.01 mW 到10 mW 。

(5)输出光功率的稳定性 输出光功率应保持稳定，环境温度变化和光源老化对光源的影响应当在允许范围之内，一般要求稳定度为5%~10%左右。

(6)消光比 对于数字脉冲光发射机，消光比这个指标很重要，它定义为全“0”时平均光功率P 0和全“1”时平均光功率P 1之比，可用EXT 表示，定义式如下：)(lg 1010dB EXT P P 一般有EXT ＜0.1 。

表1－1与表1－2分别列出了光发送器与光接收器的技术性能参数表1－1 光发送器技术性能参数表1－2 光接收器技术性能参数（四）电端机模块1.电端机模块基本组成在光缆通信系统中，一般地可有若干个系统并行，每个系统占用两根光纤进行双工通信，其工作过程如下：在发端的电端机将各种低速率数字信号复接成一个电信号或将模拟信号进行适当处理后送入光端机发端。

在光端机发端，光发射机以改变流过光源电流的方法将要发送的电信号直接调制在光载波上，使输出的光波强度随电信号变化。

被调制的光波信号经光纤连接器耦合进入光纤中，经光纤传输后，光信号到达光中继器，在光中继器中，首先将接收的光信号变换为电信号，然后将其电信号放大，最后又将其变换为光信号发送到光纤之中。

在收端，经光纤连接器将光电信号耦合进光端机的接收机中，首先将接收的光信号变换为电信号，经放大、判决等处理后，恢复成原电信号送入电端机收端。

电端机可以为模拟信号终端设备，如电视视频设备、电报电话载波设备等；也可以是数字终端设备，如脉码调制（PCM）设备。

图1-4为本实验系统电端机模块的基本组成框图。

图1-4 电端机模块基本组成框图2.在本实验系统中，包含的电端机模块有：（1）数据传输模块（2）数字电话模块一（3）数字电话模块二（4）数字图像传输模块（5）数据发送单元模块（6）数据接收单元模块（7）电源模块数据发送单元模块是本实验系统的核心模块，它上面的CPLD可编程逻辑器件产生实验所需的各类信号，如CMI码、5B6B码、64K伪随机序列等等，同时，它还有内置误码仪的作用，可以通过它进行误码的测试。

数据接收单元上也有一个CPLD可编程逻辑器件，此模块同样是本实验系统的一个关键模块，它负责接收、解码并显示各类信号。

三、实验仪器HD8634型光纤通信实验箱、数字示波器四、实验内容与步骤1.学生首先根据“光纤通信实验指导书”结合HD8634型光纤通信实验箱熟悉实验内容；2.老师讲解光纤通信实验箱总体结构和单元电路3.学生根据老师讲解进一步熟悉HD8634型光纤通信实验箱4.老师使用数字示波器演示相关测量点波形测量五、注意事项1.注意实验室规范和要求；2.注意安全操作规定3.注意正确使用设备、仪表六、思考题1. HD8634型光纤通信系统的总体构成；2.光源的种类、原理和性能；3.实用通信系统的构成及每个构成部分的作用实验2 光纤熔接一、实验的目的与要求1、掌握用熔接法进行单芯光纤接续的方法；2、掌握单芯熔接机的使用。

二、实验原理光纤端面平如镜面，熔接机中有两个相距很近的电极（距离大约0.7mm），在电极加压放电时，产生的电弧温度很高，可以迅速将距离很近的两根制作好端面的裸光纤熔化、连接在一起。

熔接法的连接损耗很低，符合应用需求。

三、实验仪器光纤、单芯光纤熔接机、松套管切割钳、纱布、酒精、光纤涂敷层剥除器、光纤切割刀等。

四、实验内容与步骤1、光纤端面处理（1）去除套塑层a、松套光纤调整好松套切割钳的进刀深度，在离端头规定长度处，横向旋转切割，然后用手轻轻一折，松套管断裂，用手轻轻退下松套管。

注意：一次退除长度不应超过30公分，避免过长损坏光纤。

B、紧套光纤用光纤套塑剥离钳，按要求去除4公分尼龙层，剥除后根部应平整，并把尼龙残留物去除。

（2）去除一次涂层一次涂层又叫预涂敷层。

用光纤涂敷层剥离器去除一次涂层，应该干净、不留残余物。

用光纤涂敷层剥离器按规定长度夹住光纤，均匀用力，向外拉动。

用酒精清洗掉残留物。

（3）切割、制备端面要求：制作好的端面应该为平整镜面，并且端面垂直于光纤轴，同时要求边缘整齐、无缺损和毛刺。

端面制作好以后的裸光纤长度为2公分。

方法：利用光纤切割刀将去掉涂敷层的光纤按照切割装置上的标记放置好光纤，固定好以后，按照正确的使用方法，制备光纤端面。

3、光纤的对准和熔接先将热可缩套管穿引到其中一根光纤上。