华侨大学工学院
实验报告
课程名称:光通信技术实验
实验项目名称:实验 1 光纤传输损耗测试
学院:工学院
专业班级:13 光电
姓名:林洋
学号:1395121026
指导教师:王达成
2016 年05月日
预习报告
一、实验目的
1)了解光纤损耗的定义
2)了解截断法、插入法测量光纤的传输损耗
二、实验仪器
20MHz双踪示波器
万用表
光功率计
电话机
光纤跳线一组
光无源器件一套(连接器,光耦合器,光隔离器,波分复用器,光衰减器)
三、实验原理
光纤在波长处的衰减系数为( ) ,其含义为单位长度光纤引起的光功率衰减,单位是 dB/km 。
当长度为 L 时,
( ) 10
lg
P(L)
(dB / km) (公式 1.1 )L P(0)
ITU-T G. 650 、 G.651 规定截断法为基准测量方法,背向散射法
(OTDR 法)和插入法为替代测量方法。
本实验采用插入法测量光纤的损耗。
(1 )截断法:(破坏性测量方法)
截断法是一个直接利用衰减系数定义的测量方法。
在不改变注入条件下,分别测出长光纤的输出功率P2 ( ) 和剪断后约2m长度短光纤的输出功率 P1( ) ,按定义计算出() 。
该方法测试精度最高。
偏置电路
包层模被测光纤
光源滤模器剥除器
注入系统检测器
放大器
电平测量
图 1.1截断法定波长衰减测试系统装置
(2 )插入法
插入法原理上类似于截断法,只不过用带活接头的连接软线代替短纤进行参考测量,计算在预先相互连接的注入系统和接受系统之间(参考条
件)由于插入被测光纤引起的功率损耗。
显然,功率P
1、
P
2的测量没有
截断法直接,而且由于连接的损耗会给测量带来误差,精度比截断法差一些。
所以该方法不适用于光纤光缆制造长度衰减的测量。
但由于它具有非破坏性不需剪断和操作简便的优点,用该方法做成的便携式仪表,非常适用于中继段长总衰减的测量。
图 1.2示出了两种参考条件下的测试原理
框图。
调制器
包层模剥除器包层模剥除器
1 2
光源注入系统MF MF 检测器
滤模器12 滤模器
测量系统
参考条件
(a)
调制器
光源注入系统检测器
测量系统
参考系统
MF
(b )
图 1.2 典型的插入损耗法测试装置
图 1.2 ( a)情况下,首先将注入系统的光纤与接收系统的光纤相连,
测出功率 P1然后将待测光纤连到注入系统和接收系统之间,测出功率P2,则被测光纤段的总衰减 A 可由下式给出
12 r 1 2
(dB ) (公式
1.2
)
A 10lg[ P ( ) / P ( )] C C C
式中 C r、 C1、 C2分别是在参考条件、实验条件下光纤输入端、输出端连接器的标称平均损耗值(dB )。
图 1.2 ( b )情况下,首先将参考系统连在注入系统和接收系统之间,测出功率 P ,然后如图(a)一样,测出功率P ,则被测光纤段的总衰减
1 2
可由下式给出
A 10lg[ P1 ( ) / P2 ( )]( dB) (公式 1.3 )
情形( a )中,由于连接器的质量可能会影响测试精度;情形( b )中,采用了光学系统进行精密耦合,代替了连接器的耦合,可以得到精确的测量结果,当只需要知道光纤的实际衰减时,它比较合适。
当被测光纤段带有连接器而且需要和其它元件串在一起时,情形( a )的测试结果更有意义。
1.3 所
试验平台中我们采用了插入法测量光纤的损耗,试验框图如
示:
方波信号输入数字S R 数字
光发光纤跳线光收TP102
(a )
待测光纤
扰模器
(b )
图 1.3 插入损耗测试框图
(3 )光时域反射计( OTDR )测试
背向散射法是通过光纤中后向散射光信号来提取光纤衰减及其他信
息的,诸如光纤光缆的光学连续性、物理缺陷、接头损耗和光纤长度等。
它是一种间接地测量均匀样品衰减的方法。
下面分析背向散射法的测量原理。
将光功率为 P0,脉冲宽度为 T0的窄带光脉冲注入光纤,由于衰减,在传输距离 Z 之后,光功率 P( Z) 为
P(Z ) P010 ( Z /10) (公式 1.4 )
式中,是衰减系数。
由于瑞利散射的作用,在 Z 处的光功率总有一部分背向散射回光纤输入端。
Z 处的背向散射光功率为
P bs (Z ) P(Z ) (Z)10 ( Z /10) P(0) (Z )10 2( Z /10) (公式 1.5 )式中,(Z) 是在 Z 处光纤的瑞利背向散射系数,定义Z 为
(Z ) (V g T0 / 2) R S (公式 1.6 )
式中,R是瑞利散射系数;V g是光在光纤中的群速度;S 代表背向散射功率与瑞利散射总功率之比,它与光纤结构参数(芯径、相对折射率差)
有关。
设 Z0 处的背向散射光功率为
P bs(0) P0 (0) (公式 1.7 )
由公式( 1.7 )和式( 1.5 ),可得 0 ~ Z 之间的平均衰减系数为
5 [lg P bs (0) (0)
(公式 1.8 )
Z
lg ] P bs (Z ) (Z )
如果光纤轴向不均匀,不是常数,则公式( 1.8 )表示的衰减系数包含了一项与结构参数有关的待定项,这样,直接从背向散射曲线上求得的并不能代表实际的衰减系数,这也就是该方法的缺点所在。
假定光纤的结构参数沿轴向均匀时,(0)(Z),则0 ~ Z间的平均衰减系数为
5
lg P bs (0) (公式 1.9 )
Z P bs (Z )
这时就可以从背向散射曲线求得实际的平均衰减系数了。
图 1.4 是一个典型的背向散射法测试系统框图。
这里不再介绍各部分的
作用和要求。
利用背向散射原理制成的仪表称为光时域反射计,简称OTDR 。
图 1.5 示出了在对数坐标上的一条典型OTDR曲线,曲线上A-B 间的衰减是
A AB() 1
(V A V B) (公式 1.10 )2
式中, V A、 V B是以对数刻度的背向散射功率电平,平均衰减系数为
A AB() V A V B
(公式 1.11 )
L 2L
式中, L 是待测光纤的长度。
若光纤轴向不均匀时,取从两端测量的平均值作为平均衰减系数,从而消除了公式( 1.8 )中的待定项。
背向散射法虽属替代方法,可是它被广泛的用在光纤光缆的研制、生产以及光通信工程的施工维护中。
光源光学系统耦合器件光学系统
光学系统
示波器
放大器
光检测器信号处理器
数据获
取系统
图 1.4背向散射法测试曲线
①
V A
②
V B
图 1.5典型OTDR曲线
四、实验内容及步骤③
⑤
④
本实验采用插入法测试光纤的传输损耗系数,
仪 OTDR ,则可采用背向散射法。
如果配置了光时域反射
1 )如图 1.3(a) 所示,选择光发模块A,通过开关 KP10
2 选择数字
光源驱动电路, KP101 选择“数字”。
实验平台加电并复位系统后(复位
用来使系统从最初状态开始运行,复位键按下后,液晶屏上将出现提示:
“欢迎你”,“请选择”等字样,之后便可输入操作者的选择),从键盘输入方波,此时用光功率计测试S 点(即光发送机的FC 连接头)的输出功率 P1,此值定为光纤的入射功率。
2 )按图 1.3(b) 连接好待测光纤,将 S 点输出的光信号输入扰模器,经过待测光纤后,测出光功率P2,光纤的总损耗 A=P 2-P 1 (dBm) ,然后就可粗略的估算出每公里光纤的损耗值。
3 )调节 RP103 ,改变光发送模块 A 数字信号的发送功率,重复步骤 1 )和 2 )
4 次,计算每公里光纤的损耗值。
注:此实验的开设必须具备扰模器和 2 公里以上的光纤(需另外配置)
实验报告
五、实验原始数据
功率大小
P2( ) ( )
P1( )
实验次数 A
1
2
3
4
5
指导老师签名:
时间:
六、数据处理
实验报告
七、实验结论及分析讨论
预习报告成绩实验报告成绩实验操作成绩总成绩。