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1、光纤传输特性测试实验一、 实验目的1. 了解光纤损耗的定义2. 学会用插入法测量光纤的损耗1.二、 实验原理传输损耗是光纤很重要的一项光学性质，它在很大程度上决定着传输系统中的中继距离。损耗的降低依赖于工艺的提高和对石英材料的研究。对于光纤来说，产生损耗的原因较复杂，主要由以下因素造成：. 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；. 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；. 由于光纤表面的随机畸变或粗糙所产生的波导散射损耗；. 光纤弯曲所产生的辐射损耗；. 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
2、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机理，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。测量光纤损耗的方法很多，CCITT（国际电报、电话咨询委员会）建议以剪断法为参考，插入法为第一替代法，背向散射法为第二替代法。测量光纤损耗时，只要测出光纤输入端的光功率 P和输出光功率P2，即可得到光纤总的平均损耗，则光纤损耗为：(dB) （1） 光纤输出功率P2输入功率P图1 光纤损耗测量原理 剪断法剪断法的测量框图如图2所示，标准光源发出光信号，扰模器的作用使光信号达到稳态模分布，利用光功
3、率计先测出光纤的输出光功率P2，然后在距离输入端2-3m的地方将光纤剪断，测量出输入光功率P1，最后根据6-1式即可算出光纤的损耗。剪断法的特点是：简单、准确，但对光纤具有一定的破坏性。光功率计P2P1扰模器标准光源图6-2 剪断法测量光纤损耗示意图插入法插入法的测量原理图如图3所示，标准光源发出光信号，扰模器的作用是使光信号达到稳态模功率分布，测量时，可通过连接器，先将自环线（损耗可忽略的光纤）接入，用光功率计测出此时的光功率值为P1，然后，撤去自环线，将待测光纤插入，读出光功率值P2，则根据（1）式即可算出光纤损耗值。连接器自环线光功率计扰模器标准光源插入法的特点是：操作简单，不具有破坏性
4、，但精度不高，这是由于连接器性能不佳或光注入状态发生变化时，可能带来误差。待测光纤图3 插入法测量光纤损耗示意图背向散射法所谓背向散射法就是得用光时域反射仪(OTDR)来测量光纤损耗，其原理参见光时域反射仪的使用说时书，这里不再赘述。工程测量在实际工程中，为得到接头损耗的精确值，往往采取“四功率”法，其测试步骤如下（如图4）：1. 首先在连接处作临时接头;2. 在光纤连接后的尾端处测得接收光功率P3;3. 在临时接头后的B点（相距D点约几厘米）切断光纤，测得光功率为P2；4. 在临时接头前的A点切断光纤，测得光功率为P1;5. 在连接处点将光纤作永久性连接，然后在C点重新测得光功率为P4。则此
5、永久性连接的附加损耗为： （2）光源光功率计ABCDP2P1连接处P3P4第二次测量图4 光纤连接损耗测量（“四功率”法）光纤弯曲损耗的测量框图如图5所示，：光源光源光功率P1光功率P2图5光纤弯曲损耗的测量(dB) （3）光纤损耗测试实验测试方案：本实验利用剪断法测量光纤损耗，由于光纤的损耗很小，一般为0.20.5dB/km，为了使实验效果明显，则至少需要数千米的光纤，实现起来比较困难，所以在实验中我们建议使用小可变衰减器来代替光纤进行实验。在后继实验步骤中我们以小可变衰减器代替光纤进行，实验方框图如图6所示。如果实验条件允许则将光纤代替小可变衰减器即可。扰模器标准光源P2P1图6 剪断法测
6、量光纤损耗实验方框图光功率计小可变衰减器光纤弯曲损耗测试实现方案：因为光纤1550nm的弯曲损耗大于1310nm的弯曲损耗，本实验测试光纤传输此两种波长时的弯曲损耗，并将结果进行比较。将一段光(a)弯曲半径R1缠绕方法(b)弯曲半径R2缠绕方法图7扰模器缠绕方法纤连接在1310nm的光发机与光功率计之间，向光发机的数字驱动电路送入一伪随机信号（长度为24位），保持注入电流恒定，测得此时的光功率为P1，将光纤按图6-7(a)所示方法在扰模器上缠绕，测得此时的光功率为P2，代入（1）式即可计算出光纤弯曲半径为R1时的光纤损耗。将光纤按图7(b)所示方法在扰模器上缠绕，测得此时的光功率为，代入（1）
7、式即可计算出光纤弯曲半径为R2(R1R2)时的光纤损耗。将1310nm光收发合一模块改为1550nm，重复上述实验。 三、 实验仪器1. ZYE4301F型光纤通信原理实验箱两台(1310，1550各一台)2. 光功率计3. 万用表4. ST-FC，FC-FC型光跳线各一根5. SC-FC转换器6. 扰模器7. 2km光纤（或小可变衰减器）四、 实验内容与步骤、光纤损耗测量1. 按图6-6连接好光纤损耗测试系统。2. 连接导线：将数字基带信号产生模块T402与光发送模块T501连接。3. 将双刀双掷开关J501，J502按下，使光发送模块传输数字信号。 4. 接上交流电源线，先开交流开关，再开
8、直流开关K601，K602，五个发光二极管全亮。5. 接通数字基带信号产生模块(K40)、光发送模块(K50)的直流电源。6. 用万用表测量R516两端电压（红表笔插T502，黑表笔插T503）。7. 慢慢调节电位器W501，使驱动电流达到额定值，即使V=30mV。8. 用光功率计测量此时的光功率P2。9. 拆除小可变衰减器。10. 用光功率计测得此时的光功率为P1。11. 代入（1）式计算即得光纤损耗值。12. 抬起J502，关闭直流电源，拆除导线。13. 光功率计及拆除扰模器上的光纤，将实验箱还原。B、光纤弯曲损耗测量1. 连接导线：将数字基带信号产生模块T402与光收发合一模块T201连
9、接。2. 接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K601，K602，五个发光二极管全亮。3. 接通数字基带信号产生模块(K40)、光收发合一模块(K20)的直流电源。4. 将光跳线将1310nm光发机与光功率计连接起来。5. 用光功率计测量此时光发端机的光功率P1（在测量的过程中光纤不要弯曲）。6. 将光纤按如图6-7(a)的方法缠绕，测得此时的光功率为P2。7. 代入6-3计算即得光纤弯曲半径为R1的损耗值。8. 再将光纤按如图6-7(b)的方法缠绕，测出不同的弯曲半径为R2下的弯曲损耗。9. 代入6-3计算即得光纤弯曲半径为R2的损耗值。10. 将光收发合一模块换成1550nm，重复上
10、述实验。11. 将所测得结果填入表6-1。12. 做完实验后依次关掉各直流开关，以及交流电开关，拆除导线。13. 取下光功率计及拆除扰模器上的光纤，将实验箱还原。14. 将各实验仪器摆放整齐。五、实验报告1. 记录并整理实验过程中的数据，并完成下表。表1光纤弯曲损耗比较表波长(nm)绕波方法13101550不绕（光功率mW）图7a（光功率mW）图7b（光功率mW）损耗图7a(dB)图7b(dB)2. 比较相同波长，不同弯曲半径的光纤损耗。3. 比较相同弯曲半径，不同波长的弯曲损耗。六、注意事项1. 光源，光跳线的插头属易损件，应轻拿轻放，使用时切忌用力过大。2. 测量光纤弯曲损耗时，光纤在扰模器上缠绕不可拉得过紧。3. 不可带电拔插光电器件，要拔插光电器件，须先关闭电源后进行。七、思考题1. 分析用剪断法测量光纤损耗中扰模器的作用，若不使用扰模器，则会对实验结果有何影响。2. 传输相同波长信号时，为什么不同弯曲半径下光纤的损耗不同？3. 相同弯曲半径时，为什么光纤传输不同波长信号损耗不同？4. 测量光纤损耗时，对光纤稍微用力拉紧，比较此时测得的光纤损耗的变化，并分析其原因。
