【正文】 圖 2：光纖通信及波分復(fù)用實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1. 按圖 2 所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)連接，檢查無誤后打開系統(tǒng)電源 2. 將 1550nm 激光器輸出 連接至 InGaAs PIN 光電二極管輸入 ,使用模擬調(diào)制方式在單模光纖中傳輸視頻信號(hào)。 d. 將 連接至監(jiān)視器視頻輸入端 ，微調(diào) LD2 偏置電流 (Ic)，使得監(jiān)視器圖像有最小失真。 b. 微調(diào) LD1 偏置電流 (Ic)，使得監(jiān)視器聲 音輸出有最小失真。 3. 所有光纖均不可過于彎曲，除特殊測試外其曲率半徑應(yīng)大于 30mm。在此之前，由于不能直接放大光信號(hào)，所有的光纖通信系統(tǒng)都只能采用光 電 光中繼方式。摻鉺光纖放大器的 意義不僅在于可進(jìn)行全光中繼，它還在多方面推動(dòng)了光纖通信的發(fā)展，引起了光纖通信的革命性變革。這極大地降低了設(shè)備成本，提高了傳輸質(zhì)量。 EDFA 細(xì)長的纖形結(jié)構(gòu)使得有源區(qū)能量密度很高，光與物質(zhì)的作用區(qū)很長，有利于降低對(duì)泵浦源功率的要求。光隔離器的作用是防止反射光對(duì)光放大器的影響，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。在激光放大器和激光器中一樣，存在著自發(fā)輻射。放大器是用來放大輸入光信號(hào)的，自發(fā)輻射與光信號(hào)伴生卻毫無益處。圖 2 為加入 1536nm 和不加入 1536nm 信號(hào)光時(shí)的輸出光譜 ,可以看出放大器自發(fā)輻射對(duì)系統(tǒng)性能有很大的影響。圖 3(a)用泵浦光功率 P 做參變量，給出了增益 G(dB)與光纖長度 l之間的關(guān)系曲線。因而就放大器的總增益而言，存在一最佳的光纖長度。因此在給定的摻鉺光纖的情況下，應(yīng)選合適的泵浦功率與光纖長度，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。增益譜的尖銳程度及帶寬對(duì)光纖芯子的摻雜情況十分敏感。即使摻鉺光纖放大器芯子的組分相同，不同放大器的增益譜也會(huì)有所差別，這是因?yàn)樵鲆孀V還與光纖長度有關(guān)的原故。通常在小信號(hào)線性放大工作區(qū)，放大過程中基本不產(chǎn)生波形失真，但是在大信號(hào)飽和放大工作區(qū)運(yùn)用時(shí)，由于增益飽和或增益壓縮的影響，將導(dǎo)致輸出波形的失真，這種現(xiàn)象稱為增益圖形效應(yīng)或簡稱圖形效應(yīng)。 圖 5： EDFA 響應(yīng)特性 三、實(shí)驗(yàn)裝置： 28 圖 6： 摻鉺光纖放大器實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1. 實(shí)驗(yàn)裝置連接 按圖示光路連接實(shí)驗(yàn)裝置，將實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)背板通訊接口用串行通訊電纜連接至計(jì)算機(jī)主機(jī) COM1 口，打開實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)電源后再運(yùn)行計(jì)算機(jī)上的測試軟件。 COD 模式置于 ARX， 量程置于 10mA檔。 g. 觀察摻鉺光纖受激自發(fā)輻射特性 (ASE)。測量 鹵素光源 輸出光譜，波長范圍 15201650nm，波長間隔 。 e. 設(shè)置 LD2 工作模式 (MOD)為恒流 模式 (ACC)， 驅(qū)動(dòng)電流 (Ic)置為 200mA f. 測量 EDFA 輸出光譜，波長范圍 15201650nm，波長間隔 。 3. 所有光纖均不可過于彎曲，除特殊測試外其曲率半徑應(yīng)大于 30mm。在不改變?cè)械脑肼曁匦院驼`碼率前提下，可以直接放大數(shù)字、模擬或者二者的混合數(shù)據(jù)格式。 4. 光纖激光器可 以作為光孤子源。可調(diào)諧光纖光柵是光纖器件，用光纖光柵作為調(diào)諧裝置能與光 纖兼容，可有效克服用非光纖調(diào)諧方法所造成的插入損耗問題。 2. 光纖激光器 Po~Pp 曲線測量 a. 連接光纖激光器輸出端至光功率計(jì) OPM， OPM 量程置 1mW 檔。 c. 設(shè)置 LD2 工作模式 (MOD)為恒流 模式 (ACC)， 驅(qū)動(dòng)電流 (Ic)置為 300mA d. 測量 光纖激光器輸出光譜，波長范圍 15401580nm，波長間隔 。 3. 所有光纖均不可過于彎曲，除特殊測試外其曲率半徑應(yīng)大于 30mm。 2. 光纖連接器陶瓷插芯表面光潔度要求極高，除專用清潔布外禁止用手觸摸或接觸硬物。 3. 光纖激光器輸出光譜測量 a. 連接光纖激光器輸出端至 C 波段光譜分析器，輸入狹縫置 2mm，輸出狹縫置 。 實(shí)驗(yàn)裝置如圖 2 所示 。 光纖調(diào)諧激光器常用的調(diào)諧方法有旋轉(zhuǎn)光柵、調(diào)節(jié)腔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)具角度、利用聲光濾波器、電調(diào)液晶標(biāo)準(zhǔn)具、可調(diào)諧光纖光柵等等，調(diào)諧范圍為幾 nm 到幾十 nm。 3. 光纖激光器和光纖放大器與現(xiàn)有的光纖器件 (如耦合器、偏振器和調(diào)制器 )完全相容，可以制作出完全由光纖器件組成的全光纖傳輸系統(tǒng)。 30 實(shí)驗(yàn) 七 光纖激光器參數(shù)測量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 1. 了解光纖光柵的工作原理及相關(guān)特性； 2. 了解光纖激光器的工作原理及相關(guān)特性； 3. 掌握光纖激光器性能 參數(shù)的測量方法； 二、實(shí)驗(yàn)原理： 全光纖可調(diào)諧激光器是高速大容量光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，特別是它的較寬的增益帶寬和簡便穩(wěn)定的調(diào)諧結(jié)構(gòu)，以及其激光波長恰好處在光通信 1500nm波段等諸多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，越來越引起廣大光通信工作者的極大重視 ，已成為激光器研制領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。 2. 光纖連接器陶瓷插芯表面光潔度要求極高，除專用清潔布外禁止用手觸摸或接觸硬物。 d. 將 鹵素光源 光信號(hào)輸入 EDFA， EDFA輸出光信號(hào)連接至光譜分析器，輸出狹縫置 1mm。 b. 將 鹵素光源 輸出光信號(hào)連接至光譜分析器， 輸入狹縫置 2mm， 輸出狹縫置 1mm。 d. 設(shè)置 LD1 工作模式 (MOD)為數(shù) 字調(diào)制 模式 (ODM)，驅(qū)動(dòng)電流 (Ic)置為 30mA。 b. 將 1550nm 激光器輸出和 OPM 恢復(fù)為圖示連接，設(shè)置 LD2 工作模式 (MOD)為恒流 模式 (ACC)， 驅(qū)動(dòng)電流 (Ic)置為 0 e. 緩慢增加 1480nm泵浦激光器輸出功率， 0至 80mW每隔 2mW記錄一次 OPM功率數(shù)據(jù)，求信號(hào)增益，作 Gs~Pp 曲線 3. 摻鉺光纖放大器瞬態(tài)響應(yīng)特性測量 a. 連接函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出 SIG 至示波器 CH1，置示波器與 CH1 同步。如圖 5 所示，當(dāng)脈寬遠(yuǎn)大于增益恢復(fù)時(shí)間時(shí)，增益在很短的時(shí)間內(nèi)就能恢復(fù)，波形失真很小，這種失真對(duì)數(shù)字脈沖傳輸不產(chǎn)生重要影響，因而不存在圖形效應(yīng)。這一特性可用來通過選擇光纖長度得到較為平坦的增益譜。 合適的摻雜可將增益譜展寬，由圖可見，摻入 Al、 P 展寬了頻帶。 圖 3： EDFA 放大特性 實(shí)際的 EDFA 的增益隨頻率變化關(guān)系還與基質(zhì)光纖及其摻雜有關(guān)。圖 3(b)以光纖長度 l 做參變量給出了增益 G 與泵浦功率 P 之間的關(guān)系。這是由于放大中的消耗，使 P(z)隨光纖長度的增加而減少的原故。圖 3 給出了摻鉺光纖放大器小信號(hào)增益 G 與泵浦功率 P 及光纖長度 l 的關(guān)系曲線。更嚴(yán)重的是，放大了的自發(fā)輻射傳到接收端，在對(duì)信號(hào)光進(jìn)行檢測時(shí)，與信號(hào)光一起 26 形成拍頻噪聲。激光腔正是從最初的寬譜自發(fā)輻射中選擇了特定頻率的光進(jìn)行放大輸出的。在泵浦源作用下的摻鉺光纖中，通過光與工作物質(zhì)的相互作用，泵浦光將能量轉(zhuǎn)移給信號(hào)光而將其放大。 WDM 為波分復(fù)用器，它的作用是將不同波長的泵浦光和信號(hào)光混合而送入摻鉺光纖。現(xiàn)在EDFA+WDM 已成為高速光纖通信網(wǎng)發(fā)展的 主流，代表新一代的光纖通信技術(shù)。波分復(fù)用是在一根光纖上傳輸多個(gè)光信道，從而充分利用光纖帶寬，有效擴(kuò)展通信容量的光纖通信方式。這是一次極為重要的飛躍，把光通信推向了一個(gè)新的階段，其意義可與當(dāng)年用晶體管代替電子管相提并論。 25 實(shí)驗(yàn) 六 摻鉺光纖放大特性參數(shù)測量 (EDFA) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 1. 了解摻鉺光纖放大器的工作原理及相關(guān)特性； 2. 掌握摻鉺光纖放大器性能 參數(shù)的測量方法； 二、實(shí)驗(yàn)原理簡 介： 摻鉺光纖放大器 (EDFA)的出現(xiàn)是光纖通信發(fā)展史上一個(gè)重要里程碑。 2. 光纖連接器陶瓷插芯表面光潔度要求極高，除專用清潔布外禁止用手觸摸或接觸硬物。 a. 將 模擬接收機(jī)輸出信號(hào) 連接至監(jiān)視器音頻輸入端 ，調(diào)節(jié) LD1 偏置電流 (Ic)、模擬接收機(jī) 增益 (PD1RTO)、 模擬接收機(jī)偏移 (VS1)，使得監(jiān)視器聲音輸出有最小失真。 b. 設(shè)置 LD2工作模式 (MOD)為模擬 調(diào)制模式 (OAM)， 1550nm激光器輸出光功率受 6MHz帶寬視頻信號(hào)調(diào)制。在接收端依次利用光域和電域解復(fù)用不同的信道，能夠最大限度地利用光纖的帶寬潛力。 圖 1：半導(dǎo)體光源的直接調(diào)制原理 (a) LED 模擬調(diào)制 (b)LED 數(shù)字調(diào)制 (c)LD 數(shù)字調(diào)制 模擬信號(hào)調(diào)制是直接用連續(xù)的模擬信號(hào) (如話音和視頻信號(hào) )對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，如圖 1(a)所示，連續(xù)的模擬信號(hào)電流疊加在直流偏置電流上。間接調(diào)制是利用晶體的電光、磁光和聲光效應(yīng)等性質(zhì)對(duì)光輻射進(jìn) 行調(diào)制，可以采用鈮酸鋰調(diào)制器 (LM)、電吸收調(diào)制器 (EAM)和干涉型調(diào)制器 (MZM)實(shí)現(xiàn)?？罩玫墓饫w連接器端子必須插上護(hù)套。調(diào)節(jié)示波器同步 CH1 輸入，上升沿出發(fā)，觀察到穩(wěn)定的脈沖調(diào)制信號(hào)。 b. 將單模光纖耦合器輸出端 PORT4 連接一根 FC/APCFC/PC 光跳線，將待測 單模光纖末端連接一根 FC/APCPC 光跳線。 菲涅爾反射是離散的反射，它是由整條光纖中的個(gè)別點(diǎn)而引起的，這些點(diǎn)是由造成反向系數(shù)改變的因素組成，例如玻璃與空氣的間隙。給定光纖參數(shù)和波長，瑞利散射的功率與信號(hào)的脈沖寬度成比例，脈沖寬度越長，背向散射功率就越強(qiáng)。 OTDR 首先發(fā)射光脈沖進(jìn)入光纖，光脈沖在光纖內(nèi)傳輸時(shí)，會(huì)由于光纖本身的性質(zhì)、連接器、接合點(diǎn)、彎曲或其它類似的事件而產(chǎn)生散射和反射，通過對(duì)返回光的強(qiáng)度及時(shí)間特征進(jìn)行分析可以測知光纖介質(zhì)的傳輸特性?？罩玫墓饫w連接器端子必須插上護(hù)套。 三、實(shí)驗(yàn)裝置： 實(shí)驗(yàn)裝置圖一 實(shí)驗(yàn)裝置圖二 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟： 1. 測試光路準(zhǔn)備 a. 按實(shí)驗(yàn)裝置圖一所示結(jié)構(gòu)連接 1550nm 半導(dǎo)體激光器、單模光纖耦合器、 OPM 和主機(jī)，暫將 1550nm 半導(dǎo)體激光器輸出直接連接至 OPM 輸入，檢查無誤后打開電源 b. 設(shè)置 OPM 工作模式為 OPM/dBm，量程 (RTO)切換至 0dBm c. 設(shè)置 LD1 工作模式 (MOD)為恒流驅(qū)動(dòng) (ACC)， 1550nm 激光器為恒定電流工作模式，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流 (Ic)至輸出功率為 ()附近，記錄光功率值 Pi d. 連接 1550nm 激光器輸出 (1550 Out)至待測光纖耦合器輸入端 (PORT1) 2. 將待測光纖耦合器輸出端 PORT3 連接至 OPM 輸入， 記錄該端口輸出光功率 Po1，計(jì)算光纖耦合器插入損耗 IL1 3. 繞軸向緩慢旋轉(zhuǎn)待測光纖耦合器輸入端光纖，記錄該端口輸出光功率 Po1 的最小值Min(PO1)和最大值 Max(PO1)，計(jì)算光纖耦合器偏振依賴損耗 PDL1 4. 將待測光纖耦合器輸出端 PORT4 連接至 OPM 輸入， 記錄該端口輸出光功率 Po2，計(jì)算光纖耦合器插入損耗 IL2 5. 繞軸向緩慢旋轉(zhuǎn)待測光纖耦合器輸入端光纖，記錄該端口輸出光功率 Po2 的最小值Min(PO2)和最大值 Max(PO2)，計(jì)算光纖耦合器偏振依賴損耗 PDL2 6. 計(jì)算光纖耦合器分光比 CR 7. 計(jì)算光纖耦合器附加損耗 EL 8. 按實(shí)驗(yàn)裝置圖二所示結(jié)構(gòu) 將待測光纖耦合器輸入端 PORT2 連接至 OPM 輸入 。 NC12=1Olg(P2/P1) 式中： P1是輸入到端口 1 的光功率， P2是端口 2 接收到的光功率。 In,m=1Olg(Pin/Pim) 式中： n、 m 為開關(guān)的兩個(gè)隔離端口 (n≠ m)； Pin是光從 i 端口輸入時(shí) n 端口的輸出光功率，Pim是光從 i 端口輸入時(shí)在 m 端口測得的光功 率。 回波損耗 (也稱為反射損耗或反射率 )定義為從輸入端返回的光功率與輸入光功率的比值，以分貝表示。 光開關(guān)在光學(xué)性能方面的特性參數(shù)主要有插入損耗、回波損耗、隔離度、遠(yuǎn)端串?dāng)_、近端串?dāng)_、工作波長、消光比、開關(guān)時(shí)間等。機(jī)械式光開關(guān)又可細(xì)分為移動(dòng)光纖、移動(dòng)套管、移動(dòng)準(zhǔn)直器、移動(dòng)反光鏡、移動(dòng)棱鏡、移動(dòng)耦合器等種 類。 根據(jù)其工作原理，光開關(guān)可分為機(jī)械式和非機(jī)械式兩大類。光隔離器是一種只允許光線沿光路正向傳輸?shù)姆腔ヒ仔栽?，其工作原理主要是利用磁光晶體的法拉第效應(yīng)，它由兩個(gè)線偏振器中間加一法拉第旋轉(zhuǎn)器而成。 WDM 器件有多種類型，如熔錐型、光柵型、干涉濾波器型和集成光波導(dǎo)型。對(duì)于光纖耦合器來說，隔離度更有意義的是用于反映 WDM 器件對(duì)不同波長信號(hào)的分離能力。它是指當(dāng)傳輸光信號(hào)的偏振態(tài)發(fā)生 360176。 5)．均勻性 (Uniformity) 對(duì)于要求均勻分光的光耦合器 (主要是樹形和星形器件 )，實(shí)際制作時(shí)，因?yàn)楣に嚨木窒?，往往不可能做到絕對(duì)的均分。 3)．分光比 (Coupling Ratio) 分光比是光耦合器所特有的技術(shù)術(shù)語，它定義為耦合器各輸出端口的輸出功率的比值，在具體應(yīng)用中常常用相對(duì)輸出總功率的百分比來表示 : CR=POi/Σ POi x 100％ 例如對(duì)于標(biāo)準(zhǔn) X 形耦合器， 1:1 或 50： 50 代表了同樣的分光比，即輸出為均分的器件。該值通常以分貝 (dB)表示，數(shù)學(xué)表達(dá)式為 : ILi=1Olg(POi/Pi) 其中， ILi是第 i 個(gè)輸出端 口的插入損耗； POi 是第 i 個(gè)輸出端口測到的光功率值； Pi 是輸入端的光功率值。拼接式結(jié)構(gòu)是將光纖埋人玻璃塊中的弧形槽中，在光纖側(cè)面進(jìn)行研磨拋光，然后 將經(jīng)研磨的兩根光纖拼接在一起，靠透過纖芯一包層界面的消逝場產(chǎn)生耦合。光纖連接器會(huì)引入一定的功率損耗，稱