【正文】 彎曲損耗的測量，要求在具有較為穩(wěn)定的光源條件下，將幾十米被測光纖耦合到測試系統(tǒng)中，保持注入狀態(tài)和接收端耦合狀態(tài)不變的情況下，分別測出松繞 100 圈前后的輸出光功
。CCITT 對 光纖和 光纖在 1550nm 波長的彎曲損耗作了明確的規(guī)定：對 光纖，用半徑為 松繞 100 圈，在 1550nm 波長測得的損耗增加應(yīng)小于1dB；對 而言，要求增加的損耗小于 。對于單模光纖而言，隨著波長的增加，其彎曲損耗也相應(yīng)增大，因此對 1550nm 波長的使用，要特別注意彎曲損耗的問題。查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，比較插入法測試光纖損耗與剪斷法測試光纖損耗的優(yōu)缺點(diǎn)。拆除導(dǎo)線，光學(xué)器件，將實(shí)驗(yàn)箱還原。光源 小可變衰減器（或待測光纖） 光功率計(jì) P1擾模器P0A圖 71 多模光纖損耗測試實(shí)驗(yàn)框圖B34 / 1191代入 72 式計(jì)算即得光纖損耗值。從光功率計(jì)端取下光纖，接入小可變衰減器（或待測光纖） ，用 FCFC 多模光纖跳線與光功率計(jì)連接。慢慢調(diào)節(jié)電位器 W101，使驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到額定值，即使 V=25mV。接通 PCM 編譯碼模塊(K60)、CPLD 下載模塊（K90） ，光發(fā)模塊(K10)的直流電源。K121 撥下。連接導(dǎo)線：PCM 編譯碼模塊 T661 與 CPLD 下載模塊 983 連接，T980 與光發(fā)模塊輸入端 T101 連接。不可帶電拔插光電器件，要拔插光電器件，須先關(guān)閉電源后進(jìn)行。六、注意事項(xiàng)光源、光跳線的插頭屬易損件，應(yīng)輕拿輕放，使用時(shí)切忌用力過大。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測試多模光纖損耗時(shí)，采用 CCITT 推薦的以剪斷法為測試方法，用小可變衰減器替代可調(diào)衰減的多模光纖，用柱狀擾模器形成平衡模分布，測試實(shí)驗(yàn)框圖如圖 71 所示。為了滿足測量的要求，必須加速平衡模分布建立的過程，就是說，要人為地控制注入條件和注入技術(shù)，使 1～2m 長光纖輸出端的場分布接近平衡模分布。隨著光纖軸向均勻性的差異和光纖所處的狀態(tài)不同，達(dá)到平衡模分布的長度也不一樣，一般可從幾百米到幾千米不等。這時(shí)才達(dá)到了平衡模分布或穩(wěn)態(tài)模分布。多模光纖損耗的測量，注入條件是頭等重要的。只有滿足這樣的條件，測得的衰減系數(shù)才能線性相加。應(yīng)用上式時(shí)，要特別注意兩點(diǎn)：()（1）假定光纖沿軸向是均勻的 ，即 與軸向位置無關(guān)。光纖中平均光功率沿長度減少的規(guī)律為： （71）??10()ZP???其中 P(Z)和 P(0)分別為軸向距離 Z 處和 Z＝0 處的光功率，α 為光纖的衰減系數(shù)，定義為單位長度光纖引起的光功率衰減，單位是 dB/km。歸納起來，產(chǎn)生衰減的原因大致可以分為三大類：吸收損耗，散射損耗，附加損耗，具體如下：（1）纖芯和包層物質(zhì)的吸收損耗，包括石英材料的本征吸收和雜質(zhì)吸收；（2）纖芯和包層材料的散射損耗，包括瑞利散射損耗以及光纖在強(qiáng)光場作用下誘發(fā)的受激喇曼散射和受激布里淵散射；（3）由于光纖表面的隨機(jī)畸變或粗糙所產(chǎn)生的波導(dǎo)散射損耗；（4）光纖彎曲所產(chǎn)生的輻射損耗；（5）外套損耗。若需要測試光收端機(jī)動(dòng)態(tài)范圍，則實(shí)驗(yàn)方案如何？利用現(xiàn)有儀器能否完成？實(shí)驗(yàn)七 多模光纖衰減測試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饫w損耗的定義學(xué)會(huì)用插入法測量多模光纖的損耗二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測量多模光纖的衰減測量多模光纖的彎曲損耗三、預(yù)備知識了解多模光纖的特點(diǎn)、特性四、實(shí)驗(yàn)儀器ZY12OFCom13BG3 型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱 1 臺850nm 光發(fā)端機(jī) 1 個(gè)FC 接口光功率計(jì) 1 臺萬用表 1 臺ST/PCFC/PC 多模光跳線 1 根FC/PCFC/PC 多模光跳線 1 根32 / 119擾模器 1 臺小可變衰減器（或 2km 光纖） 1 個(gè)連接導(dǎo)線 20 根五、實(shí)驗(yàn)原理損耗機(jī)理本實(shí)驗(yàn)研究無源器件多模光纖的損耗。2設(shè)計(jì)并執(zhí)行 1550nm 和 850nm 光收端機(jī)靈敏度測試步驟。2依次關(guān)閉各模塊電源、直流電源，拆除導(dǎo)線。2慢慢增大光小可變衰減器衰減，使光收端機(jī)接收到的光功率逐漸減小，當(dāng)誤碼分析儀出現(xiàn)誤碼并為指定要求值（例如 106）時(shí)，取出光收端機(jī)輸入端光纖，用光功率測得此時(shí)的光功率即為最小光功率 Pmin。用萬用表測量 R110 兩端電壓（紅表筆插 T103，黑表筆插 T104） 。1將撥碼開關(guān) BMBM2 和 BM3 撥到數(shù)字、1310nm 和 1310nm。1調(diào)節(jié)電位器 W851，W852，使誤碼分析儀誤碼率為 0（10 7） ，此時(shí) HDB3編解碼系統(tǒng)正常無誤碼工作。1接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān) K01，K02，五個(gè)發(fā)光二極管全亮，接通 HDB3編譯碼模塊（K80） ，CPLD 下載模塊（K90）的直流電源開關(guān)。1連接導(dǎo)線：將誤碼分析儀信號輸出與 HDB3編譯碼模塊的 T851 連接，T853 與 T801連接，T803 與誤碼分析儀信號接收端連接，T854 與 CPLD 下載模塊的 941 連接，T855 與 945連接，T888 與 983 連接，T802 與 948 連接，T852 與 948 連接。設(shè)計(jì)并執(zhí)行 1550nm 和 850nm 光收端機(jī)靈敏度測試步驟。依次關(guān)閉各模塊電源、直流電源，拆除導(dǎo)線。慢慢調(diào)節(jié)電位器 W101，使驅(qū)動(dòng)電流小于額定值，即萬用表讀數(shù)小于 25mV，調(diào)節(jié)電位器 W121，使數(shù)字光纖通信系統(tǒng)無誤碼。打開誤碼分析儀的電源開關(guān)，將誤碼分析儀的速率設(shè)為 ，圖案設(shè)為 2151，碼型設(shè)為 NRZ 碼。接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān) K01，K02，五個(gè)發(fā)光二極管全亮。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)字跡工整，原理分析透徹通過實(shí)驗(yàn)得到光收端機(jī)靈敏度，.比較 850nm、1310nm 和 1550nm 光檢測器的靈敏度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及誤差分析正確七、實(shí)驗(yàn)步驟A、有 NRZ 碼輸出誤碼儀時(shí)靈敏度測試方法按圖 61 將誤碼分析議與實(shí)驗(yàn)箱連接好，用兩根 FCFC 的光跳線把小可變衰減器串入其中，并使小可變衰減器衰減最小。若使用誤碼分析儀只有 HDB3碼型輸出（如 YGBERT2M 型誤碼分析儀） ，則可以通過實(shí)驗(yàn)箱中的 HDB3編譯碼模塊實(shí)現(xiàn)誤碼測試。 29 / 119圖 61 數(shù)字接收單元指標(biāo)測試框圖圖 62 輸出碼型為 HDB3碼誤碼測試方法實(shí)驗(yàn)框圖測試框圖如圖 61 所示，測試方法與測量靈敏度的方法基本相同，只是最后增加測量最大輸入光功率一項(xiàng)，其方法是逐漸減小光衰減器的衰減量，直至誤碼儀指示誤碼降為 11011，此時(shí)的接收光功率即為最大輸入光功率。光收端機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的定義是在保證一定的誤碼率下所允許的最大和最小輸入光功率之比的分貝數(shù)，即由下式計(jì)算得到 （6)(lg10minaxdBPD?2）它表示了光收端機(jī)對輸入信號變化時(shí)的適應(yīng)能力。數(shù)字光接收機(jī)的光接收靈敏度用下式表示： （6310log()rrPSdBm??1）是在隨機(jī)碼情況下的接收平均光功率。根據(jù)這一要求，就可以找到數(shù)字光接收機(jī)所接受到的最小光功率作為其性能指標(biāo)，即接收靈敏度。數(shù)字光接收機(jī)的輸入光功率和誤碼率兩者是互相矛盾的。實(shí)驗(yàn)六 數(shù)字接收單元指標(biāo)測試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜す馐斩藱C(jī)靈敏度的概念掌握光收端機(jī)靈敏度的測試方法熟悉光收端機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的概念二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測量 1310nm 光收端機(jī)的靈敏度測量 1550nm 光收端機(jī)的靈敏度測量 850nm 光收端機(jī)的靈敏度(選做)三、預(yù)備知識在光纖通信系統(tǒng)中，數(shù)字接受單元的指標(biāo)有哪些？四、實(shí)驗(yàn)儀器ZY12OFCom13BG3 型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱 1 臺光功率計(jì) 1 臺萬用表 1 臺小可變衰減器 1 個(gè)誤碼分析儀 1 臺FC/PCFC/PC 單模光跳線 2 根ST/PCFC/PC 多模光跳線 （可選） 2 根850nm 光發(fā)端機(jī)和光收端機(jī)（可選） 1 套28 / 119FC/PCFC/PC 多模光跳線 （可選） 1 根連接導(dǎo)線 20 根五、實(shí)驗(yàn)原理數(shù)字光接收機(jī)在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中的作用就是將經(jīng)過光纖傳輸后被衰減變形的微弱光脈沖信號通過光電變換成為電脈沖信號，并將其放大，均衡與定時(shí)再生還原成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字脈沖信號。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告驅(qū)動(dòng)電流（mA） 30 25 20 15 10 5T123：測試電壓V（V）計(jì)算得到電流 I（mA）輸出光功率 P（uW）27 / 119字跡工整原理論述清楚根據(jù)測試結(jié)果，畫出 1310nm 光檢測器 IP 特性曲線；計(jì)算得出各檢測器的響應(yīng)度及量子效率實(shí)驗(yàn)結(jié)果及誤差分析正確九、思考題影響檢測器響應(yīng)度的指標(biāo)有哪些？這些指標(biāo)如何影響光纖通信系統(tǒng)性能？ 推導(dǎo)檢測器響應(yīng)度 R 與量子效率關(guān)系式。依次關(guān)閉各直流電源、交流電源，將 K121 撥到下面，拆除導(dǎo)線，將實(shí)驗(yàn)箱還原。用萬用表監(jiān)控 R110 兩端電壓（紅表筆插 T103，黑表筆插 T104） ，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電流，使之為 30mA，用萬用表測試 T123 與電源模塊中的地之間電壓 V，填入下表中，將 1310nm 光收端機(jī)端光纖取出，測試此時(shí)光功率并填入對應(yīng)表格中。 接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān) K01，K02，五個(gè)發(fā)光二極管全亮。 用 FCFC 光纖跳線將 1310nmT 光發(fā)端與 1310nmR 光收端連接。響應(yīng)電流的測定是通過運(yùn)放，將檢測器的電流信號，放大成電壓信號后得到的，檢測電壓點(diǎn)為 T123，即此測試點(diǎn)與接地點(diǎn)之間的電壓 V。實(shí)驗(yàn)箱中，1310nm 與 1550nm 兩個(gè)波長使用的檢測器均為 PIN 光電二極管，其參考指標(biāo)見下表 51。量子效率是能量為 hυ 的每個(gè)入射光子所產(chǎn)生的電子空穴載流子對的數(shù)量： （100％） （5hvPe/I＝入 射 到 器 件 上 的 光 子 數(shù)對 數(shù)通 過 結(jié) 區(qū) 的 光 生 載 流 子??2）上式中，e 是電子電荷；υ 為光的頻率。簡言之，即輸入單位的光功率產(chǎn)生的平均輸出電流，R 的單位為 A/W 或 uA/uW。最簡單的光檢測器就是 pn 結(jié)，但它存在許多缺點(diǎn)，光纖通信系統(tǒng)中，較多采用 pin光電二極管（簡稱 PIN 管）及雪崩光電二極管（APD 管） ，都是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體器件。按其作用原理可分為熱器件和光子器件兩大類。1依次關(guān)閉各電源，拆除導(dǎo)線，拆除光纖跳線，將實(shí)驗(yàn)箱還原。將 P1，P 0代入公式 41 式即得 1310nm 數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)消光比。將光功率計(jì)調(diào)至 1310 波長檔，用光功率計(jì)測量此時(shí)光發(fā)端機(jī)的光功率，即為光發(fā)端機(jī)的輸出光功率。接通 PCM 編譯碼模塊(K60)、CPLD 模塊（K90）和光發(fā)模塊(K10)的直流電源。將撥碼開關(guān) BMBM2 和 BM3 分別撥到數(shù)字、1310nm 和 1310nm。Ｂ、1310nm 數(shù)字發(fā)端機(jī)輸出光功率及消光比測試連接導(dǎo)線：PCM 編譯碼模塊 T661 與 CPLD 下載模塊 T983 連接，T980 與 1310nm 光發(fā)模塊輸入端 T101 連接。將 P1，P0 代入公式 41 式即得 1550nm 數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)消光比。將光功率計(jì)調(diào)至 1550 波長檔，用光功率計(jì)測量此時(shí)光發(fā)端機(jī)的光功率，即為光發(fā)端機(jī)的輸出光功率。接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān) K01，K02，五個(gè)發(fā)光二極管全亮。 不可帶電拔插光電器件，要拔插光電器件，須先關(guān)閉電源后進(jìn)行。對于實(shí)驗(yàn)設(shè)備而言，調(diào)制速率較低，不可能上 G，所以第一、第二項(xiàng)指標(biāo)是本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。在高速以至超高速的光發(fā)送機(jī)中應(yīng)該對此采取相應(yīng)有效的解決措施，以便實(shí)現(xiàn)大容量長距離的數(shù)字光纖通信。LD 的輻射波長必須保持恒定當(dāng)調(diào)制速率高達(dá)數(shù) Gbit/s 時(shí)，LD 的輻射波長在調(diào)制脈沖的上升沿時(shí)向短波長漂移，而22 / 119在脈沖下降沿時(shí)則向長波長漂移，這種現(xiàn)象稱為 Chirp 效應(yīng)。輸出光脈沖上出現(xiàn)自脈動(dòng)與 LD 的輸出特性曲線上出現(xiàn)扭折有關(guān)。輸出光脈沖無張弛振蕩和自脈動(dòng)當(dāng)調(diào)制速率較高時(shí)，輸出光脈沖可能會(huì)出現(xiàn)張弛振蕩。在實(shí)驗(yàn)一中，給出了激光器的參考指標(biāo)，有一項(xiàng)即為 。光通信系統(tǒng)一般要求消光比越大越好，但是不可過大或過小，消光比太大，即預(yù)偏置電流太小或沒有，影響通信系統(tǒng)傳輸速率；消光比太小，則調(diào)制深度淺，有用光功率比例減小，影響系統(tǒng)靈敏度。數(shù)字率（kbit/s） 偽隨機(jī)測試信號2048 215－18448 215－134368 223－1139264 223－1 表 41 信號源輸出信號要求消光比：消光比定義式如下式 41，P 0是給光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送全“0”碼，測得的光功率，P 1是給光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送全“1”碼，測得的光功率，將 P0，P 1代入公式： （401lgEXT?1）即得到光發(fā)端機(jī)的消光比。輸出