實驗2光發(fā)送機光纖損耗2012年

1、實驗二 光發(fā)送機電路實驗光纖傳輸損耗特性與參數(shù)測試第一部分u光發(fā)送機接口指標測試光發(fā)送機接口指標測試補充知識:1、dBmdBm是一個考征功率絕對值的值，計算公式為：10lgP（功率值/1mw）。 例1 如果發(fā)射功率P為1mw，折算為dBm后為0dBm。例2 對于40W的功率，按dBm單位進行折算后的值應為：10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。 2、dBdB是一個表征相對值的值，當考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個dB時，按下面計算公式：10lg（甲功率/乙功率）例6 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=

2、10lg2=3dB。也就是說，甲的功率比乙的功率大3 dB。例7 7/8 英寸GSM900饋線的100米傳輸損耗約為3.9dB。例8 如果甲的功率為46dBm，乙的功率為40dBm，則可以說，甲比乙大6 dB。例9 如果甲天線為12dBd，乙天線為14dBd，可以說甲比乙小2 dB。 實驗原理：n平均發(fā)送光功率：平均發(fā)送光功率：光發(fā)送機傳輸經線路編碼后的二進制序列碼流時，輸出的光發(fā)送機傳輸經線路編碼后的二進制序列碼流時，輸出的平均光功率。平均光功率。 概念概念:平均發(fā)光功率平均發(fā)光功率P平均發(fā)送光功率是光發(fā)送機最重要的技術指標，平均發(fā)送光功率是光發(fā)送機最重要的技術指標，它是指在它是指在“0”“

3、1”碼等概率調制的情況下，光發(fā)送機輸出的光功率值，碼等概率調制的情況下，光發(fā)送機輸出的光功率值，單位為單位為dBm或或W。 n由于在由于在“0”碼調制時光發(fā)送機不發(fā)光，只有在碼調制時光發(fā)送機不發(fā)光，只有在“1”調制時光發(fā)調制時光發(fā)送機才發(fā)出光脈沖，因此平均發(fā)送光功率與光源器件的最大發(fā)送機才發(fā)出光脈沖，因此平均發(fā)送光功率與光源器件的最大發(fā)送光功率送光功率Pmax（又叫直流發(fā)光功率）是有區(qū)別的。后者是指（又叫直流發(fā)光功率）是有區(qū)別的。后者是指在全在全“1”碼調制的條件下光源器件的發(fā)光功率。碼調制的條件下光源器件的發(fā)光功率。n在非歸零碼（在非歸零碼（NRZ）調制的條件下，兩者的關系為：）調制的條件下

4、，兩者的關系為：n在一般情況下，光發(fā)送機的平均發(fā)光功率越大越好。因為其值在一般情況下，光發(fā)送機的平均發(fā)光功率越大越好。因為其值越大，進入光纖進行有效越大，進入光纖進行有效傳輸傳輸?shù)墓夤β试酱螅渲欣^距離越長。的光功率越大，其中繼距離越長。但其值也不能過大，否則會降低光源器件的壽命。但其值也不能過大，否則會降低光源器件的壽命。Pt 一般不越一般不越過過0dBm（1 毫瓦）。還要看接收靈敏度，發(fā)光功率大也是一毫瓦）。還要看接收靈敏度，發(fā)光功率大也是一方面，發(fā)光功率大，接收靈敏度高，傳輸距離才會遠，光端機方面，發(fā)光功率大，接收靈敏度高，傳輸距離才會遠，光端機的光功率一般都是負值，功率大小要看它的絕對

5、值，發(fā)光絕對的光功率一般都是負值，功率大小要看它的絕對值，發(fā)光絕對值小是功率大，收光靈敏度絕對值大是接收靈敏度高。值小是功率大，收光靈敏度絕對值大是接收靈敏度高。 平均發(fā)送光功率的變化和保持1、溫度升高，LD腔體中光學增益降低，需要更大的注入電流獲得相干光輸出，閾值電流增大；2、閾值電流增大，為了保持同樣的平均光功率輸出，激光器的工作電流增大，如果不進得補償，會導致平均發(fā)送光功率顯著變化；3、補償LD閾值變化，采用“自動功率控制(APC)電路；4、通過APC電路監(jiān)測背向光檢測光電二極管的電流，通過調節(jié)激光器的偏置電流來保持光電管中的光生電流穩(wěn)定，使得激光器的平均發(fā)送光功率保持恒定。實測平均發(fā)送

6、光功率變化的原因n背光檢測二極管的響應度變化n激光器管芯與背光檢測二級管之間的耦合效率變化n管芯激光器與引出光纖之間的耦合效率的變化消光比概念的引入n從理想狀態(tài)講，當數(shù)字電信電信號為“0”時，光發(fā)送機應該不發(fā)光；只有當數(shù)字電信號為“1”時光發(fā)送機才發(fā)出一個傳號光脈沖。但實際上這是不可能的。n以LD 為例，由于要對它進行予偏置，且使其偏置電流IB略小于閾值電流Ith。因此即使在數(shù)字電信號為“0”的情況下，LD也會發(fā)出極微弱的光（瑩光）。當然這種發(fā)光越小越好，于是就引出了消光比的概念。消光比的定義是：“1”碼光脈沖功率與“0”碼光脈沖功率之比。n在這里我們采用了一種簡便的說法。實際上更嚴格的說法是

7、：電信號“1”碼輸入時光發(fā)送機的發(fā)光功率與電信號“0”碼輸入時光發(fā)送機的發(fā)光功率之比。消光比n消光比的定義：消光比的定義：指光發(fā)送機發(fā)送全指光發(fā)送機發(fā)送全“”碼和發(fā)送全碼和發(fā)送全“”碼光功率之比的對數(shù)表示值。碼光功率之比的對數(shù)表示值。010lg1pEXTp消光比的保持n如果平均發(fā)送光功率保持不變，當激光器電光轉換效率降低時，需要增大調制電流來保持輸出光信號的幅度和原來相同。n光纖通信系統(tǒng)的消光比應保持在一個合理的數(shù)值上。P18友情提醒：n本實驗箱設計在光路中采用反碼傳輸，因本實驗箱設計在光路中采用反碼傳輸，因而設置的而設置的1碼越多，實測的輸出光功率越碼越多，實測的輸出光功率越小。小。n測量電

8、流時測量電流時,千萬避免萬用表的筆頭到處千萬避免萬用表的筆頭到處亂劃亂劃,以防短路燒壞激光器以防短路燒壞激光器.實驗報告數(shù)據(jù)部分體現(xiàn)內容及思考題l合理改變碼流結構，使合理改變碼流結構，使0、1分布概率相同，記分布概率相同，記錄信號源的碼流結構（三字節(jié)內容）及測得的錄信號源的碼流結構（三字節(jié)內容）及測得的平均發(fā)送光功率。要求記錄平均發(fā)送光功率。要求記錄6組數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)。l分別測試對應的全分別測試對應的全0和全和全1輸出光功率，計算出輸出光功率，計算出消光比。消光比。l理解反碼傳輸?shù)母拍?。理解反碼傳輸?shù)母拍?。l思考并回答思考并回答page19的問題的問題 1、2。第二部分光纖傳輸特性測量實驗實驗二光

9、纖的傳輸損耗光纖的傳輸損耗特性是決定光網絡傳輸距離、傳輸穩(wěn)光纖的傳輸損耗特性是決定光網絡傳輸距離、傳輸穩(wěn)定性和可靠性的最重要因素之一。定性和可靠性的最重要因素之一。光纖傳輸損耗的產生原因是多方面的，在光纖通信網光纖傳輸損耗的產生原因是多方面的，在光纖通信網絡的建設和維護中，最值得關注的是光纖使用中引起傳輸絡的建設和維護中，最值得關注的是光纖使用中引起傳輸損耗的原因以及如何減少這些損耗。損耗的原因以及如何減少這些損耗。光纖使用中引起的傳輸損耗主要有光纖使用中引起的傳輸損耗主要有接續(xù)損耗接續(xù)損耗（光纖的（光纖的固有損耗、熔接損耗和活動接頭損耗）和固有損耗、熔接損耗和活動接頭損耗）和非接續(xù)損耗非接續(xù)

10、損耗（彎（彎曲損耗和其它施工因素和應用環(huán)境所造成的損耗）兩類。曲損耗和其它施工因素和應用環(huán)境所造成的損耗）兩類。 光纖傳輸損耗的測量為獲得精確、可重復的測量結果，測量時應保證光纖中功率分布是穩(wěn)定為獲得精確、可重復的測量結果，測量時應保證光纖中功率分布是穩(wěn)定的，即滿足的，即滿足穩(wěn)態(tài)功率分布穩(wěn)態(tài)功率分布的條件。實際的光纖由于存在各種不均勻性等因素，的條件。實際的光纖由于存在各種不均勻性等因素，將引起模式耦合，而不同的模的衰減和群速度都不同。將引起模式耦合，而不同的模的衰減和群速度都不同。在在多模傳輸多模傳輸?shù)那闆r下，精確測量的主要問題是測量結果與注入條件、環(huán)的情況下，精確測量的主要問題是測量結果與

11、注入條件、環(huán)境條件境條件( (應力、彎曲、微彎應力、彎曲、微彎) )有關。實驗表明：注入光通過光纖一定長度有關。實驗表明：注入光通過光纖一定長度( (耦合耦合長度長度) )后，可達后，可達“穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)”或或“穩(wěn)態(tài)模功率分布穩(wěn)態(tài)模功率分布”，這時模式功率分布就不再隨，這時模式功率分布就不再隨注入條件和光纖長度而變，但在一般情況下對于質量較好且處于平直狀態(tài)的注入條件和光纖長度而變，但在一般情況下對于質量較好且處于平直狀態(tài)的光纖，其耦合長度也需要幾公里。因此在實際測量中，對于短光纖一般用穩(wěn)光纖，其耦合長度也需要幾公里。因此在實際測量中，對于短光纖一般用穩(wěn)態(tài)模功率分布裝置，或適當?shù)墓鈱W系統(tǒng)，或有足夠長的

12、注入光纖，以獲得穩(wěn)態(tài)模功率分布裝置，或適當?shù)墓鈱W系統(tǒng)，或有足夠長的注入光纖，以獲得穩(wěn)態(tài)功率分布條件。在本實驗中，加入了態(tài)功率分布條件。在本實驗中，加入了擾模器擾模器。單模光纖單模光纖因為只傳導一個模，沒有穩(wěn)態(tài)模功率分布問題，所以衰減測量因為只傳導一個模，沒有穩(wěn)態(tài)模功率分布問題，所以衰減測量不需要擾模。不需要擾模。實驗內容：n測量光纖小可變衰減器的隨機損耗n測量光纖的彎曲損耗要求：通過損耗測量了解1310nm和1550nm對損耗的不同影響。1210lg()fPAdBPAf： 光纖損耗P1：光纖輸入端光功率P2：光纖輸出端光功率（式2-2）光纖損耗的定義：光纖損耗的定義：P1：輸入光功率：輸入光功

13、率P2：輸出光功率：輸出光功率光纖光纖P1:通過擾通過擾模器后光功率模器后光功率P2:通過小通過小可變衰減器后可變衰減器后光功率光功率實驗A方框圖實驗實驗A A 測量小可變衰減器的隨機衰減值測量小可變衰減器的隨機衰減值2-2繞法繞法實驗實驗A：光纖損耗測量步驟及數(shù)據(jù)記錄：光纖損耗測量步驟及數(shù)據(jù)記錄n參照光纖損耗實驗方框圖（具體步驟見書）參照光纖損耗實驗方框圖（具體步驟見書）n根據(jù)下表完成根據(jù)下表完成1310和和1550兩個波長段的光纖損耗測量兩個波長段的光纖損耗測量（實際是測量了可變衰減器的隨機衰減值（實際是測量了可變衰減器的隨機衰減值)p1p2Af1310nm1550nm光纖彎曲損耗測量方框

14、圖光纖彎曲損耗測量方框圖實驗實驗B方框圖方框圖P1P2實驗實驗B 測量不同波長的光纖彎曲損耗測量不同波長的光纖彎曲損耗繞法一繞法一:2-1:2-1繞法繞法繞法二繞法二:2-2繞法繞法1310nm1550nm圖a:半徑一實驗B:繞法一2-1繞法圖b:半徑二實驗B繞法二2-2繞法實驗B：光纖彎曲損耗測量步驟n參照實驗B圖（如P40圖4-2）連接線路，具體步驟見P43。n根據(jù)如下表格分別測量1310nm和1550nm兩個波長的光纖彎曲損耗實驗B數(shù)據(jù)記錄: 波長(nm)繞波方法13101550不繞(光功率mW)圖a (光功率mW)圖b (光功率mW)損耗圖a (dB)圖b (dB)n實驗數(shù)據(jù)要求：n碼

15、元結構：n 要求0、1分布均勻，并記錄下來。連線： D1 D_IN1n D2D_IN2n D3D_IN3n FY-OUTP202實驗報告思考題：1、比較相同波長，不同彎曲半徑的光纖損耗，說明彎曲半徑對光纖損耗的影響，為什么？2、比較相同彎曲半徑，不同傳輸波長的光纖損耗，說明傳輸波長對光纖損耗的影響，為什么？3、分析測量光纖損耗兩個實驗中擾模器的不同的作用。友情提示：n做實驗A時擾模器采用圖b繞法，即用半徑二。n分別測量1310和1550兩個波長的功率時別忘記功率計波長要轉換。補充知識:n為獲得精確、可重復的測量結果，由定義式(1)可見，測量時應保證光纖中功率分布是穩(wěn)定的，即滿足穩(wěn)態(tài)功率分布的條件。實際的光纖由于存在各種不均勻性等因素，將引起模耦合，而不同的模的衰減和群速度都不同。因此在多模傳輸