實(shí)驗(yàn)2光發(fā)送機(jī)光纖損耗2012年

1、實(shí)驗(yàn)二 光發(fā)送機(jī)電路實(shí)驗(yàn)光纖傳輸損耗特性與參數(shù)測(cè)試第一部分u光發(fā)送機(jī)接口指標(biāo)測(cè)試光發(fā)送機(jī)接口指標(biāo)測(cè)試補(bǔ)充知識(shí):1、dBmdBm是一個(gè)考征功率絕對(duì)值的值，計(jì)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(duì)于40W的功率，按dBm單位進(jìn)行折算后的值應(yīng)為：10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。 2、dBdB是一個(gè)表征相對(duì)值的值，當(dāng)考慮甲的功率相比于乙功率大或小多少個(gè)dB時(shí)，按下面計(jì)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(shuō)，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(shuō)，甲比乙大6 dB。例9 如果甲天線為12dBd，乙天線為14dBd，可以說(shuō)甲比乙小2 dB。 實(shí)驗(yàn)原理：n平均發(fā)送光功率：平均發(fā)送光功率：光發(fā)送機(jī)傳輸經(jīng)線路編碼后的二進(jìn)制序列碼流時(shí)，輸出的光發(fā)送機(jī)傳輸經(jīng)線路編碼后的二進(jìn)制序列碼流時(shí)，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(jī)最重要的技術(shù)指標(biāo)，平均發(fā)送光功率是光發(fā)送機(jī)最重要的技術(shù)指標(biāo)，它是指在它是指在“0”“

3、1”碼等概率調(diào)制的情況下，光發(fā)送機(jī)輸出的光功率值，碼等概率調(diào)制的情況下，光發(fā)送機(jī)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(diào)制時(shí)光發(fā)送機(jī)不發(fā)光，只有在碼調(diào)制時(shí)光發(fā)送機(jī)不發(fā)光，只有在“1”調(diào)制時(shí)光發(fā)調(diào)制時(shí)光發(fā)送機(jī)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(jī)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(diào)制的條件下光源器件的發(fā)光功率。碼調(diào)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(diào)制的條件下，兩者的關(guān)系為：）調(diào)制的條件下

4、，兩者的關(guān)系為：n在一般情況下，光發(fā)送機(jī)的平均發(fā)光功率越大越好。因?yàn)槠渲翟谝话闱闆r下，光發(fā)送機(jī)的平均發(fā)光功率越大越好。因?yàn)槠渲翟酱?，進(jìn)入光纖進(jìn)行有效越大，進(jìn)入光纖進(jìn)行有效傳輸傳輸?shù)墓夤β试酱?，其中繼距離越長(zhǎng)。的光功率越大，其中繼距離越長(zhǎng)。但其值也不能過大，否則會(huì)降低光源器件的壽命。但其值也不能過大，否則會(huì)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(huì)遠(yuǎn)，光端機(jī)方面，發(fā)光功率大，接收靈敏度高，傳輸距離才會(huì)遠(yuǎn)，光端機(jī)的光功率一般都是負(fù)值，功率大小要看它的絕對(duì)

5、值，發(fā)光絕對(duì)的光功率一般都是負(fù)值，功率大小要看它的絕對(duì)值，發(fā)光絕對(duì)值小是功率大，收光靈敏度絕對(duì)值大是接收靈敏度高。值小是功率大，收光靈敏度絕對(duì)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(xué)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(jìn)得補(bǔ)償，會(huì)導(dǎo)致平均發(fā)送光功率顯著變化；3、補(bǔ)償LD閾值變化，采用“自動(dòng)功率控制(APC)電路；4、通過APC電路監(jiān)測(cè)背向光檢測(cè)光電二極管的電流，通過調(diào)節(jié)激光器的偏置電流來(lái)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(shí)測(cè)平均發(fā)送

6、光功率變化的原因n背光檢測(cè)二極管的響應(yīng)度變化n激光器管芯與背光檢測(cè)二級(jí)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(dāng)數(shù)字電信電信號(hào)為“0”時(shí)，光發(fā)送機(jī)應(yīng)該不發(fā)光；只有當(dāng)數(shù)字電信號(hào)為“1”時(shí)光發(fā)送機(jī)才發(fā)出一個(gè)傳號(hào)光脈沖。但實(shí)際上這是不可能的。n以LD 為例，由于要對(duì)它進(jìn)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(hào)為“0”的情況下，LD也會(huì)發(fā)出極微弱的光（瑩光）。當(dāng)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(jiǎn)便的說(shuō)法。實(shí)際上更嚴(yán)格的說(shuō)法是

7、：電信號(hào)“1”碼輸入時(shí)光發(fā)送機(jī)的發(fā)光功率與電信號(hào)“0”碼輸入時(shí)光發(fā)送機(jī)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(jī)發(fā)送全指光發(fā)送機(jī)發(fā)送全“”碼和發(fā)送全碼和發(fā)送全“”碼光功率之比的對(duì)數(shù)表示值。碼光功率之比的對(duì)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(dāng)激光器電光轉(zhuǎn)換效率降低時(shí)，需要增大調(diào)制電流來(lái)保持輸出光信號(hào)的幅度和原來(lái)相同。n光纖通信系統(tǒng)的消光比應(yīng)保持在一個(gè)合理的數(shù)值上。P18友情提醒：n本實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)在光路中采用反碼傳輸，因本實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)在光路中采用反碼傳輸，因而設(shè)置的而設(shè)置的1碼越多，實(shí)測(cè)的輸出光功率越碼越多，實(shí)測(cè)的輸出光功率越小。小。n測(cè)量電

8、流時(shí)測(cè)量電流時(shí),千萬(wàn)避免萬(wàn)用表的筆頭到處千萬(wàn)避免萬(wàn)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(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)部分體現(xiàn)內(nèi)容及思考題l合理改變碼流結(jié)構(gòu)，使合理改變碼流結(jié)構(gòu)，使0、1分布概率相同，記分布概率相同，記錄信號(hào)源的碼流結(jié)構(gòu)（三字節(jié)內(nèi)容）及測(cè)得的錄信號(hào)源的碼流結(jié)構(gòu)（三字節(jié)內(nèi)容）及測(cè)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(cè)試對(duì)應(yīng)的全分別測(cè)試對(duì)應(yīng)的全0和全和全1輸出光功率，計(jì)算出輸出光功率，計(jì)算出消光比。消光比。l理解反碼傳輸?shù)母拍睢＠斫夥创a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(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二光

9、纖的傳輸損耗光纖的傳輸損耗特性是決定光網(wǎng)絡(luò)傳輸距離、傳輸穩(wěn)光纖的傳輸損耗特性是決定光網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)生原因是多方面的，在光纖通信網(wǎng)光纖傳輸損耗的產(chǎn)生原因是多方面的，在光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)中，最值得關(guān)注的是光纖使用中引起傳輸絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)中，最值得關(guān)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(dòng)接頭損耗）和固有損耗、熔接損耗和活動(dòng)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(yīng)用環(huán)境所造成的損耗）兩類。曲損耗和其它施工因素和應(yīng)用環(huán)境所造成的損耗）兩類。 光纖傳輸損耗的測(cè)量為獲得精確、可重復(fù)的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量時(shí)應(yīng)保證光纖中功率分布是穩(wěn)定為獲得精確、可重復(fù)的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量時(shí)應(yīng)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(shí)際的光纖由于存在各種不均勻性等因素，的條件。實(shí)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(cè)量的主要問題是測(cè)量結(jié)果與注入條件、環(huán)的情況下，精確測(cè)量的主要問題是測(cè)量結(jié)果與

11、注入條件、環(huán)境條件境條件( (應(yīng)力、彎曲、微彎應(yīng)力、彎曲、微彎) )有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明：注入光通過光纖一定長(zhǎng)度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明：注入光通過光纖一定長(zhǎng)度( (耦合耦合長(zhǎng)度長(zhǎng)度) )后，可達(dá)后，可達(dá)“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(shí)模式功率分布就不再隨，這時(shí)模式功率分布就不再隨注入條件和光纖長(zhǎng)度而變，但在一般情況下對(duì)于質(zhì)量較好且處于平直狀態(tài)的注入條件和光纖長(zhǎng)度而變，但在一般情況下對(duì)于質(zhì)量較好且處于平直狀態(tài)的光纖，其耦合長(zhǎng)度也需要幾公里。因此在實(shí)際測(cè)量中，對(duì)于短光纖一般用穩(wěn)光纖，其耦合長(zhǎng)度也需要幾公里。因此在實(shí)際測(cè)量中，對(duì)于短光纖一般用穩(wěn)態(tài)模功率分布裝置，或適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，或有足夠長(zhǎng)的

12、注入光纖，以獲得穩(wěn)態(tài)模功率分布裝置，或適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，或有足夠長(zhǎng)的注入光纖，以獲得穩(wěn)態(tài)功率分布條件。在本實(shí)驗(yàn)中，加入了態(tài)功率分布條件。在本實(shí)驗(yàn)中，加入了擾模器擾模器。單模光纖單模光纖因?yàn)橹粋鲗?dǎo)一個(gè)模，沒有穩(wěn)態(tài)模功率分布問題，所以衰減測(cè)量因?yàn)橹粋鲗?dǎo)一個(gè)模，沒有穩(wěn)態(tài)模功率分布問題，所以衰減測(cè)量不需要擾模。不需要擾模。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：n測(cè)量光纖小可變衰減器的隨機(jī)損耗n測(cè)量光纖的彎曲損耗要求：通過損耗測(cè)量了解1310nm和1550nm對(duì)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(shí)驗(yàn)A方框圖實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)A A 測(cè)量小可變衰減器的隨機(jī)衰減值測(cè)量小可變衰減器的隨機(jī)衰減值2-2繞法繞法實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)A：光纖損耗測(cè)量步驟及數(shù)據(jù)記錄：光纖損耗測(cè)量步驟及數(shù)據(jù)記錄n參照光纖損耗實(shí)驗(yàn)方框圖（具體步驟見書）參照光纖損耗實(shí)驗(yàn)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(gè)波長(zhǎng)段的光纖損耗測(cè)量?jī)蓚€(gè)波長(zhǎng)段的光纖損耗測(cè)量（實(shí)際是測(cè)量了可變衰減器的隨機(jī)衰減值（實(shí)際是測(cè)量了可變衰減器的隨機(jī)衰減值)p1p2Af1310nm1550nm光纖彎曲損耗測(cè)量方框

14、圖光纖彎曲損耗測(cè)量方框圖實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)B方框圖方框圖P1P2實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)B 測(cè)量不同波長(zhǎng)的光纖彎曲損耗測(cè)量不同波長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)B:繞法一2-1繞法圖b:半徑二實(shí)驗(yàn)B繞法二2-2繞法實(shí)驗(yàn)B：光纖彎曲損耗測(cè)量步驟n參照實(shí)驗(yàn)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(cè)量1310nm和1550nm兩個(gè)波長(zhǎng)的光纖彎曲損耗實(shí)驗(yàn)B數(shù)據(jù)記錄: 波長(zhǎng)(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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要求：n碼

15、元結(jié)構(gòu)：n 要求0、1分布均勻，并記錄下來(lái)。連線： D1 D_IN1n D2D_IN2n D3D_IN3n FY-OUTP202實(shí)驗(yàn)報(bào)告思考題：1、比較相同波長(zhǎng)，不同彎曲半徑的光纖損耗，說(shuō)明彎曲半徑對(duì)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(zhǎng)的光纖損耗，說(shuō)明傳輸波長(zhǎng)對(duì)光纖損耗的影響，為什么？3、分析測(cè)量光纖損耗兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中擾模器的不同的作用。友情提示：n做實(shí)驗(yàn)A時(shí)擾模器采用圖b繞法，即用半徑二。n分別測(cè)量1310和1550兩個(gè)波長(zhǎng)的功率時(shí)別忘記功率計(jì)波長(zhǎng)要轉(zhuǎn)換。補(bǔ)充知識(shí):n為獲得精確、可重復(fù)的測(cè)量結(jié)果，由定義式(1)可見，測(cè)量時(shí)應(yīng)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(shí)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