《光通信原理与系统》实验指导书.doc

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1、《光通信原理与系统》实验指导书　　1、实验目的1)了解光纤损耗的定义2)了解截断法、插入法测量光纤的传输损耗　　2、实验原理光纤在波长λ处的衰减系数为()αλ，其含义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km。　　当长度为L时，10()()lg(/)　　(0)PLdBkmLPαλ=?（公式1.1）ITU-TG.　　650、G.651都规定截断法为基准测量方法，背向散射法（OTDR法）和插入法为替代测量方法。　　本实验采用插入法测量光纤的损耗。　　（1）截断法（破坏性测量方法）截断法是一个直接利用衰减系数定义

2、的测量方法。　　在不改变注入条件下，分别测出长光纤的输出功率2()Pλ和剪断后约2m长度短光纤的输出功率1()Pλ，按定义计算出()αλ。　　该方法测试精度最高。　　偏置电路注入系统光源滤模器包层模剥除器被测光纤检测器放大器电平测量图1.1截断法定波长衰减测试系统装置　　（2）插入法插入法原理上类似于截断法，只不过用带活接头的连接软线代替短纤进行参考测量，计算在预先相互连接的注入系统和接受系统之间（参考条件）由于插入被测光纤引起的功率损耗。　　显然，功率1P、2P的测量没有截断法直接，而且由于连接的损耗会给测量带

3、来误差，精度比截断法差一些。　　所以该方法不适用于光纤光缆制造长度衰减的测量。　　但由于它具有非破坏性不需剪断和操作简便的优点，用该方法做成的便携式仪表，非常适用于中继段长总衰减的测量。　　图1.2示出了两种参考条件下的测试原理框图。　　2调制器光源注入系统MF检测器测量系统MF滤模器滤模器1212参考条件包层模剥除器包层模剥除器（a）调制器光源注入系统检测器测量系统MF参考系统（b）图1.2典型的插入损耗法测试装置图1.2（a）情况下，首先将注入系统的光纤与接收系统的光纤相连，测出功率1P然后将待测光纤连到注入

4、系统和接收系统之间，测出功率2P，则被测光纤段的总衰减A可由下式给出121210lg[()/()]()rAPPCCCdBλλ=+??（公式1.2）式中rC、1C、2C分别是在参考条件、实验条件下光纤输入端、输出端连接器的标称平均损耗值（dB）。　　图1.2（b）情况下，首先将参考系统连在注入系统和接收系统之间，测出功率1P，然后如图（a）一样，测出功率2P，则被测光纤段的总衰减可由下式给出1210lg[()/()]()APPdBλλ=（公式1.3）情形（a）中，由于连接器的质量可能会影响测试精度；情形（b）中，采

5、用了光学系统进行精密耦合，代替了连接器的耦合，可以得到精确的测量结果，当只需要知道光纤的实际衰减时，它比较合适。　　当被测光纤段带有半个连接器而且需要和其它元件串在一起时，情形（a）的测试结果更有意义。　　试验平台中我们采用了插入法测量光纤的损耗，试验框图如1.3所示3数字光发数字光收RS方波信号输入TP102光纤跳线（a）扰模器待测光纤（b）图1.3插入损耗测试框图　　（3）光时域反射计（OTDR）测试背向散射法是通过光纤中后向散射光信号来提取光纤衰减及其他信息的，诸如光纤光缆的光学连续性、物理缺陷、接头损耗和

6、光纤长度等。　　它是一种间接地测量均匀样品衰减的方法。　　下面分析背向散射法的测量原理。　　将光功率为0P，脉冲宽度为0T的窄带光脉冲注入光纤，由于衰减，在传输距离Z之后，光功率()PZ为(/10)0()10ZPZPα?=（公式1.4）式中，α是衰减系数。　　由于瑞利散射的作用，在Z处的光功率总有一部分背向散射回光纤输入端。　　Z处的背向散射光功率为(/10)2(/10)()()()10　　(0)()10ZZbsPZPZZPZααγγ??==（公式1.5）式中，()Zγ是在Z处光纤的瑞利背向散射系数，定义Z为0(

7、)(/2)gRZVTSγα=（公式1.6）式中，Rα是瑞利散射系数；gV是光在光纤中的群速度；S代表背向散射功率与瑞利散射总功率之比，它与光纤结构参数（芯径、相对折射率差）有关。　　设0Z=处的背向散射光功率为0　　(0)　　(0)bsPPγ=（公式1.7）由公式（1.6）和式（1.4），可得0~Z之间的平均衰减系数为　　(0)5　　(0)[lglg]()()bsbsPZPZZγαγ=?（公式1.8）4如果光纤轴向不均匀，α不是常数，则公式（1.7）表示的衰减系数包含了一项与结构参数有关的待定项，这样，直接从背向

8、散射曲线上求得的α并不能代表实际的衰减系数，这也就是该方法的缺点所在。　　假定光纤的结构参数沿轴向均匀时，　　(0)()Zγγ=，则0~Z间的平均衰减系数为　　(0)5lg()bsbsPZPZα=（公式1.9）这时就可以从背向散射曲线求得实际的平均衰减系数了。　　图1.4是一个典型的背向散射法测试系统框图。　　这里不再介绍各部分的作用和要求。　　利用背向散射原理制成的仪表