光纤光缆性能测试技术实验指导书.doc

光纤光缆性能测试技术实验指导书姚燕 李春生北京邮电大学机电工程实验教学中心2006.5实验一数字发送单元指标测试实验、实验目的1、 了解数字光发端机输出光功率的指标要求2、 掌握数字光发端机输出光功率的测试方法3、 了解数字光发端机的消光比的指标要求4、 掌握数字光发端机的消光比的测试方法、实验内容1、 测试数字光发端机的输出光功率2、 测试数字光发端机的消光比3、 比较驱动电流的不同对输出光功率和消光比的影响三、预备知识1、输出光功率和消光比的概念四、实验仪器1、 ZY12OFCom13BG型光纤通信原理实验箱 1台2、 FC接口光功率计 1台3、 FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根4、 万用表 1台5、 850nm光发端机（可选） 1个6、 ST/PC-FC/PC多模光跳线（可选） 1根7、 连接导线 20 根五、实验原理光发送机是数字光纤通信系统中的三大组成部分（光发送机、光纤光缆、光接受机）之 一其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号， 并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形从光源器件组件的尾纤发射出去光发送机的指标有如下几点：1、输出光功率：输出光功率必须保持恒定， 要求在环境温度变化或 LD器件老化的过程 中，其输出光功率保持不变，或者其变化幅度在数字光纤通信工程设计指标要求的范围内， 以保证其数字光纤通信系统能长期正常稳定运行。

输出光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机二进制序列作为测试信号， 用光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的输出光功率输出光功率测试连接如图 1-1所示图1-1输出光功率测试连接示意图 根据CCITT标准，信号源输出信号为表 1-1所规定的要求表1-1信号源输出信号要求数字率（kbit/s ）伪随机测试信号20482 — 18448“2 — 1343682 — 1139264^23 .2 — 12、消光比：消光比定义式如下式 1-1 , Po是给光发端机的数字驱动电路发送全“ 0”码，测得的光功率，P 1是给光发端机的数字驱动电路发送全“ 1”码，测得的光功率，将 Po，Pi代入公式：PEXT=10lg -F0（1-1）即得到光发端机的消光比消光比的值与光源工作电流有一定的关系，一般当发送“ 0”时，工作电流应在阀值附近，实验时可调节相应的驱动电流值阀值电流的测量方法见附录光通信系统一般要求消光比越大越好， 但是不可过大或过小， 消光比太大，即预偏置电流太小或没有，影响通信系统传输速率； 消光比太小，则调制深度浅，有用光功率比例减小， 影响系统灵敏度六、 实验注意事项1、 由于光源，光功率计等光学器件的插头属易损件，应轻拿轻放，使用时切忌用力过 大。

2、 不可带电拔插光电器件，要拔插光电器件，须先关闭电源后进行七、 实验步骤A、1550nm数字光发端机平均光功率及消光比测试1、 连接导线：PCM编译码模块 T661与CPLD下载模块T983连接，T980与1550nm光发 模块输入端T151连接2、 用FC-FC光纤跳线将1550T输出端与FC接口光功率计连接，形成输出光功率测试系 统3、 接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关 K01, K02,五个发光二极管全亮4、 接通PCM编译码模块（K60）、CPLD模块（K90）和光发模块（K15）的直流电源5、 将光功率计调至1550波长档，用光功率计测量此时光发端机的光功率， 即为光发端 机的输出光功率6、 关闭各直流电源开关，拆除导线，连接导线 T504与T151,将数字信号拨为全“ 1” , 测得此时光功率为 R，将数字信号拨为全“ 0”，测得此时光功率为 P07、 将P1, P0代入公式4-1式即得1550nm数字光纤传输系统消光比8、 依次关闭各电源，拆除导线，拆除光纤跳线，将实验箱还原E、1310nm数字发端机输出光功率及消光比测试1、 连接导线：PCM编译码模块 T661与CPLD下载模块T983连接，T980与1310nm光发 模块输入端T101连接。

2、 用FC-FC光纤跳线将1310T输出端与光功率计连接，形成输出光功率测试系统3、 将拨码开关 BM1 BM2和BM3分别拨到数字、1310nm和1310nm4、 接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关 K01, K02,五个发光二极管全亮5、 接通PCM编译码模块（K60）、CPLD模块（K90）和光发模块（K10）的直流电源6、 用万用表监控 R110两端电压（红表笔插 T103,黑表笔插T104）,调节电位器 W101 使半导体激光器驱动电流为 25mA7、 将光功率计调至1310波长档，用光功率计测量此时光发端机的光功率， 即为光发端 机的输出光功率8、 关闭各直流电源开关，拆除导线，连接导线 T504与T101，将数字信号拨为全“ 1” 测得此时光功率为 Pi,将数字信号拨为全“ 0”，测得此时光功率为 P注意：当驱动电流 大于阀值电流时，P o等于阀值电流对应的 Po值9、 将Pi，Po代入公式1-1式即得1310nm数字光纤传输系统消光比10、 重复6-9步，调节电位器 W101调节驱动电流大小为下表中数值时，测得的输出 光功率及消光比填入下表11、 依次关闭各电源，拆除导线，拆除光纤跳线，将实验箱还原。

表1-2实验结果驱动电流（mA510152025平均光功率（uV）P1（ uV）P0（ uV）消光比（dB）八、 实验报告1、字迹工整，原理分析透彻3、 记录光发端机的输出光功率，通过实验数据计算光发端机的消光比4、 比较不同驱动电流下的输出光功率及消光比，确定驱动电流取多大时， 1310 nm 光发 送系统更符合传输要求5、 比较1310 nm及1550nm数字光发送系统输出光功率及消光比，并分析系统性能指标6、 对实验结果以及误差分析正确九、 思考题1、 输出光功率大小对光纤通信系统有何影响？2、 消光比大小对光纤通信系统传输特性有何影响？1、如何确定数字光纤通信系统的驱动电流？#实验二 光纤衰减与损耗测试实验、实验目的1、了解光纤损耗的定义2、学会用插入法测量多模光纤的损耗、实验内容1、测量多模光纤的衰减2、测量多模光纤的弯曲损耗三、预备知识1、了解多模光纤的特点、特性四、实验仪器1、 ZY12OFCom13BG型光纤通信原理实验箱 1台2、 850nm光发端机 1 个3、 FC接口光功率计 1台4、 万用表 1 台5、 ST/PC-FC/PC多模光跳线 1根6、 FC/PC-FC/PC多模光跳线 1根7、 扰模器 1 台1个20 根8、小可变衰减器（或 2km光纤）9、连接导线五、实验原理1、损耗机理本实验研究无源器件多模光纤的损耗。

对于光纤来说，产生损耗的原因较复杂，光能在光纤中传输时，除了由于吸收、散射而 使光能损失外，由于成缆敷设造成的光纤微弯和宏弯曲， 光纤的耦合和接续，都会使光能产 生附加的损失归纳起来，产生衰减的原因大致可以分为三大类：吸收损耗，散射损耗，附 加损耗，具体如下：（1） 纤芯和包层物质的吸收损耗，包括石英材料的本征吸收和杂质吸收；（2） 纤芯和包层材料的散射损耗，包括瑞利散射损耗以及光纤在强光场作用下诱发的 受激喇曼散射和受激布里渊散射；（3） 由于光纤表面的随机畸变或粗糙所产生的波导散射损耗；（4） 光纤弯曲所产生的辐射损耗；（5） 外套损耗这些损耗可以分为两种不同的情况： 一是石英光纤的固有损耗机理， 像石英材料的本征 吸收和瑞利散射，这些机理限制了光纤所能达到的最小损耗； 二是由于材料和工艺所引起的 非固有损耗，它可以通过提纯材料或改善工艺而减小甚至消除其影响， 如杂质的吸收、波导 散射等光纤中平均光功率沿长度减少的规律为：(2-1 )P(Z) = P(0)10-(aZ1O)其中P(Z)和P(0)分别为轴向距离 Z处和Z=0处的光功率，a为光纤的衰减系数， 定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是 dB/km。

当Z=L时，a (入)=-10logP(ZJP(0)dB/km(2-2 )##这里a(入)表示在波长 入处的衰减系数应用上式时，要特别注意两点:(1) 假定光纤沿轴向是均匀的，即 a与轴向位置无关2) 对多模光纤，必须达到平衡模分布只有满足这样的条件，测得的衰减系数才能 线性相加2、损耗测量测量光纤损耗的方法很多，CCITT建议以剪断法为参考，插入法为第一替代法，背向散 射法为第二替代法多模光纤损耗的测量， 注入条件是头等重要的 多模光纤中可以传输成百上千个模， 由于耦合条件的不同，各模携带的初始能量亦不同，传播过程中，由于模变换、模耦合和模衰 减，各模携带的能量比例不断变化， 只有经过很长的传输距离后，各模传输能量的比例才能固定下来这时才达到了平衡模分布或稳态模分布 也就是说光纤输出端的近场分布和远场分布不再随长度而变化随着光纤轴向均匀性的差异和光纤所处的状态不同， 达到平衡模分布的长度也不一样，一般可从几百米到几千米不等显然，测量剪断后 2m光纤的长度是远远达不到平衡模分布要求的 为了满足测量的要求， 必须加速平衡模分布建立的过程， 就是说，要人为地控制注入条件和注入技术，使 1〜2m长光纤输出端的场分布接近平衡模分布。

注入技术采取的措施包括扰模器(scrambler )、滤模器(mode filter )和包层模剥除器(cladding stripper )等在实验系统测试多模光纤损耗时， 采用CCITT推荐的以剪断法为测试方法， 用小可变衰减器替代可调衰减的多模光纤， 用柱状扰模器形成平衡模分布， 测试实验框图如图 2-1所示测试方法为首先用光纤跳线接 850nm光发端机，经过扰模器扰模后测试得到 A点处光功扰模器P0图2-1 多模光纤损耗测试实验框图率Pd，取下光功率计，接上待测光纤(小可变衰减器模拟) ，再用光功率计测试得到 B点光功率P1，代入公式2-2即得多模光纤(小可变衰减器)损耗六、注意事项1、 光源、光跳线的插头属易损件，应轻拿轻放，使用时切忌用力过大2、 测量光纤弯曲损耗时，光纤在扰模器上缠绕不可拉得过紧3、 不可带电拔插光电器件，要拔插光电器件，须先关闭电源后进行七、实验步骤1、 用一根ST-FC光跳线一端接入850nm光发端机经扰模器扰模后 与光功率计相连2、 连接导线：PCM编译码模块T661与CPLD下载模块983连接，T980与光发模块输入 端 T101 连接3、 将拨码开关 BM1 BM2和BM3拨到数字、850nm和850nm K121拨下。

4、 接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关 K01, K02,五个发光二极管全亮5、 接通PCM编译码模块（K60）、CPLD下载模块（K90），光发模块（K10）的直流电源6、 用万用表测量 R110两端电压（红表笔插 T103,黑表笔插T104）7、 慢慢调节电位器 W101使驱动电流达到额定值，即使 V=25m8、 用光功率。