实验2光发送机光纤损耗2012年

1、实验二 光发送机电路实验光纤传输损耗特性与参数测试第一部分u光发送机接口指标测试光发送机接口指标测试补充知识:1、dBmdBm是一个考征功率绝对值的值，计算公式为：10lgP（功率值/1mw）。 例1 如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。例2 对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。 2、dBdB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：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。也就是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。例7 7/8 英寸GSM900馈线的100米传输损耗约为3.9dB。例8 如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6 dB。例9 如果甲天线为12dBd，乙天线为14dBd，可以说甲比乙小2 dB。 实验原理：n平均发送光功率：平均发送光功率：光发送机传输经线路编码后的二进制序列码流时，输出的光发送机传输经线路编码后的二进制序列码流时，输出的平均光功率。平均光功率。 概念概念:平均发光功率平均发光功率P平均发送光功率是光发送机最重要的技术指标，平均发送光功率是光发送机最重要的技术指标，它是指在它是指在“0”“

3、1”码等概率调制的情况下，光发送机输出的光功率值，码等概率调制的情况下，光发送机输出的光功率值，单位为单位为dBm或或W。 n由于在由于在“0”码调制时光发送机不发光，只有在码调制时光发送机不发光，只有在“1”调制时光发调制时光发送机才发出光脉冲，因此平均发送光功率与光源器件的最大发送机才发出光脉冲，因此平均发送光功率与光源器件的最大发送光功率送光功率Pmax（又叫直流发光功率）是有区别的。后者是指（又叫直流发光功率）是有区别的。后者是指在全在全“1”码调制的条件下光源器件的发光功率。码调制的条件下光源器件的发光功率。n在非归零码（在非归零码（NRZ）调制的条件下，两者的关系为：）调制的条件下

4、，两者的关系为：n在一般情况下，光发送机的平均发光功率越大越好。因为其值在一般情况下，光发送机的平均发光功率越大越好。因为其值越大，进入光纤进行有效越大，进入光纤进行有效传输传输的光功率越大，其中继距离越长。的光功率越大，其中继距离越长。但其值也不能过大，否则会降低光源器件的寿命。但其值也不能过大，否则会降低光源器件的寿命。Pt 一般不越一般不越过过0dBm（1 毫瓦）。还要看接收灵敏度，发光功率大也是一毫瓦）。还要看接收灵敏度，发光功率大也是一方面，发光功率大，接收灵敏度高，传输距离才会远，光端机方面，发光功率大，接收灵敏度高，传输距离才会远，光端机的光功率一般都是负值，功率大小要看它的绝对

5、值，发光绝对的光功率一般都是负值，功率大小要看它的绝对值，发光绝对值小是功率大，收光灵敏度绝对值大是接收灵敏度高。值小是功率大，收光灵敏度绝对值大是接收灵敏度高。 平均发送光功率的变化和保持1、温度升高，LD腔体中光学增益降低，需要更大的注入电流获得相干光输出，阈值电流增大；2、阈值电流增大，为了保持同样的平均光功率输出，激光器的工作电流增大，如果不进得补偿，会导致平均发送光功率显著变化；3、补偿LD阈值变化，采用“自动功率控制(APC)电路；4、通过APC电路监测背向光检测光电二极管的电流，通过调节激光器的偏置电流来保持光电管中的光生电流稳定，使得激光器的平均发送光功率保持恒定。实测平均发送

6、光功率变化的原因n背光检测二极管的响应度变化n激光器管芯与背光检测二级管之间的耦合效率变化n管芯激光器与引出光纤之间的耦合效率的变化消光比概念的引入n从理想状态讲，当数字电信电信号为“0”时，光发送机应该不发光；只有当数字电信号为“1”时光发送机才发出一个传号光脉冲。但实际上这是不可能的。n以LD 为例，由于要对它进行予偏置，且使其偏置电流IB略小于阈值电流Ith。因此即使在数字电信号为“0”的情况下，LD也会发出极微弱的光（莹光）。当然这种发光越小越好，于是就引出了消光比的概念。消光比的定义是：“1”码光脉冲功率与“0”码光脉冲功率之比。n在这里我们采用了一种简便的说法。实际上更严格的说法是

7、：电信号“1”码输入时光发送机的发光功率与电信号“0”码输入时光发送机的发光功率之比。消光比n消光比的定义：消光比的定义：指光发送机发送全指光发送机发送全“”码和发送全码和发送全“”码光功率之比的对数表示值。码光功率之比的对数表示值。010lg1pEXTp消光比的保持n如果平均发送光功率保持不变，当激光器电光转换效率降低时，需要增大调制电流来保持输出光信号的幅度和原来相同。n光纤通信系统的消光比应保持在一个合理的数值上。P18友情提醒：n本实验箱设计在光路中采用反码传输，因本实验箱设计在光路中采用反码传输，因而设置的而设置的1码越多，实测的输出光功率越码越多，实测的输出光功率越小。小。n测量电

8、流时测量电流时,千万避免万用表的笔头到处千万避免万用表的笔头到处乱划乱划,以防短路烧坏激光器以防短路烧坏激光器.实验报告数据部分体现内容及思考题l合理改变码流结构，使合理改变码流结构，使0、1分布概率相同，记分布概率相同，记录信号源的码流结构（三字节内容）及测得的录信号源的码流结构（三字节内容）及测得的平均发送光功率。要求记录平均发送光功率。要求记录6组数据组数据。l分别测试对应的全分别测试对应的全0和全和全1输出光功率，计算出输出光功率，计算出消光比。消光比。l理解反码传输的概念。理解反码传输的概念。l思考并回答思考并回答page19的问题的问题 1、2。第二部分光纤传输特性测量实验实验二光

9、纤的传输损耗光纤的传输损耗特性是决定光网络传输距离、传输稳光纤的传输损耗特性是决定光网络传输距离、传输稳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。光纤传输损耗的产生原因是多方面的，在光纤通信网光纤传输损耗的产生原因是多方面的，在光纤通信网络的建设和维护中，最值得关注的是光纤使用中引起传输络的建设和维护中，最值得关注的是光纤使用中引起传输损耗的原因以及如何减少这些损耗。损耗的原因以及如何减少这些损耗。光纤使用中引起的传输损耗主要有光纤使用中引起的传输损耗主要有接续损耗接续损耗（光纤的（光纤的固有损耗、熔接损耗和活动接头损耗）和固有损耗、熔接损耗和活动接头损耗）和非接续损耗非接续

10、损耗（弯（弯曲损耗和其它施工因素和应用环境所造成的损耗）两类。曲损耗和其它施工因素和应用环境所造成的损耗）两类。 光纤传输损耗的测量为获得精确、可重复的测量结果，测量时应保证光纤中功率分布是稳定为获得精确、可重复的测量结果，测量时应保证光纤中功率分布是稳定的，即满足的，即满足稳态功率分布稳态功率分布的条件。实际的光纤由于存在各种不均匀性等因素，的条件。实际的光纤由于存在各种不均匀性等因素，将引起模式耦合，而不同的模的衰减和群速度都不同。将引起模式耦合，而不同的模的衰减和群速度都不同。在在多模传输多模传输的情况下，精确测量的主要问题是测量结果与注入条件、环的情况下，精确测量的主要问题是测量结果与

11、注入条件、环境条件境条件( (应力、弯曲、微弯应力、弯曲、微弯) )有关。实验表明：注入光通过光纤一定长度有关。实验表明：注入光通过光纤一定长度( (耦合耦合长度长度) )后，可达后，可达“稳态稳态”或或“稳态模功率分布稳态模功率分布”，这时模式功率分布就不再随，这时模式功率分布就不再随注入条件和光纤长度而变，但在一般情况下对于质量较好且处于平直状态的注入条件和光纤长度而变，但在一般情况下对于质量较好且处于平直状态的光纤，其耦合长度也需要几公里。因此在实际测量中，对于短光纤一般用稳光纤，其耦合长度也需要几公里。因此在实际测量中，对于短光纤一般用稳态模功率分布装置，或适当的光学系统，或有足够长的

12、注入光纤，以获得稳态模功率分布装置，或适当的光学系统，或有足够长的注入光纤，以获得稳态功率分布条件。在本实验中，加入了态功率分布条件。在本实验中，加入了扰模器扰模器。单模光纤单模光纤因为只传导一个模，没有稳态模功率分布问题，所以衰减测量因为只传导一个模，没有稳态模功率分布问题，所以衰减测量不需要扰模。不需要扰模。实验内容：n测量光纤小可变衰减器的随机损耗n测量光纤的弯曲损耗要求：通过损耗测量了解1310nm和1550nm对损耗的不同影响。1210lg()fPAdBPAf： 光纤损耗P1：光纤输入端光功率P2：光纤输出端光功率（式2-2）光纤损耗的定义：光纤损耗的定义：P1：输入光功率：输入光功

13、率P2：输出光功率：输出光功率光纤光纤P1:通过扰通过扰模器后光功率模器后光功率P2:通过小通过小可变衰减器后可变衰减器后光功率光功率实验A方框图实验实验A A 测量小可变衰减器的随机衰减值测量小可变衰减器的随机衰减值2-2绕法绕法实验实验A：光纤损耗测量步骤及数据记录：光纤损耗测量步骤及数据记录n参照光纤损耗实验方框图（具体步骤见书）参照光纤损耗实验方框图（具体步骤见书）n根据下表完成根据下表完成1310和和1550两个波长段的光纤损耗测量两个波长段的光纤损耗测量（实际是测量了可变衰减器的随机衰减值（实际是测量了可变衰减器的随机衰减值)p1p2Af1310nm1550nm光纤弯曲损耗测量方框

14、图光纤弯曲损耗测量方框图实验实验B方框图方框图P1P2实验实验B 测量不同波长的光纤弯曲损耗测量不同波长的光纤弯曲损耗绕法一绕法一:2-1:2-1绕法绕法绕法二绕法二:2-2绕法绕法1310nm1550nm图a:半径一实验B:绕法一2-1绕法图b:半径二实验B绕法二2-2绕法实验B：光纤弯曲损耗测量步骤n参照实验B图（如P40图4-2）连接线路，具体步骤见P43。n根据如下表格分别测量1310nm和1550nm两个波长的光纤弯曲损耗实验B数据记录: 波长(nm)绕波方法13101550不绕(光功率mW)图a (光功率mW)图b (光功率mW)损耗图a (dB)图b (dB)n实验数据要求：n码

15、元结构：n 要求0、1分布均匀，并记录下来。连线： D1 D_IN1n D2D_IN2n D3D_IN3n FY-OUTP202实验报告思考题：1、比较相同波长，不同弯曲半径的光纤损耗，说明弯曲半径对光纤损耗的影响，为什么？2、比较相同弯曲半径，不同传输波长的光纤损耗，说明传输波长对光纤损耗的影响，为什么？3、分析测量光纤损耗两个实验中扰模器的不同的作用。友情提示：n做实验A时扰模器采用图b绕法，即用半径二。n分别测量1310和1550两个波长的功率时别忘记功率计波长要转换。补充知识:n为获得精确、可重复的测量结果，由定义式(1)可见，测量时应保证光纤中功率分布是稳定的，即满足稳态功率分布的条件。实际的光纤由于存在各种不均匀性等因素，将引起模耦合，而不同的模的衰减和群速度都不同。因此在多模传输