实验三-浙江大学光电科学与工程学院

光电系信息工程（光电）专业光通信及集成光电子技术模块

实习指导书2013-8、，工 >-刖百本书是浙江大学光电系信息工程（光电）专业本科生模块课程一一《光通信及集成光电子技术模块实习》的试用教材。主要介绍光无源及有源器件测试，光纤链路的时域、频域测试及损耗测试等基本原理与实验内容，共有五个实验：实验一，光无源器件测试；实验二，光发射机和接收机的时域特性测试实验设计；实验三，光时域反射仪（OTDR）光纤链路测试;实验四，矢量网络分析仪测量光通信器件的频域特性；实验五，EDFA的性能参数测试实验,分别由时尧成（胡骏）、李明宇（沈建其）、林远芳、阎春生、武英晨（张阿平、张登伟、金毅、钱骏、陈辉）等老师编写，全书由阎春生整理。本实习课程的筹建和进行得到了刘向东、王晓萍、刘玉玲、郑晓东等老师的大力支持和指导，同时也得到了安捷伦科技有限公司、华东电子测量仪器研究所（41所）、上海贝尔阿尔卡特股份有限公司、华为技术有限公司、日本安立公司、罗德与施瓦茨中国有限公司、舜宇光学科技（集团）有限公司、杭州士兰明芯科技有限公司、杭州士兰集成电路有限公司、杭州天野通信设备有限公司、杭州富通通信技术股份有限公司等国内外著名企业在借用仪器设备、技术支持、工程培训以及参观等方面的鼎力协助，光通信实验部分更是得到了何赛灵教授和何建军教授的全力支持，大部分昂贵仪器、全部的博士生及硕士生助教以及大部分任课教师均来自于两位教授的科研团队，特此感谢！最后，感谢所有帮助过这门实习课程的人们！由于编者水平有限，书中缺点与错误在所难免，敬希广大读者提出批评与指正。编者2013年夏于浙江大学目录TOC\o"1-5"\h\z前言 I实习概述 1—实习目的 1\o"CurrentDocument"二实习要求 1\o"CurrentDocument"三实习内容 2\o"CurrentDocument"四实习考核及成绩评定方式 2\o"CurrentDocument"五注意事项 2实验一 3\o"CurrentDocument"光无源器件的特性测试 3—实验目的 4\o"CurrentDocument"二器件的基本工作原理与主要技术指标 4\o"CurrentDocument"三实验仪器及基本装置 8\o"CurrentDocument"四实验注意事项 10\o"CurrentDocument"五实验结果分析与实验报告要求 10\o"CurrentDocument"六预习题 10\o"CurrentDocument"七思考题 11\o"CurrentDocument"八附录 11实验二 16\o"CurrentDocument"光发射机和接收机的时域特性测试实验设计 16—实验内容 17\o"CurrentDocument"二实验目的 17\o"CurrentDocument"三实验原理 17\o"CurrentDocument"四实验步骤 21\o"CurrentDocument"五实验注意事项 22\o"CurrentDocument"六实验报告要求 23\o"CurrentDocument"七预习题 23实验三 24自构建光纤链路的OTDR测试实验 24\o"CurrentDocument"实验三 自构建光纤链路的OTDR测试实验 25一、实验目的 25\o"CurrentDocument"二、实验原理 25\o"CurrentDocument"三、实验器材 33\o"CurrentDocument"四、实验内容 33\o"CurrentDocument"五、注意事项 34\o"CurrentDocument"六、思考与分析 34\o"CurrentDocument"附录AV6413OTDR操作指南 36实验四 53\o"CurrentDocument"矢量网络分析仪测量光通信器件的频域特性 53一实验目的 54\o"CurrentDocument"二实验原理 54\o"CurrentDocument"四实验内容与步骤 66\o"CurrentDocument"五注意事项 66\o"CurrentDocument"六实验报告要求 67实验五 ' 69\o"CurrentDocument"EDFA的性能参数测试实验 69—实验目的 70\o"CurrentDocument"二实验原理 70\o"CurrentDocument"三实验框架图、测试仪器及步骤 77\o"CurrentDocument"四实验注意事项 82\o"CurrentDocument"五实验结果分析与实验报告要求 82\o"CurrentDocument"六预习题 82\o"CurrentDocument"六思考题 83实习概述一实习目的专业实习是每一个工科学生必修的实践教学环节。为了达到浙江大学本科教育的人才培养目标，向相关专业输送合格硕士生源和向社会输送高素质骨干人才，本实习须达到以下总体目的：1）使学生对光通信有关行业的行业状态、发展趋势、技术要求、企业管理等有一个比较全面的了解，体验现代化光通信企业的生产的组织和管理；2）使学生对光通信器件的性能和测试方法有一个大概的了解；3）对光通信行业高端测试仪器有一个大概的了解和掌握；4）进一步巩固、加深对学过的基础理论和专业知识的理解，并培养解决实际问题的能力和知识综合运用能力；5）明确当今社会对光电信息专业学生的期望和要求，加深对所学专业的热爱，激发对专业知识的学习热情；6）通过专业实习，进一步培养勤奋好学的优良学风和科学严谨的工作作风，为此后的毕业设计及今后工作打下扎实的基础。二实习要求1）专业实习开始时，接受关于专业实习期间的纪律、安全等方面教育，并在整个专业实习过程中自始至终地切实执行；2）认真对待每一个实习环节，努力全面达到专业实习目的：3）珍惜光电专业相关企业的参观机会，参观前仔细阅读参观指导，对将要参观的企业要有一个大体的了解：参观中认真听取对方接待人员和带队教师的讲解，有疑问的地方及时向对方接待人员或带队教师提问，增长见识、扩大知识面；4）虚心听取行业相关人士的讲课，了解相关企业的技术现状、管理现状、行业发展趋势和企业对毕业生的要求；5）实践环节中既重视动手，更重视动脑，把以前所学的课堂知识和实践环节有机联系起来，充实知识、提高素质；三实习内容本实习课程主要包括参观、讲座及实验等内容，其中参观单位一般为国内外光通信相关行业的知名企业，讲座则邀请知名企业工程师介绍行业动态及从业经验等方面的内容，实验分为两大部分，即“光通信系统测试”及“光源认知、器件封装及指纹识别”。前者又分为“光无源器件的特性测试”、“光发射机和接收机的时域特性测试”、“光时域反射计（OTDR）对自组装光纤链路测试”、“矢量网络分析仪测量光通信器件的频域特性”以及“掺饵光纤放大器（EDFA）的性能参数测试”等五个实验，具体内容详见各部分介绍。四实习考核及成绩评定方式考核基于学生在整个专业实习中的表现，包括出勤情况、动手能力、实习报告及考试等情况。五注意事项1）实习期间必须按照实习前排定的计划参加相关内容的实习。如因病需要请假，二天内可以由实习教师批准，三天以上必须由系主任批准，超过五天者需参加下一届的实习进行重修。2）校内实习期间必须严格遵守浙江大学实验室管理的相关制度和规定，不能擅自摆弄、开动未经允许使用的仪器设备。否则造成损失的，按实验室管理条例赔偿，光通信实验使用的都是非常昂贵的仪器，光纤及射频端口又很容易损坏，所以一定要按照操作要求来做。3）校外参观期间，必须遵守时间安排、遵守集体纪律、企业相关规定和各种安全注意事项，服从带队教师和企业方管理人员的指挥。如违反该规定造成严重后果的，须承担相应的责任。4）注意人身安全，本实验涉及到激光，操作者一定注意眼睛安全，严禁用眼睛直接看光纤出射端口。实验一光无源器件的特性测试实验一光无源器件的特性测试-实验目的.了解耦合器，波分复用器，隔离器等基本光无源器件的工作原理；.熟悉光无源器件的主要技术参数及其意义；.掌握主要光无源器件的基本技术参数测量方法，掌握插入损耗，附加损耗，均匀性，分光比等基本特性；.掌握偏振控制器，功率计，光谱仪等测试仪器的使用方法；二器件的基本工作原理与主要技术指标（一）光分路器（Splitter）.基本工作原理作为连接光链路终端（OLT）和光网络单元（ONU）的核心光器件，光分路器（Splitter）的质量和性能成为光网络安全运转的最关键因素之一。目前，光分路器的制备方法主要有平面光波导技术和熔融拉锥技术两种。基于平面光波导技术的光分路器，由光分路器芯片和光纤耦合阵列组成。光分路器芯片采用半导体工艺在石英基底上生长制作一层分光波导而成，芯片通常有一个输入端和N个输出端，其两端分别与光纤耦合阵列连接，光分路器还要进行外壳封装以达到实用的目的。熔融拉锥技术是将两根或多根光纤捆在一起，然后在拉锥机上熔融拉伸，拉伸过程中监控各路光纤耦合分光比，分光比达到要求后结束熔融拉伸，其中一端保留一根光纤（其余剪掉）作为输入端，另一端则作多路输出端。一次拉锥技术是将多根光纤捆在一起，在特制的拉锥机上同时熔融拉伸，并实时监控各路光纤的损耗。目前成熟的一次拉锥工艺已能一次制作1x4光分路器，实验室可以制作1x8分路器，但批量生产工艺还不成熟。目前国外FTTH工程中，低通道光分路器（1x4以下）常采用一次拉锥技术。lxN分路器件都是由（N-1）个1x2拉锥单元串联熔接一个封装盒内。由于单元之间光纤需要熔接，而光纤需要有最小弯曲半径，通常体积会较大，例如：1x8光分路器由7个1x2单元熔接而成，封装尺寸通常为100x80x9mmo平面波导型和拉锥型光分路器各有优缺点，拉锥型器件由于产品生产历史长，工艺比较成熟，设备成本较低，技术指标与平面波导型相当，因此制作低分路（1x4以下）器件性价比高，有明显优势，但在高分路情况下，其成本优势不明显，技术指标均匀性差，工作波长受限制，可靠性较差。平面波导光分路器由于生产设备较贵，工艺技术水平较高，有一定的技术和资金门槛，成本相对较贵。由于芯片制作具有大批量、规模化特点，制作多分路器件其每一分路的成本相对较低，在产品性能及可靠性等方面，平面波导分路器具有明显的优势。.主要技术指标(1)插入损耗(InsertionLoss)光无源器件接入光路产生的额外损耗，称为插入损耗，定义为该器件所在通道输入和输出光功率之比(dB)：I.L.=-10\og(Pouti/Pin)(dB)其中Pm为端口的入射光功率，P。山为从第j个输出端口出射的功率。对于一个2X2耦合器，共有四个端口。(2)附加损耗(ExcessLoss)由耦合器本身引起的功率损耗，定义为耦合器输入总功率与输出总功率之差：E.L.=-10\og(lPouti/Pin)(dB)E.L反映了器件的固有损耗，对于标准X和丫型光耦合器，一般E.LvO.ldB。(3)分光比(SplittingRatio)耦合器各输出端口功率分配的比值：S.R.-POUti/Poutj光耦合器的分光比可以从1:99到1:1(即3dB耦合器)，但严格实现1：1的分光比并不是一件容易的事情。(4)偏振相关损耗(PolarizationDependentLoss,PDL)光信号以不同的偏振态(如线偏振、圆偏振、椭圆偏振等)输入时，对应输出端口插入损耗最大变化值。在测量时，与前面不同的是，要在光无源器件器输入端加一光纤偏振控制器，以获得各种偏振态。偏振控制器，从理论上来说，可以将任意偏振态的输入光，转变为输出端指定的偏振状态。偏振控制器有很多实现方案，一般是由光延迟器(或称波片)组成，通过改变延迟量或主轴方向来实现偏振状态的改变。描述光的偏振态需要两个独立参量:方位角a与椭率角W,因此至少需要两个偏振元件，一个是人/4波片，另一个是人/2波片。通常为了调整上的方便，需要再增加一个波片。本实验采用LiNO,电控偏振控制器，其装置结构和使用方法见AgilentN7788B偏振控制器说明书。PLC型器件的偏振相关损耗很小，1x32及以下的分路器通常在0.1〜0.248。1x2分路器的PDL在0.15d8左右，串接的器件越多P。/■也越高，1x8分路器的PDL将近0.45d8左右。(5)均匀性(Uniformity)工作带宽内各输出端口输出光功率的最大变化量，有时也称为波长相关损耗(WDL,WavelengthDependentLoss)：U.F.=*10log(Pmin/Pmax)Pm”,Pmox分别为器件的工作带宽内输出端口光功率的最小值与最大值。(6)方向性(Directivity)输入端非输入光端口的输出光功率与全部注入光功率的比值D.L.=-10log（P«/P）n）（二）1550nm波段粗波分复用器（Coarsewavelengthdemultiplexer,CWDM）1.基本工作原理光纤具有巨大的带宽，在1.55卬1波段，大约能提供25000GHz的带宽，为了充分利用其带宽，有必要采取多信道系统，将巨大的带宽分割加以利用。波分复用技术是当前光网络的一个关键技术。光波分爱用器是对光波波长进行分离与合成的光无源器件。对于不同的应用领域，光波分复用器件有不同的技术要求和不同的制作方法，一般的分光元件包括光栅、干涉滤波片、以及波导等。光波分复用（WDM）技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一种技术，基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用）。波分复用器是波分复用系统的重要组成部分。当器件作为解复用器时，注入到入射端（单端口）的各种光波信号，分别按照波长传输到对应的出射端（n个端口之一），不同的工作波长对应不同的输出端口。给定工作波长的光信号从输入单端口传输到对应的输出口时，器件具有最低的插入损耗，而其他输出端口对该输入光信号具有理想的隔离。作为复用器时，给定工作波长的光信号从对应输入端口（n个端口之一）传输到输出端（单端口）时,具有最低的插入损耗，而其他输入端口对该输入光信号有理想的隔离，以避免信道的串扰。WDM技术利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可应用的波长范围划分为若干个波段，每个波段对应特定波长的光信号。在WDM传输系统的发送端，需要采用光复用器（0M）将待传输的多个光载波信号储入2……九n进行复用，在接收端采用解复用器件（0D）分离出这些不同波长的光信号。通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有差别。按照通道间隔的差异，WDM可以细分为粗波分复用（CWDM：CoarseWDM,通道间隔小于50nm）、密集波分复用（DWDM：DenseWDM,通道间隔小于或等于1000GHz）、超密集波分复用（SDWDM:SuperDWDM,通道间隔小于等于25GHz）。实验中使用的粗波分滤波器是工作在1550nm波段的1X4薄膜滤光片型器件，它的四个通道的中心波长分别为1511nm,1531nm,1551nm,1571nm,通道间隔为20nm。2.主要技术指标（1）中心波长WDM器件的中心波长是器件特定信道的标称工作波长。中心波长偏差定义为标称工作波长与实际中心波长之差。测量时，通过光谱分析仪显示的频谱响应曲线，找出输出功率最高点及相对最高点的两个-3dB点，并且计算两个-3dB带宽的中心点所对应的波长，该波长即为该通路的中心波长。再将光谱分析仪连接到其他通道的输出端口，重复上述方法即可得到其他通道的中心波长。所测得的各通道中心波长与标称波长的差值即为相应通道的中心波长偏差。当需要高精度的测试时，可使用多波长分析仪替代光谱分析仪进行测量。(2)插入损耗(3)隔离度(串扰)器件输入端口的光进入非指定输出端口的光能量大小，又称串扰，WDM器件将来自一个输入端口的n个波长(入1入2”.入3信号分离后送到n个输出端口，每个端口对应一个特定的标称波长入j(j=l,…，n),隔离度为：£R=-10log(P/M/P,”,))其中P)(入I是从输出端第j个端口输出的波长为M的信号的光功率，H(入J是从第i个端口输出的波长为M的信号的光功率。(4)通道间隔(ChannelSpacing)指各通道之间为避免串扰应具有的波长间隔。(5)通道带宽(ChannelPassband)指WDM器件能够按照规定的性能要求工作的波长范围。如3dB带宽：从频谱峰值下3dB对应的波长间隔。测试的指标为-0.5dB带宽、-3dB带宽和-20dB带宽。(6)通道平坦度(ChannelRipple)某一通道(如1551nm通道)通带范围内输出光功率的最大变化量。(7)通道均匀性(ChannelUniformity)各输出通道输出光功率的最大变化量。(8)偏振相关损耗(三)密集波分复用器(Densewavelengthdemultiplexer,DWDM).基本工作原理DWDM器件是DWDM系统的核心器件，其功能是将密集间隔的各波长(信道)复用至一根光纤(合波器OMU)或将已复用的各波长(信道)分开(分波器ODU)或实现光波长(信道)的上下复用(光分插复用器)，由于光路可逆，光合波器和分波器一般可以互换使用。DWDM主要有：光纤布拉格光栅(FiberBraggGratings,FBG)型器件、阵列波导光栅(ArrayWaveguideGratings.AWG)型器件以及薄膜滤光片(ThinFilmFilter,TFF)型器件。MDTFF波分复用器件和FBG波分复用器件都是通过多个分立单元的级联来实现波分复用的，在这两种器件中，各通道波长不是一次同时实现解复用(复用)功能的。由于每个分立单元一次只能对一个波长进行解复用，这样不同的波长其解复用经过的路径是不同的，这就造成了各通道的损耗不均匀性，当通道数很多时这种不均匀性会变的更严重；同时分立器件的封装是繁重的体力劳动，不适合大规模生产，所以器件的价格昂贵。对这两种器件来说,不适合于制作大通道数（＞16）和小通道间隔（450GHz）。AWG波分复用器件是采用集成平面光波导技术制作的，经过AWG器件后对所有波长的解复用（复用）是一次同时完成；同时集成技术使得器件结构紧凑尺寸小，可靠性高，适合大规模批量生产从而大大降低成本，同时相对简单的器件封装也降低了器件成本。AWG器件容易控制各通道的中心波长、通道间隔，插入损耗的均匀性也更出色。.主要技术指标：（1）插入损耗插入损耗是指光波通过DWDM器件的某一特定光通道所引起的功率损耗，其数值为无源器件输入光功率和输出光功率之比，在DWDM系统中，插入损耗是DWDM器件衰减特性的重要指标，均匀的信道插入损耗分布有利于EDFA（光纤放大器）的设计和应用。（2）相邻通道间串扰根据信道隔离度的定义可知，从第，・路输出口测得的该路标称信号的功率为P,仆J与第/路输出口测得的串扰信号”尸。的功率P,仆,）之间的比值，定义为第/路对第阴的隔离度,i通道对j通道的隔离度与j通道对i通道的串扰用dB表示时绝对值相等、符号相反。（3）中心波长（4）通带特性DWDM器件的通带特性主要指各个通道的滤波特性，测试的指标为-0.5dB带宽、-3dB带宽和-20dB带宽，3种带宽的测试方法很相似。三实验仪器及基本装置可调激光器宽带光源光纤连接器偏振控制器光分路器粗波分复用器密集波分复用器功率计光谱仪功率计/光谱仪（可调激光器/宽带光源）待测器件图1-1-1实验装置图该实验装置是光无源器件的常用测试光路。可调激光器（波长可调）输出光的偏振态由偏振控制器调节，作为待测器件的输入光接入待测器件。从待测器件出射的光接入功率计即可得到输出的光功率。如果光源采用宽带光源（波长范围较大并且不可调），功率计改为光谱仪，则可以同时得到不同波长的光功率值。上文提到的插入损耗、附加损耗、分光比、偏振相关损耗、均匀性、方向性、隔离度、相邻通道间串扰、中心波长、通带特性等技术指标的测试都由该实验装置完成。下面将对各器件不同的技术指标所需的仪器和过程做简单的介绍：（一）光分路器（splitter）该器件需要测量的技术指标有：插入损耗、附加损耗、分光比、偏振相关损耗、均匀性、方向性。除均匀性外的各项指标只需测量各相关光功率值即可。偏振则需测量不同偏振状态的光功率值。均匀性需测量带宽范围内不同波长对应的功率值。过程如下：1）设置好所需的各个仪器：可调激光器、光功率计和偏振控制器的波长都设置在1550nm（.2）使用可调激光器+光功率计测试插入损耗、附加损耗、分光比、方向性等技术指标。将可调激光器输出接入光功率计，测量得到待测器件的输入光功率（时）。按实验装置图连好光源、待测器件和光功率计，测量得到各个输出端口的光功率3）将偏振控制器按说明接入光路，由于偏振控制器自身带有功率计，此时不另外需要光功率计。测量不同偏振光输入时的输入端口和某一输出端口的光功率。4）使用可调激光器+光功率计测试均匀性指标。此时需要改变可调激光器的波长，光功率不变。测试不同波长对应的输出光功率。测试时可调激光器的波长和功率计的探测波长的设置需同时改变。（二）1550nm粗波分复用器（CWDM）该器件需要测量的技术指标有：中心波长、插入损耗、偏振相关损耗、隔离度、通道间隔、通道带宽、通道平坦度、通道均匀性。除偏振相关损耗以外的各项技术指标需采用可调激光器+光功率计和宽带光源+光谱仪两套实验装置测试。偏振相关损耗需要使用可调激光器+偏振控制器（自带功率计）测试。具体过程如下：1）使用宽带光源+光谱仪测量中心波长、插入损耗和隔离度等技术指标。光源接入光谱仪可得到光源的光谱。连好光源后，待测器件的各个通道接入光谱仪可得到待测器件各个输出通道的输出光谱。光谱仪上显示的光谱即为各个波长所对应的光功率值。在测试之前需要设置好光谱仪的以下参数：中心波长（Centerwavelength）：1540nm,波长范围（Span）：100nm,分辨率（Resolution）：0.1nm,灵敏度（Sensitivity）：-80dB«2）使用可调激光器+光功率计测试中心波长为1551nm附近的输出通道的插入损耗、隔离度等技术指标。此时需要手动扫描不同波长输入光对应的输出光功率，输入光的光功率不需要改变。测试时，可调激光器的波长和功率计的探测波长需同时改变。波长间隔为lnm左右（光功率变化较大时间隔取0.5nm,变化较小时可取1.5nm-2nm）,波长扫描的范围为1535nm到1565nm。3）使用可调激光器+偏振控制器测试偏振相关损耗，方法同上。（三）密集波分复用器该器件需要测量的技术指标有：插入损耗、相邻通道间串扰、中心波长、通道特性。过程如下：1)使用宽带光源+光谱仪得到待测器件各个输出通道的输出光谱以及光源的光谱。在测试之前需要设置好光谱仪的以下参数：中心波长(Centerwavelength)：1550nm,波长范围(Span)：60nm.分辨率(Resolution)：0.06nm,灵敏度(Sensitivity)：-80dB»(可以自行调整以上参数，观察对测试结果的影响)。2)根据测试结果计算得到各项指标。总体实验步骤如下：(1)在实验前对实验基本原理进行简要介绍；(2)熟悉可调激光器，偏振控制器，功率计，光谱仪的使用方法(见简易说明手册)；(3)按照实验装置图连接好实验仪器；(4)测量待测器件的技术指标，记录实验结果；(5)完成所有参数测量后，恢复所有实验仪器至实验前状态。四实验注意事项特别注意:实验中使用的可调激光器，偏振控制器，光谱仪等均为精密仪器，在操作前请确定已熟悉操作步骤，如有任何疑问或仪器出现任何异常，请告知指导教师。实验过程中切勿眼睛直视光纤输出头。操作前洗净双手(自备毛巾擦干)，实验过程中，如果弄脏双手或者手汗太多，须从新洗净双手擦干在进行实验。连接器每次拔出后，都必须用干净的镜头纸清洁，才能再插入适配器中进行测量。不许用手触摸连接器和适配器的端口，更不准用嘴吹气。如果端头比较脏，需要用长纤维脱脂棉蘸100%浓度酒精细心清洁干净(酒精用量不可太多)。光源与功率计为精密仪器，必须注意使用。保持光口的清洁：保持桌面整洁干净。注意光纤的摆放，严禁其他物品压在光纤上面。特别小心光纤标准跳线的使用，严禁过分弯曲，严禁拉扯光纤标准条线。五实验结果分析与实验报告要求由于进行相对测量，仪器的稳定非常重要，在测量中应该特别注意。由于不可避免可能出现的仪器的不稳定性，所以，每一对输入光强与输出光强测量的时间间隔不能太大，否则，测量数值可能不正确。另外，测量时，光纤的摆放也可能影响测量值，都需要注意避免干扰因素。实验报告要求写明实验目的，实验原理，用具和装置图，实验步骤和实际操作过程，认真记录实验中出现的现象和体会，详细记录实验数据并对测试结果进行合理分析。六预习题.目前实现光功分器的主要技术方案有哪些？各自有哪些优缺点？.插入损耗和附加损耗的区别在哪里？.对于光功分器而言，除了50:50的分光比器件，还会有1:99等分光比的器件，这样的器件会在哪种场合用到？.为什么要采用波分复用技术？.给出典型的波分复用系统的结构框图及包含的主要元器件的功能。.列举出目前波分复用器的主要实现手段，并比较其优缺点。.对于波分复用器，为什么通常会要求其在一个较为平坦的带宽内都能够工作？.给出无源器件测试的方案并讨论如何提高测试的准确度。.如何实现器件偏振特性的测试？.使用光谱仪时设定不同大小的分辨率会对测试产生哪些影响？请分析原因？七思考题.由于存在连接器的插损误差，在测量中怎么更好地减少测量误差？.分光比为50：50的光分路器，为什么又称为3dB耦合器？.实验中从激光器和从光无源器件中出射的光是何种偏振态？.使用光谱仪时设定不同大小的分辨率会对串扰、中心波长、带宽等指标产生哪些影响？请分析原因？.试比较可调激光器+功率计的组合与宽带光源+光谱仪的组合的各自特点及应用场合。.CWDM与DWDM的测量，对功率计有什么不同要求？八附录AgilentN7788B偏振控制器使用说明（一）偏振态的表示：光是电磁波，其偏振状态可以用光的电矢量来描述。根据电矢量末端的变化轨迹，偏振光可以分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。其表示方法也有多种，如偏振椭圆、Stokes参数、邦加球、琼斯矩阵等。这里我们就AgilentN778xB偏振控制器所采用的Stokes参数、邦加球表示法做简要说明。Stokes参数通过So,SnS2,S3等四个参数来全面描述光源的偏振特性。定义如下：So=PoSi=Px-PyS?=P+45-P-4553=Pl-Pr其中，Po是总光功率（包括偏振光部分和非偏振光波分），Px、Py、P+45、P.45、Pl、Pr分别代表沿X轴（0°方向）、Y（90°方向）、（+45°方向）、（-45°方向）、右旋轴、左旋轴的光功率。我们定义偏振度（DOP）来表征偏振光占总光强的比重：DOP=4s；+S；+S；/So,当DOP=1时，表示完全偏振光；当DOP=o时，表示完全非偏振光：当0<DOP<1时，表示部分偏振光。我们将工，S2,S3对S。进行归一化，并把Si，S2,S3作为一组坐标，就可以得到一个球的方程S：+S；+S；=l,也就是我们所说的邦加球（如图1-1-2所示）。S3=0时，即赤道上各点对应于线偏光（如（1,0,0）和（-1,0,0）表示分别沿X轴和丫轴振动的两束相互正交的线偏光）；Si=S2=0时，即两个极点对应于圆偏振光；球面上其他点对应于椭圆偏振光。图1-1-2邦加球（二）AgilentN7788B装置说明:该仪器结构紧凑小巧，集成了偏振检测、偏振控制和光功率检测等多种功能，它主要由偏振控制器，检偏器和外围控制电路三大模块组成（如图1-1-3所示）。本装置采用的偏振控制模块是由UNO?材料制作而成的。它主要的优点是速度远快于传统的机械旋转波片型的偏振控制器。该偏振控制器由五个波导结构组成，其中四个用来充当人入波片，中间一个用来充当入/2波片（如图1-1-4所示）。第一组人4波片的作用是将任意输入的偏振光转变为线偏光，然后入Z2波片将此线偏振光旋转到任意希望得到的偏振方向，第二组人4波片就能将该偏振光转变为任何希望得到的输出偏振态。两个控制电压和电光效应即可决定各波片的相对取向，选取合适的电压即可实现每个波片取向的无限旋转。该装置的连接使用方法是：（1）将可调激光器输出的光接入LaserInput端口。（2）通过偏振控制模块（UN。?PolarizationController）后从PCOutput端口输出的光作为待测器件的输入光接入待测器件。（3）将待测器件的输出端接入PolarimeterInput端口，通过检偏器（Polarimeter）检测其偏振态和光功率。（4）调节软件偏振控制模块，以得到所需的待测器件输入光的偏振态。LaserInput PCOutput PolarimeterInput(SMF) (SMF) (SMF)IEEE488.2USB Trigger Trigger TriggerGPIB (N778xBonly)Input#1Input#2 Output(BNC)(Expansion)(BNC)图1-1-3AgilentN7788B装置图%*%%%

图1-1-4UNO?偏振控制模块等效示意图

(三)软件使用说明软件主要用偏振检测(Polarimeters)和偏振控制(PolarizationConrollers)两大模块组成。操作步骤如下：[1]双击桌面快捷方式：PolarizationNavigator[2]双击软件窗口左栏Polarimeters目录查看输入光功率偏振态和功率。[3]双击软件窗口左栏PolarizationConrollers目录，双击SOP/DOPStabilize控制输出光偏振态。窗口中央si,s2,s3,P分别显示各偏振分量和功率值。双击右栏不同的(si,s2,S3)系列即可将输出光调制对应的偏振态。⑷分别选择两个正交的偏振态，得到不同的功率值，记录相应的实验数据。可调激光器使用说明.用吹气球清洁可调激光器的输出适配器。.通好电源，打开电源开关。.待激光器液晶面板稳定显示波长值和功率值后，打开LD开关。.激光器的波长和光功率在控制面板Menu菜单下Wavelength和Power选项设置。光功率的单位(mW,dBm,dB可选)在Menu菜单下PowerUnit选项设置。.实验完毕关机前将功率和波长调回原值，功率调到最小。.关闭LD开关。.关闭电源开关。.拔出插座，整理好桌面和器材。偏振控制器使用说明.用吹气球清洁偏振控制器各适配器。.按Ag八entN7788B装置说明连接好光路。.通好电源，打开电源开关。.打开计算机中相应软件对偏振态进行控制。.读取相应的光功率值。.关闭控制软件，关闭偏振控制器电源开关。.拔出插座，整理好桌面和器材。功率计使用说明.用吹气球清洁功率计探测头。.通好电源，打开电源开关。.待功率计显示屏稳定后，关闭实验室所有光源，选择控制面板下Menu->Zeroall菜单进行清零。清零完成后打开房间光源。.将功率计接入实验光路，从液晶面板上读取相应的功率值，探测波长和功率单位可以在控制面板Menu菜单下Wavelength和Power选项设置。.关闭电源开关，拔出插座，整理好桌面和器材。光谱仪使用说明.用吹气球清洁光谱仪光纤连接适配器。.通好电源，打开稳压电源开关，等待电压稳定。.电压稳定后，打开光谱仪电源开关，等待开机。.光谱仪开机后，设置以下参数：中心波长，波长范围，分辨率，灵敏度。各参数在以下菜单选项下设置：a）中心波长：Wavelength->Centerwavelengthb）波长范围：Wavelength->Spanc）分辨率：Bandwidth->Resolutiond）灵敏度：AmplitudesSensitivity.将光谱仪接入实验光路，选择不同的光谱仪通道（Trace）记录不同通道的数据。在Trace目录下设置并更换。.记录完毕后，用软盘保存所有的记录数据。保存设置在Save/Recall->Savesetup菜单下设置。并将电脑上保存好数据导入Excel表格。.关闭电源开关，等待关机。.关闭稳压电源，拔出插座，整理好桌面和器材。实验二光发射机和接收机的时域特性测试实验设计实验二光发射机和接收机的时域特性测试实验设计—实验内容1.光发射机工作原理和性能指标A光发射机输出功率和光谱特性测试B光发射机的眼图分析（1）传输信号的上升沿及下降沿时间测试（2）传输信号的消光比测试（3）传输信号的抖动测试2.光接收机工作原理和性能指标A误码测试方法B光接收机的灵敏度测试二实验目的.了解眼图的形成原理、理解抖动产生的原理、学会利用眼图来评估数字传输系统的数据传输能力、学会利用眼图观察信号的抖动。.理解消光比的概念，掌握消光比的测试方法。.理解光接收机灵敏度的概念、掌握光接收机灵敏度的测试方法。三实验原理（-）光发射机眼图的实验原理（指导书）眼图方法虽然很简单，却是评估数字传输系统数据处理能力的一种极为有效的测量方法。这种方法已经大量用于评估无线系统的性能，也可用于光纤数据链路。眼图测量法是采样示波骞光物人触发珀人采样示波骞光物人触发珀人触发输出数据谕出OQ九发射HL岫发电堆图1-2T九发射HL岫发电堆图1-2T是眼图测量法的基本设备装置框图在时域完成的，可以使用示波器实时显示波形失真情况。伪随机比特流发生器的数据输出端通过光纤链路连接到示波器的垂直输入端，时钟输出端触发示波器水平扫描，（示波器的扫描周期应取为码元宽度I；或其整数倍），所得到的结果显示在图1-2-2中，为NRZ码，它有八种可能的图样，这就是所谓的眼图。为了说明眼图是如何形成的，我们结合图1-2-3考虑一个3比特长的NRZ脉冲，由于示波器荧光屏的余辉所呈现的图形不仅是一次扫描所及的三个码元，而是若干段重迭后的图案，因此，如果同时将这八种图样叠加，就得到了如图12-2所示的眼图。眼图的基本上下界由逻辑1和0电平决定，图中分别用b„„和脸,标出.眼图有如下几个重要特征：1）眼睛张开的高度和宽度；2）20%〜80%上升时间和下降时；3）逻辑1和逻辑0电平处的脉冲突起；）逻辑0电平处的脉冲凹陷；逻辑1处的突起的突起图1-2-2显示基本测量参数的眼图一般结构阈值「一厂逻辑1处的突起的突起图1-2-2显示基本测量参数的眼图一般结构阈值「一厂0电平• •—图1-2-3具有适当上升和下降时间的3比特长NRZ脉冲的八种可能图样使用眼图技术测量系统性能，需要提供一种可以仿真的信号源。一个简便的方法就是产生随机数据信号，因为它具有实际应用中的数据流的特性。这类信号能以相同的比特速率随机产生1和0,各种伪随机信号发生器就能满足这种应用要求。伪随机的意思是产生的1和0的集合或序列最终会重复，但对于测试来说，它已具有足够的随机性。从显示的眼图中能够推断出大量的系统性能信息，结合图1-2-2和经过简化的图1-2-4来解释眼图考虑信号幅度失真、时间抖动和系统上升时间，能够得到下列信息：1）眼图张开的宽度指定了接收信号的抽样间隔，在此间隔内抽样能抵抗码间串扰的影响不发生误码。2）接收波形的最佳抽样时间在眼睛张开最大处，由于数据信号的幅度失真，眼睛张开的高度会降低，眼睛张开的顶端与信号电平的最大值之间的垂直距离表示了最大失真，眼睛越小，鉴别信号中的1和0就越困难。3）在抽样时间上，眼睛张开的高度表示了噪声容限或抗噪声的能力，噪声容限是可变二进制信号（由眼睛张开的高度定义）的峰值电压片与信号的最大电压力的百分比，V2是从阈值电平处测量得到的，如图1-2-4所示：噪声容限（百分比）=工、100%抽样时刻最佳抽样时间 的失真误差的可能性增加。5）光纤系统中的定时抖动（也称边缘抖动）由相位失真引起。如果在时间间隔的中间（例如当信号刚通过门限电平时）对信号抽样，则门限电平处的失真AT指示了抖动值，于是以百分比表示的定时抖动为：定时抖动（百分比）=±Uxioo%6）通常把上升时间定义为信号上升沿达到信号最终幅度的10%和90%时的时间间隔，然而在测量光信号时，这些点经常被噪声和抖动效应所淹没，所以通常都是在更清晰

的20%和80%处进行测量。将20%〜80%上升时间变换为10喧90%上升时间，可以近似地使用下面的转换关系：T=ix10-9（）八,20-80类似地，可以定义下降时间。7）信道的任何非线性传输特性都会产生眼图的不对称性，如果完全随机的数据流通过理想的线性系统，张开的眼睛是不变的，也是对称的。（二）消光比测试的实验原理图1-2-5图1-2-5光发射机输出功率和光谱特性的测试框图首先连接光功率计，测出光发射机输出光功率；其次连接光谱仪，测出光发射机的光谱，判别光源类型。再次消光比的测试：消光比的定义有多种消光比在％的定义是全“0”码时的平均光功率与全“1”码时的平均光功率之比，用公式表示为：EXT=全“0”码时的平均光功率EXT=全“1”码时的平均光功率＞ °一般要求EXTW0.1,大多数光发送系统即使在“断”的状态也会发射一些光功率，这与半导体激光器的发射特性和偏置状态有关。例如当偏置电流小于阈值电流时，在“0”比特期间由于自发辐射亦有一些输出功率，而当偏置电流大于或等于阈值电流时，“0”比特期间输出功率将更大。消光比在dB的定义是光发送系统在“0”比特时的输出功率P0与在“1”比特时的输出功率P1之比的对数值称为消光比，用公式表示为:PER=101og」（dB）ER越大越好，但也不是绝对，还要考虑信号的对称性，以及模板测试的Margin。（三）光接收机灵敏度测试的实验原理灵敏度是光端机的重要特性指标之一，它表示了光接收机接收微弱信号的能力，其定义为：在给定的误码率或信噪比条件下，光接收机所能接收的最小光功率。图1-2-6数字光收端机接口指标测试框图光接收机灵敏度测试框图如图12-6所示。误码测试仪向光端机送入测试信号，测试信号为伪随机码，长度为（2N-1）,N的选择与平均发送光功率测试相同。调整光衰减器，逐步增大光衰减，使输入光接收机的光功率逐步减小，使系统处于误码状态。然后，逐步减小光衰减器的衰减，逐渐增加光接收机的输入光功率，使误码逐渐减少，当在一定的观察时间内，使误码个数少于某一要求时，即达到系统所要求的误码率。在稳定工作一段时间后，从R点断开光端机的连接器，用光纤跳线连接R点与光功率计，此时测得光功率为Pmin,即为光接收机的最小可接收光功率。=101g—按式 1加皿计算用dBm表示的灵敏度P«.例如，测得Pmin=9.3nW,则P 93x10"耳=101g3-=101g空半一=—50.3加加\mW1x10-3四实验步骤（-）光发射机眼图的实验步骤1.搭建系统A.分别连接误码分析仪的数据输出到光发射机，光发射机输出到眼图仪（光示波器）的光输入端口。B.连接误码分析仪的触发输出（TRIGOUT）到眼图仪（光示波器）的触发输入（Trigger）。C.打开误码分析仪和眼图仪（光示波器）的电源2.设置误码分析仪A.打开电脑，依次选择“开始”-“程序”中误码分析仪控制软件。B.等程序初始化好后，设置数据类型DataPattern为"PRBS2Al5-1"。C.设置通信速率DataRate根据需要设置。.使用眼图仪（光示波器）观测眼图A.选择通道1,在“OscilloscopeMode”下观测光信号，通过面板上的旋钮，适当调整显示的幅度和时间单位，使在显示器上显示出3个左右的完整周期。B.按“Eye/MaskMode”进入眼图模式，观测光信号眼图。C.通过调用显示器上左侧的测量功能依次测量各参数：“BitRate"，“EyeWidth"，“JitterRMS”,“JitterP-P"，“RiseTime20%-80%”，“FallTime80%-20%”，“EyeHeight”等等（每个参数测量次数以200左右为准，按Stop键停止采集）。D.测量完毕后，选择“File”-“Save"-"ScreenImage",将眼图保存至某一位置。E.关闭光发射机，而后在光发射机及示波器之间加入一定长度的光纤，重复步骤C及D,记录数据。.将误码分析仪的速率调整为其他值，分别测试光纤传输后的眼图。（二）消光比测试的实验原理用光纤测试线（即光纤跳线）分别插入发送端连接器与光功率计连接器，连接光端机的光输出与光功率计。分别记录在无信号（数据为0）和有信号（PRBS2凡1）输入的情况下光功率的数值P。、Pt.则发送全"1"比特时的输出功率为2Pi。利用公式 p 计算出消光比。ER=101og'（dB）另外利用⑥1-2-1的由这方法，H•乐侨仪£6可方送猿出情艺砧叁故。（三）光接收机灵敏度测试的实验原理如图1-2-6所示将仪器连接好。用误码仪中的码型发生器向数字光发端机送215一1的伪随机码测试信号，根据具体的光发射机带宽选择数据速率。选择误码分析仪中开始测量误码。调整光衰耗器，首先逐步增大可变光衰耗器的衰减值（逐步减小输入光收端机的平均光功率），使系统处于误码状态。然后，逐步减小光衰耗器的衰减值，增加输入光收端机的平均光功率，使误码逐渐减小。当在一定的观察时间内，误码个数少于某一要求时即达到系统所要求的误码率。在稳定工作一段时间后，从R点断开光纤连接器，用光功率计测得此时的光功率为Pmin，即为光收端机的最小可接收光功率，也就是灵敏度值。最后将Pmin换算为dBm值。五实验注意事项激光安全注意:在任何情况下,请不要用眼睛直视激光出射口（包括发射机出口及各工作光纤通路的末端）!实验中使用的误码仪，光功率计，光示波器等仪器均为精密贵重仪器，在操作前请确定己熟悉操作步骤，如有任何疑问或仪器出现任何异常，请告知指导教师。操作前洗净双手并自备毛巾擦干，实验过程中，如果弄脏双手或者手汗太多，须重新洗净双手擦干后再进行实验。连接器每次拔出后，都必须用干净的镜头纸清洁，才能再插入适配器中进行测量。不允许用手触摸连接器和适配器的端口，更不允许用嘴吹气。如果端头比较脏，需要用长纤维脱脂棉蘸100%浓度酒精细心清洁干净（酒精用量不可太多）。光源与功率计为精密仪器，必须注意使用。注意保持光□的清洁，保持桌面整洁干净；注意光纤的摆放，严禁其他物品压在光纤上面：特别小心光纤标准跳线的使用，严禁过分弯曲，严禁拉扯光纤标准条线。六实验报告要求以伪随机码（PRBS）为例，说明眼图是怎样形成的，如何观察眼图。根据测量的数据，给出对应的定时抖动（百分比）和等效10%-90%上升、90%-10%下降时间。比较第一个实验中加入光纤前后的眼图，分析眼图变化的可能原因。根据所提供的测量方法测量光发射机的消光比。根据所提供的测量方法测量光收端机的灵敏度值，并画出误码率曲线图（纵坐标为

Logl0（eFR）,横坐标为光接收机灵敏度值外）。七预习题.实验中测量了光发射机的什么特性参数.实验中测量了光接收机的什么特性参数.光发射机特性测试用到哪些测试设备.光接收机特性测试用到哪些测试设备.眼图仪（光示波器）与普通示波器有哪些区别。.在眼图测试中为什么要开滤波器，如何设置滤波器。.从眼图上可以得到哪些信息。.光通信系统中导致误码产生的因素有哪些。.基于光栅结构的光谱仪可否用来测量激光器的线宽？为什么？.画出光发射机特性测试原理图.画出光接收机特性测试原理图.画出非归零码与归零码的眼图实验三自构建光纤链路的OTDR测试实验指导教师林远芳实验三自构建光纤链路的OTDR测试实验一、实验目的.了解瑞利散射及菲涅尔反射的概念及特点；.熟练掌握裸纤端面切割、清洁、连接对准方法及熔接技术；.熟悉光时域反射仪（OpticalTimeDomainReflectometer,以下简称OTDR）的工作原理、操作方法和使用要点，能利用OTDR测试、判断和分析光纤链路中的事件点位置及其产生原因，提高工程应用能力。二、实验原理1.OTDR测试基本理论散射：光遇到微小粒子或不均匀结构时发生的一种光学现象，此时光传输不再具有良好的方向性。瑞利散射：当光在光纤中传播时，由于光纤的基本结构不完美（光纤本身的缺陷、制作工艺和材料组分存在着分子级大小的结构上的不均匀性），一部分光线会改变其原有传播方向而向四周散射（图1-3-1）,引起光能量损失，其强度与波长的4次方成反比，随着波长的增加，损耗迅速下降。后向或背向散射：瑞利散射的方向是分布于整个立体角的，其中一部分散射光线和原来的传播方向相反，返回到光纤的注入端，形成连续的后向散射回波。光纤中某一点的后向回波可以反映出光纤中光功率的分布情况，据此可以测试出光纤的损耗。菲涅尔反射：当光线由一种媒质进入另一种媒质时会产生的一种反射，其强度与两种媒质的相对折射率的平方成正比。如图1-3-2所示，一束能量为方的光，由媒质1（折射率为«1）进入媒质2（折射率为〃2）产生的反射信号为修，则衰减：指信号沿链路传输过程中损失的量度，以dB表示。衰减是光纤中光功率减少量的一种度量，光纤内径中的瑞利散射是引起光纤衰减的主要原因。通常，对于均匀光纤来说,可用单位长度的衰减，即衰减系数来反映光纤的衰减性能的好坏。

当光脉冲通过光纤传输时，沿光纤长度上的每一点均会引起瑞利散射。这种散射向着四面八方，其中总有一部分会沿着纤轴反向传输到输入端。由于主要的散射是瑞利散射，并且瑞利散射光的波长与入射光的波长相同，其光功率与该散射点的入射光功率成正比，光纤中散射光的强弱反映了光纤长度上各点衰减大小，光纤长度上的某一点散射信号的变化，可以通过后向散射方法独立地探测出来，而不受其它点散射信号改变的影响，所以测量沿纤轴返回的后向瑞利散射光功率就可以获得光沿着光纤传输时的衰减及其它信息。当光纤一端注入一个功率为方的窄脉冲在光纤传输时，距输入端距离分别为L、L+加的两点经后向散射返回到输入端的光功率分别为Pg=SPoe-2aL (1-3-2)%+/=5乎-2*/ (1-3-3)其中，S：光纤后向散射系数：cr：光纤传输衰减常数，它表示单位长度光纤的损耗功率(dB/km)o可见，只要测出光信号返回时间及其对应的光功率就可以算出光纤长度和光纤衰减。假设光信号由注入端进入光纤到达某点再经后向散射返回注入端所用的时间为t,则注入端到该点的距离L为(1-3-4)1 tc(1-3-4)—t-v= 2 2勺其中,光在光纤中的传输速度；c：光在真空中的传播速度(3x105km/s)；hi：其中,光纤的纤芯折射率，，为光脉冲发出到返回的时间。距输入端距离分别为心L+&的两点之间光纤的衰减为1PlL}44=,1g/0(dB) (1-3-5)基于后向散射法设计的测量仪器称为OTDR,其突出优点在于它是一种非破坏性的单端测量方法，测量只需在光纤的一端进行。它利用激光二极管产生光脉冲，经定向耦合器注入被测光纤，然后在同一端测量沿光纤轴向向后返回的散射光功率返回信号与时间的关系，将时间值乘以光在光纤中的传播速度以计算出距离，在屏幕上显示返回信号的相对功率与距离之间的关系曲线和测试结果。国内厂家主要是中国电子科技集团公司第四十一研究所，国外的品牌主要有安捷伦(Agilent)、安立(ANRITSU),EXF。、WAVETEK等。.光纤的连接光纤连接时的耦合损耗因素基本上可分为两大类：一类是固有的，是被连接光纤本身特性参数的差异，比如纤芯直径、模场直径、数值孔径差异、纤芯或模场的同心度偏差、纤芯椭圆度等。这些因素所引起的光纤连接损耗一般无法通过连接技术来改善；另一类是光纤连接时光纤的端面质量、对中质量和连接质量等因素，比如光纤的端面切割质量、端面间隙、纤轴的横向错位、纤轴的角度倾斜、纤芯形变等因素。这些因素所引起的连接损耗可通过连接技术的改进而得到改善。连接前的准备工作在光纤连接之前，应进行光纤涂层的去除、清洁及端面制备工作。利用光缆开剥刀和一次涂覆层剥除钳来去除光纤外面的保护层，然后用蘸有无水酒精的纱布或脱脂棉捏住光纤轻轻擦洗，使裸纤外表面上没有污染、水份及灰尘。接着进行光纤的端面处理，要求端面平整清洁并与纤轴垂直。光纤切断方法基本上有两种：一种是在施加有一定张力的光纤上用金刚石一类的刀刃在光纤的要切断部位处划痕，一旦光纤表面出现裂纹，光纤就会在所加张力的作用下在划痕处崩断；另一种是先手工在裸纤上用刀刃划痕，然后弯折光纤以折断光纤。光纤的固定连接V形槽连接将端面制备好了的两根裸纤装夹在同一个精密V型槽中，利用V型槽的自动对心原理来达到光纤的准直对接。如图1-1-3所示，将制备好的裸纤端面沾取少许折射率匹配液放入精密V型槽中，使光纤端面尽可能地在精密V型槽中间，轻轻地放下压板来压住光纤，压光纤时注意观察裸纤，确保裸纤完全落入精密V型槽内，不得翘起和扭曲，轻柔地推动光纤使两裸纤端面接触到。V形槽的深浅和光纤外径的一致性将保证可以获得满意的连接效果。使用V形槽连接器可以使两根切割良好的裸纤暂时连接而不必熔接操作。这种接续方式的过程可逆、工具简易、投入较小（千元左右）。图1-3-3使用精密V槽实现光纤的临时耦合对接熔接连接在光纤熔接机上，用电弧加热要连接的光纤的处理端面，将它们熔融直至“烧结”在一起。熔接前应确保光纤外表面上没有污染、水份及灰尘，否则会影响熔接质量，甚至出现气泡。裸纤在制备好端面后，就可放入光纤熔接机的光纤夹持器上固定。光纤夹持器多为V形槽结构，压板由弹性材料做成。注意用压板夹持光纤时，应压在光纤未端去除涂层的部分，不要压在裸纤上，以免光纤表面受损甚至夹断。接着利用精密微调机构，将两根要连接的光纤端面准确地对中，对中过程需在x、y、z三个方向反复进行，直至达到一个最佳位置。在放电过程中把光纤熔接起来是使光纤对中状态固定下来的最好的一种定位方式。熔接方式稳定可靠，但设备价格较贵（3万元左右）。如果被熔接的光纤纤芯偏心量较大，则用正常熔接条件熔接时，在接点处会由于光纤表面张力的缘故使原来已经对准的纤芯产生偏移，此时应选用较短的熔接时间。不过，熔接时间过短，会因两根光纤没有充分烧结在一起而影响光纤接点的牢度：熔接时间过长以及光纤推进量过多，容易引起光纤形变，甚至使加热区边缘附近光纤变细。光纤熔接后，外表看不出与原光纤有什么不同，但其内在质量有了变化：熔接后光纤的抗拉强度变弱，熔接点出现附加损耗。光纤接头的附加损耗是评价光纤熔接点质量的主要指标。光纤的活动连接光纤连接器把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合到接收光纤中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小。光纤连接器可以多次反复插拔装接，不同种类的光纤连接器，其结构有所不同，互相之间不一定能互换使用，需要使用适配器进行转接。单模光纤连接头要求光轴对准精度优于两光纤的玻璃端面物理必须接触。可使用光纤显微镜检查光纤连接头是否干净清洁(图1-34),若不干净将影响传输品质。目前有各种不同的连接头清洁方法。可以用无水酒精和脱脂棉棒清洁，再立即用过滤无尘压缩空气(NonResidueFilteredAir)吹干。(a)干净清洁的端面(b)脏污的端面(c)损坏的端面图1-3-4光纤连接头的端面光纤连接器从结构上分为单芯光纤连接器和带状多芯光纤连接器，目前使用最多的是单芯光纤连接器。依据光纤活动接头的结构和形状，常将单芯光纤连接器分为FC、SC、ST等几种(图FC型为圆形的螺纹式结构，接头插入法兰盘后，其卡锁落入法兰盘的槽中，再用螺纹拧紧。光纤端面经研磨、抛光处理，靠套筒的高精度内圆与插针的高精度外圆紧密配合进行轴心对准。SC型是矩形的插拔式结构，法兰盘中有卡簧。由于是矩形，所以很容易对准。接头插入法兰盘后，听到卡簧声响便表示接头已良好连接。ST型为圆形卡口式结构，接头插入法兰盘压紧后，旋转一个角度便可使插头固定牢固，并对光纤端面施加一定的压紧力。图1-3-5单芯光纤连接器常用类型光纤连接器按端面形状及接触方式可分为球面接触的PC(PhysicalContact)型、斜球面接触的APC(AngledPhysicalContact)型和超平面接触的UPC(Ultra-PhysicalContact)型等。PC型通常为单模光纤连接头，其端面研磨抛光成微凸球面，APC型在端面形成8。倾角，并且形成半径为20〜50mm的球面，UPC型为超平面连接。光纤连接器的型号通常表示为XX-YY。其中XX表示光纤连接器之连接头的连接方式，YY表示光纤连接器端面的形状及接触方式。如SC-PC表示插拔式球面接触型。

.典型事件用OTDR测量光纤链路可识别出由于拼接、接头、光纤破损或弯曲及链路中其他故障所造成的光衰减的位置及大小。OTDR接收和显示的不仅仅是来自各事件的信号，而且包括来自光纤本身的信号。这种来自光纤本身的信号就是后向散射。当光沿着光纤传送时会由于瑞利散射效应而衰减，这是由于光纤折射率微小变化等引起的，并且它沿着整根光纤持续发生。后向散射强度的变化决定了光纤链路沿线各事件的损耗值。非反射事件光纤熔接头和微弯会导致光纤中有一些光功率损耗，但不会引起反射。在OTDR测试曲线上，这种事件会以“在后向散射电平上附加一个下降台阶”的形式表现出来,竖轴上后向散射电平值的改变量即为损耗的大小，如图1-3-6所示。熔接头光纤微弯相对光功率OTDR相对光功率OTDR测试曲线图1-3-6非反射事件：熔接头和光纤微弯只会引起损耗而无反射反射事件在光纤链路中，光纤的几何缺陷、断裂面、故障点、活动连接和固定连接等都会造成折射率突变，使光在光纤中产生菲涅尔反射，称之为反射事件。反射和散射的强弱都和通过的光功率成正比，菲涅尔反射光功率远大于后向瑞利散射光功率，则在OTDR显示的测试曲线上，对应于光纤菲涅尔反射点处有突变的峰值区（有一个急剧的上升和下降）。如图1-3-7所示，光纤链路中的活动连接和固定连接的接头以及光纤上的裂缝都会同时引起光的反射和损耗。反射值（通常以回波损耗的形式表示）是由后向散射曲线上反射峰的幅度所决定的，竖轴上后向散射电平值的改变量即为损耗的大小。/OTDR测试曲线活动接头 固定接头 光纤裂缝IZZI -相对光功率图1-3-7反射事件：活动接头、固定接头和裂缝都会同时引起反射和损耗

光纤末端如果光纤末端（尾端）是平整的端面或者在尾端接有平整、抛光了的活动连接器，则尾端会存在反射率为4%的菲涅尔反射，意味着OTDR测试曲线具有反射终端，如图1-3-8（a）所示。如果尾端是破裂的端面或者被磨花了，则由于端面的不规则会使光线漫射而不会引起反射，在这种情况下，光纤末端的。TDR测试曲线会从后向反射电平简单下降到OTDR噪声电平下，如图1-3-8（b）所示。虽然破裂的尾端也可能引起反射，但其反射峰不会像平整的光纤末端或活动连接器所带来的反射峰值那么大。平整的尾端曲线有反射终端不规则的尾端平整的尾端曲线有反射终端不规则的尾端曲线无反射终端图1-3-8光纤末端理想与否会影响OTDR测试曲线是否有反射终端伪增益现象用OTDR测量光纤接头时，是通过比较接头前后的后向散射电平测量值来完成对接头损耗的测量的。一般地，接头上的损耗会使接头后的后向散射电平小于接头前的后向散射电平，进而在OTDR测试曲线上表现为下降的台阶。然而，如果接头后光纤的散射系数较高时（这时对同样的传送光强会引起较大的后向散射），接头后的后向散射电平就可能大于接头前的后向散射电平，进而在OTDR测试曲线上表现为增益（上升的台阶）。比如，被接续的光纤模场直径不同时，由于模场直径影响它的后向散射，小模场直径光纤传送后向散射光的能力比大模场直径光纤的能力强，若从小模场直径光纤向大模场直径光纤方向测试，则接头损耗可能是负值：反之，则出现高损耗值。这是一种表象，是由于不同模场直径对后向散射光传送能力不同而造成的测量方法上的缺陷，并非接头的实际损耗。因为接头是无源的，它只能引起损耗而不会引起增益，故称之为伪增益现象。.OTDR主要性能参数（1）动态范围OTDR的信号是通过对数放大器处理的，测试曲线的相对后向散射功率是对数标度，读得的是电平值，而且是经过往返两次衰减的值。后向散射电平初始值与噪声电平的差值（dB）定义为动态范围。如图1-3-9所示，根据噪声电平的取法，有两种不同的动态范围表示方式:-峰值：取噪声电平的峰值，这是一种传统的比较有意义的指标表示方式。在后向散射电平与噪声电平相等时，后向散射信号就成了不可见信号。--信噪比SNR=1：取噪声电平的均方根值。对于同样性能的OTDR,以信噪比SNR=1方式给出的动态范围指标值要比以峰值方式给出的动态范围指标值高出2.0dB左右。如果OTDR的动态范围不够大，后向散射信号电平就会小于OTDR噪声电平，这样诸如接头等小特征点的观测就会受到影响。比如，一个小熔接点在光纤尾部附近时就有可能成为不可见的特征点。所以，人们总是希望OTDR的动态范围尽可能大些。然而，OTDR的动态范围并不是越大越好，有时候需要在较大动态范围与较小盲区之间做出权衡。动态范围和被测光纤的衰减决定了OTDR实际可以测量的光纤最长距离：,Dkax=— ⑹a其中：D为OTDR的动态范围，。为被测光纤的衰减常数。由此可以分析得知：对衰减一定的光纤而言，OTDR的动态范围越大，则可测量的光纤长度越长，反之越短；对同一动态范围的OTDR而言，光纤衰减越小，则可测量的光纤长度越长，反之越短。（2）盲区用OTDR测试光纤时，反映不出某段范围内光纤损耗等的测量情况，称之为盲区。反射会使OTDR的接收器进入饱合状态，接收器从饱合状态逐渐恢复会产生一个“拖尾”。“托尾”过后，OTDR就可以对光纤的后向散射进行测量。在文件“TR-TSY-000196Issue2”「GenericCriteriaforOpticalTimeDomainReflectometers中，贝尔实验室给出了被工业界广泛接受的有关盲区的两个定义（图1-3-10）：事件盲区：从反射峰的起始点到接收器从饱合峰值恢复到1.5dB之间的距离。在这点上紧接的第二个反射为可识别反射，但这时损耗和衰减仍为不可测事件。衰减盲区：从反射峰的起始点到接收器从饱合状态恢复到线性后向散射上0.5dB点之间的距离。（贝尔实验室文件建议的指标是O.ldB,但0.5dB是一个更常用的指标值）。图1-3-10OTDR盲区定义示意图盲区决定了OTDR测量的精细程度，对OTDR来说，其盲区越小越好。然而，有时候需要在较小盲区与较大动态范围之间做出权衡。因为脉宽同时影响动态范围和盲区，它决定了OTDR所发出的光功率的大小，脉冲幅度相同时，较宽脉冲的能量要大于较窄脉冲的能量，这一方面会产生较高的后向散射电平，提供较大的动态范围，但另一方面，菲涅尔反射会因为光能量增大而被增强，其光功率远大于后向散射光功率，致使放大器饱和，该段时间内包括后向瑞利散射在内的任何信号均被掩盖而分辨不出。脉宽越宽，分辨率越差，盲区尤其是近端盲区越大，不可测试的损耗区和不可分辨的事件区也越大。OTDR发窄脉冲时能提供更小的盲区，但动态范围也相应更小。(3)距离测量精度它决定了测试的位置有多精确，是指因OTDR方面的因素造成对距离测量结果的影响：光纤成缆因素：OTDR测出的光纤长度通常大于其成缆后的光缆长度。在确定光缆上各点的位置时一定要考虑成缆因素，进行适当的纤长与缆长换算。OTDR采样间隔：OTDR对后向散射信号按一定间隔进行采样，再将这些分离的采样点连接起来形成最后显示的测试曲线。如果将图1-3-11(a)所示的各采样点直接用直线连起来就可在OTDR上相应显示出如图1311(b)所示的测试曲线。在这个例子里，图1311(a)中脉冲的上升沿就是反射的确切位置，最理想的测量情况是该处正好有一个采样点。然而，由于采样的有限精度，这一特定的反射点并没有成为采样点，这样，由于采样点具体位置的偏差就带来了距离测量误差。采样v. X间隔XxxxxX后向散射信号的实际曲线XXXXXX误差8'XXXxxX OTDR测试曲线XXXXXX图1311OTDR采样间隔影响距离测量精度OTDR时钟精度：由于OTDR是利用公式L=ct/Z出来计算距离的，真空中的光速C为己知，"1为纤芯折射率，t为光发出到返回的时间，因所测得时间的准确度受。TDR内部作为时钟的晶振频率的准确性和稳定度的影响，故时钟精度会给距离测量带来一定误差，不过，这项因素的影响比较小。OTDR折射率设置：由于计算距离时，用户需要对纤芯折射率"1进行输入，为保证测量结果的准确性，每次测量前都必须根据实际折射率值进行设置，但因它们之间总存在着偏差,导致距离测量结果产生误差。对于长距离测量而言，小的折射率设定偏差也会引起显著的距离测量误差。比如：对于30km的测量来说，1%的折射率偏差将会带来距离测量上300米的误差。OTDR说明书上给出的距离精度通常是指因采样间隔和时钟精度带来的距离测量误差。虽然这种精度指标可能很小，但由于折射率设定偏差所引起的距离测量误差通常要更大。

三、实验器材如图1-3-12所示，主要包括跳纤：尾纤；裸纤：剥纤钳；笔式光纤切割刀；AV33012光纤切割器；吹气球、擦镜纸、无水乙醇、脱脂棉棒、光纤接头清洁器