光通信实验报告

光通信试验汇报试验一：测量光纤耦合效率【试验简介】： 光线重要用于通信、光纤传感、图像传送以及光能传递等方面。由于光纤制造技术的不停进步，光线内部的损耗越来越小，因此在实际应用中提高光源与光纤之间的耦合效率是提高系统传播效率的重要技术之一。【试验目的】：1.理解光纤特性，种类2.掌握光纤耦合的基本技巧及提高耦合效率的手段3.熟悉常用的耦合措施【试验装置示意图】： 【试验数据】： 光纤输出光功率：0.78mW光纤输入光功率：1.9mW耦合效率为：0.78/1.9*100%=41.1%【试验思索总结】 耦合时，由于起始的光强较弱，用探测器检测效果不明显。可以先用目测法，观测输出光斑的亮度。等抵到达一定的亮度之后，在接入探测器，观测示数。调整时，首先调整高度，然后调整俯仰角，最终在调整左右对准度与旋转方向。试验二：测量光纤损耗【试验目的】： 通过测量单模光纤的衰减值，理解测量光纤损耗的常用措施：插入法（实际测量中诸多器件的插损、损耗都使用这种措施）。【试验原理】：光源发出的光通过光的注入系统输入到短光纤中，并通过光纤活动连接器与光功率计接通。首先测量短光纤的输出功率P1，然后通过光纤连接器接入被测光纤，测量长光纤的输出功率P2，则光纤的总损耗为A=10lg被测光纤的长度为L，则光纤的损耗系数为 α【试验装置示意图】： 【试验数据】：光纤长度L：6km波长为1310nm的数据电流（mA）22.517.07.3P1(dBm)-7.1-9.9-13.2P2(dBm)-9.2-12.8-15.5损耗A（dB）2.12.92.5损耗系数α（dB/km）0.440.410.383波长为1550nm的数据电流（mA）25.416.213.6P1(dBm)-6.9-10.0-11.1P2(dBm)-8.7-11.9-12.9损耗A（dB）1.81.91.8损耗系数α（dB/km）0.300.320.30试验三：测量光纤的数值孔径【试验简介】： 光纤的数值孔径大小与纤芯折射率、纤芯-包层相对折射率差有关。光纤的数值孔径表达光纤接受入射光的能力。【试验目的】：理解测量数值孔径的措施，对远场法有初步理解。【试验原理】：远场强度有效数值孔径是通过光纤远场强度分布确定的，它定义为光纤远场辐射图上光强下降到最大值的5%处的半张角的正弦值。【试验装置示意图】【试验数据】 光功率最大值为162.5nW，下降到5%时对应的角度为8.5°和-8.3°【数据处理】 光纤的数值孔径： NA=试验四：测量光纤的模场直径和折射率分布曲线【试验目的】：通过近场法测量光纤的折射率分布曲线，对近场法有一定理解通过近场法测量多单模光纤的模场直径，理解理解并掌握近场法测量多模光纤模场直径的措施【试验原理】1.近场法是运用光纤输出端面上的光强度来测量光纤的部分几何参数的经典措施。这种措施的原理为：光纤输出端面上的光强度分布NEP近似于折射率分布，这种措施控制简朴，应用广泛，但精度不高。 R=[（n1－n0）/（n1＋n0）]2

公式中n0为空气的折射率；n1为介质材料的折射率。根据光的折射定律，我们最终可导出如下公式：

n(r)－ncl=k[Pcl－P(r)]/Pclk为取决于系统参数的校正系数；ncl和Pcl是常数，分别为光纤包层折射率和折射光功率。由此可见，折射光功率P(r)与n(r)有关，从而通过测量P(r)就可得到n(r)。2.根据光纤输出端面上的光强度分布绘制出光强分布曲线，通过观测光强下降为1/e出的光斑半宽度，测出光纤的模场直径【试验成果】1.多模光纤： 光纤端面图 光强分布曲线图由图可知，光纤的模场直径为41.8903um折射率分布曲线单模光纤：光纤端面图 光强分布曲线图由图可知，光纤的模场直径约为10.6um（由于噪声的影响，图中算出的模场直径有问题）折射率分布曲线图 试验五：光纤波分复用误码测试【试验简介】： 系统的误码性能是衡量系统优劣的重要指标，反应数字信息在传播过程中受损伤的程度，一般用长期平均误码率、误码的时间报分数和误码秒百分数来表达。在实际测量中，常用长时间的测量中的误码数目与传送的总码元数之比（BER）来表达。【试验目的】：掌握误码仪性能、原理及使用措施理解波分复用通信系统的性能与误码率的关系，以及误码率与系统器件插损损耗、器件隔离度等系统各部分器件性能的关系。【试验电路原理图】：【试验环节】： 1.将光纤接在误码测试仪的输入与输出之间； 2.设置误码仪，选择合适的序列信号与时钟； 3.通过下拉菜单记录可以观测到不一样误码参数，记录误码特性；【试验成果】 测试时间/s 188 时钟总数 误码计数 22 误码率 5.52× 秒误码率 0.0000E0 误码秒数 21 误码秒百分数 11.1702%【试验思索总结】 通过发送不一样的自定义数据，我发现当数据中具有多种连0时，误码率会大大增长，甚至会无法进行帧同步以致不能传播。试验六：掺铒光纤放大器性能测试【试验简介】： 目前使用化的光纤放大器重要有掺铒光纤放大器（EDFA）、半导体光放大器（SOA）和光纤喇曼放大器（FRA），其中掺铒光纤放大器以其优越的性能现已广泛应用于长距离、大容量、高速率的光纤通信系统、接入网、光纤CATV网、军用系统等领域【试验目的】：理解EDFA的基本构造和功能；通过测量EDFA的多种参数，计算增益，输出饱和功率，噪声系数理解参数的定义、计算措施和EDFA的使用【试验装置与EDFA构造图】【试验数据】：电流/mA与否接入EDFA输出功率/dBm输出功率/uW0是-5.5227810.1否-15.7126.85是-5.71268.512.3否-10.1895.94是-5.81262.418.6否-5.04313.3是-6.0250.6【试验思索总结】： 通过试验的数据我们发现，仪器设备的噪声非常大。在光源发生器的电流设为0时，接入EDFA，发现输出功率为278uW,很显然，这是噪声。在背面的试验中，当增大电流时，接入EDFA后，发现输出的功率和电流为0时的数据大小差不多，甚至输入功率增强后，放大后的输出功率却减小。通过和同学，老师的一番讨论，我们一直认为这是试验仪器噪声的原因。 通过一番思索，我认为可以加入光隔离器和光滤波器，这样可以减少噪声。并重新设计装置如图 试验七：波分复用图像传播系统【试验简介】： 波分复用(WDM)是将两种或多种不一样波长的光载波信号(携带多种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传播的技术；在接受端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将多种波长的光载波分离，然后由光接受机作深入处理以恢复原信号。【试验原理】： 1.波分复用光纤通信系统：N个光发射机分别发射N个不一样波长，通过光波分复用器WDM合到一起，耦合进单根光纤中传播。到接受端，通过具有光波长选择功能的解复用器DWDM，将不一样波长的光信号分开，送到N个光接受机接受。2.双向WDM系统:图中WDM/DWDM是具有波长选路功能的复用/解复用器。光发射机T1发射的光信号，经WDM/DWDM送入传播光纤，在接受端，再经另一种MD的波长选择后送到接受机R1接受。T2和R2是另一方向传播的发射和接受端机。【试验成果】： 图像1（1310nm波长）图像2（1350nm波长）图像3（波分复用传播）由图可以看出，图片中除了“天津”以外，还隐约有“北京”字样。由于“北京”对应的波长通道损耗太大，因此信号很微弱，字体模糊。试验八：半导体激光器试验【试验目的】1. 通过试验熟悉半导体激光器的电学特性、光学特性。2. 掌握半导体激光器耦合、准直等光路的调整。3. 根据半导体激光器的光学特性考察其在光电子技术方面的应用。【试验原理】1、半导体激光器的基本构造半导体激光器的全称为半导体结型二极管激光器，也称激光二极管，激光二极管的英文名称为laserdiode，缩写为LD。大多数半导体激光器用的是GaAs或GaAlAs材料。P-N结激光器的基本构造和基本原理如图8-1所示，P-N结一般在N型衬底上生长P型层而形成。在P区和N区都要制作欧姆接触，使鼓励电流可以通过，这电流使得附近的有源区内产生粒子数反转（载流子反转），还需要制成两个平行的端面起镜面作用，为形成激光模提供必需的光反馈。图8-1（a）半导体激光器构造图8-1（b）半导体激光器工作原理图2、半导体激光器的阈值条件阈值电流作为多种材料和构造参数的函数的一种体现式：这里，是内量子效率，是发射光的真空波长，n是折射率，是自发辐射线宽，e是电子电荷，D是光发射层的厚度，是行波的损耗系数，L是腔长，R为功率反射系数。【试验环节】1．测量半导体激光器的输出功率随泵浦电流变化的关系，作出曲线，标定出光阈值电流；2．观测半导体激光器的调频特性。运用信号发生器调制激光电源的泵浦电流，通过双踪示波器观测被调制的激光输出随泵浦电流的变化。【试验数据】半导体激光器的P-I特性原始数据由图可知，当I>13mA时，P—I曲线斜率陡增，且之后近似为线性，据此估计此半导体激光器的光阈值电流为13mA，阈值泵浦功率为1.04mW。调制的激光输出随泵浦电流的变化I=1.7mAI=5.2mAI=10.4mAI=15.2mAI=21.3mAI=24.8mA【试验思索总结】1.半导体激光器为何存在阈值电流？阈值电流与那些原因有关？半导体激光器又称激光二极管，二极管的PN结加正向电压时，可以有较大的正向扩散电流，即展现低电阻，我们称PN结导通；PN结导通了二极管才开始工作，因此存在阈值电流。与二极管的材料、温度有