1、第 1 页 (共 31 页)目 录实验一 光器件的认识和测量 10实验二 光纤传输系统实验 22实验三 光纤综合传输系统实验 28第 2 页 (共 31 页)实验系统概述实验系统的整体框图如下：1 3 1 0 n m 光发模块1 5 5 0 n m 光发模块光纤盘纤区实验注意事项光端 F P G A光纤盘纤区1 3 1 0 n m光收模块1 5 5 0 n m光收模块F P G A 程序下载模块2 M 接口模块一2 M 接口模块二固定速率时分复用模块电端 F P G A数字信号源模块数字信号源终端及解固定速率时分复用模块计算机接口模块一计算机接口模块二模拟信号源模块P C M 编译码模块一P
2、C M 编译码模块二P C M 编码复用解复用模块眼图观测模块计算机接口模块三计算机接口模块四电话甲模块热线电话控制模块电话乙模块下面对各个模块进行详细的说明：一、1310nm 光发模块：完成电信号到光的转换，包括数字和摸拟光调制。数字光调制中还包括：自动光功率控制电路、无光检测电路、光器件寿命检测电路等。各部件功能说明：P100、P101：数字信号输入口，输入信号 05V。P104、P102：模拟信号输入口，输入信号-5V 5V 。J101：数字光调制和模拟光调制的切换开关。J100：拨码开关第一位是控制数字光调制的通和断，第二位是控制自动光功率控制补偿电流的通和断。拨码开关拨上为通，拨下为
3、断。TP100、TP101、TP102 ：这三个测试点是用来测量激光器的电流和自动光功率控制的补偿电流，具体的使用方法见实验九。TP103：输入数字信号测试点。TP104：无光警告电路的输入信号。TP105：输入的数字信号减去直流电平后的信号。TP106：此信号控制自动光功率控制补偿电路的三极管，从而控制补偿电流的大小。RP100：调节数字光调制的光发射功率大小。逆时针旋转为光功率增大。第 3 页 (共 31 页)RP101：调节寿命告警电路的门限电压的大小。RP102：调节无光告警电路的门限电压的大小。RP103：调节光检测器输出电压的大小RP104：调节输入信号衰减大小。逆时针旋转衰减小。
4、二、1550nm 光发模块：同 1310nm 光发模块有同样的功能，其中各部件的功能与 1310nm 光发模块也是对应。例如，1550nm 中的测试点 TP200 与 1310nm 中的测试点 TP100 的功能一样，RP100 同RP200 的作用一样。三、1310nm 光收模块：主要完成光电信号的转换，小信号的检测与信号的恢复放大等功能。包括预放大电路、主放大电路和电平判决电路。各部件功能说明：P103、P105：模拟信号输出口。P106、P107：数字信号输出口。TP108：模拟信号输出测试点。TP109：数字信号输出测试点。RP106：调节接收的灵敏度。逆时针旋转，输出信号会减小。RP
5、107：调节模拟信号失真度。逆时针旋转，失真减小。RP108：调节电平判决电路的判决电平。四、1550nm 光收模块同 1310nm 光收模块有同样的功能，其中各部件的功能与 1310nm 光收模块也是对应。例如，1550nm 中的测试点 P203 与 1310nm 中的测试点 P103 的功能一样，RP106 同 RP206的作用一样。五、数字信号源及固定速率时分复用模块数字信号源模块作用是产生四路 32Kbit/s 的 NRZ 码。固定速率时分复用模块是将四路数字信号以按码字复接的方式复用成一路 128Kbit/s 的 NRZ 码。1、各部件功能说明：U300、U301、U302、U303
6、：四个十位的光条，其中每个光条的前八位分别代表每一路第 4 页 (共 31 页)NRZ 码的八位，每个光条的最后两位无效。光条亮代表”1”，熄代表”0” 。U311、U312、U313、U314：四个八位的拨码开关，可以改变四路 NRZ 码的值，拨码开关拨上为”0”，拨下为”1”。P300、P301、P302 、P304： 四路八位的 NRZ 输出，TTL 电平输出。TP300、TP301、TP302 、TP303 ：四路 NRZ 码的观测点。P738、P739、P740 、P741：固定速率时分复用模块四路数字信号输入口。TTL 电平输入。P742：固定速率时分复用模块复用信号输出口。TTL
7、 电平输出。TP743：P742 信号的位时钟观测点。六、数字信号源终端及解固定速率时分复用模块解固定速率时分复用模块将固定速率时分复用后的信号分解为四路 NRZ 码。各部件功能说明：U304、U305、U306：三个十位的光条，其中每个光条的前八位分别代表每一路 NTZ 码的八位，每个光条的最后两位无效。光条亮代表”1”，熄代表 ”0”。P745： 解固定速率时分复用模块 NRZ 码输入口。TTL 电平输入。P744： 位时钟提取输入口。TTL 电平输入。TP745：位时钟提取信号输入口。TP744：解固定速率时分复用模块 NRZ 码输入端口。TP746：位时钟提取模块输出的位时钟信号测试点
8、。七、2M 接口模块一和 2M 接口模块二2M 接口模块主要完成电平变换和电平反变换的功能。电平变换是将两路 NRZ 码变换成三阶高密度双极性码（HDB3 码） 。电平反变换是将三阶高密度双极性码（HDB3 码）变换成两路 NRZ 码。各部件功能说明：P800、P802（P900 、P902）：电平变换的两路 NRZ 码输入。TTL 电平输入。P801、P806（P901 、P906）：电平变换后的三阶高密度双极性码（HDB3 码）输出。TP800、TP802（TP900 、TP902 ）：输入的两路 NRZ 码观测点。TP801（TP901）：输出的三阶高密度双极性码（HDB3 码）测试点。
9、P803、P807（P903 、P907）：电平反变换的三阶高密度双极性码（HDB3 码）输入口。第 5 页 (共 31 页)P804、P805（P904 、P905）：电平反变换的两路 NRZ 输出。TTL 电平输出。TP803（TP903）：输入三阶高密度双极性码（HDB3 码）测试点。TP804、TP805（TP904 、TP905 ）：输出的两路 NRZ 码观测点。八、计算机接口模块计算机接口模块一四提供了八个计算机 RS232 接口。其中 DOUT 表示计算机输出的数据，DIN 表示输入到计算机的数据。九、PCM 编译码模块此模块采用专用芯片 TP3067 来实现 PCM 编译码电路
10、，可同时完成两路信号的编译码工作。PCM 模块可以实现传输两路语音信号。各部件功能说明：P500、P512：模拟信号输入端。P502、P508：PCM 编码帧同步信号。P503、P507：PCM 编码数字信号输出。P506、P509：PCM 译码数字信号输入。P505、P510：PCM 译码单元位时钟输入。P504、P511：PCM 译码帧同步信号输入端口。P501、P513：PCM 译码单元模拟信号输出。TP500、TP512：模拟信号观测点。TP502、TP508：PCM 编码帧同步信号观测点。TP503、TP507：PCM 编码数字信号输出观察点。TP501、TP513：PCM 译码模拟
11、信号输出观察点。十、电话模块甲、乙此模块采用专用芯片 AM79R70 来完成用户接口电路（SLIC） 。其中 DOUT 是语音信号输出，DIN 是语音信号输入。十一、电话控制模块电话控制模块完成两路电话摘挂机状态检测，设置两路电话的通话、振铃、忙音、回铃音等状态。十二、FPGA 程序下载模块第 6 页 (共 31 页)FPGA 程序下载模块是将二次开发的程序下载到电端或光端 FPGA 的接口。J601：JTAG 下载方式接口。十三、电端 FPGA电端 FPGA 主要完成变速率时分复用、HDB3 编码、HDB3 译码、解变速率时分复用、位时钟提取、帧同步提取信号等功能。1、变速率时分复用测试点及
12、接口功能说明：P600、P601、P602 、P603：变速率时分复用四路数据输入口。TP600、TP601、TP602 、TP603 ：变速率时分复用四路数据输入测试点。TP604：进行码速调整的位时钟测试点。P605、P606、P607 、P608：码速调整后的四路数据输出口。TP605、TP606、TP607 、TP608 ：码速调整后的四路数据输出测试点。TP609、TP610、TP611 、TP612 ：变速率时分复用的四路数据的时隙。P613：变速率时分复用位时钟输出。TP613：变速率时分复用位时钟测试点。P614：变速率时分复用复用输出口。TP614：变速率时分复用复用输出测试
13、点。2、HDB3 编码模块测试点及接口功能说明：P618：HDB3 编码模块 NRZ 码输入口。TP618：HDB3 编码模块 NRZ 码输入测试点。P616、P617：HDB3 编码模块 HDB3 码两路信号输出。TP616、TP617：HDB3 编码模块 HDB3 码两路信号输出测试点。TP615：HDB3 编码位时钟测试点。3、HDB3 译码模块测试点及接口功能说明：P621、P622：HDB3 译码模块两路 NRZ 码输入口。TP621、TP622：HDB3 译码模块两路 NRZ 码输入观测点。P620：HDB3 译码模块 NRZ 码输出口。TP620：HDB3 译码模块 NRZ 码输
14、出观测点。TP619：HDB3 译码位时钟时钟测试点。4、位时钟提取模块（数字锁相环模块）测试点及接口功能说明：P624：位时钟提取模块 NRZ 码输入口。第 7 页 (共 31 页)TP624：位时钟提取模块 NRZ 码输入观测点。P623：位时钟提取模块位时钟输出口。TP623：位时钟提取模块位时钟输出观测点。5、帧同步信号提取模块测试点及接口功能说明：P626：帧同步信号提取模块数据输入。TP625：帧同步信号提取模块位时钟观测点。TP627、TP628、TP629 、TP630 ：帧同步信号提取模块四路数据的帧同步信号测试点。6、解复用模块测试点及接口功能说明：P632：解复用模块 N
15、RZ 码输入口。TP631：解复用模块位时钟测试点。P633、P634、P635 、P636：解复用模块四路数据输出口。TP633、TP634、TP635 、TP636 ：解复用模块四路数据输出观测点。十四、光端 FPGA光端 FPGA 主要完成 HDB3 编码、HDB3 译码、扰码、解扰码、 CMI 编码、CMI 译码、位时钟提取、固定速率时分复用、解固定速率时分复用等功能。其中固定速率时分复用模块和解固定速率时分复用模块的测试点及接口功能在前面已经介绍。1、HDB3 译码模块测试点及接口功能说明：P703、P704：HDB3 译码模块两路 NRZ 码输入口。TP703、TP704：HDB3
16、 译码模块两路 NRZ 码输入测试点。P702：HDB3 译码模块 NRZ 输出口。TP702: HDB3 译码模块 NRZ 输出测试点。P701：单独模块实验时外加时钟信号输入口。TP701：单独模块实验时外加时钟信号输入测试点。TP700：HDB3 译码模块位时钟观测点。2、位时钟提取模块测试点及接口功能说明：P708：位时钟提取模块 NRZ 码输入口。TP708：位时钟提取模块 NRZ 码输入测试点。P707：位时钟提取模块位时钟输出口。TP707：位时钟提取模块位时钟输出测试点。TP705：位时钟提取模块主时钟测试点。第 8 页 (共 31 页)3、扰码模块测试点及接口功能说明：P71
17、2： 扰码模块 NRZ 码输入口。TP712：扰码模块 NRZ 码输入测试点。P711： 扰码模块扰码输出口。TP711：扰码模块扰码输出测试点。P710： 单独模块实验时外加时钟信号输入口。TP710：单独模块实验时外加时钟信号输入测试点。TP709：扰码模块位时钟测试点。4、CMI 编码模块测试点及接口功能说明：P716：CMI 编码模块 NRZ 码输入口。TP716：CMI 编码模块 NRZ 码输入测试点。P715：CMI 编码模块 CMI 码输出口。TP715：CMI 编码模块 CMI 码输出测试点。P714：单独模块实验时外加时钟输入口。TP714：单独模块实验时外加时钟输入测试点。
18、TP713：CMI 编码位时钟，编码速率是 2048Kbit/s。5、PN 序列产生模块：P720：输出 7 位 8Kbit/s 的 PN 序列一。TP720：PN 序列一的观测点。P719：输出 PN 序列一的位时钟。TP719：PN 序列一位时钟的观测点。P718：输出 15 位 32Kbit/s 的 PN 序列二。TP718：PN 序列二的观测点。P717：输出 PN 序列二的位时钟。TP717：PN 序列二位时钟的观测点。6、CMI 译码模块测试点及接口功能说明：P724：CMI 译码模块 CMI 码输入口。TP724：CMI 译码模块 CMI 码输入观测点。P723：CMI 译码模块
19、 NRZ 码输出口。TP723：CMI 译码模块 NRZ 码输出观测点。第 9 页 (共 31 页)P722：单独模块实验时外加时钟输入口。TP722：单独模块实验时外加时钟输入测试点。TP721：CMI 译码模块时钟观测点。7、位时钟提取模块测试点及接口功能说明：P728：位时钟提取模块 NRZ 码输入口。TP728：位时钟提取模块 NRZ 码输入测试点。P727：位时钟提取模块位时钟输出口。TP727：位时钟提取模块位时钟输出测试点。TP725：位时钟提取模块主时钟测试点。8、解扰码模块测试点及接口功能说明：P732：解扰码模块扰码输入口。TP732：解扰码模块扰码输入测试点。P731：
20、解扰码模块 NRZ 码输出口。TP731：解扰码模块 NRZ 码输出测试点。P730： 单独模块实验时外加时钟信号输入口。TP730：单独模块实验时外加时钟信号输入测试点。TP729：扰码模块位时钟测试点。9、HDB3 编码模块测试点及接口功能说明：P737：HDB3 编码模块 NRZ 码输入口。TP737：HDB3 编码模块 NRZ 码输入测试点。P736、P735：HDB3 编码模块 HDB3 码两路信号输出。TP736、TP735：HDB3 编码模块 HDB3 码两路信号输出测试点。P734：单独模块实验时外加时钟信号输入口。TP734：单独模块实验时外加时钟信号输入测试点。TP733：
21、HDB3 编码位时钟测试点。第 10 页 (共 31 页)实验一 光器件认识和测量一、实验目的1.了解光纤和各种光器件的特点，及他们在光纤通信系统中的应用。2.掌握光功率计的使用方法。二、实验内容1.熟悉光纤及各种光纤器件。2.测量光纤活动连接器的插入损耗。3.测量光可变衰减器的插入损耗和衰减范围。4.测量波分复用器的光串扰。三、实验仪器1.光纤实验系统 1 台。2.FC/PC 型光纤跳线 2 根。3.光固定衰减器 1 个。4.光功率计 1 台。5.光纤活动连接器 1 个。6.波分复用器 2 个。7.光可变衰减器 1 个。四、实验原理一）光纤光纤是光导纤维的简称，它是一种由玻璃或透明聚合物构成
22、的绝缘波导。光被耦合进光纤后只能在其波导内部传播。一般的光纤都是由纤芯、包层和外套涂层三部分组成。其外套涂层作为光纤的保护层，用于加强光纤的机械强度。其光纤结构如图 1-1 所示：外套包层区纤芯区第 11 页 (共 31 页)图 1-1 光纤结构示意图1、光纤的分类光纤有很多种分类方法。按其传输光波的模式来分，有单模光纤与多模光纤两大类。它们的结构不同，因而各具不同的特性与用途。1)单模光纤用来传输单一基模光波的光纤称为单模光纤，它要求入射光的波长大于光纤的截止波长，单模光纤的纤芯直径很小，一般为 5-10m。单模光纤对于光的传输损耗将是最小的，因为光场只在光纤的中心传导。但是由于纤芯直径很小
23、，对于光纤与光源的耦合及光纤之间的接续将带来明显困难。单模光纤可彻底消除模间色散，在波长为 1.27m 时，材料色散趋近于零，或者可以使得材料色散与波导色散相抵消。因此，长距离大容量的长途通信干线及跨洋海底光缆线路全部采用单模光纤。由于 1.55m 波长时单模光纤的损耗更低，人们已研究了使光纤的零色散波长移到 1.55m 的技术和使激光器（LD ）的频谱更窄的技术，以求同时达到最低的损耗及最宽的带宽，从而最大限度地增大中继距离及信息容量。2)多模光纤用来传输多种模式光波的光纤称为多模光纤，模式的数目取决于芯径、数值孔径（接收角） 、折射率分布特性和波长。将单模光纤的纤芯增大，光纤将成为多模光纤
24、。多模光纤的纤芯直径远远大于单模光纤，一般为 50-200m。在临界角内，各个模式的入射光波分别以不同角度，在光纤内的纤芯与包层的的界面处发生全反射而沿光纤全长传输。突变型多模光纤的纤芯部分折射率保持不变，而在纤芯与包层的界面折射率发生突变。这种光纤模间群时延时差大，一般传输带宽为 100MHzKm。常做成大芯径（例如 100m） 、大数值孔径（例如 NA 大于 0.3）光纤，提高光源与光纤的耦合效率，适用于短距离、小容量的系统。这种光纤的使用相当广泛。3)识别单模光纤与多模光纤的方法识别单模光纤与多模光纤的基本方法是从光纤的产品规格代号中去了解。如我国光纤光缆型号的规格代号的第二部分用 J
25、代表多模渐变型光纤，用 T 代表多模阶跃型光纤，用 Z 代表多模准阶跃型光纤，用 D 代表单模光纤。其次是从光纤的纤芯直径去识别。单模光纤的芯径很细，通常芯径小于 10m；多模光纤的芯径比单模光纤大几倍。第 12 页 (共 31 页)第三种方法是从光纤外套的颜色上识别。通常黄色表示单模光纤，橙色表示多模光纤。本实验系统用的光纤外套是黄色的，故为单模光纤。4)尾纤波长的测试光纤线路的两端一般是通过一段短光纤把线路与光端机连接起来的。这一段短光纤长度为 3 米或 5 米、10 米，因其位置处于光纤线路的尾部，故称为尾纤。尾纤的传输特性有工作波长、信号传输模式、带宽与损耗等，通常这些通过光纤光缆的型
26、号标志来识别，也可以用仪表来测试。每种光纤都有特定的工作波长，当注入光信号的波长等于工作波长时，光纤损耗最小，反之光纤损耗增大。因此把不同波长的光信号注入光纤，测量光纤损耗，当光纤损耗最小时，该光信号的波长即为尾纤的工作波长。2、成品光纤的主要参数一般光纤成品有以下主要参数：1)光纤的纤芯折射率分布纤芯折射率分布一般分为两类，即梯度型分布及阶跃型分布。一般的多模光纤可采用这两种分布的一种，而单模光纤只有阶跃型分布一种。2)光纤的尺寸一般光纤的外径是 125m,单模光纤纤芯芯径是 9-10m，多模光纤的纤芯芯径是 40-50m，同心度偏差 1-5m，这是对光纤通信所用光纤的尺寸。3)光纤的传播损
27、耗引起光纤损耗的原因主要有三方面：（1）瑞利散射，这主要是由于玻璃中密度分布涨落引起的。（2）水吸收带，在玻璃中若残存百万分之一克重量的氢氧根，就会引起对各波长的光波的光损耗。（3）固有损耗，这是由于微观波导的不连续性引起的。4)数值孔径数值孔径是描述光纤受光程度的参数，通常用光从空气入射到纤芯允许的最大入射角的正弦值来描述。5)带宽带宽是光纤的一个重要参数，它使渐变型光纤像一个低通滤波器一样，对光发射机的功第 13 页 (共 31 页)率调制产生影响。它使光纤的传输函数的大小随调制频率升高而减小，而在整个频谱内的相关相位失真保持很小。为计算方便，这种频响可以近似为一个等效的高斯低通滤波器，最
28、高带宽仅可能在某一个波长上发生，对于其它波长，带宽将减少下来，那带宽是波长的函数。其低通滤波器的截止频率与玻璃组成材料及剖面折射率分布有关。6)有效截止波长这是描述单模光纤的一个重要参数。它表明，在单模光纤的波长域中仅可以传播的模，所谓截止波长是指基模。测量有效截止波长的方法有多种，一般采用挠曲法，在这种方法中，首先将一段光纤在直线状态下测量一下损耗；然后在弯曲状态下测量损耗。这样可以推算出由于弯曲增加的衰耗，而有效截止波长就是这样定义的，在截止波长下由于弯曲增加的损耗是 0.1dB。当工作频率低于这个截止波长所对应的频率时，规定的传播模不能存在，大于截止波长的相应频率的光进入包层区域损耗掉。
29、这个名词是从以前波导理论研究中借用来的。7)模场直径这是单模光纤的另一重要参数，也称为光点尺寸。在单模光纤中主要传送的是基模，而模场直径与基模光斑的大小有关，它以基模场强减少到 1/e 处的宽度来定标，它表征入纤的光功率分布。二）光连接器光连接器是光纤传输系统中光通路的基础部件，是光纤系统中必不可少的光无源器件。它能实现系统中设备之间、设备与仪表之间，设备与光纤之间以及光纤与光纤之间的活动连接，以便于系统接续、测试、维护。目前，光纤通信对活动连接器的基本要求是：插入损耗小，受周围环境变化的影响小，易于连接和拆卸，重复性、互换性好，可靠性高，价格低廉。光纤通信使用的光连接器按纤芯插针、插孔的数目
30、不同分有单芯活动连接器和多芯活动连接器两类；单芯活动连接器的基本结构是插针和插孔。由光纤连接损耗的计算可知，影响损耗的主要外在因素是相互连接的两根光纤的纤芯之间的错位和倾斜，所以在连接器的结构中，要求插针中的纤芯与插孔有很高的同心度，相连的两根插针在插孔中能精确的对准。按第 14 页 (共 31 页)结构不同分有 FC 型、ST 型、 SC 型、PC 型等等。1.FC 型活动连接器FC 型（平面对接型）光连接器。这种连接器插入损耗小，重复性、互换性和环境可靠性都能满足光纤通信系统的要求，是目前国内广泛使用的类型。FC 型连接器结构采用插头转接器插头的螺旋耦合方式。两插针套管互相对接，对接套管端
31、面抛磨成平面，外套一个弹性对中套筒，使其压紧并且精确对中定位。FC 型光连接器制造中的主要工艺是高精度插针套管和对中套筒的加工。高精度插针套管有毛细管型、陶瓷整体型和模塑型三种典型结构。对中套筒是保证插针套管精确对准的定位机构。FC 型单模光纤连接器一般地分螺旋耦合型和卡口耦合型两种。FC 型单模光纤连接器所连接的两根光纤端面是平面对接，端面间的空气气隙会产生菲涅尔反射。反射光反射到激光器会引起额外的噪声和波形失真，而端面间的多次反射还会引起插入损耗的增加。2.PC 型光纤连接器PC 型（直接接触型）单模光纤连接器。这种连接器是为克服 FC 型连接器的缺点而设计的。它是将插针套管端面抛磨成凸球
32、面，使被连接的两根光纤的端面直接接触。这样，它的插入损耗小、反射损耗大、性能稳定可靠。PC 型光纤连接器用于高速数字传输系统。FC 型连接器插针套管的端面也可研磨抛光成凸球面，此时称为 FCPC 型光纤连接器。3.SC 型光纤连接器SC 型（矩形）光纤连接器。SC 型矩形光纤连接器采用新型的直插式耦合装置，只需轴向插拔，不用旋转，可自锁和开启，装卸方便。它体积小，不需旋转空间，能满足高密封装的要求。它的外壳是矩形的，采用模塑工艺，用增强的 PBT 的内注模玻璃制造。插针套管是氧化锆整体型，将其端面研磨成凸球面。插针体尾入口是锥形的，以便光纤插入到套管内。SC 型矩形连接器的装配一般分：选择套管
33、、光纤处理、光连接器与光纤的连接、套管端面处理等各步骤。4.ST 型光纤连接器ST 型连接器是一种卡口式的连接器，它采用带键的卡口式紧锁机构，确保每次连接均能准确对中。插针直径为 2.5mm，其材料可为陶瓷或金属。它可在现场安装，也可在工厂预装成光纤组件。目前 ST 型活动连接器的插入损耗典型值为 0.3dB，最大值为 0.5dB；其后向反射损耗在第 15 页 (共 31 页)一般情况下为-31dB，但在端面作精细处理后，可-40dB。单模光纤连接器产品，一般地应标明连接器名称、型号、接光纤类型、工作波长、光纤尺寸、光纤根数、首次使用插入损耗、温度范围、耦合方式（螺旋、卡口、插拔式）以及端面处
34、理、装配方式等等。三）光耦合器光耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。这种器件对光纤线路的影响主要是附加插入损耗，还有一定的反射和串扰噪声。耦合器大多与波长无关，与波长相关的耦合器专称为波分复用/ 解复用器。1.耦合器的类型如下图示出常用耦合器的类型，它们具有不同的功能和用途。分路器（3 端口）合路器（3 端口）（a）耦合器（3 端口） （b）耦合器（4 端口）M 或 N N（c）星状耦合器 （d）波分复用器12分波器12合波器1212图 1-2 常用耦合器的类型图（a）Y 型耦合器 这是一种 3 端耦合器，其功能是把一根光纤输入的光信号按一定比列分配给两根光纤，或把两根光纤
35、输入的光信号组合在一起，输入一根光纤。这种耦合器主要用做不同分路器的功率分配器或功率组合器。图（b）4 端口耦合器 这是一种 224 端耦合器（又称 22 星状耦合器） ，用来完成光功率在不同端口间的分配。它可用做定向耦合器或分路器，但不能做合路器。第 16 页 (共 31 页)图（c）星状耦合器 这是一种 nm 耦合器，其功能是把 n 根光纤输入的光功率组合在一起，均匀地分配给 m 根光纤， m 和 n 不一定相等。这种耦合器通常用做多端功率分配器。图（d）波分复用器（也称合波器/分波器）前述光耦合器均只涉及光功率的分配，而波分复用器涉及多个不同波长的信号进行结合（合波器）或分离（分波器）的
36、功能，因而不仅涉及光功率的分配，还涉及不同波长的分配，因而可以看做是一种特殊形式的光耦合器。2.基本结构耦合器的结构有许多种类型，其中比较实用和有发展前途的有光纤型、微器件型和波导型。（1）光纤型 全光纤型耦合器的制造方法有熔锥和研磨法两种类型。、熔锥型光纤耦合器。把两根或多根光纤排列，用熔拉双锥技术制作的各种器件。这种方法可以构成 Y 型耦合器、定向耦合器和波分解复用器等。它是将两根或多根光纤，把涂覆盖层去掉清洗干净后，拧绞成麻花状，然后在加热熔融状态下边加热边向两边拉伸而成，中间部位是哑铃状的双锥体。它的工作原理是这样的：在双锥体的前半部，随着光纤逐渐变细，原来在光纤中传播的芯模逐渐变成包
37、层模并向前传播。在双锥体区光信号已使所有光纤“公有化”了，即发生光耦合。在双锥体后半部分，随着光纤逐渐变粗，包层模又逐渐转变为模芯，使光功率分配到各个光纤中，这就是多纤星状耦合器的工作原理。多纤星状耦合器的制造工艺和所选用设备都比较简单，而光纤根数又可任意选定。 、研磨型光纤耦合器 研磨型光纤耦合器制作过程是，将两根光纤一边的包层磨掉大部分，剩下很薄的一层，然后将两根光纤经研磨的一侧拼合在一起，中间涂上一层折射率匹配液，于是两根光纤可以通过包层里的消失场发生耦和，得到所需的偶合功率。由于其耦合原理也是利用消失场耦合，因而其特性和原理类似于上述熔锥型光纤耦合器，但其制造技术不易控制，不如熔锥型光
38、纤耦合器那么简单容易。（2）微器件型 用自聚焦透镜和分光片（光部分透射，部分反射） 、滤光片（一个波长的光透射，另一个波长的光反射）或光栅（不同波长的光有不同反射方向）等微光学器件可以构成 Y 型耦合器、定向耦合器和波分解复用器。用 22 的耦合器同样可以构成星状耦合器。自聚焦透镜在光物元器件中起着非常重要的作用。（3）波导型 在一片平板衬底上制作所需形状的光波导，衬底做支撑体，同时又做波导包层。波导的材料根据器件的功能来选择，一般是 SiO2，横截面为矩形或半圆形。3.波分复用器的光串扰第 17 页 (共 31 页)波分复用器的光串扰即为其隔离度，其测试原理、框图如下：测量 1310nm 的
39、光串扰的原理方框图如下：波分复用器波分复用器1310nm 输入光纤活动连接器 1310nm 输出1550nm 输入 1550nm 输出1P1P2无 光130nm(a)波分复用器波分复用器1310nm 输入光纤活动连接器 1310nm 输出1550nm 输入 1550nm 输出212P150n 无 光(b)图 1-3 波分复用器光串扰测试原理框图(式 1-1)11220logPL(式 1-2)2112l上式中的 和 即是波分复用器相应的光串扰。12L4.光纤耦合器的插入损耗和分光比光纤耦合器的插入损耗和分光比测量原理图如下： 1P2P3图 3-3 耦合器分光比和插入损耗测量原理图插入损耗是由于耦
40、合器插入在输入端口和输出端口之间产生的损耗。耦合器的插入损耗（IL）是在一个特定波长输出与输入光功率之比，表示为：(式 1-3)231()10lg()/ILdB分光比是耦合器的每一个输出口输出的功率占总功率的比例。形式上定义为：(式 1-4)CRP它也可以用绝对值或百分比表示。在后一种情况下：(式 1-5)23()/()0 四）光衰减器第 18 页 (共 31 页)光衰减器是一种非常重要的纤维光学无源器件，是光纤中的一个不可缺少的器件。到目前为止市场上已经形成了固定式、步进可调式、连续可调式及智能型光衰减器四种系列。.衰减器的衰减原理光衰减器的类型很多，不同类型的衰减器分别采用不同的工作原理。
41、、位移型光衰减器众所周知，当两段光纤进行连接时，必须达到相当高的对中精度，才能使光信号以较小的损耗传输过去。反过来，如果将光纤的对中精度做适当的调整，就可以控制其衰减量。位移型光衰减器就是根据这个原理，有意让光纤在对接时，发生一定的错位。使光能量损失一些，从而达到控制衰减量的目的，位移型光衰减器又分为两种：横向位移型光衰减器、轴向位移型光衰减器。横向位移型光衰减器是一种比较传统的方法，由于横向位移参数的数量级均在微米级，所以一般不用来制作可变衰减器，仅用于固定衰减器的制作中，并采用熔接或粘接法，到目前仍有较大的市场，其优点在于回波损耗高，一般都大于 60dB。轴向位移型光衰减器在工艺设计上只要
42、用机械的方法将两根光纤拉开一定距离进行对中，就可实现衰减的目的。这种原理主要用于固定光衰减器和一些小型可变光衰减器的制作。、薄膜型光衰减器这种衰减器利用光在金属薄膜表面的反射光强与薄膜厚度有关的原理制成。如果玻璃衬底上蒸镀的金属薄膜的厚度固定，就制成固定光衰减器。如果在光纤中斜向插入蒸镀有不同厚度的一系列圆盘型金属薄腊的玻璃衬底，使光路中插入不同厚度的金属薄膜，就能改变反射光的强度，即可得到不同的衰减量，制成可变衰减器。、衰减片型光衰减器衰减片型光衰减器直接将具有吸收特性的衰减片固定在光纤的端面上或光路中，达到衰减光信号的目的，这种方法不仅可以用来制作固定光衰减器，也可用来制作可变光衰减器。.
43、光衰减器的性能指标、衰减量和插入损耗衰减量和插入损耗是光衰减器的重要指标，固定光衰减器的衰减量指标实际上就是其插入损耗，而可变衰减器除了衰减量外，还有单独的插入损耗指标，高质量的可变衰减器的插入损耗在 1.0dB 以下，一般情况下普通可变衰减器的该项指标小于 2.5dB 即可使用。在实际选用可调衰减器时，插入损耗越小越好。但这势必会牵扯到价格。、光衰减器的衰减精度第 19 页 (共 31 页)衰减精度是光衰减器的重要指标。通常机械式可调光衰减器的衰减精度为其衰减量的0.1倍。其大小取决于机械元件的精密加工程度。固定式光衰减器的衰减精度很高。通常衰减精度越高，价格就越高。、回波损耗在光器件参数中
44、影响系统性能的一个重要指标是回波损耗。回返光对光网络系统的影响是众所周知的。光衰减器的回波损耗是指入射到光衰减器中的光能量和衰减器中沿入射光路反射出的光能量之比。高性能光衰减器的回波损耗在 45dB 以上。事实上由于工艺等方面的原因，衰减器实际回波损耗离理论值还有一定差距，为了不致于降低整个线路回波损耗，必须在相应线路中使用高回损衰减器，同时还要求光衰减器具有更宽的温度使用范围和频谱范围。、光衰减器的应用范围固定式光衰减器主要用于对光路中的光能量进行固定量的衰减，其温度特性极佳。在系统的调试中，常用于模拟光信号经过一段光纤后的相应衰减或用在中继站中减小富余的光功率，防止光接收机饱和；也可用于对
45、光测试仪器的校准定标。对于不同的线路接口，可使用不同的固定衰减器；如果接口是尾纤型的，可用尾纤型的光衰减器焊接于光路的两段光纤之间；如果是在系统调试过程中有连接器接口，则用转换器式或变换器式固定衰减器比较方便。在实际应用中常常需要衰减量可随用户需要而改变的光衰减器。所以可变衰减器的应用范围更广泛。例如由于、光系统的设计富余度和实际系统中光功率的富余度不完全一样，在对系统进行评估，防止接收机饱和时，就必须在系统中插入可变光衰减器，另外，在纤维光学（如光功率计或）的计量、定标也将使用可变衰减器。另一方面由于普通型光衰减器已相当成熟，光衰减器正向着高性能方向发展，如智能化光衰减器，高回损光衰减器等。
46、五、实验注意事项1.在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。2.在插拔光纤跳线时一定要水平的轻轻的插拔，切勿弯折！在插之前要将光纤跳线的凸部和光纤活动连接器的凹部对准后再插入！六、实验步骤一）测量光活动连接器的插入损耗1.关闭实验系统。按以下方式用连信号连接导线连接：第 20 页 (共 31 页)数字信号源模块（数字信号输出一）P300P1001310 数字光发模块（数字光发信号输入）2.用光纤跳线连接 1310nm 光发模块和光功率计。3.将 1310nm 光发模块中的 J100 第一位拨到 ON，第二位拨为 OFF，将 1310nm 光发模块中的 RP100 逆时针旋到最
47、大。4.将 1310nm 光发模块的 J101 设置为“数字” 。5.打开系统电源。将数字信号源输第一路的拨码开关 U311 全拨到“OFF” 状态，即输入到1310nm 数字光发模块的信号始终为 “1”。6.观察并记录光功率计的读数 P1。7.关闭系统电源。在光纤跳线和光功率计之间插入一个光纤活动连接器。 8.打开系统电源。观察并记录光功率计的读数 P2。二）测量光可变衰减器的插入损耗和衰减范围1.关闭实验系统。按以下方式用连信号连接导线连接：数字信号源模块（数字信号输出一）P300P1001310 数字光发模块（数字光发信号输入）2.用光纤跳线连接 1310nm 光发模块和光可变衰减器。3
48、.用光纤跳线连接光可变衰减器和光功率计。3.将 1310nm 数字光发模块的拨码开关 J100 第一位拨到 ON 状态，第二位拨到 OFF 状态，将 1310nm 光发模块的 RP100 逆时针旋到最大。4.打开系统电源。将数字信号源输第一路的拨码开关 U311 全拨到“OFF” 状态，即输入到1310nm 数字光发模块的信号始终为 “1”。5.旋转光可变衰减器的螺纹，使光功率的衰减最小，此时光功率计的读数 P1 即为可变衰减器的插入损耗。6.旋转光可变衰减器的螺纹，使光功率的衰减最大，记录光功率计的读数 P2，P1P2 即为可变衰减器的衰减范围。三）测量波分复用器的光串扰1.关闭实验系统。按
49、以下方式用连信号连接导线连接：第 21 页 (共 31 页)数字信号源模块（数字信号输出一）P300P1001310 数字光发模块（数字光发信号输入）数字信号源模块（数字信号输出二）P301P2001550 数字光发模块（数字光发信号输入）2.按下图连接好波分复用器。波分复用器波分复用器1 3 1 0 n m 光发模块1 5 5 0 n m 光发模块1 3 1 0 n m1 5 5 0 n m光纤活动连接器1 3 1 0 n m 光收模块1 5 5 0 n m 光收模块1 3 1 0 n m1 5 5 0 n m3.将 1310nm 数字光发模块的拨码开关 J100 第一位拨到 ON 状态，第二位拨到 OFF 状态，RP100 逆时针旋到最大， J101 设置为“数字” 。4.将 1550nm 数字光发模块的拨码开关 J200 第一位拨到 ON 状态，第二位拨到 OFF 状态，RP200 逆时针旋到最大， J201 设置为“数字” 。5.打开系统电源。将数字信号源的 U311 全拨到“OFF” 状态，即输入到 1310nm 数字光发模块的信号始终为“1”。将数字信号源的 U312 全拨到“ON”状态，即输入到 15
