光纤通信实验讲义
光纤通信原理实验课件PPT光纤通信原理实验教学课件
实验二 电话光纤传输系统实验
1、若模拟电话光纤传 输时有噪声，可根据 模拟信号光纤传输步 骤进行调试。
2、若数字电话光纤传输时
！ 有噪声，可根据数字光纤 传输步骤进行调试。
注意事项
38
实验二 电话光纤传输系统实验
思考题
1、能否用一根光纤传输两路模拟信号，如 果可以，如何实现？如果不行，说明理由。
实
验
2 连接导线：T504与T101连接。
准
备
3
将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到 数字、1310nm和1310nm。
10
实验一 数字信号光纤传输实验
实验步骤
4
接上交流电源线，先开交流开关，再 开直流开关K01，K02。
实
验 准 备
5
接通数字信号源模块、光发模块(K10) 的直流电源。
6
用万用表监控R110两端电压，调节半导 体激光器驱动电流，使之小于25mA。
实验步骤
模拟电话光纤传输系统实验
1
用实验十一调试方法调节，使1310nm光纤 通信系统能够正常传输模拟信号。
实 验 准
2
连接导线：T401与T111连接，T412与T121 连接，T402与T411连接。并接上电话机。
备
3
用光纤跳线将1310nm光发端机与1310nm 光收端机连接起来。
26
实验二 电话光纤传输系统实验
18
实验二 电话光纤传输系统实验
了解电话及语音信号通过光纤传输的全
实
过程
验
目
的
握模拟电话、数字电话光纤传输的工作
原理
19
实验二 电话光纤传输系统实验
ZY12OFCom13BG3 光纤通信原理实验箱
光纤通信实验报告
光纤通信实验报告实验报告：光纤通信技术引言：光纤通信技术是一种基于光传输原理的高速、大容量、低损耗的通信方式。
光纤通信以其优异的性能和广泛的应用领域受到了广泛的关注。
本次实验旨在探究光纤通信的基本原理和实验方法，以及光纤通信的特点和应用。
一、光纤通信的基本原理1.光纤通信的原理光纤通信是利用光纤作为传输介质，将光信号转换为电信号进行传输。
它主要包括光信号的产生、调制、传输和接收等过程。
光信号通过激光器发射端发出，经过光纤传输到接收端，然后通过光电转换器将光信号转换为电信号。
2.光纤的工作原理光纤是一种具有高折射率的细长光导纤维，主要由芯层、包层和包住层组成。
光信号在传输过程中会发生多次反射，利用全内反射原理将光信号在光纤内损耗尽可能小地传播。
二、光纤通信实验的步骤1.光信号的产生通过激光器发射端发出激光光束，光纤接收端接收光信号。
2.光信号的调制利用调制器对光信号进行调制，使其携带有用信息。
3.光信号的传输利用光纤的高折射率和全内反射的特点，将光信号传输到接收端。
4.光信号的接收通过光电转换器将光信号转换为电信号，进而进行信号处理，如放大、滤波等。
三、光纤通信的特点和应用1.高速传输光纤通信具有高传输速率和大容量的优势，可以满足现代通信的高速要求。
2.低损耗光纤通信中光信号的传输损耗非常小，可以远距离传输无衰减。
3.安全性强光信号在传输过程中不容易被窃听或干扰，保证了通信的安全性。
4.应用广泛结论：通过本次实验，我们深入了解了光纤通信的基本原理和实验方法。
光纤通信具有高速传输、低损耗、安全性强和应用广泛等特点，是现代通信领域的重要技术。
光纤通信的发展势头迅猛，未来有望取代传统的铜线通信，成为主流的通信技术。
光纤通信实验报告讲解
（二 〇 一 五 年 十二 月专题设计实验报告学校代码： 10128 学号：201210204005题 目： 光纤通信实验学生姓名： 赵亚非专 业： 通信工程班 级： 一班指导教师： 纪松波实验一SDH网元基本配置一、实验目的：通过本实验，了解 SDH 光传输的原理和系统组成，了解 ZXMP S325 设备的硬件构成和单板功能，学习ZXONM 300 网管软件的使用方法，掌握 SDH 网元配置的基本操作。
二、实验器材：1、SDH 设备：3 套 ZXMP 325；2、实验用维护终端。
三、实验原理1、SDH 原理同步数字体制（SDH）是为高速同步通信网络制定的一个国际标准，其基础在于直接同步复用。
按照SDH 组建的网络是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络，采用全球统一的接口以实现多环境的兼容，管理操作协调一致，组网与业务调度灵活方便，并且具有网络自愈功能，能够传输所有常见的支路信号，应用于多种领域（如光纤传输，微波和卫星传输等）。
SDH 具有以下特点：（1）接口：接口的规范化是设备互联的关键。
SDH 对网络节点接口（NNI）作了统一的规范，内容包括数字信号数率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。
电接口： STM-1 是 SDH 的第一个等级，又叫基本同步传送模块，比特率为 155.520Mb/s；STM-N 是 SDH 第 N 个等级的同步传送模块，比特率是STM-1 的 N 倍(N=4n=1，4，16，- - -)。
光接口：采用国际统一标准规范。
SDH 仅对电信号扰码，光口信号码型是加扰的 NRZ码，信号数率与SDH 电口标准信号数率相一致。
(2)复用方式a）低速 SDH----高速 SDH，字节间插；b) 低速 PDH-----SDH，同步复用和灵活的映射。
(3) 运行维护:用于运行维护（OAM）的开销多，OAM 功能强——这也是线路编码不用加冗余的原因.(4)兼容性:SDH 具有很强的兼容性，可传送 PDH 业务，异步转移模式信号（ATM）及其他体制的信号。
近代-光纤通信实验课件new
光连接器、光耦合器、光衰减器、光开关、光隔离器、光复用器等
光无源器件的作用： 光学连接
光功率分配
光功率衰减 光信道切换
光信道隔离
光信道复用
3.1 光纤连接器
光纤连接器用于设备（如光端机、光测试仪表等）与光纤之间的连接、
光纤与光纤之间的连实验一 光纤的传输损耗测量 1. 实验目的
了解光纤传输损耗产生的主要原因
了解光纤的衰减及衰减系数的定义
了解光纤传输损耗的测量原理及方法
2.实验设备
DFB-LD激光器 单模通信光纤 光纤跳线 光纤连接器 红外光功率计
3.实验原理
光纤的传输损耗：光波在光纤中传输，随着距离的增加光功率逐渐下降 损耗直接关系到光纤通信系统传输距离的长短，是光纤重要的传输特性之一 光纤损耗的原因主要有吸收损耗和散射损耗
思考题：
(1)光纤损耗产生的主要原因及其危害是什么？ (2) 简述光纤连接器、光纤耦合器、光衰减器的工作原理。 (3) 什么叫副载波复用技术？什么叫光波分复用技术？它们各有哪些优点？ (4) 光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
谢 谢！
光纤耦合器按其端口结构类型可分为：
T型耦合器、Y型耦合器、X型耦合器、星形耦合器等
X型22定向光纤耦合器结构图
光纤耦合器的主要技术参数有隔离度、插入损耗、分光比等 （1）隔离度：由端口1输入的光功率P1应从端口2和端口3输出，端口4理论上
应无光功率输出，但实际上端口4还是有少量光功率输出（P4）, 其大小 就表示了1、4两个端口的隔离度，隔离度用字母A表示：
( )
A( ) 1 P 10 lg 1 (dB / km) L L P2
测定光纤衰减的测试方法有三种：切断法、插入法和后向散射法
光纤通信实验讲义
目录ZY12OFC OM23BH1光纤通信原理实验系统简介..... 错误！未定义书签。
光纤实验箱使用注意事项..................................... 错误！未定义书签。
实验一半导体激光器P-I特性测试实验........ 错误！未定义书签。
实验二光发射机数字调制实验........................ 错误！未定义书签。
实验三光接收机原理实验................................ 错误！未定义书签。
实验四数字光纤通信系统线路码型编译码实验错误！未定义书签。
实验五电话光纤传输系统实验........................ 错误！未定义书签。
实验六图像光纤传输系统设计实验................ 错误！未定义书签。
实验七波分复用技术实验................................ 错误！未定义书签。
实验八语音+图像+数据光纤传输系统设计实验错误！未定义书签。
附录I无源器件简介........................................... 错误！未定义书签。
- 1 -ZY12OFCom23BH1光纤通信原理实验系统简介实验箱是为配合《光纤通信》课程的理论教学，结合目前光纤通信工程技术最新进展，提高大专院校学生实际操作和动手能力。
一、实验系统特点光纤H1型实验箱整个系统分电接口终端、光接口终端和光传输三大部分，各自独立又相互关联，所有模块在单独进行实验同时又可系统集联，实验灵活丰富，可设计、可比较、可操作、可观测性强。
整个系统采用256K 和2.048M(E1)传输速率，既有利于实验观测，又可以模拟实际光纤传输时的各种性能。
采用大规模的可编程逻辑器件，使得实验系统具有开放性配备制作了二次开发板，并预留大量的I/O 扩展口，可在开发板上独立完成二次开发设计。
所有实验大多采用开关控制。
光纤通信实验报告
光纤通信实验报告光纤通信是一种使用光信号传输数据的通信技术，它利用了光的高速传输和大带宽的特性，成为了现代通信领域的重要技术之一。
在本次实验中，我们对光纤通信的原理和实验验证进行了深入研究。
实验一: 光的传播特性我们首先对光的传播特性进行了研究。
选择了一根直径较细的光纤，并采用了迎射法和反射法进行传导实验。
通过在纤芯中投射光线，并观察传导的情况，我们验证了光在光纤中的传播路径并没有明显偏向，光线能够相对直线传播。
实验二: 光纤的损耗与色散在光纤通信中，损耗和色散是不可避免的问题。
我们通过实验对光纤中损耗和色散的影响进行了测试。
损耗实验中，我们通过分析在不同长度光纤中传输的光强度，发现随着距离的增加，光强度会逐渐减弱。
这是由于光纤中存在材料吸收和散射等因素造成的。
为了减小损耗，优化光纤的材料和结构是很重要的。
色散实验中，我们将不同波长的光信号通过光纤传输，并测量到达另一端的时间。
实验结果显示，不同波长的光信号到达时间存在差异。
这是由于光纤中折射率随波长变化而引起的色散效应。
为了减小色散，需要采用更先进的技术，如光纤衍生波导和光纤增益等手段。
实验三: 单模光纤与多模光纤光纤通信中，单模光纤和多模光纤是常用的两种类型。
通过实验，我们对这两种光纤的传输特性进行了研究。
我们首先测试了单模光纤。
结果显示，在单模光纤中，光信号会以单一光波传播，因此具有较低的色散和损耗，适用于远距离传输和高速通信。
然后我们进行了多模光纤的实验。
实验结果显示，多模光纤中存在多个模式的光信号传播，由于不同模式间的传播速度不同，会导致严重的色散和损耗问题。
因此，多模光纤适用于近距离传输和低速通信。
结论通过本次光纤通信实验，我们对光纤通信的原理和实际应用有了更深入的了解。
我们发现光纤通信具有高速率、低损耗和大带宽等优势，而不同类型的光纤对于不同的通信需求有着不同的适应性。
然而，我们也看到了光纤通信中存在的一些问题，如损耗、色散和设备成本等。
光纤通信第五版_第七章讲义
d 50 106 9 t 10 s 1 ns 4 v 5 10
7.4
47
7.4.4 响应速度 检测器的上升时间基本上等于渡越时间，带宽限制为：
f3 dB
响应时间。
0.35 tr
除了渡越时间外，检测器电容和负载电阻同样限制着
7.4
48
7.4.4 响应速度 检测器等效电路
第7章 光检测器
7.1
1
7.1 光检测原理
光检测器：将光信号转换为电信号的器件. 内部光电效应
半导体中由于吸收了光子而产生载流子的效应 器件:
• PN型光电二极管 • PIN型光电二极管 • 雪崩型二极管(APD)
7.1
2
7.1 光检测原理
外部光电效应 当光子撞击金属表面而产生自由电荷的效应，电子从金
因此电路中产生电流。
7.3
25
7.3 半导体光电二极管
真空二极管中的结论依然适用：
i
η eP
hf
i ηe P hf
检测条件由功函数变为了带隙能量：
hf W g
Wg f h
7.3
26
7.3 半导体光电二极管
ch Wg 在截止波长有： hfc c
或者：
hc c Wg
0.5
( A /W )
0
0.5
0.7
0.9 (m)
7.1
1.1
5
7.1 光检测原理
3. 响应速度:
在多大的调制频率范围内光检测器能工作。如以前讨 论的那样，设tr 为上升时间则带宽近似为：
f3 dB
P 输入
0.35
tr
i
(7.2)
光纤通信实验
光纤通信实验简介光纤通信是一种利用光纤作为传输介质的通信方式，它具有高带宽、低损耗、抗干扰等优点。
在光纤通信实验中，我们将了解光纤通信的原理、组成部分以及实验步骤。
实验目的本实验旨在让学生了解光纤通信的原理，掌握光纤通信的基本操作。
实验材料•光纤通信实验箱•光纤通信模块•光源•接收器•光纤缆实验步骤第一步：准备工作1.将光纤通信模块安装在实验箱上。
2.将光纤缆连接到光纤通信模块的发光端口和接收端口。
第二步：设置光源和接收器1.将光源连接到发光端口。
2.将接收器连接到接收端口。
第三步：传输数据1.在电脑上打开串口通信软件。
2.将光纤通信模块连接到电脑的串口。
3.输入要传输的数据，并发送给光纤通信模块。
4.在串口通信软件中接收光纤通信模块发送的数据。
第四步：观察实验结果1.观察光纤通信模块发出的光信号。
2.观察接收器接收到的光信号。
3.比较发送的数据和接收到的数据，判断是否传输成功。
实验注意事项1.在操作光纤通信模块时，要注意避免弯折光纤，以免造成光信号的损失。
2.在调试光纤通信模块时，要注意调节光源和接收器的位置，以获取较好的信号接收效果。
3.在传输数据时，要确保光纤通信模块的参数与串口通信软件的参数相匹配，以确保数据传输的正确性。
实验结果分析根据观察到的实验结果，我们可以判断光纤通信模块的性能和传输质量。
如果发送的数据与接收到的数据完全一致，说明光纤通信正常工作。
如果有数据传输错误或丢失，可能需要检查光纤连接是否良好或调整光源和接收器的位置。
结论通过本次实验，我对光纤通信的原理和操作有了更深入的了解。
光纤通信技术具有很多优势，可以应用在许多领域，如通信网络、数据传输等。
同时，我也体会到了在实验中需要仔细操作和严密观察实验结果的重要性。
参考文献参考文献可以列举光纤通信实验的相关教材、学术论文等信息。
光纤通信第五版_第四章讲义01
•
并不是所有大于临界角入射的光都会沿着这样的波导结构 传播
在衬底则有
E E 2e y d / 2 sint z
其中：y d / 2
•
•
只有以一定角ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ入射的光线才会在波导中传播，这些入射
角即与波导中的模式相对应 这些模式的存在，可以类似于第3 章中对谐振腔的分析来加 以理解。
hd m
（4）
5
2015/3/18
4.2 对称平板波导中的模式
4.2.3 TE模式图
对于偶TE模式，方程(4.10)的解为
hd m
hd m 2 hd m 0 2
2 arctan
2 n12 sin2 q1 n2 n1 cos q1
•
式 4.10的解为式4.11
hd tan 2
1 2 2 n cos q (n1 sin q ) n2 1
h k cos q
2n1
光线向下传播时的波前
n1
n2
光线向上传播时的波前
cos q
考察用实线表示的1 和2两条光线，它们属于同一平面波，垂 直于实线的虚线则是它们的等相位面。上图光线1上的A 点与光线 2 上的 C点处于同一等相面上，有相同的相位。
光线 2 从 CD经历的相位变化为： 2
光线 1 从 AB经历的相位变化为： 光线 2 从 C B 经历的相位变化为：
1 AB k0n1 2 2 2 CD k0n1
光线 1在B点反射并向上传播时的波前 光线 2 在D点未经反射时的波前
n2
A C
D
光纤通信实验
实验地点：信息楼10314在实验过程中注意以下几点：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、光电器件是静电敏感器件，请不要用于触摸。
3、做完实验后请将光纤用相应的防尘帽罩住。
4、在使用信号连接导线时应捏住插头的头部进行插拔，切勿直接拽线。
5、不能带电进行信号连接导线的插拔！6、光纤器件属易损件，应轻拿轻放，插光纤的时候要先对准，用力要轻，切忌倾斜、用力过大或弯折。
7、实验完成后整理好设备、接线。
实验光接收机的动态范围及眼图观测一、实验目的1.了解光收端机动态范围的指标要求。
2.掌握光收端机眼图的观测方法。
二、实验内容1.了解光收端机眼图的观测方法。
2.用示波器观察眼图。
三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。
2.示波器1台。
3.万用表1部。
4.光纤跳线1根。
四、实验原理（一）动态范围在实际的光纤通信线路中，光接收机的输入光信号功率是固定不变的，当系统的中继距离较短时，光接收机的输入光功率就会增加。
一个新建的线路，由于新器件和系统设计时考虑的富余度也会使光接收机的输入光功率增加。
为了保证系统的正常工作，对输入信号光功率的增加必须限制在一定的范围内，因为信号功率增加到某一数值时将对接收机性能产生不良影响。
在模拟通信系统中，输入信号过大将使放大器超载，输出信号失真，降低信噪比。
在数字通信系统中，当输入信号功率增加到某一数值时，将使系统出现误码。
应该指出，在 数字通信系统中，放大器输出信号的失真在测试时应与模拟系统区别开来。
为了保证数字通信系统的误码特性，光接收机的输入光信号只能在某一定范围内变化， 光接收机这种能适应输入信号在一定范围内变化的能力称为光接收机的动态范围，它可以表 示为：D = 10lg —max（dB ）min 式中，Pmax 是光接收机在不误码条件下能接收的最大信号平均光功率；Pmin 是光接收 机的灵敏度，即最小可接收光功率。
一般来说，要求光接收机的动态范围大一点较好，但如 果要求过大则会给设备的生产带来一些困难。
光纤通信实验讲义全
光纤通信实验讲义实验一P-I特性曲线的绘制及光纤熔接机的使用一、实验目的1、学习半导体激光器发光原理2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系3、掌握半导体激光器P-I曲线的测试及绘制方法4、了解光纤熔接机的操作方法二、实验内容测量半导体激光器功率和注入电流，并画出P-I关系曲线。
使用光纤熔接机实现两根光纤的熔接。
三、实验仪器示波器，RC-GT-III型光纤通信实验系统，光功率计，万用表，光纤熔断器一台。
四、基本原理1、半导体激光器的功率特性及伏安特性图1-1 激光器的功率特性图1-2 激光器的伏安特性半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图1-1所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用I th表示。
在门限电流以下，激光器工作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于100puW；在门限电流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。
激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性，如图1-2所示，但由于双异质结包含两个PN结，所以在正常工作电流下激光器两极间的电压约为1.2V。
阈值条件就是光谐振腔中维持光振荡的条件。
图1-3 LD半导体激光器P-I曲线示意图半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，激光二极管可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。
将开始出现净增益的条件称为阈值条件。
一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流I th，当输入电流小于I th时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED 发出光，当电流大于I th时，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I的线性关系．在实验中所用到半导体激光器其输出波长为1310nm，带尾纤及FC型接口。
光纤通信实验指导书含原理
实验1 电光、光电转换传输实验一、实验目的1.了解本实验系统的基本组成结构；2.初步了解完整光通信的基本组成结构；3.掌握光通信的通信原理。
二、实验仪器1.光纤通信实验箱2.20M双踪示波器3.FC-FC单模尾纤 1根4.信号连接线 2根三、基本原理本实验系统重要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。
电端机又分为电信号发射和电信号接受两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接受端机三个子部分。
实验系统基本组成结构（光通信）如下图所示：图1.2.1 实验系统基本组成结构在本实验系统中，电发射部分可以是M 序列，可以是各种线路编码（CMI 、5B6B 、5B1P 等），也可以是语音编码信号或者视频信号等，光信道可以是1550nmLD+单模光纤组成，可以是1310nm 激光/探测器组成，也可以是850nmLED+多模光纤（选配）组成。
本实验系统中提供的1550nmLD 光端机是一体化结构，光端机涉及光发射端机TX （集成了调制电路、自动功率控制电路、激光管、自动温度控制等），光接受端机RX （集成了光检测器、放大器、均衡和再生电路）。
其数字电信号的输入输出口，都由铜铆孔开放出来，可自行连接。
一体化数字光端机的结构示意图如下：图1.2.2 一体化数字光端机结构示意图四、实验环节1. 关闭系统电源，将光跳线分别连接TX1550、RX1550两法兰接口（选择工作波长为1550nm 的光信道），注意收集好器件的防尘帽。
2. 打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI 码PN ”。
确认，即在P101铆孔输出32KHZ 的15位m 序列。
3. 示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。
4. 用信号连接线连接P101、P203两铆孔，示波器A 通道测试TX1550测试点，确认有相应的波形输出，调节W205即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度，最大不超过P204光接受输入光发射输出5V。
即将m序列电信号送入1550nm光发端机，并转换成光信号从TX1550法兰接口输出。
(通信企业管理)级光纤通信实验讲义精编
（通信企业管理）级光纤通信实验讲义光纤通信原理和应用实验讲义南阳师范学院物理和电子工程学院编订人：海涛目录实验壹双光纤通信传输认识1实验二激光器P—N特性曲线测量8实验三自动功率控制(APC)原理12实验四光接收机电路原理20实验五数字信号电—光、光—电传输24实验六模拟信号电—光、光—电传输26实验七光纤通信线路码29实验八波分复分(WDM)光纤通信35实验九电话语音光传输42实验十二—八台计算机单/双光纤全双工通信传输46实验壹双光纤通信传输认识光纤通信是近代通信发展的壹个重要部分，初步了解光纤通信的基本组成，建立光纤通信的基本概念。
壹、实验目的1．了解双光纤通信传输实验箱的结构。
2．了解各模块的功能和作用。
3．了解双光纤通信传输实验的特点。
二、实验内容1．熟悉双光纤通信传输实验箱各模块的功能和作用。
2．熟悉双光纤通信传输实验箱的使用和操作。
3．了解双光纤通信的波分复用传输方法。
三、实验仪器THKEGC-2型实验箱壹台、FC/PC连接器壹只、1310nm/1550nm波分复用器俩只(接头类型：FC/PC)、示波器壹台。
四、实验箱结构、特点(壹)结构简介实验系统结构见图1-1所示。
光纤通信传输实验系统采用模块化结构设计，分为左右俩大模块(俩套光纤发送接收系统)，每壹个模块中又由许多子模块组成：图1-1双光纤通信传输实验箱模块结构图1．1310nm光发送接收系统1）固定速率时分复用/解复用模块复接模块：三路串行数据输入接口，壹路串行数据输出接口。
完成将三路串行数据打包成壹路串行数据，结合解复用模块及光纤收发模块即可完成三路串行数据的单光纤传输。
解复用模块：壹路串行数据输入接口，二路且行数据(三路数据中的壹路是帧信号)直接输出到LED灯显示。
完成将壹路串行数据仍原成二路且行数据，结合复接模块及光纤收发模块即可完成三路串行数据的单光纤传输。
接口参数：三路输出数据的速率：64Kbps接口类型：NRZ。
光纤通信原理 精品课 讲义(全套)PPT课件
第二章 光纤和光缆
光纤作为光纤通信系统的物理传输媒 介，有着巨大的优越性。
本章首先介绍光纤的结构与类型，然 后用射线光学理论和波动光学理论重点分 析光在阶跃型光纤中的传输情况，最后简 要介绍光缆的构造、典型结构与光缆的型 号。
2.1 光纤的结构与类型 2.2 光纤的射线理论分析 2.3 均匀光纤的波动理论分析 2.4 光 缆
在高锟理论的指导下，1970年美国的 康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的 光纤。
1977年美国在芝加哥进行了 44.736Mbit/s的现场实验，1978年，日本开 始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光纤通 信实验；1979年，美国AT&T和日本NTT 均研制出了波长为1.35μm的半导体激光器，
2.1 光纤的结构与类型
2.1.1
光纤(Optical Fiber，OF)就是用来导 光的透明介质纤维，一根实用化的光纤是 由多层透明介质构成的，一般可以分为三 部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的 包层和外面的涂覆层，如图2.1所示。
图2.1 光纤结构示意图
2.1.2
光纤的分类方法很多，既可以按照光纤截 面折射率分布来分类，又可以按照光纤中 传输模式数的多少、光纤使用的材料或传 输的工作波长来分类。
1.1.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电 话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通 信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束，这个过程就是调制。
图1.1 贝尔电话系统
贝尔光电话和烽火报警一样，都是利 用大气作为光通道，光波传播易受气候的 影响，在大雾天气，它的可见度距离很短， 遇到下雨下雪天也有影响。
新编[小学教育]光纤实验讲义
![新编[小学教育]光纤实验讲义](https://img.taocdn.com/s3/m/6a9de9ffb9f3f90f76c61bc2.png)
目录实验一光纤基本实验 (1)实验二多模光纤NA测量和光纤传输损耗测量 (5)实验三光纤分束器、衰减器及隔离器参数测量 (9)实验四半导体激光器/发光二极管特性测试 (13)实验五数字信号光纤传输实验 (19)实验六模拟信号光纤传输和电话语音光纤传输 (24)实验七时分复用和波分复用 (28)实验八图像光纤传输与系统眼图抖动实验 (39)实验九计算机自环光纤通讯实验 (45)实验十图像、声音单/双光纤传输实验 (48)实验十一光纤活动连接器、光波分复用器 (50)实验十二多路数据+1路图像单/双光纤传输实验 (58)实验十三光纤传感器设计与应用实验 (69)实验十四光纤线路接口码型HDB3编译码实验 (73)附录A THKEGC-2型实验箱接口定义 (79)附录B ZY12OFCom23BH1开关、电位器功能说明 (82)实验一光纤基本实验一、实验目的1、了解光纤的基本结构；2、通过具体演示，使实验者对光纤光学有基本的认识，为以后的实验打下基础；3、学习光纤端口处理方法及焊接过程；4、学习光纤与光源耦合的方法。
二、实验内容1、观察光纤基模远场分布；2、观察多模光纤输出的近场与远场图案；3、观察光纤输出功率与光纤弯曲的关系；4、学习光纤端面的制备，光纤的焊接及光纤与光源的耦合。
三、实验仪器He-Ne激光器1台光纤实验系统SGQ-3/SGQ-41台SGN-1光功率计 1台光纤切割刀 1套光纤熔接机TYPE-39 1台633nm单模、多模光纤 1米普通通信光纤跳线 3米手持式光源 1台手持式光功率计 1台四、实验原理光纤的基本结构包括纤芯、包层和套层，光在光纤中传输时，其传输特性与光纤的折射率分布形式、光纤的芯径及光波的波长密切相关。
模场分布属于光纤的本值特征，与外界激励条件无关。
光纤的输出近场是光纤输出端面光功率沿光纤半径r的分布，如果光纤中各导模的损耗相同，又无模式耦合，则输出近场与光纤输入端面光功率分布相同。
[讲解]光纤光学大学物理实验讲义
![[讲解]光纤光学大学物理实验讲义](https://img.taocdn.com/s3/m/8cba082a3868011ca300a6c30c2259010202f3f2.png)
光纤通信实验光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。
光纤通信是现代通信网的主要传输手段，主要通过在发送端把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。
因此构成光纤通信的基本要素是光源、光纤和光检测器。
半导体激光器可以作为光纤通信的主要光源，其具有超小型、高效率和高速工作的优异特点，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。
光检测器:把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号的器件。
【实验目的】1.了解和掌握半导体激光器的电光特性和测量阈值电流2.了解和掌握光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。
3.对光纤本身的光学特性进行初步的研究，对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。
4.了解光纤通信的基本原理。
【实验仪器】导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架，专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。
【实验原理】一、半导体激光器的电光特性实验采用的光源是半导体激光器，由于它的体积小、重量轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。
因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。
本实验对半导体激光器进行一些基本的实验研究，以掌握半导体激光器的一些基本特性和使用方法。
半导体激光器的发光原理是基于受激光发射。
要使半导体激光器产生相干的受激光需满足两个条件：既粒子数反转与阈值条件。
粒子数反转就是使处于高能态的粒子（半导体能带中的电子）数多于低能态的粒子数，达到这个条件，工作物质就产生增益。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光纤通信实验讲义实验一P-I特性曲线的绘制及光纤熔接机的使用一、实验目的1、学习半导体激光器发光原理2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系3、掌握半导体激光器P-I曲线的测试及绘制方法4、了解光纤熔接机的操作方法二、实验内容测量半导体激光器功率和注入电流，并画出P-I关系曲线。
使用光纤熔接机实现两根光纤的熔接。
三、实验仪器示波器，RC-GT-III型光纤通信实验系统，光功率计，万用表，光纤熔断器一台。
四、基本原理1、半导体激光器的功率特性及伏安特性图1-1 激光器的功率特性图1-2 激光器的伏安特性半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图1-1所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用I th表示。
在门限电流以下，激光器工作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于100puW；在门限电流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。
激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性，如图1-2所示，但由于双异质结包含两个PN结，所以在正常工作电流下激光器两极间的电压约为1.2V。
阈值条件就是光谐振腔中维持光振荡的条件。
图1-3 LD半导体激光器P-I曲线示意图半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，激光二极管可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。
将开始出现净增益的条件称为阈值条件。
一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流I th，当输入电流小于I th时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出光，当电流大于I th时，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I的线性关系．在实验中所用到半导体激光器其输出波长为1310nm，带尾纤及FC型接口。
实验中半导体激光器电流的确定通过测量串联在电路中的R516上电压值。
由于R516=1Q，电路中的驱动电流在数值上等于R516两端电压。
五、实验步骤第一部分：P-I特性曲线的绘制：（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。
1550nm光端机部分与其相同）1、电路部分操作：1）关闭系统电源，用实验导线连接模拟信号源的正弦波输出端口和1310nm光发送模块的模拟信号输入端口。
2）将光发送模块中的激光器注入电流可调电阻R277逆时针旋转到头（即箭头最小端），将输入模拟信号衰减调节电阻R258逆时针旋转到头（即箭头最小端），使模拟驱动电流达到最小值及输入信号达到最小值。
3）将单刀双掷开关S200拨向模拟传输方向（右边），短接跳线J200，使光发模块传输模拟信号。
2、光路部分操作：1）将跳线帽（J200）拨出，使其处于断开状态，在测量挂片（NS201、NS200）上串接上一电流表。
2）在1310nm TX端用光跳线连接到光功率计，同时打开光功率计电源开关。
（注意操作要小心）3、打开交流电源开关。
4、调节电位器R258到适当位置，送入稳定的模拟信号，以便激光器发送信号。
5、慢慢调节电位器R277使所测得的电流为下表中数值，依次测量对应的光功率值。
并将测得的数据填入下表。
6、完实验后关掉各交流电开关。
7、拆下光跳线及光功率计，拆到实验导线，将实验箱还原。
8、将各仪器摆放整齐。
第二部分：光纤熔接机的使用：1、取出光纤熔接机，接上电源。
2、开机1）.取下监视器的保护盖板2）.将监视器翻转上来，调整好角度3）.打开电源开关。
使用交流电时开关拨向“-”；使用直流电时开关拨向“0”。
4）.预热20分钟5）.按“清洁”键，观察显示屏3、选择模式，根据光纤的不同，可选择SM（单模）和MM（多模）模式以及OTH （自选模式）4、制作光纤1）.将任一光纤用酒精擦拭以后从热缩套管中穿过，用剥线钳除去光纤涂覆层，再次采用酒精擦拭2）.使用熔接机的光纤切割器进行光纤的切割，以避免光纤断面出现缺口、裂缝、尖角或角度偏差对熔接产生影响。
5、放置光纤1）.拨动手轮，使X、Y微动台处于中间位置。
2）.打开防风罩，打开左右光纤夹板，并检查光纤有没有发生扭曲。
3）.将两根光纤小心放入左右V型槽底部4）.关闭防风罩6、光纤对准1）.调节Z向手轮，移动光纤使之进入屏幕中央2）.检查光纤端面是否垂直、平整。
3）.按“CLEAN”清除灰尘和残留物4）.移动光纤至打火点，使两端面向距1-2mm5）.调节X,Y测微头，使两根光纤相互靠拢6）.反复按“X/Y”切换画面，调节X,Y微测头，使光纤相互靠拢7）.光纤对准后，观察其端面是否在打火点，并使两光纤的端面间隔在0.5-1mm之间7、光纤熔接1）.按下熔接键，进行光纤的熔接2）.熔接后进行观察，是否熔接成功六、实验结果1、分别画出1310nm激光器和1550激光器的P-I曲线，并比较其异同处。
2、整理所有实验数据，参考图1-1画出P-I曲线。
实验二模拟/数字信号电—光、光—电转换传输实验一、实验目的1、了解模拟/数字光纤通信的通信原理2、掌握模拟/数字信号的传输机理3、初步了解完整光纤通信系统的基本组成结构二、实验内容4、用示波器观察各种传输信号的波形5、使用实验系统中提供的各种信号进行光传输实验三、实验仪器示波器，RC-GT-III型光纤通信实验系统。
四、基本原理本实验主要使用光纤完成模拟信号与数字信号的传输，其原理如图所示模拟信号光纤传输方式数字信号光纤传输框图五、实验步骤（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。
1550nm光端机部分与其相同）模拟信号传输部分1、关闭系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。
2、将模拟信号源模块的正弦波或三角波、方波连接到光发送模块的模拟信号输入端口（P203）。
3、把开关S200拨到模拟传输端，短接跳线J200。
4、打开系统电源，用示波器在光接受模块的模拟信号输出端口观察输出信号。
5、通过电位器R257（调节直流分量电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的模拟信号。
6、用示波器观测传输前后的波形数字信号传输部分1、关闭系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。
2、将固定速率数字信号源模块的D1或D2、D3、FS、BS连接到光发送模块的数字信号输入端口（P202）。
3、把开关S200拨到数字传输端。
4、打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。
5、通过电位器R257（调节判决直流电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。
6、用示波器观测传输前后的两波形。
六、实验结果1、画出模拟信号传输前后的波形2、画出数字信号传输前后的波形实验三固定速率时分复用/解复用实验一、实验目的1、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。
2、掌握固定速率时分复用的同步复接原理。
3、掌握固定速率时分复用的数字分接原理。
二、实验仪器示波器，RC-GT-III型光纤通信实验系统。
三、基本原理(一)数字复接的基本组成：在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器(缩写为Muldex)。
在这里我们首先讨论数字复接器。
数字复接器的基本组成如图1-1所示。
图1-1 数字复接器的基本组成数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复接方式合并成为单一的合路数字信号。
数字复接器由定时、调整和复接单元所组成。
定时单元的作用是为设备提供统一的基准时间信号，备有内部时钟，也可以由外部时钟推动。
调整单元的作用是对各输入支路数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与本机定时信号完全同步的数字信号。
复接单元的作用是对已同步的支路信号进行时间复接以形成合路数字信号。
复接方式：将低次群复接成高次群的方法有三种；逐比特复接，按码字复接，按帧复接。
在本实验中，由于速率固定，信息流量不大，所以我们所应用的方式为按码字复接，下面我们把这种复接方式作简单介绍。
按码字复接：对本实验来说，速率固定，信息结构固定，每8位码代表一“码字”。
这种复接方式是按顺序每次复接1个信号的8位码，输入信息的码字轮流被复接。
复接过程是这样的：首先取第一路信息的第一组“码字”，接着取第二路信息的第一组“码字”，再取第三信息的第一组“码字”，轮流将3个支路的第一组“码字”取值一次后再进行第二组“码字”取值，方法仍然是：首先取第一路信息的第二组码，接着取第二路信息的第二组码，再取第三路信息的第二组码，轮流将3个支路的第二组码取值一次后再进行第三组码取值，依此类推，一直循环下去，这样得到复接后的二次群序列，这种方式由于是按码字复接，循环周期较长，所需缓冲存储器的容量较大。
(二)数字分接的基本组成：在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器(缩写为Muldex)。
在这里我们继续讨论数字分接器。
数字分接器的基本组成如图1-4所示。
数字分接器的作用是把一个合路数字信号分解为原来支路的数字信号。
图1-3 数字分接器的基本组成(三)所用实验模块的结构原理：本实验使用固定速率信号源，固定速率时分复用复接端接口及固定速率时分复用分接端接口三个模块。
(1)固定速率信号源此模块产生三路码速率为64k的单极性不归零码（NRZ），数字信号帧长为8位，其中两路可作为数字信息，每路8位，另外8位中的7位可作为为集中插入帧同步码。
通过拨码开关，可以很方便地改变要传送的码信息并由发光二极管显示出来。
(2)固定速率时分复用的复用端接口本实验所用到的模块组合是固定速率时分复用的复用端,这些模块产生三路信号时分复用后的FY_OUT信号。
(3)固定速率时分复用分接端接口分接端输入单极性非归零信号，由位同步信号提取电路和帧同步信号产生器产生位同步时钟信号（BS）和帧同步信号（FS），通过BS、FS这把两路数据信号从时分复用信号中分离出来，两个8位的并行数据信号，两个并行信号驱动16个发光二极管，左边8个发光二极管显示第一路数据，右边8个发光二极管显示第二路数据，二极管亮状态表示“1”，熄灭状态表示“0”。
四、实验内容与步骤（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。
1550nm光端机部分与其相同）1、关闭系统电源，取三根短实验导线将(固定速率数字信号源模块)的输出端D1、D2、D3、分别对应接到(固定速率时分复用复接端)接口D_IN1、D_IN2、D_IN3。
2、打开电源，将示波器的A通道探头接FS，B通道探头接BS，分别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。
3、将示波器的A通道探头分别接FS、BS，B通道探头分别接D_IN1、D_IN2、D_IN3，分别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。