光纤光缆性能测试技术实验指导书

光纤光缆性能测试技术实验指导书姚燕李春生北京邮电大学机电工程实验教学中心2006.5实验一 数字发送单元指标测试实验一、实验目的1、了解数字光发端机输出光功率的指标要求2、掌握数字光发端机输出光功率的测试方法3、了解数字光发端机的消光比的指标要求4、掌握数字光发端机的消光比的测试方法二、实验内容1、测试数字光发端机的输出光功率2、测试数字光发端机的消光比3、比较驱动电流的不同对输出光功率和消光比的影响三、预备知识1、输出光功率和消光比的概念四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、FC接口光功率计 1台3、FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根4、万用表 1台5、850nm光发端机（可选） 1个6、ST/PC-FC/PC多模光跳线（可选） 1根7、连接导线 20根五、实验原理光发送机是数字光纤通信系统中的三大组成部分（光发送机、光纤光缆、光接受机）之一。

其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号，并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形从光源器件组件的尾纤发射出去。

光发送机的指标有如下几点：1、输出光功率：输出光功率必须保持恒定，要求在环境温度变化或LD器件老化的过程中，其输出光功率保持不变，或者其变化幅度在数字光纤通信工程设计指标要求的范围内，以保证其数字光纤通信系统能长期正常稳定运行。

输出光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机二进制序列作为测试信号，用光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的输出光功率。

输出光功率测试连接如图1-1所示。

图1-1 输出光功率测试连接示意图根据CCITT标准，信号源输出信号为表1-1所规定的要求。

表1-1 信号源输出信号要求数字率（kbit/s） 伪随机测试信号2048 215－18448 215－1 34368 223－1 139264223－12、消光比：消光比定义式如下式1-1，P 0是给光发端机的数字驱动电路发送全“0”码，测得的光功率，P 1是给光发端机的数字驱动电路发送全“1”码，测得的光功率，将P 0，P 1代入公式：01lg 10P PEXT =（1-1）即得到光发端机的消光比。

消光比的值与光源工作电流有一定的关系，一般当发送“0”时，工作电流应在阀值附近，实验时可调节相应的驱动电流值。

阀值电流的测量方法见附录。

光通信系统一般要求消光比越大越好，但是不可过大或过小，消光比太大，即预偏置电流太小或没有，影响通信系统传输速率；消光比太小，则调制深度浅，有用光功率比例减小，影响系统灵敏度。

六、实验注意事项1、由于光源，光功率计等光学器件的插头属易损件，应轻拿轻放，使用时切忌用力过大。

2、不可带电拔插光电器件，要拔插光电器件，须先关闭电源后进行。

七、实验步骤Ａ、1550nm 数字光发端机平均光功率及消光比测试1、连接导线：PCM 编译码模块T661与CPLD 下载模块T983连接，T980与1550nm 光发模块输入端T151连接2、用FC-FC 光纤跳线将1550T 输出端与FC 接口光功率计连接，形成输出光功率测试系统。

3、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。

4、接通PCM 编译码模块(K60)、CPLD 模块（K90）和光发模块(K15)的直流电源。

5、将光功率计调至1550波长档，用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的输出光功率。

6、关闭各直流电源开关，拆除导线，连接导线T504与T151，将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P 1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P 0。

7、将P1，P0代入公式4-1式即得1550nm 数字光纤传输系统消光比。

8、依次关闭各电源，拆除导线，拆除光纤跳线，将实验箱还原。

Ｂ、1310nm 数字发端机输出光功率及消光比测试1、连接导线：PCM 编译码模块T661与CPLD 下载模块T983连接，T980与1310nm 光发模块输入端T101连接。

2、用FC-FC 光纤跳线将1310T 输出端与光功率计连接，形成输出光功率测试系统。

3、将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到数字、1310nm 和1310nm。

4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。

5、接通PCM 编译码模块(K60)、CPLD 模块（K90）和光发模块(K10)的直流电源。

6、用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104），调节电位器W101，使半导体激光器驱动电流为25mA。

7、将光功率计调至1310波长档，用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的输出光功率。

8、关闭各直流电源开关，拆除导线，连接导线T504与T101，将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。

注意：当驱动电流大于阀值电流时，P0 等于阀值电流对应的P0值。

9、将P1，P0代入公式1-1式即得1310nm数字光纤传输系统消光比。

10、重复6-9步，调节电位器W101，调节驱动电流大小为下表中数值时，测得的输出光功率及消光比填入下表。

11、依次关闭各电源，拆除导线，拆除光纤跳线，将实验箱还原。

表1-2 实验结果驱动电流（mA） 5 10 15 20 25平均光功率（uW）P1（uW）P0（uW）消光比(dB)八、实验报告1、字迹工整，原理分析透彻3、记录光发端机的输出光功率，通过实验数据计算光发端机的消光比4、比较不同驱动电流下的输出光功率及消光比，确定驱动电流取多大时，1310nm光发送系统更符合传输要求5、比较1310nm及1550nm数字光发送系统输出光功率及消光比，并分析系统性能指标6、对实验结果以及误差分析正确九、思考题1、输出光功率大小对光纤通信系统有何影响？2、消光比大小对光纤通信系统传输特性有何影响？1、如何确定数字光纤通信系统的驱动电流？实验二 光纤衰减与损耗测试实验一、实验目的1、了解光纤损耗的定义2、学会用插入法测量多模光纤的损耗二、实验内容1、测量多模光纤的衰减2、测量多模光纤的弯曲损耗三、预备知识1、了解多模光纤的特点、特性四、实验仪器1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台2、850nm光发端机 1个3、FC接口光功率计 1台4、万用表 1台5、ST/PC-FC/PC多模光跳线 1根6、FC/PC-FC/PC多模光跳线 1根7、扰模器 1台8、小可变衰减器（或2km光纤） 1个9、连接导线 20根五、实验原理1、损耗机理本实验研究无源器件多模光纤的损耗。

对于光纤来说，产生损耗的原因较复杂，光能在光纤中传输时，除了由于吸收、散射而使光能损失外，由于成缆敷设造成的光纤微弯和宏弯曲，光纤的耦合和接续，都会使光能产生附加的损失。

归纳起来，产生衰减的原因大致可以分为三大类：吸收损耗，散射损耗，附加损耗，具体如下：（1）纤芯和包层物质的吸收损耗，包括石英材料的本征吸收和杂质吸收；（2）纤芯和包层材料的散射损耗，包括瑞利散射损耗以及光纤在强光场作用下诱发的受激喇曼散射和受激布里渊散射；（3）由于光纤表面的随机畸变或粗糙所产生的波导散射损耗；（4）光纤弯曲所产生的辐射损耗；（5）外套损耗。

这些损耗可以分为两种不同的情况：一是石英光纤的固有损耗机理，像石英材料的本征吸收和瑞利散射，这些机理限制了光纤所能达到的最小损耗；二是由于材料和工艺所引起的非固有损耗，它可以通过提纯材料或改善工艺而减小甚至消除其影响，如杂质的吸收、波导散射等。

光纤中平均光功率沿长度减少的规律为：()10()(0)10Z P Z P α−= （2-1）其中P(Z)和P(0)分别为轴向距离Z 处和Z＝0处的光功率，α为光纤的衰减系数，定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km。

当Z=L 时，()()10log(0)L P Z P αλ=− dB/km （2-2） 这里()αλ表示在波长λ处的衰减系数。

应用上式时，要特别注意两点：（1）假定光纤沿轴向是均匀的 ，即α与轴向位置无关。

（2）对多模光纤，必须达到平衡模分布。

只有满足这样的条件，测得的衰减系数才能线性相加。

2、损耗测量测量光纤损耗的方法很多，CCITT 建议以剪断法为参考，插入法为第一替代法，背向散射法为第二替代法。

多模光纤损耗的测量，注入条件是头等重要的。

多模光纤中可以传输成百上千个模，由于耦合条件的不同，各模携带的初始能量亦不同，传播过程中，由于模变换、模耦合和模衰减，各模携带的能量比例不断变化，只有经过很长的传输距离后，各模传输能量的比例才能固定下来。

这时才达到了平衡模分布或稳态模分布。

也就是说光纤输出端的近场分布和远场分布不再随长度而变化。

随着光纤轴向均匀性的差异和光纤所处的状态不同，达到平衡模分布的长度也不一样，一般可从几百米到几千米不等。

显然，测量剪断后2m 光纤的长度是远远达不到平衡模分布要求的。

为了满足测量的要求，必须加速平衡模分布建立的过程，就是说，要人为地控制注入条件和注入技术，使1～2m 长光纤输出端的场分布接近平衡模分布。

注入技术采取的措施包括扰模器（scrambler）、滤模器（mode filter）和包层模剥除器（cladding stripper）等。

在实验系统测试多模光纤损耗时，采用CCITT 推荐的以剪断法为测试方法，用小可变衰减器替代可调衰减的多模光纤，用柱状扰模器形成平衡模分布，测试实验框图如图2-1所示。

测试方法为首先用光纤跳线接850nm 光发端机，经过扰模器扰模后测试得到A 点处光功P 0图2-1多模光纤损耗测试实验框图率P 0，取下光功率计，接上待测光纤（小可变衰减器模拟），再用光功率计测试得到B 点光功率P 1，代入公式2-2即得多模光纤（小可变衰减器）损耗。

六、注意事项1、光源、光跳线的插头属易损件，应轻拿轻放，使用时切忌用力过大。

2、测量光纤弯曲损耗时，光纤在扰模器上缠绕不可拉得过紧。

3、不可带电拔插光电器件，要拔插光电器件，须先关闭电源后进行。

七、实验步骤1、用一根ST-FC光跳线一端接入850nm光发端机经扰模器扰模后与光功率计相连。

2、连接导线：PCM编译码模块T661与CPLD下载模块983连接，T980与光发模块输入端T101连接。

3、将拨码开关BM1、BM2和BM3拨到数字、850nm和850nm。

K121拨下。

4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。

5、接通PCM编译码模块(K60)、CPLD下载模块（K90），光发模块(K10)的直流电源。

6、用万用表测量R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104）。