光传输技术2013年实验

Li 10 Lg Lg 10 Lg
Pb （dB） Pe Pb （dB） Pd
（式 3.4.3）
隔离度： 表（3.4.1） 波 功 长 率 输入功率（mW） Pa： Pb：
（式 3.4.4）
输出功率（mW） Pd： Pe： Pe： Pd：
插入损耗 （dB） 隔离度（dB）
1310nm 1550nm
RZ8644 型光纤通信实验说明书
实验 3
一、实验目的
半导体 LD 光源的 P-I 曲线绘制实验
1．了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系； 2．掌握半导体激光器 P-I 曲线的测试及绘制方法。
二、实验仪器
1.光纤通信实验箱（激光/探测器性能测试模块） 2.20M 双踪示波器 3.光功率计 4.电流表。 5.小平口螺丝刀 6.信号连接线 1根
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RZ8644 型光纤通信实验说明书 确认有相应的波形输出，即将 32KHZ 的 31 位 m 序列电信号送入 1310nm 光发端机，并转 换成光信号从 TX1310 法兰接口输出。 5．调节光功率计工作波长“1310nm” 、单位“mW” ，读取此时光功率，即为 1310nm 光 发射端机在正常工作情况下，对于 31 位 m 序列的平均光功率，记录光功率 Pa。 6．关闭系统电源，按照图 3.4.3 将光波分复用器串入，测得 1310nm 输出端口的光功 率 Pd，紧接着将光功率计移到 1550nm 输出端口，测得 1310nm 串扰光功率 Pe，注意收集 好器件的防尘帽。 7．将测得数据填入表格，并代入公式算出插入损耗和隔离度。 8．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。 （二）光波分复用器 1550nm 光传输插入损耗和波长隔离度的测量 1．关闭系统电源，按照前面实验中图 3.1.2（a）将 1550nm 光发射端机的 TX1550 法 兰接口、FC-FC 单模尾纤、光功率计连接好，注意收集好器件的防尘帽。 2．打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验—平均光发功率”确认，即在 P103 （P108）铆孔输出 32KHZ 的 31 位 m 序列。 3．示波器测试 P103（P108）铆孔波形，确认有相应的波形输出。 4．用信号连接线连接 P103（P108） 、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 5V） ，记录信号电平值。即将 32KHZ 的 31 位 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。 5．调节光功率计工作波长“1550nm” 、单位“mW” ，读取此时光功率，即为 1550nm 光 发射端机在正常工作情况下，对于 31 位 m 序列的平均光功率，记录光功率 Pb。 6．关闭系统电源，按照图 3.4.3 将光波分复用器串入，测得 1550nm 输出端口的光功 率 Pe，紧接着将光功率计移到 1310nm 输出端口，测得 1550nm 串扰光功率 Pd，注意收集 好器件的防尘帽。 7．将测得数据填入表格，并代入公式算出插入损耗和隔离度。 8．关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。
TX1310 1310nm 光发 a d
c
波分复用器
1550nm 光发 TX1550
b
g
e
P „ 图 3.4.3 波分复用器测量连接示意图
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RZ8644 型光纤通信实验说明书 （一）测量 1310nm 的插入损耗和波长隔离度 如图 3.4.3 中所示，首先测出 1310nm 光源的输出光功率，记为 Pa。紧接着将 波分复用器的 c 点接 1310nm 光源 a 点，用光功率计测出波分复用器的输出 d、e 两 点功率，分别记为 Pd 、Pe。代入下面公式得出对应的插入损耗和隔离度。填入表 格 3.4.1。 插入损耗：
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RZ8644 型光纤通信实验说明书 CH1 CH2 CH1
CHn-1 CHn
合 波 器 分 波 器
CH1+CH2+„+CHn
分 波 器 合 波 器
CH2
……
光波分复用器一般地分为有源、无源以及集成光学型几类。 1. 无源光波复用器 无源光波复用器由光滤波器构成。 光滤波器一般地分为三种类型， 即相干光滤 波器、棱镜型滤波器，以及衍射光栅滤波器。 2. 有源波分复用器 有关有源光波分复用器主要是多波长激光器（LD） ，多波长发光二极管（LED） 、 多波长光检测器以及集成光学型的光波分复用器。 3. 光波分复用器一般性能 光波分复用器的主要性能指标是：波分复用光通道数、工作波长、插入损耗、 波长隔离度以及结构方式、外形尺寸等等。 光波分复用器的主要技术性能指标如： 工作波长：1300、1550nm 插入损耗：≤0.5dB 波长隔离度：>20 dB 温度范围：0~65℃ 热稳定性：≤4% 偏振稳定性：≤±2.5% 回波损耗：>50 dB 最大功率：350mW 本实验系统提供了 1310nm、1550nm 两个工作波长光源，所以配置波分复用器也必 须是这两个工作波长。图 3.4.2 为波分复用器（合波器、分波器）在本实验系统中常用 连接示意图。 a 点 1310nm 光波与 b 点 1550nm 光波经合波器复用到达 c 点，即 1310nm+1550nm 光波；c 点复用光波经分波器后，又分为 d 点 1310nm 光波和 e 点 1550nm 光波。理想情况下，d 点应是与 a 点完全一样的 1310nm 光波，e 点应是与 b 点完全一样 的 1550nm 光波。由于插入损耗等性能指标并不十分理想，d 点和 e 点输出的光波的功率 与输入的 a 点，b 点的参数会有差异。下面将对插入损耗和隔离度等指标进行测量。
Li 10 Lg Lg 10 Lg
Pa （dB） Pd Pa （dB） Pe
（式 3.4.1）
隔离度：
（式 3.4.2）
（二）测量 1550nm 的插入损耗和波长隔离度 如图 3.4.3 中所示，首先测出 1550nm 光源的输出光功率，记为 Pb。紧接着将 波分复用器的 c 点接 1550nm 光源 b 点，用光功率计测出波分复用器的输出 e、d 两 点功率，分别记为 Pe 、Pd。代入下面公式得出对应的插入损耗和隔离度。填入表 格 3.4.1。 插入损耗：
五、实验结果
1.整理 P、I 数据，绘制 P-I 曲线。 2.若配置的 LED 的 850nm 光传输系统模块，测试 LED 光源的 P-I 曲线，对比测试的 1310nmLD 的 P-I 曲线有什么不同，得出你的结论。
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实验 4
一、实验目的
波分复用器的性能指标测量
0
K02
光发射 端 机
电 光
FC 头细尾纤
I 图 2.3.2 P-I 曲线测试连接示意图
P
四、实验步骤
1.关闭系统电源，按照图 2.3.2 将激光/探测器性能测试模块、光功率计、电流表连接 好。 2．将电流表（直流档）接 TP202，TP203，正表笔接 TP202，负表笔接 TP203，将 K02 跳线器拔掉。用尾纤将光功率计与 TX1310 法兰输出相连。 3．用锚孔连接线将 P201 信号输入口接地。 4．将 K01 跳线器拔掉，加电后即可开始实验。 5. 按照下表调整 W202，达到相应的电流值（顺时针调激光管输入电流减小） ，测出与 电流相对应的光功率。
1．了解光波分复用器（OPTIC WDM）的指标要求； 2．掌握光波分复用器的测试方法； 3．了解光波分复用器的用途。
二、实验仪器
1．光纤通信实验箱 2．20M 双踪示波器 3．光功率计（FC-FC 单模尾纤） 4．光波分复用器（中心波长 1310/1550） 1 对 5．活动连接器 6．信号连接线 1个 2根
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……
CHn-1 CHn
/
/
图 3.4.1 波分复用原理图
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TX1310 1310nm 光发 a d c
合波器
分波器
b 1550nm 光发 TX1550
g
e
P
图 3.4.2 波分复用器常用连接示意图 图 3.4.2 中，c 点的 1310nm 光功率与 a 点的 1310nm 光功率的差值为光波分复用器 对 1310nm 光传输的插入损耗， c 点的 1550nm 光功率与 b 点的 1550nm 光功率的差值为光 波分复用器对 1550nm 光传输的插入损耗。但由于便携式光功率计不能滤除 1310nm 光只 测 1550nm 的光功率， 同时也不能滤除 1550nm 光只测 1310nm 的光功率。 所以我们改用下 面方法进行插入损耗测量，也可以同时对其隔离度指标进行测量。见图 3.4.3：
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三、实验原理
1．半导体激光器的功率特性示意图：
p
受激 辐射
输入光信号
自发
Ith
I
辐射
输入电信号
图 2.3.1 激光器的功率特性示意图 半导体激光器的输出光功率 P 与驱动电流 I 的关系如图 2.3.1 所示，该特性有一个 转折点， 相应的驱动电流称为门限电流 （或称阀值电流） ， 用 Ith 表示。 在门限电流以下， 激光器工作于自发辐射，输出荧光，功率很小，通常小于 100pw；在门限电流以上，激 光器工作于受激辐射，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， 但由于双异质结包含两个 PN 结， 所以在正
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RZ8644 型光纤通信实验说明书 电流 I（mA） 功率 P（dB） 电流 I（mA） 功率 P（dB） 7．以横轴为为电流 I，纵轴为功率 P，按照上表画出其相应的 P-I 曲线。 另外，如果配置了 LED 扩展模块（选配） ，可以测试 LED 光源的 P-I 曲线。 8．测试完毕后，关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽，插好 K01、K02 跳线器。 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 13.0 13.5 14.0 15.0 4.6 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0
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RZ8644 型光纤通信实验说明书 常工作电流下激光器两极间的电压为 1.2V。 P-I 特性是选择半导体激光器的重要依据，在选择时，应选阀值电流 Ith 尽可能小， Ith 对应 P 值小的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大， 而且不易产生光信号失真。且要求 P-I 曲线的斜率适当。斜率太小。则要求驱动信号太 大，给驱动电路带来麻烦：斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调 整困难。 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阀值条件。一般用注入电 流值来标定，也即阀值电流 Ith，当输入电流小于 Ith 时，其输出光为非相干的荧光，类 似于 LED 发出光，当电流大于 Ith 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光端机信号输入电路中电流表的电流值。 P201 测试 数据 TP203 TP202
四、实验步骤
（一）光波分复用器 1310nm 光传输插入损耗和波长隔离度的测量 1．关闭系统电源，按照前面实验中图 3.1.2（a）将 1310nm 光发射端机的 TX1310 法 兰接口、FC-FC 单模尾纤、光功率计连接好，注意收集好器件的防尘帽。 2．打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验—平均光发功率”确认，即在 P103 （P108）铆孔输出 32KHZ 的 31 位 m 序列。 3．示波器测试 P103（P108）铆孔波形，确认有相应的波形输出。 4．用信号连接线连接 P103（P108） 、P201 两铆孔，示波器 A 通道测试 TP201 测试点，
三、基本原理
光波分复用器又称为光合波/分波器。 光波分复用器是为适应光波波分复用技术的需 要研制出来的，使用光波分复用器的主要目的是提高光纤传输线路的传输容量。 波分复用是指一条光纤中同时传输具有不同波长的几个光载波，而每个光载波又各 自载荷一群数字信号，因此波分复用又称多群复用。图 3.4.1 给出的是波分复用通信的 原理图。具有不同波长、各自载有信息信号的若干个载波经由通道 CH1、CH2、„„CHn 等 进入合波器，被耦合到同一条光纤中去，再经过此条光纤长距离传输，到终端进入分波 器，由其按波长将各载波分离，分别进入各自通道 CH1、CH2、„„CHn，并分别解调，从 而使各自载荷的信息重现。同样过程可沿与上述相反的方向进行，如图中的虚线所示， 这样的复用称为双向复用，显然，双向复用的复用量将增大一倍，如一个通道传输的信 息量为 B，单向复用传输的则为 NB，双向复用传输的则为 2NB。 从上面分析不难看出，复用通信系统中关键的部件是合波、分波器，由于分波器与 合波器在原理上是相同的，因此可统称波分复用器。