北京交通大学通信工程综合实验光纤

通信工程综合实验实验报告 光纤传输系统实验

学院：

班级：

：

学号：

组员：

日期：2016/4

第7章光无源器件特性测试

实验三无源光耦合器特性测试

1、实验目的

（1）了解光耦合器的工作原理及其结构

（2）掌握光耦合器的正确使用方法

（3）掌握光耦合器的主要特性参数的测试方法

2、实验环境及相关设备

（1）JH5002A+型光纤通信原理实验箱1台

（2）光功率计1台

（3）FC/PC光纤活动连接器2个

（4）FC/PC Y型光分路/合路器（分光比10：90）1个

3、实验基本原理

光耦合器又称为光定向耦合器，用于对光信号实现分路、合路、插入和分配，其工作机理是光波导间电磁场的相互耦合

1）光耦合器的分类

光耦合器的种类很多，最基本的耦合器可以实现两波耦合。从结构上看，两个入口的光耦合器有如下几种类型。

第1类光耦合器件为微光元件型，这种类型多数采用自聚焦透镜为主要的光学构件，利用λ/4的自聚焦透镜可以把汇聚或发散的光线变成平行光线，也可以把平行光线变成汇聚或发散的光线，这一特点可以用来实现两束光线的耦合。

第2类光耦合器件是利用光纤熔锥成形，用两根以上的光纤经局部加热融

合而成，首先去掉光纤的覆层，再在熔融拉伸设备上平行安装两根光纤，局部加热融合，并渐渐将融合部分直径从200μm左右拉伸到20~40μm左右。由于这种细芯中的光场渗透到包层中，两个纤芯之间就会产生光的耦合，控制拉伸的程度即可以控制耦合比，附加损耗和分光比由光纤选型和熔融拉伸工艺所决定，借助计算机的精密控制，自动熔融拉伸设备可不间断地监测分光比和拉伸量，使制得的光纤耦合器平均插入损耗达0.1dB一下，分光比精度达1%一下。星型耦合器是这种结构最典型的一种形式，如图7-15所示。

第3类光耦合器件采用光纤磨抛技术，将两根光纤磨抛后的楔形斜面对接胶黏，再与另一根光纤的端面黏结。其附加损耗可以低于1dB，隔离度大于50dB，分光比可由1：1至1：100。

第4类光耦合器件用平面波导技术实现，运用先进的平面薄膜光刻、扩散工艺，可得到一致性好、分光比精度也高的光耦合器，但耦合到光纤的插入损耗较大。

在上述各类光耦合器中，熔锥型光纤耦合器制作方便，容易与外部光纤连接，能耐受较高的机械振动和温度变化，且价格便宜，因此这种类型的光耦合器件应用最多。

2）2×2单模光纤耦合器的结构

2×2单模光纤耦合器方框图如图7-16所示

2×2单模光纤耦合器按应用目的可分别制成性能不同的两类器件，一类是光分路器/合路器，另一类是波分复用器（又称光分波器/合波器）。光分路器/合路器工作于一个波长，对光信号实现分路、合路；而波分复用器则工作于两个或两个以上不同的波长，实现不同波长光信号的合路或根据波长进行光信号的分路。

3）光分路器/合路器的性能指标

当光分路器/合路器工作于一个波长时，假设光源接于端口1，则光功率耦合到端口3和2，几乎没有光功率折返过来耦合到端口4；而当光源接于端口4时，也几乎没有光功率折返过来耦合到端口1。另外，根据器件的光路可互异性，端口1、4可以与端口2、3对调。这种耦合器的技术指标如下。

（1）工作波长λ，通常取1310nm或1550nm

（2）附加损耗Lf

L f=10LL L2+L3

L1（dB）

式中，P1——注入端口1的光功率

P2，P3——分别为端口2、3输出的光功率。良好的2×2单模光纤耦合器的附加损耗可小于0.2dB。

（3）分光比（或分束比）L i

L i=

L L

L2+L3，i=2，3

分光比的比值大小可以根据应用要求而定。（4）分路损耗L L

L L=−10LL L L

L1=−10LLL L+L L，i=2，3

（5）反向隔离度L L

L L=−10LL L4 L1

通常要求L L>55dB。

4、实验容及步骤

该实验可在试验箱左边上方的1310nm光端机发送模块或右边上方的1550nm光端机发送模块上各自独立进行。主要是对光分路/合路器性能指标进行测试，做实验前做好准备工作，按图7-17连接好测试设备，连接尾纤、连接器和光无源器件时要注意定位槽方向。（选用的是1550nmLD，与示意图略有不符）

1）电路部分操作

2）光路部分操作

3）打开实验箱操作电源开关

4）输入端至各支路输出端分路损耗的测量

用光功率计测量1550nm光源经尾纤输出在“a”点的光功率Pa，然后将信号接入光分路器的输入端口；用光功率计测量支路一（“b”点）光功率Pb及支路二（“c”点）光功率Pc，记录测量结果并将测试数据分别填入以下两表，计算光分路器各支路分路损耗值。

50%光分路器分路损耗

5）分光比测量

在上述测量条件下，用光功率计再次测量光功率Pb及Pc。记录测量结果，填入表，计算光分路器的分光比。

50%光分路器分光比

6）波长特性测量

分析1310nm波长分路器使用1550nm波长时对分路损耗和分光比的影响，根据测试数据填写下表，计算分路损耗和分光比，分析波长的变化对分路及分光比的影响。

表——波长特性测量

7）合波定向特性测量

按下图连接好测试设备。连接尾纤、连接器和光无源器件时注意定位销的方向。

用光功率计测量1550nm光源经尾纤输出在支路一（“a”点）的光功率Pa，然后用光功率计测量光合路输出（“b”点）的光功率Pb，用光功率计在支路二（“c”点）测量返回的光功率Pc，根据上述测量数据，将测量结果填入下表，计算光合路回波损耗。

合波定向特性测试