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LfL f=10LL L2+L3L1（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 iL i=L LL2+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 LL L=−10LL L LL1=−10LLL L+L L，i=2，3（5）反向隔离度L LL 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5、思考题（1）合波定向特性测试说明了什么问题？答：合成波定向特性测试说明一路损耗中的插入损耗几乎等于附加损耗与分光比损耗的和，但是这并不意味着插入损耗包含这两者。

（2）波长的变化对光分路损耗和分光比有何影响？答：光分路器的分光比与传输光的波长有关，例如一个光分路在传输1.31 微米的光时两个输出端的分光比为50：50；在传输1.5μm的光时，则变为70：30（之所以出现这种情况，是因为光分路器都有一定的带宽，即分光比基本不变时所传输光信号的频带宽度）。

所以在订做光分路器时一定要注明波长。

第八章光纤传输系统实验一激光器P-I特性测试1、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2、实验环境及相关设备JH5002A+型光纤通信实验系统1台，光功率计1个，万用表1个3、实验基本原理半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系（激光器的功率特性）如下图所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流（或阈值电流），用L LL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1nW；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，如下图所示，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级间的电压约为1.2V。

P-I特性是选择半导体激光器的重要参数。

在选择半导体激光器时，应选阈值电流L LL尽可能小，L LL对应功率P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，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。

一般用注入电流值来标定阈值条件，也就是阈值电流L LL标定阈值条件，当输入电流小于L LL时，其输出为非相干的荧光，类似于LED发出的光，当电流大于L LL时，则输出光为激光，并且输入电流和输出光功率近似线性的关系，本实验就是对该近似的线性关系曲线进行测量，以验证P-I的线性关系。

在实验中所用到的半导体激光器，其输出波长分别为1310nm和1550nm，带有尾纤及FC型接口活动性连接器，通过FC-FC法兰盘与外部光跳线相连。

实验中半导体激光器工作于模拟信号方式，电流的确定通过电路中串联的电流表测量。

4、实验容及步骤测量半导体激光器功率和注入电流的关系，并画出P-I关系曲线。

以下实验步骤可在实验箱左上方的1310nm光端机发送模块和右上方的1550nm光端机发送上各自独立进行。

选择1550nm光端机发送模块1）电路部分操作测得电流5.69mA2）光路部分操作（1）（2）（3）略（4）将“模拟偏置”电位器顺时针方向缓慢调节，使送入激光器的直流偏置电流逐渐增大，在可调围观察电流表的电流变化和光功率计读数的变化过程。

（5）缓慢细致地从头调节电位器WS05，使所测得的电流从最小值开始，以1mA为间隔取整数值填入下表，依次测量对应的光功率值，并将测得的数据填入表中。

光功率测试值（6）略5、思考题（1）分别画出1310nm激光器或1550nm激光器的P-I曲线，并加以分析（2）整理所有实验数据，参考图画出P-I曲线（3）说明所测试的激光器的阈值电流大约数值答：通过观察发现L LL在9mA到10mA之间。

分别对其前四个点和后十个点添加线性趋势线并显示公式，联立求解得{L=0.199x−0.9992L=29.676x−290.95（9.8365,0.9582）即阈值电流约为9.8365mA。

（4）激光器的阈值电流对光信号传输有何影响？答：阈值是所有激光器的属性，它标志着激光器的增益与损耗的平衡点，即阈值以后机关器才开始净增益。

只有谐振腔的增益达到能够克服损耗，才能建立起稳定的光振荡，输出谱线尖锐，方向性好的激光，而增大增益的方法就是加大半导体激光器的注入电流，因此阈值的大小决定着器件的功耗，也就决定着器件的连续工作时间和使用寿命：阈值电流低，功耗低，连续工作时间长，使用寿命长，工作稳定性高。

如果阈值高，则同时要提高信号中的直流分量，才能减少信号的失真，提高调制性能，而且从功耗的角度来讲，直流成分高的系统其功耗一定高，这样对系统运行的稳定性是一个影响。

实验二光发信机接口指标测试1、实验目的（1）了解数字光发端机平均发送光功率的指标要求，并掌握测试方法（2）了解数字光发端机消光比的指标要求，并掌握测试方法2、实验环境及相关设备JH5002A+型光纤通信实验系统、光功率计、FC-FC光跳线、万用表3、实验基本原理平均发送光功率是指在外加伪随机二进制序列作为测试信号的情况下，用光功率计在数字光发信机输出光接口处直接测试得到光功率，此数值即为数字光发信机的平均发送光功率。

采用伪随机码型可使发送数码具有“1”，“0”等概率的特点。

平均发送光功率与输入码型有关，NRZ码与RZ码相比，其占空比分别为100%、50%，因而NRZ码的平均光功率比RZ码大一倍，即3dB。

另外，平均发送光功率是在额定偏置电流和调制电流条件之下测得的，否则结果会有偏差。

消光比是指数字驱动电路输入为全“1”码时光发信机的平均发送光功率P1，与数字驱动电路输入为全“0”码时光发信机的平均发送光功率P0之比的对数表达值，将测得的光功率P1、P0代入下式即得到光发送机的消光比：ETX=10lg L1 L0光通信系统消光比太大，说明此时预偏置电流太小或没有，调制电流的增大要先经过低于LD阈值的一段区域才能进入激射区，这时会出现较大的时延，影响光通信系统的传输速率；消光比太小，则调制深度浅，这时会出现平均发送光功率很大而“1”“0”码对应的光功率值却不大的情况，使接收端有用的光功率摆幅减小，因而影响系统的接收灵敏度。