光纤实验（一）指导书

《光纤技术实验》

（一）

武汉理工大学物理系

2006－2－10

目 录

ZY12OFCom23BH1光纤通信原理实验系统简介 ...........................................................I 光纤实验箱使用注意事项 .......................................................................................... V 无源器件简介 ............................................................................................................. VI

上 篇 光 纤 光 学

实验一 光纤光学基本知识演示实验 ......................................................................... 2 实验二 光纤与光源耦合方法实验 ........................................................................... 4 实验三 多模光纤数值孔径（NA）测量实验 ............................................................. 7 实验四 多模光纤插入损耗测试实验 ....................................................................... 10 实验五 单模光纤弯曲损耗测试实验 ....................................................................... 13 实验六 光纤活动连接器损耗测试实验 ................................................................... 16 实验七 分路器插入损耗和分光比测试实验 ........................................................... 19 实验八 波分复用器插入损耗和光串扰测试实验 ................................................... 22 实验九 光纤隔离器参数测量实验 ......................................................................... 25

下 篇 光 纤 通 信 原 理 与 技 术

实验一 半导体激光器P-I特性测试实验 ............................................................... 28 实验二 发光二极管P-I特性测试曲线 ................................................................... 32 实验三 模拟信号光纤传输实验 ............................................................................... 35 实验四 数字信号光纤传输实验 ............................................................................. 39 实验五 电话光纤传输系统实验 ............................................................................... 42 实验六 图像光纤传输系统实验 ............................................................................... 45 实验七 系统眼图、抖动测试实验 ........................................................................... 48 实验八 时分复用解复用实验 ................................................................................... 53 实验九 波分复用技术实验 ....................................................................................... 57 实验十 光纤线路接口码型HDB3编译码实验 ......................................................... 60 实验十一 数字光接收机性能测试实验 ................................................................... 66

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ZY12OFCom23BH1光纤通信原理实验系统简介

本实验箱是为配合《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，为了提高大专院校学生实际操作和动手能力而研制开发的。

一、产品的系统特点

光纤H1型实验箱注重产品的系统和功能组成，产品的设计着重体现系统性、先进性、实用性，并根据市场及客户实际需求，充分考虑工艺外观结构、产品的功能和性价比。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。实验紧密结合光通信新技术的发展趋势，将波分复用和光时分复用等新技术都通过实验演示出来，简单易懂。采用大规模的可编程逻辑器件，使得产品的开放性、可升级性强。同时为了使学生有更大的开发和操作空间，特意制作了二次开发板，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，减小了实验操作时的繁琐性。

该实验箱融合了当今的光通信技术发展的一些新技术和新器件，并将其融入到光纤通信原理课程当中，同时与通信原理和程控交换课程的部分原理结合，其主要有以下特点；

1、实验箱采用整板设计，特殊光器件玻璃罩保护，元器件贴片化，模块元件布局完全对称。所有的测试钩和连接孔均有标识，深蓝色的电路板，白色丝印使得整个电路板层次性强、美观、大方。

2、实验系统将光纤通信原理和教材紧密接合，实验项目和顺序与教材保持完全同步。通过七个方面全面实验来了解光纤通信的全过程，七个方面分别是：光纤和光缆；通信用光器件（有源器件和无源器件）；数字光纤通信系统（光发、光收端机）；模拟光纤通信系统；光纤通信新技术；光纤通信测量技术；光纤通信网络。

3、系统采用整板上分模块的设计方式，各种系统组建灵活，可根据不同的实验搭建成模拟、数字、计算机、图像、语音及混合光纤传输系统等不同的实验系统。

4、电路实现上采用大规模CPLD/FPGA，使得产品的开放性和可升级的空间加大。专门设计制作了可供学生进行二次开发实验的扩展板，并预留了大量的I/O口，可以方便的使学校在原有硬件电路的基础上开发新的实验内容。

5、E1标准帧结构信号和256K两种传输速率，时分复用时的复用数据和复用方式灵活，使得实验箱的传送方式更加多样，在通过对比的基础上更加深入地了解复用的原理；E1标准帧结构形成时的话路时隙可变，更加生动、直观的体现了E1标准帧结构的结构和形成原理；时分解复用时采用终端显示，可直观地通过对比的方式检验复用解复用过程的正确性。

6、同一实验箱中具备通用的三个低损耗光纤通信端口（850nm、1310nm、1550nm）；

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光发送机和光收端机分模块设计，使得学生可以更加直观地了解激光器的调制和解调，即电-光，光-电的转换原理过程；光发送和光接收分别采用分立元件（1310nm）和集成电路（1550nm）来实现，且电路参数可调，可通过特定的测试点来观测光发送和光接收本质原理的实现过程；

7、光发送时加入自动光功率控制电路，使得激光器的输出更加稳定，同时有利于对自动功率控制原理的理解；光接收时在以有前置放大和主放大的基础上，加入了信号的判决和再生，可以通过判决前后眼图的形状的不同深入的理解信号在光纤传输中的衰减特性和光接收的原理。

8、5B6B、5B1P、5B1C、CMI、HDB3编译码和扰码解扰码等光纤线路码型的加入，及其各自传输时的不同特性，使得学生可以进一步了解线路码型在光传输过程中的作用；无光告警、寿命检测电路的加入，有利于对光传输进行监测；E1速率信号光纤传输时的不中断法误码监测、误码指示及误码率、误码扩散系数的测量，使得学生更加深一步的了解光纤传输的特性。

9、各种光无源器件的使用方法及其特性的测试，使得教学和实际紧密地结合在了一起；波分复用+时分复用技术、电话热线呼叫时交换技术的使用，使得在两台实验箱完成四部电话的全双工通信成为可能，从而完全模拟实际的电话通信系统；如果在光发和光收之间加入裸光纤，则可以实现两台实验箱几十公里长距离间的传输，语音、图像、计算机数据信号的单光纤传输，使得实验更加完整地体现了光纤发展新技术的要求。

10、整个实验系统大多采用开关控制，尽量少的使用连线，模块功能清晰，系统结构紧凑，操作方便，并且在设计时加入了大量的保护电路，安全性强

二、主机箱及系统模块简介

主机箱包含了光纤通信系统设备中的各个主要组成部分，具体由以下十三个模块组成。其印刷电路板布局图如图0-2所示，每个模块均留出了关键的测试孔和测试钩，利于客户连线做系统实验以及测试用。

1、电源模块：提供实验箱各模块电源。

2、串口通信模块：主要用来实现实验箱与计算机之间的数据通信。 3、PCM编译码模块：实现PCM编译码的功能。

4、电话信令控制模块：实现电话之间的热线接续和控制功能。

5、模拟信号源模块：用于产生系统实验所需的模拟正弦波、方波信号。

6、数字信号源模块：产生系统实验所需的数字信号及24位伪随机码，速率为64KB/s,其中各种数字信号和伪随机码的制可以通过拨码开关来控制。

7、数字终端模块：实现终端数字信号值的显示和读出，数据的值通过二极管发光来显示。

8、电终端模块：实现帧同步码的产生，M序列为随机信号的产生，不同速率的信号的复用和解复用，HDB3码的编译码。

9、光终端模块：实现光纤线路码的码型的编译码，比如5B6B、5B1P、5B1C、

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CMI、扰码和解扰码。

850nm光发送光纤通信原理众友ZY12OFcom23BH1850nm光接收1310nm光发送1310nm光接收光终端1550nm光发送1550nm光接收数字信号源数字终端模拟信号源电终端模拟信号源PCM编译码PCM编译码串口通信电话接口电话信令控制电话接口串口通信

图0-2 ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱布局图

10、1310nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1310nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用电路来实现）。

11、1550nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1550nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用专用芯片来实现）。

12、1310nm光接收模块：实现1310nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号

13、1550nm光接收模块：实现1550nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号

客户可以通过上述十三个模块以及相应的配件，灵活组成各种不同光纤通信系统，如：850nm波长光纤通信系统、1310nm波长光纤通信系统、1550nm波长光纤通信系统；同时也可以组成单模光纤通信系统、多模光纤通信系统；模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统；时分复用传输系统和波分复用传输系统等光纤通信工程中常用的绝大多数光纤通信系统。实验系统基本组成方框图如图0-3所示：

图0-3 光纤传输实验系统方框图

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