西安邮电大学：《光纤传输技术》课程教学实验指导书（共二十七个实验）

光纤传输技术 实验指导书 西安邮电大学 2014.3

1 光纤传输技术 实验指导书 西安邮电大学 2014.3

目录 验证性实验. 1 实验 常用仪表、工具介绍 实验二 极管P1特性测试 实验 图像光纤传输系统实验 .11 实验四光放大器实验. 13 实验五光耦合器特性测试实验 15 实验六波分复用器特性测试实验 1 实验士 光隔离器特性测试实验 20 实验八 光端机灵敏度测试 实验九 光纤衰减特性测试实验 .27 实验十光纤折射率分布和几何参数测试」 30 实验十一光纤数值孔径测试 41 实验十一 语音光纤传输系统实验 45 综合设计性实验 .48 实验十三模拟信号光发送与接收系统 实验十四数字信号光发送接收系统 实验十五语音信号的无线光发送与接收系统 52 实验十六光功率计的设计 实验十七OCDMA系统的设计与实现 实验十八OFDM系统的设计 合 实验十九晶体光滤波器的设计 实验二十光纤耦合器和波分复用器的设计与制作。 实验二十■ 光纤光栅的设计。 实验二十二基于激光语音窃听系统， 63 实验二十三光载无线通信系统」 64 工程实训性实验 .66 实验二十四光纤熔接 67 实验二十五OTDR】 实验二十六光传输网与WDM系统设计 13 实验二十七光接入网的设计与配置

2 目录 验证性实验. 1 实验一 常用仪表、工具介绍. 2 实验二 发光二极管 P-I 特性测试. 9 实验三 图像光纤传输系统实验. 11 实验四 光放大器实验. 13 实验五 光耦合器特性测试实验. 15 实验六 波分复用器特性测试实验. 17 实验七 光隔离器特性测试实验. 20 实验八 光端机灵敏度测试. 24 实验九 光纤衰减特性测试实验. 27 实验十 光纤折射率分布和几何参数测试. 30 实验十一 光纤数值孔径测试. 41 实验十二 语音光纤传输系统实验. 45 综合设计性实验. 48 实验十三 模拟信号光发送与接收系统. 49 实验十四 数字信号光发送接收系统. 50 实验十五 语音信号的无线光发送与接收系统. 52 实验十六 光功率计的设计. 53 实验十七 OCDMA 系统的设计与实现. 55 实验十八 OFDM 系统的设计. 56 实验十九 晶体光滤波器的设计. 57 实验二十 光纤耦合器和波分复用器的设计与制作. 58 实验二十一 光纤光栅的设计. 62 实验二十二 基于激光语音窃听系统. 63 实验二十三 光载无线通信系统. 64 工程实训性实验. 66 实验二十四 光纤熔接. 67 实验二十五 OTDR. 70 实验二十六 光传输网与 WDM 系统设计 . 73 实验二十七 光接入网的设计与配置. 74

验证性实验

1 验证性实验

实验一常用仪表、工具介绍 1.1光源 一、S0F135-B型手持式稳定化光源 SOF-X型稳定化光源是武汉邮电科学研究院所生产的可用于野外现场作业 及实验室条件下的高精度测量的手持式光源。 1技术指标 型号 SOF135-B 发光器件 LD 工作波长(um) 1.31,1.55 输出功率(dBm)≥-l0 输出稳定度 <±0.01dB(0.5C)】 <±01dB(±5C) 输出方式 CW、270Hz、1Khz、2KHz 电源 9V×2可充电电池，专用外接电源（供电 充电两用，AC输入电压：170-260V) 工作温度 0℃-+40℃ 贮存温度 -40℃~+70℃ 尺寸(mm) 25×80×180 重量(kg) 10.3 2使用说明 (1)按键功能 [ON/OFF]键：开关机键。开机后“CW”指示灯亮，光源工作，处于连续 光输出状态。再次按动此键，所有指示灯熄灭，仪表关机。 [MODE]健：选择所需光输出方式，指示灯“CW”、“270Hz”、“1Khz”、 “2KHz”作相应指示，按照CW一270Hz→1K2KHz一→CW顺序依次循环变 化 BATT指示灯：指示灯亮表示供电不足，应作相应处理，专用外接电源接 入，可对仪表内装电池充电及为仪表工作提供电网电压。 2

2 实验一 常用仪表、工具介绍 1.1 光源 一、SOF135-B 型手持式稳定化光源 SOF-X型稳定化光源是武汉邮电科学研究院所生产的可用于野外现场作业 及实验室条件下的高精度测量的手持式光源。 1 技术指标 型号 SOF135-B 发光器件 LD 工作波长（m） 1.31，1.55 输出功率（dBm） ≥−10 输出稳定度 ≤±0.01dB（±0.5℃） ≤±0.1dB（±5℃） 输出方式 CW、270Hz、1Khz、2KHz 电源 9V×2 可充电电池，专用外接电源（供电、 充电两用，AC 输入电压：170~260V） 工作温度 0℃~+40℃ 贮存温度 −40℃~+70℃ 尺寸（mm） 25×80×180 重量（kg） 0.3 2 使用说明 （1）按键功能 [ON/OFF]键：开关机键。开机后“CW”指示灯亮，光源工作，处于连续 光输出状态。再次按动此键，所有指示灯熄灭，仪表关机。 [MODE]键：选择所需光输出方式，指示灯“CW”、“270Hz”、“1Khz”、 “2KHz”作相应指示，按照 CW→270Hz→1Khz→2KHz→CW 顺序依次循环变 化。 BATT 指示灯：指示灯亮表示供电不足，应作相应处理，专用外接电源接 入，可对仪表内装电池充电及为仪表工作提供电网电压

(2)注意事项 控制仪表环境温度的变化，是获得高稳定度的有效方法。仪表所处环境的 温度的变化是影响稳定度的重要因素。 光输出接头端面不清洁，会造成出光功率小，需用无水酒精棉球清洗端面， 去除污物：为避免裸光纤对光仪表接头及发光器件造成损伤，必须使用裸纤转 接器。 图1.1手持光源S0F135-B 二、GY-IB型手持式光源 GY-IB为双波长光源，采用微处理器软硬件技术、微电子技术，稳定性高， 操作简单，主要用于光通信系统研究与工程，光器件研究与生产，光通信教学 与实验。 技术参数： ■工作波长：1310/1550： ■输出功率：大于-6dBm: ■输出稳定度：±0.05dB/15min,±0.1dB/1h: ■ 光输出方式：CW/MOD两类模式。 ■功能键：On/O电源开关Select工作波长切换：CW/MOD模式选 择

3 （2）注意事项 控制仪表环境温度的变化，是获得高稳定度的有效方法。仪表所处环境的 温度的变化是影响稳定度的重要因素。 光输出接头端面不清洁，会造成出光功率小，需用无水酒精棉球清洗端面， 去除污物；为避免裸光纤对光仪表接头及发光器件造成损伤，必须使用裸纤转 接器。 二、GY-IB 型手持式光源 GY-IB 为双波长光源，采用微处理器软硬件技术、微电子技术，稳定性高， 操作简单，主要用于光通信系统研究与工程，光器件研究与生产，光通信教学 与实验。 技术参数：  工作波长：1310/1550；  输出功率：大于-6dBm；  输出稳定度：±0.05dB/15min，±0.1dB/1h；  光输出方式：CW/MOD 两类模式。  功能键：On/Off 电源开关；Select 工作波长切换；CW/MOD 模式选 择。 图 1.1 手持光源 SOF135-B

图12手持光源GY-B 三、ASE-CL型宽带光源 ASE光源(Amplified Spontaneous Emission)是一种高稳定、高功率输出 的宽带光源。其主体部分是增益介质掺铒光纤和高性能的泵浦激光器，广泛应 用于光纤无源器件的生产与测试，在光纤光栅、DWDM薄膜滤波器、CWDM 薄膜滤波器、AWG等器件的测试中采用ASE光源与采用白光源或可调谐激光 器扫描相比，可极大的提高功效，而且操作简单、测试精度高。此外，ASE光 源也广泛应用于其它光纤器件如：耦合器、隔离器、环形器等的光谱特性测量。 根据光谱覆盖范围可分为C和C+L波段两种。 特点：★宽光谱输出，覆盖C波段或C+L波段 ★高输出功率 ★高稳定度 应用：★光纤光栅、DWDM滤波器、AWG、光纤耦合器和其它光纤无源 器件产品的生产与测试 ★光纤通信设备测试 ASE-CL型宽带光源是深圳朗光科技有限公司所生产。 1技术指标 光源型号 ASE-CL 工作波长范围(nm) 1525~1610 覆盖波段 C+L 输出光功率(dBm) ≥10 光谱密度(dBm/nm) ≥-10(1550-1600nm)

4 三、ASE-CL 型宽带光源 ASE 光源（Amplified Spontaneous Emission）是一种高稳定、高功率输出 的宽带光源。其主体部分是增益介质掺铒光纤和高性能的泵浦激光器，广泛应 用于光纤无源器件的生产与测试，在光纤光栅、DWDM 薄膜滤波器、CWDM 薄膜滤波器、AWG 等器件的测试中采用 ASE 光源与采用白光源或可调谐激光 器扫描相比，可极大的提高功效，而且操作简单、测试精度高。此外，ASE 光 源也广泛应用于其它光纤器件如：耦合器、隔离器、环形器等的光谱特性测量。 根据光谱覆盖范围可分为 C 和 C+L 波段两种。 特点：★宽光谱输出，覆盖 C 波段或 C+L 波段 ★高输出功率 ★高稳定度 应用：★光纤光栅、DWDM 滤波器、AWG、光纤耦合器和其它光纤无源 器件产品的生产与测试 ★光纤通信设备测试 ASE-CL 型宽带光源是深圳朗光科技有限公司所生产。 1 技术指标 光源型号 ASE-CL 工作波长范围（nm） 1525~1610 覆盖波段 C+L 输出光功率（dBm） ≥10 光谱密度(dBm/nm) ≥-10(1550-1600nm) 图 1.2 手持光源 GY-IB

≥-15(1530-1605nm) ≥-20(1525-1610nm) 光谱密府隐定性1 ≤±0.05dBm/mm(15min) 总功率短期稳定度 ≤±0.02dB(15min) 总功率长期稳定度 ≤±0.05dB(8hr）) 光纤类型 SMF-28 光输出接口类型 FCPC成ECUPO型 工作温度 0℃~40℃ 存储温度 .20℃-70℃ 相对湿度 20%-80% 由源 AC220V±10%.50Hz,20W 外型尺寸(LxWxH) 220mm×282mm×88mm 所有稳定度指标测试基本条件为： ◆光源置于室温23士2℃的环境下且开机预热至少60分钟。 ◆恒温，连续光。 ◆允许温度变化范围为±2℃，连续光。 图13宽带光源 2操作说明： (1)先打开钥匙开关，然后打开（按红色光源开关按键），光信号输出指 示灯点亮。 (2)先关闭红色光源开关，再将钥匙扭转OF。 1.2PMS-12型手持式光功率计 PMSX型光功率计是武汉邮电科学研究院所生产的采用单片微处理器进

5 ≥-15(1530-1605nm) ≥-20(1525-1610nm) 光谱密度稳定性¹ ≤±0.05dBm/nm(15min) 总功率短期稳定度¹ ≤±0.02dB(15min) 总功率长期稳定度² ≤±0.05dB(8hr) 光纤类型 SMF-28 光输出接口类型 FC/PC 或 FC/UPC 型 工作温度 0℃~40℃ 存储温度 -20℃~70℃ 相对湿度 20%~80% 电源 AC220V±10%,50Hz,20W 外型尺寸（LxWxH） 220mm×282mm×88mm 所有稳定度指标测试基本条件为： ◆光源置于室温23±2℃的环境下且开机预热至少60分钟。 ◆恒温，连续光。 ◆允许温度变化范围为±2℃，连续光。 2 操作说明： （1）先打开钥匙开关，然后打开（按红色光源开关按键），光信号输出指 示灯点亮。 （2）先关闭红色光源开关，再将钥匙扭转 OFF。 1.2 PMS-12 型手持式光功率计 PMS-X 型光功率计是武汉邮电科学研究院所生产的采用单片微处理器进 图 1.3 宽带光源

行控制的用于连续光信号功率测量的手持式测试仪表，适用于光缆施工与维护 光纤通信、光纤传感、光纤CATV等领域。具有采用四位液晶显示，W、W(REL) dBm、dB(REL)四种显示方式，自动量程转换、自动关机、自动清零、电池 不足告警、多波长测量等功能。 1技术指标： 仪器型号 PMS-12 材料 InGaAs 探头类型波长范围 800-1700nm 输入接口 FC型 工作波长 850、1300、1310、1480 1550nm 测量范围 -70dBm~+10dBm 0.1nW~10mW 测量精度 士50% 仪表参数 分辨率 dBm:0.0ldBm W:0.1-1% 供电电源 9V、150mAh可充电电池：专 用外接电源（供电、充电两用） 使用温度 0-40℃ 外形尺寸 180x80×25mm 重量 0.28Kg 2使用说明 1)面板及按键功能 仪表的面板构成及各部分功能如下图所示。 ①探头盖：打开探测器接口。测试完毕，关上此盖，起防尘、保护作用。 ②电池不足标志 ③液品显示屏：显示测量结果、测量状态。 ④CLEAR:自动清零键，自动清零完毕进入测量状态。清零过程中，应关 好探头盖，防止光信号输入。 ⑤ON/OFF:电源开关键。 ⑥WATT:按此键以W为单位显示测试结果，此时分辨率为0.1~I%。 ⑦dBm:按此键以dBm为单位显示测试结果，此时分辨率为0.01dBm 6

6 行控制的用于连续光信号功率测量的手持式测试仪表，适用于光缆施工与维护、 光纤通信、光纤传感、光纤 CATV 等领域。具有采用四位液晶显示，W、W（REL）、 dBm、dB（REL）四种显示方式，自动量程转换、自动关机、自动清零、电池 不足告警、多波长测量等功能。 1 技术指标： 仪器型号 PMS-12 材料 InGaAs 探头类型 波长范围 800~1700nm 输入接口 FC 型 工作波长 850、1300、1310、1480、 1550nm 测量范围 −70dBm~+10dBm 0.1nW~10mW 测量精度 ±5% 分辨率 dBm：0.01dBm W：0.1~1% 供电电源 9V、150mAh 可充电电池；专 用外接电源（供电、充电两用） 使用温度 0~40℃ 外形尺寸 180×80×25mm 仪表参数 重量 0.28Kg 2 使用说明 1）面板及按键功能 仪表的面板构成及各部分功能如下图所示。 ①探头盖：打开探测器接口。测试完毕，关上此盖，起防尘、保护作用。 ②电池不足标志 ③液晶显示屏：显示测量结果、测量状态。 ④CLEAR：自动清零键，自动清零完毕进入测量状态。清零过程中，应关 好探头盖，防止光信号输入。 ⑤ON/OFF：电源开关键。 ⑥WATT：按此键以 W 为单位显示测试结果，此时分辨率为 0.1~1%。 ⑦dBm：按此键以 dBm 为单位显示测试结果，此时分辨率为 0.01dBm

③ 123.4nw 1310am CLEAR ONOFT ⊙ WATT dBm dBrel 十⑦ 10 图1.4PMS-12型光功率计面板 ⑧dBrl:相对测试键。按此键后，小字符REL作为标志显示在液晶屏下 方，当前测量值显示在液晶屏左下方，相对值显示在液晶屏中间，按WATT、 dBm可进行显示方式切换。第二次按此键，结束相对测试状态。 ⑨：选择仪表的测量波长。测量状态下，测试波长显示在液品屏下方。 ⑩充电插孔：充电器插头由此插入，对电池充电。 3使用注意事项： 1)仪表使用温度为0-40℃，使用时应防潮、防尘、防振动、防热源（红 外光影响)。定期清洁探头内部及连接器插头端，避免测试不准。 2)仪表在低温条件下长时间存放或使用后，再放入室温条件下，仪表会发 生冷凝，如立即开机使用，会引起短路，损坏仪表，应在室温下放置一段时间 再使用。 3)超最大量程的输入光信号会损坏探测器，不可用于测量超最大量程的光 信号。在测量中，输入的光功率如果超出测量范围或输入光功率很微弱 (<-80dBm),则会出现量程溢出显示“一E一” 4)开机后，如果在四分钟内无光信号输入，并且不按面板键，仪表自动关 机。仪表供电不足时，液晶屏左上方电池不足标志“BATT”会显示，此时应 给电池充电，在充电时仪表也可以使用

7 ⑧dBrel：相对测试键。按此键后，小字符 REL 作为标志显示在液晶屏下 方，当前测量值显示在液晶屏左下方，相对值显示在液晶屏中间，按 WATT、 dBm 可进行显示方式切换。第二次按此键，结束相对测试状态。 ⑨：选择仪表的测量波长。测量状态下，测试波长显示在液晶屏下方。 ⑩充电插孔：充电器插头由此插入，对电池充电。 3 使用注意事项： 1）仪表使用温度为 0~40℃，使用时应防潮、防尘、防振动、防热源（红 外光影响）。定期清洁探头内部及连接器插头端，避免测试不准。 2）仪表在低温条件下长时间存放或使用后，再放入室温条件下，仪表会发 生冷凝，如立即开机使用，会引起短路，损坏仪表，应在室温下放置一段时间 再使用。 3）超最大量程的输入光信号会损坏探测器，不可用于测量超最大量程的光 信号。在测量中，输入的光功率如果超出测量范围或输入光功率很微弱 （<−80dBm），则会出现量程溢出显示“—E—”。 4）开机后，如果在四分钟内无光信号输入，并且不按面板键，仪表自动关 机。仪表供电不足时，液晶屏左上方电池不足标志“BATT”会显示，此时应 给电池充电，在充电时仪表也可以使用。 CLEAR ON/OFF WATT dBm dBrel  – + 1310nm 123.4 nW BATT ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 图 1.4 PMS-12 型光功率计面板

1.3光谱仪 安立公司生产的MS9710C是一种光栅型光谱分析仪，可测量波长在600nm 至1750nm范围内的光电平，最小分辨率为0.07nm。但在1550nm波段，分辨 率可达0.05nm。电平测试范围是-90到+10dBm,如果使用内部衰减器，则可以 增加到+23dbm,测量性能随波长范围变化而不同。 可以用于测试LD及LED光谱外，还具有测试无源器件诸如光隔离器、滤 波器等的传输特性功能，以及光纤放大器系统的噪声系数和增益。另外，可测 定波峰和波谷值，可进行光谱分析并可测定谱宽和SMSR等。而且，在WDM 的测试中的多个峰值可以通过设置区域标识来进行分析。 图1.5光谱仪MS9710C 测得数据和波形可以MS9710C数据格式，MS-DOS文本或MS-WINDOWS 位图存储到软盘中。文本和位图格式的文件能够轻松的插入到字处理和电子制 表软件中。 光谱仪MS9710C在测试，根据实际需要可设置波长Wavelength、设置电平 Level Scale Card、设置分辨率和平均值Res/Vbw/Avgcard.、peak/dip搜索 Peak/Dipsearchcard、.分析波形Analysis Card、包络分析Envelope、.轨迹存储Trace Card、保存和读取测试数据Save/RecallCard,另外还具有对DFB、FP、LED、 PMD等专项测试

8 1.3 光谱仪 安立公司生产的 MS9710C 是一种光栅型光谱分析仪，可测量波长在 600nm 至 1750nm 范围内的光电平，最小分辨率为 0.07nm。但在 1550nm 波段，分辨 率可达 0.05nm。电平测试范围是-90 到+10dBm，如果使用内部衰减器，则可以 增加到+23dbm，测量性能随波长范围变化而不同。 可以用于测试 LD 及 LED 光谱外，还具有测试无源器件诸如光隔离器、滤 波器等的传输特性功能，以及光纤放大器系统的噪声系数和增益。另外，可测 定波峰和波谷值，可进行光谱分析并可测定谱宽和 SMSR 等。而且，在 WDM 的测试中的多个峰值可以通过设置区域标识来进行分析。 测得数据和波形可以 MS9710C 数据格式，MS-DOS 文本或 MS-WINDOWS 位图存储到软盘中。文本和位图格式的文件能够轻松的插入到字处理和电子制 表软件中。 光谱仪MS9710C在测试，根据实际需要可设置波长Wavelength、 设置电平 Level Scale Card、设置分辨率和平均值Res/Vbw/Avgcard、 peak/dip搜索 Peak/Dipsearchcard、分析波形Analysis Card、包络分析Envelope、轨迹存储Trace Card、 保存和读取测试数据Save/RecallCard，另外还具有对DFB、FP、LED、 PMD等专项测试。 图 1.5 光谱仪 MS9710C