光纤通信技术实验指导书2012.doc

光通信技术实验指导书 浙江大学光电信息工程学系 2012 年 4 月 目 录 光通信实验简介及注意事项………………………………………………………2 实验一 光纤基本特性测试（一） 实验 1-1 光纤光学基本知识演示…………………………………………………6 实验 1-2 光纤数值孔径性质和测量………………………………………………13 实验 1-3 光纤传输损耗性与测量…………………………………………………16 实验二光纤的基本特性测试（二） 实验 2-1 光源与光纤耦合实验……………………………………………………18 实验 2-2 光纤耦合特性实验 （选做）……………………………………………20 实验三 光纤传感器系统实验 实验 3-1 光纤分束器特性与参数测量实验………………………………………22 实验 3-2 光纤双光束干涉实验……………………………………………………23 实验 3-3 光纤温度传感系统特性实验……………………………………………25 实验 3-4 光纤压力传感系统特性实验……………………………………………26 实验四 光纤器件测试及光纤通信实验 实验 4-1 光纤光开关实验…………………………………………………………28 实验 4-2 光纤隔离器特性及参数实验……………………………………………29 实验 4-3 光纤可调衰减器特性实验………………………………………………30 实验 4-4 光纤模拟通信实验----语音电话光通信…………………………………31 2 光通信实验简介及注意事项 一、实验简介 光通信实验系统包括三大部分：光纤光学系统、光纤传感系统、光纤通信系统，其分 布如图 1 所示。 1、光纤光学系统 光纤光学是光纤实现信息获取和大容量信息传输的物理基础，这部分的主要实验是光 纤的一些基本特性测试，包括光纤光学基本知识演示、光纤数值孔径性质和测量、光纤传输 损耗性与测量、光源与光纤耦合实验、光纤耦合特性测试这几个实验。 2、光纤传感系统 光纤传感系统的利用光纤的各种效应来获取外界物理量或物理量变化从而达到传感信 息的目的。光纤传感与其他传统传感器相比较有着突出的优点：1)非接触而且灵敏度高，2） 形状可塑，灵活性大，3）尺寸小，抗干扰，4）远距离，可组网。因此，光纤传感是近代传 感器的发展方向。目前主要开设了温度和压力传感系统实验，以了解和掌握光纤干涉方法用 于传感的原理。 实验通过图 1 中控件箱完成，控件箱内部元件有光纤分束器、康铜电阻、压电陶瓷。 光纤分束器将光纤的光路一分为二，一路缠在压电陶瓷上，一路缠在康铜电阻上，当分别改 变两臂的温度及压力来进行光纤干涉的传感实验。 氦 氖 通信光纤盘 光 器 接波分复用器和通信光纤盘 电 发 发 电 话 送 送 话 调 接 接 调 制 收 收 制 模 模 模 模 块 块 块 块   耦合透镜 平 面 反 射 镜 转台 外接功率计  功率计探头 控件箱 通信电路板 误码仪接口 光纤活动连接器 元件箱  平 显微镜物镜 面 反 射 镜 五维支架  分束器 康铜电阻 ① 压电陶瓷 ②   注： ①——1310nmLD 光源及光纤活动连接器 ②——光开关控制电平接口 外接 CCD 图 1 实验系统分布图 3 3、光纤通信系统 通信是指将信息从一处传到另一处，传输距离可从几十米一直到上万公里。光波速度快， 波长短，带宽大，有超大通讯容量。 例如，光波（100THz）比微波（1GHz）频率高 5 个量级，通讯容量大 1 万倍，因此 光通讯已成为当代通讯的主流技术，是当代高技术的标志之一。光通讯发展极快，在三十年 间已经历五个发展阶段。七十年代 主要发展多模光纤通讯，波长是近 红外（λ=0.85μm），通讯距离在有 中继站的情况下仅 10 公里，这为 第一代。到八十年代主要发展单模 光纤通讯，由于光纤另有二个低损 耗窗口（图 2），因此，首先发展 λ=1.31μm 的光纤通讯，该波段光 纤损耗已下降到 0.4dB/km，通讯 距离可达 50km，这为第二代光通 讯。以后发展波长 λ=1.55μm 的光 通讯，光纤损耗可达 0.2dB/km， 损 耗 dB/ km  0.8  1.31 1.55 图 2 光纤传光二个窗口  λ(μm) 除通讯距离更大外，通讯容量又扩大 10 倍，达 1000Gb/s/km，这为第三代光通讯系统。九 十年代主要发展密集波分复用（DWDM）技术及相干光通讯，通讯距离已达 1 万公里，这 为第四代光通讯。当前主要发展光孤子通讯，利用掺铒光纤放大器的非线性与光纤色散抵消 的原理实现光孤子。这是理想的光通讯方式，为第五代光通讯，今后主要用于海底超长通讯，