光纤通信原理实验指导书
光纤通信原理实验指导书
目录一基础实验实验一光发送模块的分类识别实验二光接收模块的分类识别5.9实验三光收发一体模块的分类识别实验四光纤跳线、光纤类型、光缆的识别:11.14实验五光纤连接器FC/ST/SC的使用实验六2×2光纤星型耦合器实验..17.20实验七双波长WDM合波分波器实验二光发送机实验...23..23实验八半导体光源P-I特性曲线测试.25实验九模拟光发送调制度M测试实验十平均发送光功率的测试...27..29三光接收机实验实验十二数字光接收机时钟和眼图实验..29实验十二光接收机灵敏度测试...34..37实验十三动态范围测试四光纤线路与无源器件实验...39...39实验十四光纤环型通信网的抖动实验实验十五模式滤除实验.42...44实验十六插入法光纤损耗测试.47实验十七光纤无源器件特性测试49实验十八光纤长度、带宽测试....52五系统实验...52实验十九模拟信号与模拟话音光纤传输系统.54实验二十数字话音PCM光纤传输..57实验二十二光线路码实验实验二十二HDB3码和2M数字光纤通信系统.63
目 录 一 基础实验. 1 实验一 光发送模块的分类识别. 1 实验二 光接收模块的分类识别. 5 实验三 光收发一体模块的分类识别. 9 实验四 光纤跳线、光纤类型、光缆的识别. 11 实验五 光纤连接器 FC/ST/SC 的使用 . 14 实验六 2×2 光纤星型耦合器实验. 17 实验七 双波长 WDM 合波分波器实验. 20 二 光发送机实验. 23 实验八 半导体光源 P-I 特性曲线测试 . 23 实验九 模拟光发送调制度 M 测试 . 25 实验十 平均发送光功率的测试. 27 三 光接收机实验. 29 实验十一 数字光接收机时钟和眼图实验. 29 实验十二 光接收机灵敏度测试. 34 实验十三 动态范围测试. 37 四 光纤线路与无源器件实验. 39 实验十四 光纤环型通信网的抖动实验. 39 实验十五 模式滤除实验. 42 实验十六 插入法光纤损耗测试. 44 实验十七 光纤无源器件特性测试. 47 实验十八 光纤长度、带宽测试. 49 五 系统实验. 52 实验十九 模拟信号与模拟话音光纤传输系统. 52 实验二十 数字话音 PCM 光纤传输. 54 实验二十一 光线路码实验. 57 实验二十二 HDB3 码和 2M 数字光纤通信系统. 63
实验二十三WDM光纤通信系统..67..69实验二十四消光比EXT测试六课程设计与二次开发实验..72实验二十五误码测试.72.79实验二十六视频图像光纤传输系统实验二十七光纤端面处理与接续、数值也径测量实验84附录A分贝与毫瓦换算..92
实验二十三 WDM 光纤通信系统. 67 实验二十四 消光比 EXT 测试 . 69 六 课程设计与二次开发实验. 72 实验二十五 误码测试. 72 实验二十六 视频图像光纤传输系统. 79 实验二十七 光纤端面处理与接续、数值也径测量实验. 84 附录 A 分贝与毫瓦换算. 92
一、基础实验实验一、光发送模块的分类识别一、目的与内容1、了解光发送模块的分类2、正确使用光发送模块3、熟习HFBR1414的光发模块的光学性能参数二、工作原理光发送模块是在光发送组件基础上出现的具有实用化的多功能组件。模块和组件在英文（module)的词意上没有多大的区别，然而，业内人士为了对单管、组件和模块能够清晰划分，故把单管、组件和模块注以量和质的概念。单管器件好理解，而组件和模块难以区分，按照权威机构Bellcore的划分，把组件和模块的含义加以区分，区分的依据是在一个相对紧密的结构中包含了多少元器件或电路块，即相对紧密结构的集成单元数量，小的集成单元数称之为组件，大的集成单元数称之为模块。分为LED模块和LD模块Agilent（安捷伦）公司提供的LED模块，实物图片如图1所示。其性价比较好，在中国拥有众多的用户。广泛应用于数据通信、工业控制等领域。图1.1HFBR1414的实物图1
1 一、基础实验 实验一、光发送模块的分类识别 一、目的与内容 1、了解光发送模块的分类 2、正确使用光发送模块 3、熟习 HFBR1414 的光发模块的光学性能参数 二、工作原理 光发送模块是在光发送组件基础上出现的具有实用化的多功能组件。模块 和组件在英文(module)的词意上没有多大的区别，然而，业内人士为了对单管、 组件和模块能够清晰划分，故把单管、组件和模块注以量和质的概念。单管器 件好理解，而组件和模块难以区分，按照权威机构 Bell core 的划分，把组件和 模块的含义加以区分，区分的依据是在一个相对紧密的结构中包含了多少元器 件或电路块，即相对紧密结构的集成单元数量，小的集成单元数称之为组件， 大的集成单元数称之为模块。分为 LED 模块和 LD 模块 Agilent（安捷伦）公司提供的 LED 模块，实物图片如图 1 所示。其性价比 较好，在中国拥有众多的用户。广泛应用 于数据通信、工业控制等领域。 图1.1 HFBR1414的实物图
·以太网和令牌环要要求·低价格的LED·ST,SMA,SCorFC封装·波长820/1300nm速率达160MBit/s··链路长度2.7km：光纤：50/125mm，62.5/125mm，100/140mm，and应用特点：200mmHCSFiberST连接损耗典型值<0.2dB独特的光口设计耦合效率高·无特殊安装要求：工作温度：-40°Cto+85°C·AIGaAs材料·高可靠性三、实验内容1、光发送模块接口的操作；2、正确连接光发送模块与光纤跳线3、测试HFBR1414的光发模块的光学性能参数。四、实验步骤1、光发模块与光纤跳线的正确操作光发模块上有卡口，与ST头光纤跳线连接时要注意方向。2、熟习模块管脚分布HFBR1414T和HFBR2416T是一对高性能的数据光纤通信传输模块，采用多模光纤传输。其应用电路及管脚分布如下。2
2 应用特点： 三、实验内容 1、 光发送模块接口的操作； 2、 正确连接光发送模块与光纤跳线； 3、 测试 HFBR1414 的光发模块的光学性能参数。 四、实验步骤 1、光发模块与光纤跳线的正确操作 光发模块上有卡口，与 ST 头光纤跳线连接时要注意方向。 2、熟习模块管脚分布 HFBR1414T 和 HFBR2416T 是一对高性能的数据光纤通信传输模块，采用多 模光纤传输。其应用电路及管脚分布如下。 • 以太网和令牌环要要求 • 低价格的 LED • ST, SMA, SC or FC 封装 • 波长 820/1300 nm • 速率达 160 MBit/s • 链路长度 2.7 km • 光纤： 50/125 mm, 62.5/125 mm, 100/140 mm, and 200 mm HCS Fiber • ST 连接损耗典型值＜ 0.2 dB • 独特的光口设计耦合效率高 • 无特殊安装要求 • 工作温度： -40ºC to +85ºC • AlGaAs 材料 • 高可靠性
TTLDATAHFBR-14XXHFBR-24X2OUTSELECTR.TOSET5TRANSMITTERRECEIVEReRF01783ATISTANESON图1.2典型应用图模块的管脚分布如图1.3所示。功能管脚HFBR-1414TN. C1ANODE26,)备注：2A+多CATHOOE双列直插器3D件，防止静4N. C电干扰，其05N. C0306中4、5、7、62676AJ8to88固定作用7N. CBOTTOMVIEAPIN1INOICATOR8N. C图1.3模块的管脚分布图3、性能参数测试（注：测试所需的主要仪表是光功率计）发射光功率测试、光功率计的正确使用见说明书。3
3 图 1.2 典型应用图 模块的管脚分布如图 1.3 所示。 图 1.3 模块的管脚分布图 3、性能参数测试（注：测试所需的主要仪表是光功率计） 发射光功率测试、光功率计的正确使用见说明书。 管脚 功能 HFBR-1414T 备注： 双列直插器 件，防止静 电干扰，其 中 4、5、7、 8 固定作用 1 N.C 2 A 3 D 4 N.C 5 N.C 6 A 7 N.C 8 N.C
HFBR-14x2OutputPowerMeasuredOutof1MeterofCableSymbolMinTyp?MaxUnitsReferenceParameterCon ditionsPnt-218-18.8-16.850/125 μm Fiber CableNotes 5, 6, 9dBm peakT,=+25*C,l,=60mAdcNA=02-15.8-16.8-14.4T, = +25 °C, I, = 100 mA dc-21.9-13.8625/125 μm Fiber CablePrs-19.0-16.0-14.0dBm.peakTA=+25°C. 4,=60mAdc-20.0-13.0NA = 0.275-17.5-14.0-11.6Ta= +25 °C. l = 100 mA dc-19.1-11.0100/140 μm Fiber CablePnm-15.0-12.0-10.0dBm peakTa = +25 *C, I = 60mA dc16.0-9.0NA=03-13.5-10.0-7.6Tα = +25 °C, I↓ = 100 mA dc-15.1-7.0200 μm HCS Fiber CablePnm-10.7-7.1-4.7dBm peakT,= +25°C, 4=60mAdc-11.7-3.7NA - 0.37-9.2-5.233Ta = +25 °C. I = 100 mA dc-10.8光功率的正常值如上表所示。1、打开位于实验箱右侧的220V电源开关2、将光发送与接收模块①上电源开关向左拔动，给模块加电3、取下模块①上光发XS101的保护塑料套，用光纤跳线将XS101与光功率计连接，按下、抬起KS101按键开关，分另测量模块HFBR141T的发光功率P。五、实验报告要求1.分析模块的工作原理，叙述其工作过程。2.根据测试的实验数据，写出光功率的测试结果。3.写出本次实验的心得体会，以及对本次实验的改进意见。4
4 光功率的正常值如上表所示。 1、打开位于实验箱右侧的220V电源开关 2、将光发送与接收模块①上电源 开关向左拔动，给模块加电 3、取下模块①上光发XS101的保护塑料套，用光纤 跳线将XS101与光功率计连接，按下、抬起KS101按键开关，分另测量模块 HFBR141T的发光功率P。 五、实验报告要求 1.分析模块的工作原理，叙述其工作过程。 2.根据测试的实验数据，写出光功率的测试结果。 3.写出本次实验的心得体会，以及对本次实验的改进意见
实验二、光接收模块的分类识别一、实验目的与内容1、了解光发送模块的分类2、正确使用光接收模块3、熟习HFBR2416的光发模块的光学性能参数二、工作原理光接收机组件的功能是将经光纤传送的光信号经组件内的光电二极管还原成电信号。因此光接收机组件的核心是光电二极管和放大光电二极管输出的前置放大器。一个最简单的光接收组件就是将光电二极管和前置放大器组装在一个密封容器所形成的组件。为了输入和输出有良好的阻抗匹配，组件内还需配置阻抗匹配网络。为了光电二极管工作，还需配置直流偏置电路。为避免光返回光纤，在组件内还采取防反射措施。与半导体激光器组件不同的是光电二极管一般都不需要致冷器。图2.1是光接收组件的框图。0InGaAs光输入→数据输出GaAs—HEMTSMFPIN-PDV.=+15.0VV=（优化的）V=+5.0V图2.1光接收组件的框图组件中的光电二极管可以是PIN也可以是APD，究竞采用PIN还是APD，要视应用场合而定。一般来说，PIN光电二极管具有较好的光电转换线性度、不需要高的工作电压、响应速度快等优点。APD最大的优点是它具有载流子倍增效应，其探测灵敏度特别高，但需要较高的偏置电压和温度补偿电路。从简化光接收机电路考虑，一般情况下多喜欢采用PIN光电二极管作光探测器。前置放大器的主要作用是保持探测的电信号不失真的放大和保证噪声5
5 实验二、光接收模块的分类识别 一、实验目的与内容 1、了解光发送模块的分类 2、正确使用光接收模块 3、熟习 HFBR2416 的光发模块的光学性能参数 二、工作原理 光接收机组件的功能是将经光纤传送的光信号经组件内的光电二极管 还原成电信号。因此光接收机组件的核心是光电二极管和放大光电二极管输 出的前置放大器。一个最简单的光接收组件就是将光电二极管和前置放大器 组装在一个密封容器所形成的组件。为了输入和输出有良好的阻抗匹配，组 件内还需配置阻抗匹配网络。为了光电二极管工作，还需配置直流偏置电路。 为避免光返回光纤，在组件内还采取防反射措施。与半导体激光器组件不同 的是光电二极管一般都不需要致冷器。图 2.1 是光接收组件的框图。 图4.5 光接收组件框图 光输入 SMF 数据输出 Vpd ＝+15.0V V gg＝（优化的）V cc ＝+ 5.0V InGaAs PIN－PD GaAs－HEMT 组件中的光电二极管可以是 PIN 也可以是 APD，究竟采用 PIN 还是 APD，要视应用场合而定。一般来说，PIN 光电二极管具有较好的光电转换 线性度、不需要高的工作电压、响应速度快等优点。APD 最大的优点是它 具有载流子倍增效应，其探测灵敏度特别高，但需要较高的偏置电压和温度 补偿电路。从简化光接收机电路考虑，一般情况下多喜欢采用 PIN 光电二极 管作光探测器。 前置放大器的主要作用是保持探测的电信号不失真的放大和保证噪声 图 2.1 光接收组件的框图
最小，一般采用场效应晶体管（FET）。Agilent（安捷伦）公司提供的LED模块，实物图片如图2所示。其性价比较好，在中国拥有众多的用户。广泛应用于数据通信、工业控制等领域。图2.2HFBR2416的实物图三、实验内容1、光接收模块接口的操作2、正确连接光接收模块与光纤跳线3、测试HFBR2416的光收模块的性能参数四、实验步骤1、光接收模块与光纤跳线的正确操作光收模块上有卡口，与ST头光纤跳线连接时要注意方向。2、熟习模块管脚分布HFBR1414T和HFBR2416T是一对高性能的数据光纤通信传输模块，采用多模光纤传输。其应用电路及管脚分布如下。6
6 最小，一般采用场效应晶体管（FET）。 Agilent（安捷伦）公司提供的 LED 模块，实物图片如图 2 所示。其性 价比较好，在中国拥有众多的用户。广泛应用 于数据通信、工业控制等领 域。 三、实验内容 1、光接收模块接口的操作 2、正确连接光接收模块与光纤跳线 3、测试 HFBR2416 的光收模块的性能参数 四、实验步骤 1、光接收模块与光纤跳线的正确操作 光收模块上有卡口，与 ST 头光纤跳线连接时要注意方向。 2、熟习模块管脚分布 HFBR1414T 和 HFBR2416T 是一对高性能的数据光纤通信传输模块，采 用多模光纤传输。其应用电路及管脚分布如下。 图 2 .2 HFBR2416 的实物图
HFBR2416T管脚分布图DATA（底视图）COMMON1、NC(空)2、VCC（正电源）3、COMMON（接地或负电源）BOTTOMVIEW4、NC（空）PIN1INDICATOR5、NC（空）UNCTION6、Data（信号输出）N.Cr15V7、COMMON（接地或负电源）COMMON40AN.e8、NC（空)DATA3、模块偏置电压与输出信号测试1、打开位于实验箱右侧的220V电源开关2、将光发送与接收模块①上电源开关向左拔动，给模块加电3、取下模块①上光发XS101的保护塑料套，用光纤跳线将XS101（HFBR1414T模块）与XS102（HFBR2416模块）相连，用万用表测试2416的工作电压VCC（对应于2416的6脚），其位于RP103的右侧白线上的一测试孔，其信号输出VOUT，位于测试孔TP103。BIAS&FILTERCIRCUITS300pFANALOGSIGNALNEGATIVESUPPLVCC：工作电压：VEE为GND：VOUT：为输出信号。五、实验报告要求1.分析模块的工作原理，叙述其工作过程。7
7 3、模块偏置电压与输出信号测试 1、打开位于实验箱右侧的220V电源开关 2、将光发送与接收模块①上电 源开关向左拔动，给模块加电 3、取下模块①上光发XS101的保护塑料套，用 光纤跳线将XS101（HFBR1414T模块）与XS102（HFBR2416模块）相连，用 万用表测试2416的工作电压VCC（对应于2416的6脚），其位于RP103的右侧 白线上的一测试孔，其信号输出VOUT，位于测试孔TP103。 VCC：工作电压；VEE 为 GND；VOUT：为输出信号。 五、实验报告要求 1.分析模块的工作原理，叙述其工作过程。 HFBR2416T 管脚分布图 （底视图） 1、 NC（空） 2、 VCC（正电源） 3、 COMMON（接地或负电源） 4、 NC（空） 5、 NC（空） 6、 Data（信号输出） 7、 COMMON（接地或负电源） 8、 NC（空）