光纤损耗谱测量实验系统设计
发布时间：2020-12-22 19:26
根据课程特点和通信工程专业发展现状,利用新建的光纤通信原理综合实验平台资源,设计了基于插入法测量光纤损耗谱的实验教学内容和实验系统。文章详细介绍了实验的基本原理。通过构建插入法光纤损耗谱测量实验系统,让学生自主测试并绘制曲线,使学生更加深入地理解光纤的损耗特性及其测量方法。将理论教学与实践教学相结合,有利于引导学生"积极思考、创新思维、乐于实践",有利于提高学习效果和教学质量。
【文章来源】：实验技术与管理. 2020年05期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
插入法光纤损耗谱测量实验系统框图
改变光的波长或改变材料成分来降低吸收损耗，优化光纤性能[13]。（4）制造损耗。制造损耗是在制造光纤的工艺过程中产生的，主要由光纤中杂质成分的吸收和光纤本身的结构缺陷引起[8]。光纤中的杂质吸收损耗前面已经谈到，此处不再赘述。光纤结构的缺陷，如光纤中有气泡、直径波动或纤芯-包层交界面不平滑等均会带来损耗。可通过提高材料纯度及优化制造工艺来降低制造损耗。2实验方法截断法是光纤损耗的基准测量方法，测量精度高，但具有破坏性。考虑到实验材料的重复利用，本实验采用插入法作为替代方法。图1为插入法光纤损耗谱测量系统的原理框图。其基本原理是：先使用一根短的标准光纤跳线连接光源和光功率计，设置波长可变光源的波长为0，记录此时的输出功率值0P，再用待测光纤代替光纤跳线，测量这种情况下光纤的输出功率值1P。需要注意的是，光纤位置、弯曲程度、连接头等均应尽量保持不变，并且保证光纤中的模式受到均匀的激励。光纤损耗特性一般由光纤衰减系数衡量，其表达式为：01()10lgPlgP/L（1）式中，()表示波长为时的光纤衰减系数，单位为dB/km，L为待测光纤长度。将插入法测得的数据代入公式（1）中，即可计算出单位长度待测光纤在波长0下的光纤衰减系数。改变可变光源波长，重复上面的测试步骤，可以获得不同波长下待测光纤的衰减系数，实现待测光纤损耗谱的测量。图1插入法光纤损耗谱测量系统原理框图3实验系统搭建本文设计的插入法光纤损耗谱测量实验系统如图2所示。该实验系统包括卤素灯、光栅单色仪、斩波器、光纤跳线、25km单模光纤、光电检测器、锁相放大器等实验设备和材料。锁相放大器与斩波器配合使用
??词涑龅?00Hz电信号作为参考信号输入到锁相放大器中。待测光纤末端输出的光信号经由光电检测器进行光-电转换，其输出作为锁相放大器的输入，进行锁相放大。观察并记录不同波长下光纤跳线和待测光纤末端在锁相放大后的电压测量值。实验系统中的光栅单色仪与斩波器的位置可以互换，只要使注入光纤的光信号为固定重复频率的脉冲单色光即可。考虑到实验系统组装较为复杂，在学生开始测量实验前，应将卤素灯光源室、输入光耦合透镜组、单色仪、斩波器调整完毕，并固定安装在光学平板上。按照图2搭建的实验系统实物如图3所示。图3插入法光纤损耗谱测量实验系统实物图4实验结果及分析通过计算机中安装的控制软件，改变单色仪输出波长，测量波长范围为650~1300nm、1310nm、1350~1600nm，步进为50nm，记录各组波长下光纤跳线和待测光纤输出端锁相放大后的电压测量值。图4为锁相放大器的显示界面，其中R为锁相放大后的电压值，θ为锁相放大器两路输入信号的相位偏移值。锁相环（PLL）显示LOCKED表示锁相正常。利用公式（1）计算不同波长下的光纤衰减系数，将计算结果绘制成光纤损耗谱曲线，如图5所示。由图5可以直观地观察到光纤损耗谱的变化情况。随着波长的增加，光纤损耗谱整体呈现降低的趋势，但在950nm和1400nm处，OH–离子的振动吸收导致光纤损耗增加，损耗谱出现了小的波峰。曲线有3个低损耗谷，即光纤通信所使用的3个低损耗“窗口”，分别为短波长850nm波段及长波长1310nm波图4锁相放大器显示界面图5实验测得的光纤损耗谱曲线段和1550nm波段。测量结果基本与理论值吻合，满足实践教学的要求。通过本次实验有效调动了学生独立思考与实践操作的积极主动性，学生不仅清晰地理解和掌握了光纤
【参考文献】：
期刊论文
[1]光传输技术在通信领域中的应用与发展[J]. 于惠,郭传铁,于长浩. 通讯世界. 2019(08)
[2]基于光纤通信传输技术的应用分析[J]. 邱子祐,周鑫,周刚. 计算机产品与流通. 2019(08)
[3]浅谈现代光纤通信传输技术的应用[J]. 杨华宇. 数字技术与应用. 2019(06)
[4]光纤通信技术的应用与发展趋势研究[J]. 魏访. 数字通信世界. 2019(05)
[5]光纤通信传输技术的应用和发展趋势[J]. 李剑. 中国新通信. 2018(23)
[6]基于通信网络光纤传输技术的应用[J]. 李传真. 科技创新导报. 2018(02)
[7]电力光纤损耗及测试方法研究[J]. 朱淑云,谢芳娟,陈艳. 电网与清洁能源. 2016(12)
[8]光纤损耗浅谈[J]. 崔宏. 价值工程. 2013(06)
[9]“光纤通信原理”精品课程实验建设探究[J]. 张淑娥,李永倩,杨再旺. 实验技术与管理. 2010(05)
[10]单模光纤损耗分析与测量[J]. 谭伟杰,杨辉媛,徐倩. 中国西部科技. 2008(35)
本文编号：2932294
【文章来源】：实验技术与管理. 2020年05期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
插入法光纤损耗谱测量实验系统框图
改变光的波长或改变材料成分来降低吸收损耗，优化光纤性能[13]。（4）制造损耗。制造损耗是在制造光纤的工艺过程中产生的，主要由光纤中杂质成分的吸收和光纤本身的结构缺陷引起[8]。光纤中的杂质吸收损耗前面已经谈到，此处不再赘述。光纤结构的缺陷，如光纤中有气泡、直径波动或纤芯-包层交界面不平滑等均会带来损耗。可通过提高材料纯度及优化制造工艺来降低制造损耗。2实验方法截断法是光纤损耗的基准测量方法，测量精度高，但具有破坏性。考虑到实验材料的重复利用，本实验采用插入法作为替代方法。图1为插入法光纤损耗谱测量系统的原理框图。其基本原理是：先使用一根短的标准光纤跳线连接光源和光功率计，设置波长可变光源的波长为0，记录此时的输出功率值0P，再用待测光纤代替光纤跳线，测量这种情况下光纤的输出功率值1P。需要注意的是，光纤位置、弯曲程度、连接头等均应尽量保持不变，并且保证光纤中的模式受到均匀的激励。光纤损耗特性一般由光纤衰减系数衡量，其表达式为：01()10lgPlgP/L（1）式中，()表示波长为时的光纤衰减系数，单位为dB/km，L为待测光纤长度。将插入法测得的数据代入公式（1）中，即可计算出单位长度待测光纤在波长0下的光纤衰减系数。改变可变光源波长，重复上面的测试步骤，可以获得不同波长下待测光纤的衰减系数，实现待测光纤损耗谱的测量。图1插入法光纤损耗谱测量系统原理框图3实验系统搭建本文设计的插入法光纤损耗谱测量实验系统如图2所示。该实验系统包括卤素灯、光栅单色仪、斩波器、光纤跳线、25km单模光纤、光电检测器、锁相放大器等实验设备和材料。锁相放大器与斩波器配合使用
??词涑龅?00Hz电信号作为参考信号输入到锁相放大器中。待测光纤末端输出的光信号经由光电检测器进行光-电转换，其输出作为锁相放大器的输入，进行锁相放大。观察并记录不同波长下光纤跳线和待测光纤末端在锁相放大后的电压测量值。实验系统中的光栅单色仪与斩波器的位置可以互换，只要使注入光纤的光信号为固定重复频率的脉冲单色光即可。考虑到实验系统组装较为复杂，在学生开始测量实验前，应将卤素灯光源室、输入光耦合透镜组、单色仪、斩波器调整完毕，并固定安装在光学平板上。按照图2搭建的实验系统实物如图3所示。图3插入法光纤损耗谱测量实验系统实物图4实验结果及分析通过计算机中安装的控制软件，改变单色仪输出波长，测量波长范围为650~1300nm、1310nm、1350~1600nm，步进为50nm，记录各组波长下光纤跳线和待测光纤输出端锁相放大后的电压测量值。图4为锁相放大器的显示界面，其中R为锁相放大后的电压值，θ为锁相放大器两路输入信号的相位偏移值。锁相环（PLL）显示LOCKED表示锁相正常。利用公式（1）计算不同波长下的光纤衰减系数，将计算结果绘制成光纤损耗谱曲线，如图5所示。由图5可以直观地观察到光纤损耗谱的变化情况。随着波长的增加，光纤损耗谱整体呈现降低的趋势，但在950nm和1400nm处，OH–离子的振动吸收导致光纤损耗增加，损耗谱出现了小的波峰。曲线有3个低损耗谷，即光纤通信所使用的3个低损耗“窗口”，分别为短波长850nm波段及长波长1310nm波图4锁相放大器显示界面图5实验测得的光纤损耗谱曲线段和1550nm波段。测量结果基本与理论值吻合，满足实践教学的要求。通过本次实验有效调动了学生独立思考与实践操作的积极主动性，学生不仅清晰地理解和掌握了光纤
【参考文献】：
期刊论文
[1]光传输技术在通信领域中的应用与发展[J]. 于惠,郭传铁,于长浩. 通讯世界. 2019(08)
[2]基于光纤通信传输技术的应用分析[J]. 邱子祐,周鑫,周刚. 计算机产品与流通. 2019(08)
[3]浅谈现代光纤通信传输技术的应用[J]. 杨华宇. 数字技术与应用. 2019(06)
[4]光纤通信技术的应用与发展趋势研究[J]. 魏访. 数字通信世界. 2019(05)
[5]光纤通信传输技术的应用和发展趋势[J]. 李剑. 中国新通信. 2018(23)
[6]基于通信网络光纤传输技术的应用[J]. 李传真. 科技创新导报. 2018(02)
[7]电力光纤损耗及测试方法研究[J]. 朱淑云,谢芳娟,陈艳. 电网与清洁能源. 2016(12)
[8]光纤损耗浅谈[J]. 崔宏. 价值工程. 2013(06)
[9]“光纤通信原理”精品课程实验建设探究[J]. 张淑娥,李永倩,杨再旺. 实验技术与管理. 2010(05)
[10]单模光纤损耗分析与测量[J]. 谭伟杰,杨辉媛,徐倩. 中国西部科技. 2008(35)
本文编号：2932294
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