根據(jù)課程特點(diǎn)和通信工程專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,利用新建的光纖通信原理綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資源,設(shè)計(jì)了基于插入法測量光纖損耗譜的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。文章詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)的基本原理。通過構(gòu)建插入法光纖損耗譜測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),讓學(xué)生自主測試并繪制曲線,使學(xué)生更加深入地理解光纖的損耗特性及其測量方法。將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合,有利于引導(dǎo)學(xué)生"積極思考、創(chuàng)新思維、樂于實(shí)踐",有利于提高學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量。 

【文章來源】：實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理. 2020年05期 北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

插入法光纖損耗譜測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖

改變光的波長或改變材料成分來降低吸收損耗，優(yōu)化光纖性能[13]。（4）制造損耗。制造損耗是在制造光纖的工藝過程中產(chǎn)生的，主要由光纖中雜質(zhì)成分的吸收和光纖本身的結(jié)構(gòu)缺陷引起[8]。光纖中的雜質(zhì)吸收損耗前面已經(jīng)談到，此處不再贅述。光纖結(jié)構(gòu)的缺陷，如光纖中有氣泡、直徑波動(dòng)或纖芯-包層交界面不平滑等均會(huì)帶來損耗�？赏ㄟ^提高材料純度及優(yōu)化制造工藝來降低制造損耗。2實(shí)驗(yàn)方法截?cái)喾ㄊ枪饫w損耗的基準(zhǔn)測量方法，測量精度高，但具有破壞性。考慮到實(shí)驗(yàn)材料的重復(fù)利用，本實(shí)驗(yàn)采用插入法作為替代方法。圖1為插入法光纖損耗譜測量系統(tǒng)的原理框圖。其基本原理是：先使用一根短的標(biāo)準(zhǔn)光纖跳線連接光源和光功率計(jì)，設(shè)置波長可變光源的波長為0，記錄此時(shí)的輸出功率值0P，再用待測光纖代替光纖跳線，測量這種情況下光纖的輸出功率值1P。需要注意的是，光纖位置、彎曲程度、連接頭等均應(yīng)盡量保持不變，并且保證光纖中的模式受到均勻的激勵(lì)。光纖損耗特性一般由光纖衰減系數(shù)衡量，其表達(dá)式為：01()10lgPlgP/L（1）式中，()表示波長為時(shí)的光纖衰減系數(shù)，單位為dB/km，L為待測光纖長度。將插入法測得的數(shù)據(jù)代入公式（1）中，即可計(jì)算出單位長度待測光纖在波長0下的光纖衰減系數(shù)。改變可變光源波長，重復(fù)上面的測試步驟，可以獲得不同波長下待測光纖的衰減系數(shù)，實(shí)現(xiàn)待測光纖損耗譜的測量。圖1插入法光纖損耗譜測量系統(tǒng)原理框圖3實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建本文設(shè)計(jì)的插入法光纖損耗譜測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括鹵素?zé)簟⒐鈻艈紊珒x、斬波器、光纖跳線、25km單模光纖、光電檢測器、鎖相放大器等實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料。鎖相放大器與斬波器配合使用

??詞涑齙?00Hz電信號(hào)作為參考信號(hào)輸入到鎖相放大器中。待測光纖末端輸出的光信號(hào)經(jīng)由光電檢測器進(jìn)行光-電轉(zhuǎn)換，其輸出作為鎖相放大器的輸入，進(jìn)行鎖相放大。觀察并記錄不同波長下光纖跳線和待測光纖末端在鎖相放大后的電壓測量值。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的光柵單色儀與斬波器的位置可以互換，只要使注入光纖的光信號(hào)為固定重復(fù)頻率的脈沖單色光即可�？紤]到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組裝較為復(fù)雜，在學(xué)生開始測量實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)將鹵素?zé)艄庠词�、輸入光耦合透鏡組、單色儀、斬波器調(diào)整完畢，并固定安裝在光學(xué)平板上。按照?qǐng)D2搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物如圖3所示。圖3插入法光纖損耗譜測量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析通過計(jì)算機(jī)中安裝的控制軟件，改變單色儀輸出波長，測量波長范圍為650~1300nm、1310nm、1350~1600nm，步進(jìn)為50nm，記錄各組波長下光纖跳線和待測光纖輸出端鎖相放大后的電壓測量值。圖4為鎖相放大器的顯示界面，其中R為鎖相放大后的電壓值，θ為鎖相放大器兩路輸入信號(hào)的相位偏移值。鎖相環(huán)（PLL）顯示LOCKED表示鎖相正常。利用公式（1）計(jì)算不同波長下的光纖衰減系數(shù)，將計(jì)算結(jié)果繪制成光纖損耗譜曲線，如圖5所示。由圖5可以直觀地觀察到光纖損耗譜的變化情況。隨著波長的增加，光纖損耗譜整體呈現(xiàn)降低的趨勢，但在950nm和1400nm處，OH–離子的振動(dòng)吸收導(dǎo)致光纖損耗增加，損耗譜出現(xiàn)了小的波峰。曲線有3個(gè)低損耗谷，即光纖通信所使用的3個(gè)低損耗“窗口”，分別為短波長850nm波段及長波長1310nm波圖4鎖相放大器顯示界面圖5實(shí)驗(yàn)測得的光纖損耗譜曲線段和1550nm波段。測量結(jié)果基本與理論值吻合，滿足實(shí)踐教學(xué)的要求。通過本次實(shí)驗(yàn)有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生獨(dú)立思考與實(shí)踐操作的積極主動(dòng)性，學(xué)生不僅清晰地理解和掌握了光纖

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：2932294