多模光纤时域法带宽测试的原理解析

一．实验原理及框图

多模光纤基带响应测试方法既可用频域的方法，也可用时域的方法。时域法利用的是脉冲调制。按照对脉冲信号采集及数学处理方法的不同，又分为脉冲展宽法、快速傅立叶变换法和频谱分析法。本实验采用的是较为简单的脉冲展宽法。

多模光纤脉冲展宽测试仪原理图：

如上图所示为多模光纤时域法带宽测试原理框图。从光发模块输出窄脉冲信号，首先使用跳线（短光纤）连接激光器和光检测器，可以测出注入窄脉冲的宽度；然后将待测光纤替换跳线接入，可以测出经待测光纤后的脉冲宽度。经过理论推导可以得到求解带宽公式：

多模光纤脉冲展宽测试仪前面板接口分上下两层，上层用于850nm测试，下层为1310nm。每隔波长分别由窄脉冲发生器输出极窄光脉冲经被侧光纤回到测试仪内进行O/E变换后送出电信号，通过高速示波器即可显示。

多模光纤脉冲展宽测试仪实物图如下所示

实验采用的数字示波器实物图如下所示：

二．实验注意事项

（1）打开电源后，850nm和1310nm的激光器都开始工作，不要用眼睛直视前面板的光出接口，以避免造成对眼睛的伤害；

（2）接入光纤跳线和待测光纤前，应用酒精擦拭光纤端面，保持清洁；

（3）测试完毕后，用防尘帽将仪器和光纤跳线的FC头盖上，关闭电源；

（4）由于850nm的发送光功率较高，在未知衰减器的情况下，易出现饱和现象，可适当调整光纤活接头的插入深度进行测试；

（5）这种方法的测量精度与整个系统的相应速度有关，除要求光电转化及检测仪器有足够快的响应外，还要求信号脉冲足够窄，一般要求输出脉冲的宽度至少是输入脉冲宽度的1.4倍，才能满足工程所需的精度。

三．实验步骤

（一）850nm窗口下光纤的带宽测试

1. 打开测试仪电源开关（位于背面），前面板上的电源指示灯亮；

2. 将示波器输入端与本仪器850nm的“RF OUT”输出端用信号线接好；

3. 用一根光纤跳线将850nm的 “OPTICAL IN”和“OPTICAL OUT”连接起来；

4. 仪器连接好后如下图所示：

进行示波器操作：

a） 按AUTO－SCALE键调出波形；

b） 点击TIME BASE键，并通过右下方旋钮调整脉冲至适当宽度（一般设置为10.0ns/div）；

c） 点击、键，显示屏右方会出现 markers（off/on）、 markers（off/on）选框，先通过右侧对应按键将 markers设为on，分别调节V marker1和V marker2测出脉冲高度并找出脉冲半高值；再将 markers设为on，分别调节t marker1和t marker2 使其与脉冲半高值相交。则有t marker2-t marker1即为脉冲半高全宽。

5. 换下该光纤跳线，接入待测光纤用同样方法测出；其测试步骤与4相同，如下图所示：

6.根据以下公式得到脉冲响应宽度τ：

τ=（τ22 --τ21）1/2 （ns）

7.根据以下公式得到待测光纤带宽B：

B = 0.441/τ （GHz）

（二）1310nm窗口下待测光纤的带宽测试：

与850nm窗口下测试不同的是：应该选择1310nm区域内的“OPTICAL IN”和“OPTICAL OUT”，“RF OUT”口进行正确连接，除此之外，其他都与850nm下待测光纤的带宽测试步骤相同。

四、实验结果分析

对测试截图进行整理得到如下测量图示和参数：

1. 850nm窗口下

①接入波长为850nm的跳线时，测试结果如下图所示：

最大值575.000mv，半脉冲96.875mv，最小值18.75mv，半脉宽0.480ns-2ns

t1=0.480ns ，t2=2ns ，t1=t2 - t1 = 1.52ns；

②接入波长为850nm的光纤时，测试结果如下图所示：

最大值528.125mv，半脉冲279.688mv，最小值-31.250mv，半脉宽0.480ns - 2.24ns

t1=0.480ns ，t2=2.720ns ，t2=t2 - t1 = 2.24ns；

将上述数据结果带入公式可得：B=0.268GHZ；

2. 1310nm窗口下

①接入波长为1310nm的跳线时，测试结果如下图所示：

最大值182.813mv，最小值23.438mv，半脉冲103.126mv，半脉宽0.560ns--2.24ns；

t1=0.560ns，t2=2.800ns，t1= t2 - t1 = 2.24ns；

②接入波长为1310nm的光纤时，测试结果如下图所示：

最大值575mv，最小值37.5mv，半脉冲306.25mv，半脉宽0.360ns--3.120ns

t1=0.360ns ，t2=3.120ns ，t2= t2 - t1 = 2.76ns；

将上述数据结果带入公式可得：B=0.274GHZ；

3. 结果分析

本次实验总过完成了4个实验，脉冲展宽法测光纤带宽是其中之一，我选择了此实验撰写实验报告。多模光纤在850nm和1310nm窗口下相比较，850nm的带宽相对较窄，根据我们所计算的数据可知，实际操作计算与理论结论相符合。实验中在850nm的窗口下，波形展宽了0.72ns，在1310nm窗口下，波形展宽了0.52ns，这将导致码间干扰严重，误码率较高。多模光纤本身特性决定了它适用于短距离传输，但其具有价格优势，通常用在机房或者局域网的互联。长途干线通常使用单模光纤。

实验中出现的问题是：接跳线时脉冲最大值比接光纤时小。这说明在测试过程中光纤接口连接可能存在耦合误差。由于数据在测试之后没有当场验证计算得到结论，所以实验中出现的问题没有及时发现，这也是由于对光纤接触太少及理论知识不够扎实理解太浅薄所致。
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