光通信仪表与测试应用PDF电子书下载

第1章 光通信系统测试基础 1

1.1 光通信概论 1

1.1.1 概述 1

1.1.2 光通信系统分类 1

1.1.3 光通信系统的基本组成 2

1.2 光纤通信中的测量量值 2

1.2.1 概述 2

1.2.2 相关量纲单位基础 3

1.2.3 dBm与mW 3

1.2.4 dB与dBm 4

1.2.5 dB与％ 5

1.3 光通信系统中的测量参数 5

1.3.1 平均波长（Mean Wavelength） 6

1.3.2 中心波长（Center Wavelength） 6

1.3.3 峰值波长（Peak Wavelength） 6

1.3.4 峰值密度Peak Density（lnm） 6

1.3.5 Sigma（σ）谱宽 6

1.3.6 3dB谱宽 6

1.3.7 半功率点谱宽FWHM（Full Width Half Max） 7

1.3.8 边模抑制比SMSR（Side Mode Suppression Ratio） 7

1.3.9 光信噪比（OSNR） 7

1.3.10 回波损耗（Return Loss） 7

1.3.11 事件盲区长度（Event Dead Zone Length） 7

1.3.12 衰减盲区长度（Attenuation Dead Zone Length） 7

1.3.13 光纤损耗（Optical Fiber Attenuation） 7

1.3.14 偏振模色散 7

1.3.15 色散 8

1.3.16 光纤传输特性和光学特性参数 8

1.3.17 光纤几何尺寸参数 9

1.3.18 比特率（Bit rate） 9

1.3.19 差错（Error） 9

1.3.20 误比特率BER（Bit Error Rate） 9

1.3.21 抖动（Jitter） 10

1.3.22 输出抖动（Output jitter） 10

1.3.23 抖动转移函数（Jitter transfer function） 10

1.3.24 输入转移容限（Jitter tolerance） 10

1.3.25 漂移（Wander） 10

1.3.26 消光比EX（Extinction ratio） 10

1.4 光通信测试项目和仪表配置 10

1.4.1 基础光波测试 10

1.4.2 光无源器件测试项目及仪表的配置 12

1.4.3 高速光通信系统测试项目及仪表配置 13

第2章 光功率计 17

2.1 光功率计的基本概述 17

2.1.1 光功率的定义 17

2.1.2 光功率的常用单位 17

2.2 光功率计的用途和分类 18

2.2.1 光功率计的用途 18

2.2.2 光功率计的分类 18

2.3 光功率计的原理和指标 20

2.3.1 光功率计的原理与构成 20

2.3.2 光功率计的性能指标 22

2.3.3 几种典型商用光功率计介绍 26

2.4 光功率计在光通信系统测试中的典型应用 27

2.4.1 在光发射端机测试中的应用 27

2.4.2 在光接收端机测试中的应用 27

2.4.3 光纤、光缆的衰减量测试 28

2.5 光功率计用于其他通信仪表和器件的测量 28

2.5.1 光衰减器的测量 28

2.5.2 稳定光源的测量 28

2.5.3 光有源器件的测量 29

2.5.4 光无源器件的测量 29

2.6 光功率计的计量校准 30

2.6.1 光功率标准 30

2.6.2 光功率计的计量检定 30

第3章 光源 33

3.1 光源的发光原理 33

3.1.1 概述 33

3.1.2 半导体发光二极管（LED）光源 33

3.1.3 激光光源 33

3.1.4 半导体（LD）激光光源 36

3.1.5 垂直腔半导体激光器 36

3.1.6 面发射和边发射 37

3.2 光源的类型 38

3.2.1 多模光源 39

3.2.2 单模光源 41

3.2.3 宽谱光源 42

3.2.4 多纵模光源 44

3.2.5 单纵模光源 45

3.2.6 可调谐激光光源 47

3.2.7 可见光源 48

3.2.8 激光放大器 49

3.2.9 偏振稳定光源 50

3.3 光源的典型指标 53

3.3.1 光源的中心波长 53

3.3.2 光源的发光功率 56

3.3.3 光源的功率稳定度 56

3.3.4 光源的光谱宽度 57

3.4 典型光源介绍 57

3.4.1 JDSU的OLS-6 57

3.4.2 Agilent的86100系列 57

3.4.3 EXFO的FLS-2200 58

3.5 光源的使用注意事项及使用技巧 59

3.5.1 稳定的光功率 59

3.5.2 稳定的光波长 60

3.5.3 端口的清洁和保养 60

3.6 光源的应用实例 60

3.6.1 多模光纤损耗测试的光源选择 60

3.6.2 宽带光源测试光器件工作带宽 61

3.6.3 偏振相关损耗 62

3.6.4 光源的简单调制 64

第4章 光衰减器 67

4.1 光衰减器的原理 67

4.1.1 概述 67

4.1.2 固定式光衰减器 67

4.1.3 光可变衰减器（Variable Optical Attenuator,VOA） 69

4.2 光衰减器的典型指标 73

4.2.1 插入损耗 73

4.2.2 衰减值的准确度 74

4.2.3 衰减值的重复性 74

4.2.4 偏振相关损耗 74

4.2.5 回波损耗 75

4.3 典型光衰减器介绍 75

4.3.1 Anritsu的MN95D 75

4.3.2 JDSU的OLA-55 76

4.3.3 EXFO的FVA-60B 76

4.3.4 Agilent的8157xA 76

4.4 光衰减器的使用注意事项及使用技巧 77

4.5 光衰减器的测试实例 79

4.5.1 应用光衰减器测量光功率计线性度 79

4.5.2 应用光衰减器测量光源对反射的灵敏度 79

第5章 光谱分析仪 81

5.1 光谱分析仪原理 81

5.1.1 概述 81

5.1.2 光谱分析仪基本结构框图 82

5.1.3 Fabry-Perot干涉型光谱分析仪 82

5.1.4 迈克尔逊干涉型光谱分析仪 83

5.1.5 衍射光栅型光谱分析仪 83

5.2 光谱分析仪典型指标 85

5.2.1 波长范围 85

5.2.2 分辨率带宽（RBW） 85

5.2.3 动态范围 87

5.2.4 波长准确度 87

5.2.5 功率准确度 87

5.2.6 灵敏度 87

5.2.7 偏振相关性 88

5.3 典型光谱分析仪介绍 88

5.3.1 Agilent 8614xB系列光谱分析仪 88

5.3.2 安立（Anritsu）公司MS9740A光谱分析仪 89

5.3.3 EXFO公司光谱分析仪系列 90

5.3.4 JDSU公司光谱分析仪系列 93

5.4 光谱分析仪使用注意事项及使用技巧 93

5.4.1 使用 94

5.4.2 保养和清洁 94

5.4.3 预热和自动对准（AUTO-ALIGN） 94

5.4.4 波长校准和功率校准 94

5.4.5 选择合适的分辨力带宽（RBW） 95

5.4.6 完成一次常规测试的步骤和参数设置 96

5.5 使用光谱分析仪的典型测试实例 96

5.5.1 光源测试 96

5.5.2 光无源器件测试 100

5.5.3 光放大器（EDFA）测试 104

5.5.4 DWDM系统测试 107

第6章 光波长计 111

6.1 光波长计原理 111

6.1.1 光波长的定义 111

6.1.2 光波长测试方法 111

6.1.3 光波长计测量原理 112

6.2 光波长计的主要指标 113

6.3 典型光波长计介绍 113

6.3.1 安捷伦多波长计系列 114

6.3.2 EXFO公司WA-7600 ＆ WA-7100多波长计 115

6.4 多波长计使用注意事项 117

6.5 光波长计的使用及典型应用 118

6.5.1 DWDM系统安装和维护测试要求 118

6.5.2 DWDM系统结构和测试点 118

6.5.3 86120B/C操作说明 119

6.5.4 86120B/C在DWDM系统中的典型应用 122

6.6 光谱分析仪和多波长计的性能比较 123

第7章 光时域反射计 125

7.1 光时域反射计原理 125

7.1.1 概述 125

7.1.2 有关的基本物理概念 125

7.1.3 光时域反射计的原理和框图 127

7.2 光时域反射计的典型技术指标 129

7.2.1 距离特性 129

7.2.2 衰耗特性 130

7.2.3 盲区 130

7.2.4 动态范围 131

7.3 典型光时域反射计介绍 132

7.3.1 EXFO公司的OTDR 132

7.3.2 JDSU公司的OTDR 133

7.4 如何使用光时域反射计 135

7.4.1 采样 135

7.4.2 测量 138

7.4.3 改善OTDR的功能 142

7.4.4 安全注意事项 144

第8章 光回波损耗测试仪 145

8.1 光回波损耗测试仪原理 145

8.1.1 光回波损耗的定义 145

8.1.2 光回波损耗测试方法 146

8.1.3 光回波损耗测试仪的自校准 149

8.2 光回波损耗测试仪的典型指标 151

8.2.1 光源发光功率 151

8.2.2 光源稳定性 152

8.2.3 光功率准确度 152

8.2.4 光回波损耗准确度 152

8.2.5 光回波损耗测试仪的使用技巧及注意事项 152

8.3 典型光回波损耗测试仪介绍 152

8.3.1 Agilent的816xx系列 152

8.3.2 JDSU的RM3系列 156

8.3.3 EXFO的IQS-12001B 158

第9章 偏振模色散（PMD）测试仪 161

9.1 偏振模色散测试仪原理 161

9.1.1 偏振模色散测量的几种方法及原理 161

9.1.2 偏振模色散（PMD）测试仪的原理 172

9.2 偏振模色散测试仪的主要指标 173

9.2.1 偏振模色散（PMD） 173

9.2.2 偏振相关损耗（PDL） 173

9.3 偏振模色散测试仪典型仪表介绍 173

9.3.1 Agilent公司的偏振模色散（PMD）测试仪 173

9.3.2 EXFO公司的偏振模色散（PMD）测试仪 175

9.3.3 JDSU公司的偏振模色散（PMD）测试仪 182

9.4 偏振模色散测试仪测试中应注意的问题 182

9.4.1 测试模式的选择 182

9.4.2 测试参数的设置 183

9.4.3 偏振模色散（PMD）仿真器在测试中的使用 183

9.4.4 测试曲线和测试结果的分析 183

9.5 使用偏振模色散测试仪的典型测试实例 184

9.5.1 在高速光传输系统中光纤、光缆偏振模色散（PMD）测试 184

9.5.2 各种光器件的偏振相关损耗（PDL）测试 186

第10章 色度色散（CD）测试仪 189

10.1 色散测试仪原理 189

10.1.1 概述 189

10.1.2 色散（CD）测试仪的原理 189

10.2 色散测试仪主要指标介绍 190

10.2.1 零色散波长 190

10.2.2 零色散斜率 190

10.2.3 色散 190

10.3 色散测试仪典型仪表介绍 191

10.3.1 PerkinElmer Optoelectronics公司的色散测试仪 191

10.3.2 Photon Kinetics Inc．公司的色散测试仪 192

10.3.3 Agilent公司的色散测试仪 192

10.3.4 JDSU公司的色散测试仪 193

10.3.5 EXFO公司的色散测试仪 194

10.4 色散测试仪测试中应注意的问题 198

10.4.1 测试参数的设置 198

10.4.2 测试前参考值测试的必要性 198

10.4.3 色散分段测量的方法 199

10.4.4 色散测试仪对光纤长度的测量 199

10.5 典型使用案例 200

10.5.1 单模光纤色散（CD）测试 200

10.5.2 色散测试仪的其他应用——光纤折射率测试 201

10.6 色散测试仪的计量校准 202

10.6.1 光纤色散标准 202

10.6.2 色散量值传递系统 210

10.6.3 色散测试仪的计量校准 210

第11章 光纤模场直径谱损耗测试仪 213

11.1 模场直径谱损耗测试仪原理 213

11.1.1 概述 213

11.1.2 光纤模场直径谱损耗测试仪的原理 218

11.2 模场直径谱损耗测试仪主要指标介绍 218

11.2.1 模场直径 218

11.2.2 截止波长 218

11.2.3 谱衰减 219

11.2.4 数值孔径 219

11.3 模场直径谱损耗测试仪典型仪表介绍 219

11.3.1 Photon Kinetics公司的光纤综合参数测试系统 219

11.3.2 PE.fiberoptics公司的谱损耗截止波长模场直径有效面积测试系统 221

11.4 模场直径谱损耗测试仪测试中应注意的问题 225

11.4.1 使用模场直径标准光纤对仪表进行校准 225

11.4.2 截止波长测试中造成测试结果差异的原因 226

11.4.3 单模光纤和多模光纤衰减谱测试中应注意的问题 226

11.5 典型使用案例 227

11.5.1 单模光纤模场直径测试 227

11.5.2 单模光纤截止波长测试 228

11.5.3 单模光纤谱损耗测试 229

第12章 光纤几何尺寸测试仪 231

12.1 光纤几何尺寸测试仪原理 231

12.1.1 概述 231

12.1.2 光纤几何尺寸测试仪的原理 232

12.2 光纤几何尺寸测试仪主要指标介绍 232

12.2.1 包层直径 232

12.2.2 包层不圆度 233

12.2.3 纤芯直径 233

12.2.4 纤芯不圆度 233

12.2.5 芯／包层同心度误差 233

12.3 光纤几何尺寸测试仪典型仪表介绍 233

12.3.1 Photon Kinetics公司的光纤几何尺寸测试仪 233

12.3.2 EXFO公司的光纤综合测试仪 241

12.4 光纤几何尺寸测试仪测试中应注意的问题 245

12.4.1 使用包层直径标准光纤对仪表进行校准 245

12.4.2 使用折射率分布标准光纤对仪表进行校准 246

12.4.3 对被测光纤端面的切割角度进行测量 247

12.4.4 光纤单元制备时清洁的重要性 247

12.5 典型使用案例 248

12.5.1 单模光纤几何特性测试 248

12.5.2 多模光纤折射率分布测试和数值孔径测试 249

第13章 数字传输分析仪 253

13.1 概述 253

13.1.1 误码 253

13.1.2 抖动 256

13.1.3 漂移 257

13.2 工作原理和技术指标 258

13.2.1 工作原理 258

13.2.2 技术指标和主要功能 261

13.3 典型仪表介绍 264

13.3.1 概况 264

13.3.2 安捷伦科技（Agilent Technology）的产品 265

13.3.3 安立（Anritsu）公司的产品 266

13.3.4 捷迪讯（JDSU）公司的产品 266

13.3.5 其他公司的数字传输分析仪 268

13.4 数字传输分析仪的典型测试应用 269

13.4.1 数字传输分析仪使用的一般性知识 269

13.4.2 误码性能参数测试 274

13.4.3 抖动性能参数测试 279

13.4.4 漂移性能参数测试 285

13.4.5 其他重要应用 286

第14章 通信信号分析仪 291

14.1 概述 291

14.1.1 眼图分析法 291

14.1.2 眼图及其模板 292

14.1.3 参数定义 293

14.2 工作原理和主要技术指标 296

14.2.1 工作原理 296

14.2.2 技术指标 297

14.3 典型仪表介绍 301

14.3.1 泰克公司的产品 301

14.3.2 安捷伦公司的产品 304

14.4 眼图测量与仪表使用 305

14.4.1 使用前的准备工作 305

14.4.2 仪表自检、预热与校准 309

14.4.3 眼图测量的基本设置 310

附录 清洁 313