Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра Телекоммуникационных систем

  

 

 

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ

Методические указания к лабораторным работам

для студентов специальности

5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

 

 

Алматы 2011

    СОСТАВИТЕЛИ: А.К. Сакабаева, О.А. Абрамкина. Оптические системы связи в телекоммуникациях. Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности  5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации – Алматы: АУЭС, 2011. - 18 с

 

Методические указания содержат описание выполняемой лабораторной работы, а также методику проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных. Описано функциональное назначения клавиш используемого прибора, а также приведены рабочие задания для самостоятельной работы студента и контрольные вопросы.

 Ил. – 7, табл – 6, библиогр. – 3 назв. 

 

Рецензент: канд.техн.наук, профессор Г.С. Казиева

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 г.

 

                  © НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011 г.

 

Введение

 

Дисциплина «Оптические системы связи в телекоммуникациях» является специальной дисциплиной бакалавриата и изучается на 3-ом курсе обучения.

Основной задачей выполнения лабораторных работ является обучение студентов принципам работы с приборами, необходимыми для исследования параметров ВОЛС.

В первой и второй лабораторной работе необходимо изучить функциональные возможности составляющих оптический тестер устройств, в третьей определить затухания, вносимые переменным оптическим аттенюатором.

 

1 Лабораторная работа №1. Изучение функций оптического излучателя на примере OLS-15

 

Цель работы: приобретение основных навыков эксплуатации оптического излучателя, ознакомление с принципами работы.

 

1.1      Вопросы для домашней подготовки

 

Изучить принципы построения оптического излучателя.

 

1.2      Описание лабораторной установки

 

OМК-15A – это готовый комплект портативных приборов, предназначенный для проведения измерительных работ на ВОЛС.

OМК-15A состоит из оптического излучателя OLS-15, переменного оптического аттенюатора OLА-15 и измерителя оптической мощности OLP-15. Комплект рассчитан на работу на длинах волн 1310/ 1550 нм и может использоваться для измерения мощности излучения и потерь в многомодовом кабеле. 

 

1.3      Рабочее задание

 

1.3.1      Изучить настройки оптического лазерного источника излучения OLS-15 и довести их выполнение до автоматизма.

1.3.2      Изучить режимы лазерного источника OLS-15.

1.3.3      Изучить методику выбора видов сигнала.

1.3.4      Изучить методику установления длин волн 1310/1550 (по заданию преподавателя).

1.3.5      Результаты настройки внести в таблицу 1.1.

 

Т а б л и ц а 1.1 – Результаты настройки

Название операции	Последовательность нажатия клавиш	Вид дисплея
		До изменения	После изменения

 

1.4      Методические указания к выполнению работы

 

1.4.1      Для работы с оптическим лазерным источником излучения OLS-15 запустить программу «Оmk15а.ехе». Ознакомиться с видом передней панели прибора и элементами дисплея согласно рисунку 1.1. Изучить функциональное назначение клавиш управления согласно таблице 1.2.

 

 

Рисунок 1.1 – Вид передней панели прибора OLS-15 с элементами дисплея

 

Т а б л и ц а 1.2 – Функциональное назначение клавиш управления OLS-15

1.4.2      Существует несколько режимов лазерного источника OLS-15:

a)     режим кратковременной работы;

b)    режим продолжительной работы;

c)     режим работы «AUTO l»;

d)    режим работы «TWINtest».

Каждый источник готов к работе сразу после включения. Фаза прогрева отсутствует.

В лазерном источнике происходит настройка при первоначальном включении, то есть все параметры устанавливаются в следующие первоначальные состояния:

-       длина  волны: 1310 нм;

-       вид сигнала: CW;

-       режим «AUTO l»: OFF;

-       режим «TWINtest»: OFF.

1.4.2.1    Для включения режима кратковременной работы необходимо быстро нажать клавишу ВКЛ\ВЫКЛ (ON/OFF) (< 2 сек.). В приборе произойдет перенастройка.

Прибор автоматически выключается после ~20 минут работы. Его можно выключить нажатием клавиши ВКЛ\ВЫКЛ (ON/OFF).

1.4.2.2    Для перехода в режим продолжительной работы нажать клавишу ВКЛ\ВЫКЛ (ON/OFF) (>2 сек.). Включится режим продолжительной работы (загорится “PERM LED”). В приборе произойдет перенастройка.

Для выключения нажать клавишу ВКЛ\ВЫКЛ (ON/OFF).

1.4.2.3   Для перехода в режим «AUTO l» нажмите клавишу «AUTO l» , загорится соответствующий светодиод. Для указания длины волн лазерные источники генерируют модулированное излучение на следующих частотах:

-       1310 нм: 350 Гц;

-       1550 нм: 550 Гц.

Рядом со значением длины волны измеритель мощности отобразит идентификатор L1. С использованием измерителя мощности возможно проводить измерения уровней оптической мощности и затухания, постоянно перенастраивая длину волны (см. рисунок 1.2).

 

Рисунок 1.2  - Автоматическая установка длины волны с использованием OLP-15 (на длине волны 1310нм)

         Режим «AUTO l» позволяет автоматически определить длины волн, что позволяет избежать некорректных измерений. В режиме работы «AUTO l» сигналы лазерных источников можно идентифицировать в LINE ID, что может использоваться для указания длины волны во время измерений линий связи.

1.4.2.4   Для установки режима «TWINtest» нажмите клавишу «TWINtest», ,загорится соответствующий светодиод. В дополнение светодиоды будут переключаться каждые 4 сек (см. рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Индикация длины волны на OLS-15

 

На дисплее измерителя мощности будут появляться длины волн и индикация LINE ID через каждые 4 сек. С помощью OLS-15 возможно проводить измерение затухания волоконной линии на обеих длинах волн без переключения измерителя мощности.

Примечание:

-             LI индикация соответствует частоте модуляции 330 Гц на длине волны 1310 нм и 550 Гц на длине волны 1550 нм;

-             при измерении затухания не забывайте два опорных уровня мощности (см. рисунок 1.4).

 

Рисунок 1.4 – Индикация уровня мощности на OLP-15 для «TWINtest»

 

В режиме «TWINtest» двух длин волн, обеспечиваемым OLS-15, лазерные сигналы на длинах волн 1310 нм и 1550 нм изменяются раз в 4 сек. Сигналы выдаются также на индикацию LINE ID. С помощью измерителя мощности возможно производить квазиодновременные измерения на двух длинах волн (например, на WDM-системах). Спектральные окна на длинах волн 1310 нм и 1550 нм устанавливаются автоматически на правильное значение.

1.4.3          Для выбора вида сигнала необходимо знать, что лазерные источники могут генерировать постоянный по уровню “CW” и модулированный “FMOD” оптический сигнал. Клавиша .

          Режим работы “CW”  установлен по умолчанию.

Для перехода в режим работы “FMOD” нажимайте клавишу CW/FMOD до тех пор, пока не установится нужный вид сигнала. Текущий вид сигнала или частота модуляции индицируются с помощью светодиода (Рисунок 1.5). При нажатии клавиши CW/FMOD с настройкой частоты модуляции в 2кГц прибор возвращается скачком назад к режиму работы CW.

 

Рисунок 1.5 - Светодиодная индикация текущего режима работ

 

1.4.4       Для установления длины волны нажмите клавишу 1310 нм  или 1550 нм  в зависимости от того, какую длину волны вы хотите установить. Текущее значение длины волны индицируется светодиодом.

1.4.5      Все результаты настроек занести в таблицу 1.1.

 

1.5      Контрольные вопросы

 

1.5.1      Какой тип шкал используется в приемнике излучения (линейный, нелинейный, логарифмический)?

1.5.2      Почему длины волн излучения l=1,3 мкм, и особенно l=1,55 мкм считаются наиболее перспективными в волоконно-оптических системах передачи?

1.5.3      В чем сущность режима работы «TWINtest»?

1.5.4      В чем сущность режима работы «AUTO l»?

1.5.5      При нажатии какой клавиши прибор переходит в режим работы “FMOD”?

2 Лабораторная работа №2. Изучение функций измерителя оптической мощности на примере OLР-15

 

Цель работы: приобретение основных навыков эксплуатации измерителя оптической мощности, ознакомление с принципами работы.

2. 

 

2.1      Вопросы для домашней подготовки

 

Изучить принципы построения измерителя оптической мощности.

 

2.2      Описание лабораторной установки

 

OМК-15A – это готовый комплект портативных приборов, предназначенный для проведения измерительных работ на ВОЛС.

OМК-15A состоит из оптического излучателя OLS-15, переменного оптического аттенюатора OLА-15 и измерителя оптической мощности OLP-15. Комплект рассчитан на работу на длинах волн 1310/ 1550 нм и может использоваться для измерения мощности излучения и потерь в многомодовом кабеле. 

 

2.3      Рабочее задание

 

2.3.1      Изучить настройки измерителя оптической мощности OLР-15 и довести их выполнение до автоматизма.

2.3.2      Изучить функции индикатора ЖК-дисплея.

2.3.3      Изучить режимы работы прибора.

2.3.4      Установить необходимую длину волны.

2.3.5      Изучить методику установления уровня измерения прибора.

2.3.6      Изучить методику фиксации измеренного значения.

2.3.7      Результаты настройки внести в таблицу 2.1.

 

Т а б л и ц а 2.1 – Результаты настройки

Название операции	Последовательность нажатия клавиш	Вид дисплея
		До изменения	После изменения

 

2.4      Методические указания к выполнению работы

 

2.4.1      Для работы с измерителем мощности оптического излучения OLP-15A запустить программу «Оmk15а.ехе».

Ознакомиться с видом передней панели прибора и элементами дисплея согласно рисунку 2.1. Изучить функциональное назначение клавиш управления согласно таблице 2.2.

 

Рисунок 2.1 – Вид на переднюю панель прибора OLР-15А с элементами дисплея.

 

        Т а б л и ц а 2.1 – Функциональное назначение клавиш управления OLP-15А

2.4.2      Для изучения функций ЖК-дисплея необходимо знать, что означает каждый знак на дисплее.

2.4.2.1   Функции отображения уровня:

-       4 цифры и знака; единицы dBm, dB, mW или mW, dBm или dB дисплей;

-       LO индицирует недостаточный уровень;

-       HI индицирует переполнение по уровню;

-       8888 отображается при включенной самокалибровке.

2.4.2.2    Отображение любой ошибки с указанием номеров ошибок:

-       Е30 - слишком много света для обнуления;

-       Е1, Е2, Е3, Е4 - указываются ошибки, обнаруженные во время включения самопроверки и калибровки.

Нажатием клавиши dBm/Watt измерения можно продолжить, но при этом могут увеличиться ошибки измерения.

2.4.2.3    Диапазон модуляции (нижняя кнопка слева):

-       blank: не обнаружено никакой модуляции (функция действует);

-       270 Hz: обнаружен модулированный свет; другие возможные отображения: 330Hz, 1kHz, 2kHz;

-       L1: идентификация волокна;

-       --: слишком низкий уровень для обнаружения модуляции;

-       DIS: функция обнаружения модуляции отключена;

-       88 или 8: высвечивается во время внутренней блокировки.

2.4.2.4    Другая индикация:

-       PERM: отображается в режиме продолжительного включения;

-       ВАТ: индикатор разрядки батареи;

-       REF: отображение опорного уровня или его установки.

  

2.4.3      Существует два режима работы OLP:

a)     режим кратковременной работы;

b)    режим продолжительной работы.

 

          Для включения режима кратковременной работы необходимо быстро нажать клавишу ВКЛ\ВЫКЛ (ON/OFF) (< 2 сек.). Прибор автоматически выключается через 20 минут после включения. Для досрочного выключения прибора необходимо нажать выключатель ON/OFF.

          Для перехода в режим продолжительной работы нажать клавишу  ВКЛ\ВЫКЛ (ON/OFF) > 2 сек. Включится режим продолжительной работы (Загорится “PERM”, ). В приборе произойдет перенастройка. Для выключения нажать клавишу ВКЛ\ВЫКЛ (ON/OFF).

2.4.4       Для установления необходимой длины волны нажимайте клавишу l, пока на дисплее не установиться требуемое значение длины волны (значения последовательно меняются).

2.4.5       Когда прибор установлен на dBm или Watts, измеряется абсолютный уровень мощности (светодиодного или лазерного источника). Правильное значение уровня отображается как только включается OLP.

Для отображения относительного уровня (дБ) необходимо один раз нажать клавишу dB/REF. Относительный уровень индицируется в дБ.

Значение опорного уровня не отображается, когда индицируется относительный уровень.

Опорный уровень устанавливается отдельно для каждой длины волны. Действующий опорный уровень может быть отображен следующим образом:

-       нажмите клавишу l для установки требуемой длины волны;

-       нажмите один раз клавишу dB/REF, если отображался относительный уровень в дБ;

-       нажмите клавишу dB/REF дважды, если отображался абсолютный уровень в дБм или Ваттах. Теперь Вы можете установить требуемый опорный уровень.

Для измерения опорного уровня нажмите клавишу Ü (ABS®REF), чтобы выбрать требуемую цифру. После чего нажмите клавишу ß (l). При каждом нажатии этой клавиши значение мигающей цифры уменьшается на 1. При этом учитывается переполнение, т.е. при переходе от 0 к 9 следующая значащая цифра уменьшается на 1. Нажмите клавишу Ý (HOLD/CONT) для увеличения опорного уровня. При каждом нажатии этой клавиши значение мигающей цифры увеличивается на 1. При этом учитывается переполнение, т.е. при переходе от 9 к 0 следующая значащая цифра увеличивается на 1.

Примечание: Для более быстрого изменения опорного уровня удерживайте нажатием  клавишу со стрелкой (Ü,ß,Ý).

          Для установки измеренного уровня в качестве опорного нажмите клавишу ABS ® REF. При сохранении опорного уровня автоматически задействует отображение относительного уровня. Все последующие измеряемые уровни отображаются как относительные в дБ (в данном случае, отнесенные к –25,73 дБм).

Примечание: Сохраненный опорный уровень действителен только для текущей длины волны.

2.4.6       Чтобы зафиксировать измеренное значение, необходимо во время измерения текущего значения нажать клавишу HOLD/CONT для фиксации отображаемого значения. Дисплей попеременно показывает информацию в режиме “HOL” и текущую длину волны.

          Чтобы снова вывести на дисплей реальное измеряемое значение нажмите еще раз на клавишу HOLD/CONT.

          Примечание: В режиме HOLD все клавиши, кроме ON/OFF, отключены.

 

2.5      Контрольные вопросы

 

2.5.1      Опишите метод измерения затухания в волокне с помощью измерителя мощности.

2.5.2      Что такое относительный и опорный уровни?

2.5.3      Какой режим осуществляет настройку частоты модуляции до 2кГц?

2.5.4      Для чего служит клавиша ABS ® REF?

2.5.5      При нажатии какой клавиши может быть зафиксировано текущее значение уровня во время измерения?

2.5.6      Какую клавишу необходимо нажать для отображения относительного уровня (дБ) ?

2.5.7      Что такое режим кратковременной работы?

2.5.8      При нажатии какой клавиши на дисплее установиться требуемое значение длины волны?

 

 

3 Лабораторная работа №3. Определение затуханий, вносимых переменным оптическим аттенюатором

 

Цель работы: приобретение основных навыков измерения оптического волокна с использованием оптических тестеров.

3. 

 

3.1      Вопросы для домашней подготовки

 

Изучить вопросы измерений вносимых затуханий различными методами, включая метод светопропускания.

 

3.2      Рабочее задание

 

3.2.1      Определить значения затуханий, вносимым переменным оптическим аттенюатором, в режиме линейной градуировки шкалы измерителя мощности.

3.2.2      Определить значения затуханий, вносимых переменным оптическим аттенюатором, в режиме логарифмической градуировки шкалы измерителя мощности.

3.2.3      Исследовать достоверность калибровки шкалы переменного оптического аттенюатора во всем диапазоне вносимых затуханий. Результаты исследований занести в таблицу 3.1. По табличным данным построить графическую зависимость  от _.

 

Т а б л и ц а 3.1 – Результаты исследования достоверности калибровки переменного оптического аттенюатора.

 

3.2.4      Определить первоначальное (остаточное) значение вносимых затуханий переменного аттенюатора. По результатам экспериментальных исследований детально продолжить начальную часть графической зависимости  от , указав при этом значение первоначального (остаточного) затухания.

3.2.5      Определить вносимые затухания методом светопропускания. По результатам работы сделать выводы. Сравнить методы, исследуемые в работе.

 

3.3      Методические указания

 

3.3.1      Для измерения затуханий, вносимым переменным оптическим аттенюатором, в режиме линейной градуировки шкалы измерителя мощности запустить программу «Оmk15а.ехе», выбрать схему №2 программной реализации (см. рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Схемы измерений

 

          На генераторе OLS-15 установить длину волны λ=1310 нм и режим «CW», затем при линейной градуировке шкалы OLP-15A измерить уровень оптического излучения Р(λ=1310 нм), значение которого в мВт или мкВт зафиксировать в отчете.

          Затем выбрать схему №3, на переменном аттенюаторе OLА-15 устанавить вносимое затухание, количественно равное сумме трех последних цифр номера зачетной книжки студента и измерить уровень мощности  на выходе аттенюатора, то есть Р_вых(λ=1310 нм), значение которого тоже зафиксировать в отчете.

          По полученным значениям мощности вычислить значение вносимого затухания по формуле (3.1):

                                                                 , (дБ).                                        (3.1)

 

3.3.2      Для измерения затуханий, вносимых переменным оптическим аттенюатором, в режиме логарифмической градуировки шкалы измерителя мощности перевести OLP-15A в режим логарифмической градуировки шкалы путем нажатия на клавишу «dBm/Watt» (на ЖК высветится значок «dBm»).

          Произвести измерения аналогично пункту 3.3.1.

          Измеренные значения вносимого затухания вычислить по формуле (3.2):

 

                                      .                          (3.2)

 

3.3.3       Исследование достоверности калибровки шкалы переменного оптического аттенюатора во всем диапазоне вносимых затуханий производится по методике, изложенной в пункте 3.3.1. Результаты исследований представить в виде таблицы.

3.3.4      Экспериментальное определение первоначального (остаточного) значения вносимых затуханий переменного аттенюатора выполняется по схеме № 3, используя методику пункта 3.3.1, посредством уменьшения значения выставляемых вносимых затуханий от 5-ти дБ до минимального возможного, при котором происходит выключений аттенюатора. Шаг уменьшения затухания рекомендуется брать равным 0,5 дБ.

3.3.5      Экспериментальное исследование вносимых затуханий методом светопропускания реализуется в режиме сохранения опорного уровня. Для этого собрать схему № 2. С помощью клавиши (ABC→REF) измерителя мощности OLP-15A запоминается в качестве опорного уровень оптического излучения прибора OLS-15. Затем собирается схема № 3, на аттенюаторе выставляются поочередно три значения вносимых затуханий, количественно определяемые соотношением (3.3):

 

                                                               (3.3)

 

где    n – номер варианта (сумма трех последних цифр зачетной книжки студента);

k = 1,2,3.

Значения занести в таблицу 3.2.

 

Т а б л и ц а 3.2 – Измеренные значения

k	1	2	3
aатт , дБ
aизм , дБ

 

 

3.4      Контрольные вопросы

 

3.4.1      Чем обусловлено затухание сигналов в волоконных световодах?

3.4.2      Дайте сравнительную оценку различных методов измерения затуханий в ОВ.

3.4.3      На какой длине волны затухание минимально:850, 1300 или 1550 нм? Почему?

3.4.4      Назовите достоинства и недостатки метода светопропускания.

3.4.5      Какими методами можно измерить затухание волоконных световодов? В чем их сущность?

3.4.6      Назовите основные причины дополнительного затухания оптического кабеля.

3.4.7      В чем причина возникновения первоначального вносимого затухания аттенюатора?

3.4.8      Зависит ли затухание, вносимое аттенюатором,от длины волны света, проходящего через него?

 

Список литературы

 

1.   Строительство и техническая эксплуатация волоконно-оптических линий связи: Учебник для ВУЗов/ Андреев В.А., Бурдин В.А., Попов Б.В., Польников А.И.; под ред. Попова Б.В. – М.: Радио и связь, - 1995, – 220 с.

2.   Волоконно – оптические системы передаи: Учебник для ВУЗов / М.М. Бутусов, С.М. Верник, С.Л. Галкин и дрю: Под ред. В.Н. Гомзина. – М.: Радио и связь. – 1992. – 416 с.

3.   Гроднев И.И. Волоконно – оптические линии связи: Учеб. Пособие для ВУЗов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1990. – 224 с.

 

Содержание 

Введение                                                                                        3

1 Лабораторная работа №1. Изучение функций оптического излучателя на примере OLS-15      4

2 Лабораторная работа №2. Изучение функций измерителя оптической мощности на примере OLР-15 9

3 Лабораторная работа №3. Определение затуханий, вносимых переменным оптическим аттенюатором    13

Список литературы                                                                          17