摘 要

在通信系统领域的设备中，光无源器件是关键的构成部分，信号在通过光无源器件的过程总会产生反射光，这种反射不但会导致信号的传输损耗增大，并且会使传输信号畸形，对传输性能影响很大。这种损耗称之为回波损耗。如果在光无源器件投入工作前就能够知道该器件的回波损耗，对光纤通信系统的稳定性和传输性会有很大的帮助。因此，本文主要是针对于如何测试出光无源器件高精度地回波损耗，从而在光纤通信设备中能够配备上回波损耗最小的光无源器件，减少信号在光纤通信设备传输中的损耗。

论文主要研究了测量回波损耗的两种不同方案，从中选出测量值精度高的一种方案。要使回损值精确，不仅仅是在测量系统中改进就可以得到高精度的回损值。测试系统中的光源和接收从测试系统中反射回来的光信号的效率高低同样也会影响到光回损的精度。所以为了得到高精度的回损值对光源的输出进行稳定性的电路设计。因为只有对信号的精确提取后经过单片机的运算得到的值才会精确，所以最后研究了对经过光回损测试系统的反射光进行去噪放大的电路设计，并用仿真验证电路的可行性。

本文主要是着重分析光纤回波损耗的基本原理和多种测量方式，对比通过计算分析各种测量方法的优劣点，从而提出一种高性价比的光回损测试方案。其次是通过对影响光源稳定性的因素进行分析，找出一种能使光源发出稳定光功率的电路设计。最后是分析经过测试系统反射回来的微弱信号应该如何从噪声中分离出来，设计出电路能对该微弱信号进行提取和放大。

关键词：光回损；高精度；光无源器件

Abstract

Devices in the field of communication systems, optical passive device is the key part, signal through the process of optical passive devices will always produce light reflection, the reflection will not only resulted in the increase of the transmission loss of the signal, and the signal transmission deformity, on the transmission performance of great influence. This loss is called return loss. If the return loss of the optical fiber communication system is known before the optical passive device is put into operation, the stability and the transmission of the optical fiber communication system can be greatly helped. Therefore, this paper is mainly on how to test the return loss of a passive optical device with high precision, thus in the optical fiber communication equipment can equipped with echo with minimal loss of passive optical devices, reduce signal loss in optical fiber communication transmission equipment.

In this paper, two different schemes of measuring return loss are studied, and a scheme of high precision is selected. In order to make the return loss accurate, it is not only to improve the measurement system, it can get the high precision of the return loss. The efficiency of the light source and the optical signal reflected back from the test system can also affect the accuracy of the optical return loss. So in order to get high precision return loss value of the output of the light source to the stability of the circuit design. Because only the accurate extraction of the signal after the MCU operation obtained values will be accurate, so at the end of the through optical return loss test system of the reflection of light to noise amplification circuit design, and the feasibility of using circuit simulation verification.

This paper mainly focuses on the analysis of the basic principle of the return loss of optical fiber and a variety of measurement methods, through the calculation and analysis of the pros and cons of various measurement methods, so as to put forward a cost-effective optical return loss test program. Secondly, by analyzing the factors that affect the stability of the light source, a circuit design which can make the light source to emit stable light power is found out. Finally, the weak signal reflected back from the test system should be separated from the noise, and the design of the circuit can be used to extract and amplify the weak signal.

Key Words：Optical Return Loss；High-precision；Passive devices

目录

第1章 绪论 2

1.1 目的及意义 2

1.2 国内外现状 2

1.3 课题的研究内容与本文的结构安排 4

1.3.1 课题的研究内容 4

1.3.2 本文的结构安排 4

第2章 光回损测量系统的方案设计及需求分析 5

2.1 测量系统的需求分析 5

2.2 测试系统的参数分析 6

2.2.1光无源器件的分类 6

2.2.2 光回损的基本原理 7

2.3 测量系统的关键技术难点 8

第3章 光回损的测试方案 9

3.1 光时域反射法 9

3.1.1 OTDR具体实现方案 10

3.1.2 OTDR优缺点分析 11

3.2光连续波反射法 12

3.2.1光连续波反射法的传统法 12

3.2.2 光连续波反射法的改进方案 14

3.3 本章小结 17

第4章 硬件电路的设计 19

4.1 稳定光源的电路设计 19

4.2 光接收电路的设计 24

4.2.1 前置放大电路的设计 24

4.2.2 对数放大器的应用 26

4.2.3 带通选频电路的设计 29

4.3 本章小结 32

第5章 总结与展望 33

参考文献 34

致谢 35

第1章 绪论

1.1 目的及意义

随着信息时代的到来，计算机变成了每个家庭必需的生活用品，每家每户都可以通过互联网来获取信息，上网已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。与此同时，随着信息技术的发展，对于光纤通信载体的要求也就越来越高，希望通过互联网来让一系列交互的速度能够越来越快并且趋于稳定，使互联网朝着更加完善的方向发展。

因此，着重需要解决的就是在光纤通信系统传输的质量问题。但因为光信号的传输受损耗、色散以及光纤中的非线性效应等因素的限制，光纤通信系统的传输速率降低了很多。从理论上说，在低损耗传输窗口，光纤传输容量非常大，具有25THZ的带宽，但直到20世纪末，其传输的速率还限制在几十Gbit/s，远远低于理论上的25THZ的容量，这说明在传输过程中损耗的严重性。除此以外，在光纤传输过程中，因为存在着损耗，每隔50~100km必须对光信号进行放大。色散会导致光脉冲展宽，当脉冲展宽后会互相产生干扰，也限制了传输速率的提高。限制光纤通信系统传输的因素很多，但最主要的是光纤无源器件的性能好坏，因为当光通过光纤时，由于色散等因素的影响，在光纤中不能直线传输，直线传输只是一种理想的状态。如果光纤连接器之间存在间隙或是光纤线路中存在断点会导致光纤折射率改变，从而引起向后放射光，干扰光源的稳定性。特别是随着光网络覆盖范围的逐渐变广，各种光无源器件的增加以及光纤线路总会因为各种原因存在一些断点，这很容易会干扰光接收机接收信号，从而产生误码率的提高、数据的丢失、信息传送量的减少，从而导致整个光纤通信系统通信质量与性能下降所以就需要大量的优质的光无源器件和光纤来提高光纤通信系统的质量，同时，检测所生产出来的光无源器件和光纤所组成的光纤通信系统也是非常重要的。这里就需要能够实时检测光纤通信系统的光纤测试仪器。只有能够检测光纤通信系统的质量好坏和对系统故障点的精确定位，才能使光纤通信系统更加稳定和方便修复。

1.2 国内外现状

光纤通信自从投入通信领域的应用后，因其通信信息大、可远距离传输、体积小、抗杂波干扰能力强，制作方便、环保等优越性，已逐渐成为当今通信网络产业的不可忽视的一股力量。在如今的4G时代，优先注重的是传输的稳定性和传输的容量，而光纤通信的优势就在于这两个方面，所以光纤通信得到了广泛应用。随着光器件和光纤使用越来越普及，国内和国外都在着重资金和人力研究这一方面的内容，希望能在光通信领域占有先机。

在光通信行业，国外的光通信行业测试仪器技术发展相对于国内来说较为迅速，但是国内也在着重发展光通信行业。应用比较广泛的光纤测试仪器是光功率计、光插回损测试仪、稳定光源仪和光线故障检测仪等高性能测试仪器。在国外走在仪器仪表行业前列的公司有加拿大EXFO、美国OWL、日本安立和横河。以加拿大的EXFO为例，这个公司里的OTDR MAX-710B，内置功率计、光源和故障定位仪，是一个具有相对全面的功能的入门级专用OTDR。但是大多数的光纤测试仪器功能单一，很难通过一个仪器就测试出光纤的所有特性，要用很多的仪器才能实现对光纤性能高精度测试。所以很多光通信企业都看到了这个方面的问题，都在着力研发一体化多功能的光纤测试仪器，在市场中占得先机。