1、. 光纖通信實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱光纖通信實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)一光源的P-I特性、光發(fā)射機(jī)消光比測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解半導(dǎo)體激光器LD的P-I特性、光發(fā)射機(jī)消光比。2、掌握光源P-I特性曲線、光發(fā)射機(jī)消光比的測試方法。二、實(shí)驗(yàn)器材1、 主控&信號源模塊、2號、25號模塊 各一塊2、 23號模塊（光功率計(jì)） 一塊3、 FC/PC型光纖跳線、連接線 若干4、 萬用表 一個三、實(shí)驗(yàn)原理數(shù)字光發(fā)射機(jī)的指標(biāo)包括：半導(dǎo)體光源的P-I特性曲線測試、消光比（EXT）測試和平均光功率的測試。1、半導(dǎo)體光源的P-I特性LD半導(dǎo)體激光器P-I曲線示意圖半導(dǎo)體激光器具有高功率密度和極高量子效率的特點(diǎn)，微小的電流變化會導(dǎo)致光功率輸

2、出變化，是光纖通信中最重要的一種光源，激光二極管可以看作為一種光學(xué)振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放大機(jī)制，也即啟動介質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，而且產(chǎn)生的增益足以抵消所有的損耗。半導(dǎo)體激光器的輸出光功率與驅(qū)動電流的關(guān)系如上圖所示，該特性有一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)，相應(yīng)的驅(qū)動電流稱為門限電流（或稱閾值電流），用Ith表示。在門限電流以下，激光器工作于自發(fā)輻射，輸出（熒光）光功率很小，通常小于100pW；在門限電流以上，激光器工作于受激輻射，輸出激光功率隨電流迅速上升，基本上成直線關(guān)系。激光器的電流與電壓的關(guān)系類似于正向二極管的特性。該實(shí)驗(yàn)就是對該線性關(guān)系進(jìn)行測量，以驗(yàn)證P-I的線性關(guān)系。P-I特性是選擇半導(dǎo)體

3、激光器的重要依據(jù)。在選擇時，應(yīng)選閾值電流Ith盡可能小，沒有扭折點(diǎn)， P-I曲線的斜率適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體激光器：Ith小，對應(yīng)P值就小，這樣的激光器工作電流小，工作穩(wěn)定性高，消光比大；沒有扭折點(diǎn)，不易產(chǎn)生光信號失真；斜率太小，則要求驅(qū)動信號太大，給驅(qū)動電路帶來麻煩；斜率太大，則會出現(xiàn)光反射噪聲及使自動光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。2、光發(fā)射機(jī)消光比消光比定義為：。式中P00是光發(fā)射機(jī)輸入全“0”時輸出的平均光功率即無輸入信號時的輸出光功率。P11是光發(fā)射機(jī)輸入全“1”時輸出的平均光功率。從激光器的注入電流（I）和輸出功率（P）的關(guān)系，即P-I特性可以清楚地看出消光比的物理概念，如下圖所示。由圖可知，當(dāng)輸入

4、信號為“0”時，光源的輸出光功率為P00，它將由直流偏置電流Ib來確定。無信號時光源輸出的光功率對接收機(jī)來說是一種噪聲，將降低光接收機(jī)的靈敏度。所以從接收機(jī)角度考慮，希望消光比越小越好。但是，應(yīng)該指出，當(dāng)Ib減小時，光源的輸出功率將降低，光源的譜線寬度增加，同時，還會對光源的其它特性產(chǎn)生不良影響，因此，必須全面考慮Ib的影響，一般取Ib = (0.70.9)Ith（Ith為激光器的閾值電流）。在此范圍內(nèi)，能比較好地處理消光比與其它指標(biāo)之間的矛盾?？紤]各種因素的影響，一般要求發(fā)送機(jī)的消光比不超過-1dB。在光源為LED的條件下，一般不考慮消光比，因?yàn)樗患又绷髌秒娏鱅b ，電信號直接加到LED

5、上，無輸入信號時的輸出功率為零。因此，只有以LD作光源的光發(fā)射機(jī)才要求測試消光比。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、關(guān)閉系統(tǒng)電源，按如下說明進(jìn)行連線：（1）用連接線將2號模塊TH7（DoutD）連至25號光收發(fā)模塊的TH2（數(shù)字輸入），并把2號模塊的撥碼開關(guān)S4設(shè)置為“ON”，使輸入信號為全1電平。（2）用光纖跳線連接25號光收發(fā)模塊的光發(fā)輸出端和光收接入端，并將光收發(fā)模塊的功能選擇開關(guān)S1打到“光功率計(jì)”。（3）用同軸電纜線將25號光收發(fā)模塊P4（光探測器輸出）連至23號模塊P1（光探測器輸入）。2、將25號光收發(fā)模塊開關(guān)J1撥為“10”，即無APC控制狀態(tài)。開關(guān)S3撥為“數(shù)字”，即數(shù)字光發(fā)送。3、將25號光

6、收發(fā)模塊的電位器W4和W2順時針旋至底，即設(shè)置光發(fā)射機(jī)的輸出光功率為最大狀態(tài)； 4、開電，設(shè)置主控模塊菜單，選擇主菜單【光纖通信】【光源的P-I特性測試】功能。5、用萬用表測量R7兩端的電壓（測量方法：先將萬用表打到直流電壓檔，然后將紅表筆接TP3，黑表筆接TP2）。讀出萬用表讀數(shù)U，代入公式I=U/R7，其中R7=33, 讀出光功率計(jì)讀數(shù)P。調(diào)節(jié)功率輸出W4，將測得的參數(shù)填入下表：P(uW)u(V)I(A)6、將25號光收發(fā)模塊的電位器W4順時針旋至底；設(shè)置主控模塊菜單，選擇【光功率計(jì)】功能。7、將2號模塊的撥碼開關(guān)S4設(shè)置為“ON”，使輸入信號為全1電平。測得此時光發(fā)端機(jī)輸出的光功率為P1

7、1。8、將2號模塊的撥碼開關(guān)S4設(shè)置為“OFF”，使輸入信號為全0電平。測得此時光發(fā)端機(jī)輸出的光功率為P00。9、代入公式，即得光發(fā)射機(jī)消光比。10、調(diào)節(jié)W4，重復(fù)79步驟，并將所測數(shù)據(jù)填入下表。P00(uW)P11(uW)EXT5 實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果分析P(uW)401.5352.6242.3182.1104.723.560.6341u(V)0.6550.6030.4710.3950.3150.210.154I(A)0.01980.01820.01420.01190.00950.00630.0046繪制光源P-I特性曲線：消光比：P00(uW)0.09010.09010.09010.09010.

8、09010.09010.0901P11(uW)387.0366.7347.7322.9307.7284.9266.5EXT-36.3-36.1-35.8-35.4-35.3-35.0-34.7 P00(uW)0.09010.09010.09010.09010.09010.09010.0901P11(uW)242.3220.1198.6181.4156.7148.4130.7EXT-34.3-33.8-33.4-33.0-32.4-32.1-31.6P00(uW)0.09010.09010.09010.09010.09010.0901P11(uW)111.995.0578.3453.6833.8

9、220.08EXT-30.9-30.2-29.3-27.7-25.7-23.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：1.半導(dǎo)體激光器工作原理是：激勵方式，利用半導(dǎo)體物質(zhì)(既利用電子)在能帶間躍遷發(fā)光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋、產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光。半導(dǎo)體激光二極管（LD）或簡稱半導(dǎo)體激光器，它通過受激輻射發(fā)光，（處于高能級E2的電子在光場的感應(yīng)下發(fā)射一個和感應(yīng)光子一模一樣的光子，而躍遷到低能級E1，這個過程稱為光的受激輻射 2.環(huán)境溫度的改變對半導(dǎo)體激光器P-I特性的影響：隨著溫度的上升，閾值電流越來越大，功率隨電流變化越來越緩慢。3.以半導(dǎo)體激光器為光源

10、的光纖通信系統(tǒng)中，半導(dǎo)體激光器P-I特性對系統(tǒng)傳輸性能的影響是：當(dāng)注入電流較小時，激活區(qū)不能實(shí)現(xiàn)粒子束反轉(zhuǎn)，自發(fā)發(fā)射占主導(dǎo)地位。，激光器發(fā)射普通的熒光。隨著注入電流的增加，激活器里實(shí)現(xiàn)了粒子束反轉(zhuǎn)，受激輻射占主導(dǎo)地位。但當(dāng)注入電流小于閾值電流時，諧振腔內(nèi)的增益還不足以克服如介質(zhì)的吸收、鏡面反射不完全等引起的諧振腔的損耗時，不能在腔內(nèi)建立起振蕩，激光器只發(fā)射較強(qiáng)熒光。只有當(dāng)注入電流大于閾值電流時才能產(chǎn)生功率很強(qiáng)的激光。4.閾值電流隨著溫度的升高而增大，外微分量子效率減小，輸出光功率明顯下降。5.當(dāng)注入電流較小時，激活區(qū)不能實(shí)現(xiàn)粒子束反轉(zhuǎn)，自發(fā)發(fā)射占主導(dǎo)地位。激光器發(fā)射普通的熒光。隨著注入電流的增

11、加，激活器里實(shí)現(xiàn)了粒子束反轉(zhuǎn)，受激輻射占主導(dǎo)地位。但當(dāng)注入電流小于閾值電流時，諧振腔內(nèi)的增益還不足以克服如介質(zhì)的吸收、鏡面反射不完全等引起的諧振腔的損耗時，不能在腔內(nèi)建立起振蕩，激光器只發(fā)射較強(qiáng)熒光。只有當(dāng)注入電流大于閾值電流時才能產(chǎn)生功率很強(qiáng)的激光。6.對于數(shù)字脈沖光發(fā)射機(jī)，消光比這個指標(biāo)很重要，它定義為全“0”時平均光功率p0和全“1”時平均光功率p1之比，可用EXT表示，定義式如EXT=10lg(p1/p0)(dB)，消光比的不足容易引起對碼元的誤判等一系列問題。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于設(shè)備及環(huán)境差異的問題，消光比很難控制，只能將消光比控制在某一范圍。通過本實(shí)驗(yàn)，我學(xué)習(xí)了解半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理

12、和激光光源工作原理，掌握了半導(dǎo)體激光器P-I曲線的測試方法， 同時了解數(shù)字光發(fā)射機(jī)平均輸出光功率和消光比的指標(biāo)要求，通過動手操作，掌握了數(shù)字光發(fā)射機(jī)平均輸出光功率和消光比的測試方法，為以后的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。 實(shí)驗(yàn)二模擬信號光纖傳輸系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解模擬信號（正弦波、三角波、方波等）光纖傳輸系統(tǒng)。二、實(shí)驗(yàn)器材1、 主控&信號源模塊、25號模塊 各一塊2、 雙蹤示波器 一臺3、 FC型光纖跳線、連接線 若干三、實(shí)驗(yàn)原理1、實(shí)驗(yàn)原理框圖模擬信號光纖傳輸系統(tǒng)2、實(shí)驗(yàn)框圖說明主控信號源模塊可輸出正弦波、三角波、方波等模擬信號，信號送入光發(fā)射機(jī)的模擬輸入端，經(jīng)過光調(diào)制電路轉(zhuǎn)換成光信號，完成電光轉(zhuǎn)換；

13、光信號經(jīng)光纖跳線傳輸后，由接收機(jī)接收，并完成光電轉(zhuǎn)換，輸出原始信號。注：由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置模塊情況不同，光收發(fā)模塊的波長類型有所不同，比如1310nm、1550nm等，需根據(jù)實(shí)際情況確定。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、關(guān)閉系統(tǒng)電源，用光纖跳線連接25號光收發(fā)模塊的光發(fā)輸出端和光收接入端，并將光收發(fā)模塊的功能選擇開關(guān)S1打到“光接收機(jī)”。2、將信號源&主控模塊的模擬輸出A-out連接到25號光收發(fā)模塊的模擬信號輸入端TH1。3、把25號光收發(fā)模塊的S3設(shè)置為“模擬”。4、將25號光收發(fā)模塊的W5（接收靈敏度的調(diào)節(jié)旋鈕，順時針旋轉(zhuǎn)時輸出信號減小）逆時針旋到最大，適當(dāng)調(diào)節(jié)W6（調(diào)節(jié)電平判決電路的門限電壓）。5、打開

14、系統(tǒng)電源開關(guān)及各模塊電源開關(guān)。在主控模塊中設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)主菜單【光纖通信】【模擬信號光纖傳輸系統(tǒng)】6、用示波器觀測模擬信號源模塊的A-out，調(diào)節(jié)信號源模塊的“輸出幅度”旋鈕，使信號為適當(dāng)大?。ūＷC輸出信號最大且不失真）。7、用示波器觀測模擬信號源的A-out和25號光收發(fā)模塊的TH4，適當(dāng)調(diào)節(jié)W5，使得觀測到的兩處波形相同。此時，25號光收發(fā)模塊無失真的傳輸模擬信號（可以通過“主控”模塊中“信號源”進(jìn)入“模擬信號源”菜單選擇所需波型）。5 實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果分析示波器顯示圖正弦波三角波方波實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：1、光纖傳輸系統(tǒng)能傳輸數(shù)字信號，因?yàn)楣饫w傳輸?shù)氖枪饽芰俊Ｏ裎覀兯f的光功率，一臺光源發(fā)出光信號

15、并有一定的功率可以支持傳輸?shù)浇K端，光源或者說這個一定功率的光信號則是一個載體，在傳輸前需要將數(shù)字信號調(diào)制進(jìn)去，也就是附加在光信號上面。這時數(shù)字信號通過光纖進(jìn)行傳播。當(dāng)然，傳至終端的時候，則需要另一個解調(diào)器，將數(shù)字信號還原成我們可識別的信息繼續(xù)進(jìn)行傳播。3、通過本次實(shí)驗(yàn)了解了模擬信號光纖系統(tǒng)的通信原理，了解了完整的模擬信號光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。 實(shí)驗(yàn)三PN序列光纖傳輸系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解PN序列光纖傳輸系統(tǒng)的原理。二、實(shí)驗(yàn)器材1、 主控&信號源模塊、25號模塊 各一塊2、 雙蹤示波器 一臺3、 FC型光纖跳線、連接線 若干三、實(shí)驗(yàn)原理1、實(shí)驗(yàn)原理框圖PN序列光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)框圖2、實(shí)驗(yàn)框圖

16、說明本實(shí)驗(yàn)是了解和驗(yàn)證數(shù)字序列光纖傳輸系統(tǒng)的原理。由主控信號源模塊提供輸入信號PN序列，PN序列經(jīng)過光發(fā)射機(jī)完成電光轉(zhuǎn)換，送入到光纖媒介中傳輸，最后通過光接收機(jī)完成光電轉(zhuǎn)換以及門限判決，恢復(fù)出原始碼元信號。注：由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置模塊情況不同，光收發(fā)模塊的波長類型有所不同，比如1310nm、1550nm等，需根據(jù)實(shí)際情況確定。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、關(guān)閉系統(tǒng)電源，用光纖跳線連接25號光收發(fā)模塊的光發(fā)和光收，并將25號光收發(fā)模塊的功能選擇開關(guān)S1打到“光接收機(jī)”。2、將信號源&主控模塊的數(shù)字信號PN15連接到25號光收發(fā)模塊的數(shù)字信號輸入端TH2。3、把25號光收發(fā)模塊的光發(fā)模式選擇S3設(shè)置為“數(shù)字”。4、

17、將25號光收發(fā)模塊中的光發(fā)模塊的J1第一位撥“ON”（數(shù)字光調(diào)制的通狀態(tài)），第二位撥“OFF”（自動光功率控制補(bǔ)償電流的斷狀態(tài)），將W5（接收靈敏度的調(diào)節(jié)旋鈕，逆時針旋轉(zhuǎn)時輸出信號減小）順時針旋到最大。5、將輸出光功率旋鈕W4順時針旋轉(zhuǎn)到最大。6、打開系統(tǒng)電源開關(guān)及各模塊電源開關(guān)。在主控模塊中設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)主菜單【光纖通信】【PN序列光纖傳輸系統(tǒng)】。用示波器觀測25號光收發(fā)模塊的數(shù)字輸入TH2和數(shù)字輸出端TH3，比較二者碼元情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)25號光收發(fā)模塊W6（調(diào)節(jié)電平判決電路的門限電壓）及W5，使兩路波形相同。5 實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果分析示波器波形實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：本次實(shí)驗(yàn)的原理就是由主控信號源模塊提供

18、輸入信號PN序列，PN序列經(jīng)過光發(fā)射機(jī)完成電光轉(zhuǎn)換，送入到光纖媒介中傳輸，最后通過光接收機(jī)完成光電轉(zhuǎn)換以及門限判決，恢復(fù)出原始碼元信號。第一個波形為信源輸入的PN序列，第二個波形為輸入信號PN序列，經(jīng)過光發(fā)射機(jī)完成電光轉(zhuǎn)換，送入到光纖媒介中傳輸，最后通過光接收機(jī)完成電光轉(zhuǎn)換以及門限判決，恢復(fù)出的原始碼元信號，基本實(shí)現(xiàn)了無失真?zhèn)鬏?。本次?shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)了PN序列光纖傳輸系統(tǒng)的基本知識，主要學(xué)習(xí)了PN序列的特點(diǎn)和PN序列的產(chǎn)生，了解了PN是一種偽隨機(jī)碼，本次是采用長線性反饋移位寄存器序列作為偽隨機(jī)序列。 實(shí)驗(yàn)四CMI碼編譯碼及其光纖傳輸系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解和掌握CMI編譯碼原理和用途。2、了解CMI編

19、譯碼光纖傳輸系統(tǒng)的相關(guān)原理。二、實(shí)驗(yàn)器材1、 主控&信號源模塊、2、8、25號模塊 各一塊2、 雙蹤示波器 一臺3、 FC型光纖跳線、連接線 若干三、實(shí)驗(yàn)原理1、實(shí)驗(yàn)原理框圖實(shí)驗(yàn)原理框圖2、實(shí)驗(yàn)原理說明和數(shù)字電纜通信一樣，通常在數(shù)字光纖通信的傳輸通道中，一般不直接傳輸終端機(jī)輸出的數(shù)字信號，而是經(jīng)過碼型變換電路，使之變換成為更適合傳輸通道的線路碼型。在數(shù)字電纜通信中, 電纜中傳輸?shù)木€路碼型通常為三電平的“三階高密度雙極性碼”，即HDB3碼，它是一種傳號以正負(fù)極性交替發(fā)送的碼型。在數(shù)字光纖通信中由于光源不可能發(fā)射負(fù)的光脈沖，因而不能采用HDB3碼，只能采用“0”“1”二電平碼。但簡單的二電平碼的直

20、流基線會隨著信息流中“0”“1”的不同的組合情況而隨機(jī)起伏，而直流基線的起伏對接收端判決不利，因此需要進(jìn)行線路編碼以適應(yīng)光纖線路傳輸?shù)囊?。線路編碼還有另外兩個作用：一是消除隨機(jī)數(shù)字碼流中的長連“0”和長連“1”碼，以便于接收端時鐘的提取。二是按一定規(guī)則進(jìn)行編碼后，也便于在運(yùn)行中進(jìn)行誤碼監(jiān)測，以及在中繼器上進(jìn)行誤碼遙測。本實(shí)驗(yàn)CMI編碼中，碼字“0”由“01”表示，碼字“1”由“00”、“11”交替表示。其變換規(guī)則如表所示：輸入碼字CMI碼模式1模式20010110011CMI碼型變換規(guī)則CMI（Coded Mark Inversion）碼是典型的字母型平衡碼之一。CMI在ITU-T G.70

21、3建議中被規(guī)定為139.264Mb/s（PDH的四次群）和155.520Mb/s（SDH的STM-1）的物理/電氣界面的碼型。CMI由于結(jié)構(gòu)均勻，傳輸性能好，可以用游動數(shù)字和的方法監(jiān)測誤碼，因此誤碼監(jiān)測性能好。由于它是一種電接口碼型，因此有不少139.264Mb/s的光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)采用CMI碼作為光線路碼型。除了上述優(yōu)點(diǎn)外，它不需要重新變換，就可以直接用四次群復(fù)接設(shè)備送來的CMI碼的電信號去調(diào)制光源器件，在接收端把再生還原的CMI碼的電信號直接送給四次群復(fù)用設(shè)備，而無須電接口和線路碼型變換/反變換電路。其缺點(diǎn)是碼速提高太大，并且傳送輔助信息的性能較差。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。源端口目的端口連線說明信號源：PN15模塊8：TH3(編碼輸入-數(shù)據(jù))基帶信號輸入信號源：CLK模塊