1、學院名稱 信息工程學院 專業(yè)班級 學號 實驗成績 學生姓名 同組人姓名 實驗日期 2 課程名稱 光纖通信 實驗題目 半導體激光器P-I特性測試實驗 實驗記錄： 一、實驗目的 解半 1、學習半導體激光器發(fā)光原理和光纖通信中激光光源工作原理 2 、了解導體激光器平均輸岀光功率與注入驅(qū)動電流的關(guān)系 3、掌握半導體激光器 P（平均發(fā)送光功率） -I （注入電流）曲線的測試方法 實驗儀器 1、ZY12OFCom13BG型光纖通信原理實驗箱 1臺 2、FC接口光功率計 1臺 3、FC/PC-FC/PC單模光跳線 1根 4、萬用表 1臺 5、連接導線 20根 三、實驗原理 半導體激光二極管（LD或簡稱半導體

2、激光器，它通過受激輻射發(fā)光，是一種閾值器件。處于高 能級E2的電子在光場的感應下發(fā)射一個和感應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，所謂一模一樣，是指發(fā)射光子和感應光子不僅頻率相同，而且相位、偏振方向和 傳播方向都相同，它和感應光子是相干的。由于受激輻射與自發(fā)輻射的本質(zhì)不同，導致了半導體激光 器不僅能產(chǎn)生高功率（10mW輻射，而且輸出光發(fā)散角窄（垂直發(fā)散角為3050，水平發(fā)散角為 030），與單模光纖的耦合效率高（約 30%50%），輻射光譜線窄（入=0.11.0nm），適用于 高比特工作，載流子復合壽命短，能進行高速信號（20GHZ直接調(diào)制，非常適合于作高速長距

3、離光 纖通信系統(tǒng)的光源。 P-I特性是選擇半導體激光器的重要依據(jù)。在選擇時，應選閾值電流1也盡可能小，1也對應p值 小,而且沒有扭折點的半導體激光器。這樣的激光器工作電流小，工作穩(wěn)定性高，消光比大，而且不 易產(chǎn)生光信號失真。并且要求P-I曲線的斜率適當。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，則會岀現(xiàn)光反射噪聲及使自動光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。半導體激光器可以看作 為一種光學振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放大機制，也即激活介質(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。將開始岀現(xiàn)凈增益的條件稱為閾值條件。一般用注入電流值來 標定閾值條件，也即閾值電流 It

4、h。在實驗中所用到半導體激光器輸出波長為1310nm帶尾纖及FC型 接口。半導體激光器作為光纖通信中應用的主要光源其性能指標直接影響到系統(tǒng)傳輸質(zhì)量，因此PI特 性曲線的測試了解激光器的性能是非常重要的，半導體激光器驅(qū)動電流的確定是通過測量串聯(lián)在電路 中的R110上的電壓值。電路中的驅(qū)動電流在數(shù)值上等于R110兩端電壓與電阻之比。為了測試更加精 確，實驗中先用萬用表測岀R110的精確值，計算得岀半導體激光器的驅(qū)動電流，然后用光功率計測的 一定驅(qū)動電流下半導體激光器發(fā)岀激光的功率，從而完成PI特性的測試，并可根據(jù) PI特性得岀半導 體激光器的斜率效率。 圖4.1-1 LD半導體激光器P-I曲線示意

5、圖 四、實驗內(nèi)容 1、 測量半導體激光器輸岀功率和注入電流，并畫岀P-I關(guān)系曲線。 2、根據(jù)P- I特性曲線，找岀半導體激光器閾值電流，計算半導體激光器斜率效率。 五、實驗步驟 1、將光發(fā)模塊中的可調(diào)電阻 W101逆時針旋轉(zhuǎn)到底，使數(shù)字驅(qū)動電流達到最小值。 2、 用萬用表測得 R110電阻值，找出所測電壓與半導體激光器驅(qū)動電流之間的關(guān)系（V= IR110 ）。 3、撥動雙刀三擲開關(guān)，BM1選擇到半導體激光器數(shù)字驅(qū)動，BM2選擇到1310。 4、旋開光發(fā)端機光纖輸出端口（1310nm T）防塵帽，用FC-FC光纖跳線將半導體激光器與光功率計輸 入端連接起來，并將光功率計測量波長調(diào)整到1310n

6、m檔。 5、連接導線：將 T502與T101連接。 6、 連接好實驗箱電源，先開交流電源開關(guān)，再開直流電源開關(guān)，即按下K01，K02 （電源模塊），并 打開光發(fā)模塊和數(shù)字信號源的直流電源（K10與K50）。 7、 用萬用表測量 R110兩端電壓（紅表筆插 T103,黑表筆插T104）。 8、 慢慢調(diào)節(jié)電位器W101,使所測得的電壓為下表中數(shù)值，依次測量對應的光功率值，并將測得的數(shù) 據(jù)填入下表。 9、 做完實驗后先關(guān)閉光發(fā)模塊（K10），然后依次關(guān)掉各直流開關(guān)（電源模塊），以及交流電開關(guān)。 10、拆下光跳線及光功率計，用防塵帽蓋住實驗箱半導體激光器光纖輸岀端口，將實驗箱還原。 11、將各儀器設(shè)備

7、擺放整齊。 學生實驗報告 實驗室名稱 指導教師簽名 學院名稱 信息工程學院 專業(yè)班級 學號 實驗成績 學生姓名 同組人姓名 實驗日期 2 課程名稱 光纖通信 實驗題目 半導體激光器P-I特性測試實驗 六、實驗結(jié)果 1、根據(jù)實驗記錄數(shù)據(jù)，算岀半導體激光器驅(qū)動電流，畫岀光功率與注入電流的關(guān)系曲線 R=1.7 k Q U(mV) 1 2 3 4 5 6 7 8 l(mA) 0.603 1.21 1.87 2.45 3.116 3.63 4.32 4.91 P (uW 0 0.003 0.095 0.337 0.590 0.8160 1.060 1.302 P (dBm) -40.19 -34.98

8、-32.25 -30.76 -29.55 -28.71 U(mV) 9 10 12 14 16 18 20 22 I(mA) 5.59 6.22 7.45 8.74 9.91 11.19 12.46 13.64 P (uW 1.5480 1.7960 2.257 2.741 3.129 3.701 4.169 4.632 P (dBm) -28.01 -27.30 -26.44 -25.55 -24.87 -24.27 -23.61 -23.02 U(mV) 24 26 28 30 32 34 36 38 I(mA) 14.91 16.23 16.98 18.68 19.82 21 . 01

9、22.18 23.55 P (uW 5.049 5.46 5.97 6.41 6.54 6.87 7.18 7.47 P (dBm) -22.77 -22.43 -22.08 -21.79 -21.69 -21.49 -21.35 -21.19 LD的P-I特性測試表 2、根據(jù)所畫的P-I特性曲線，找出半導體激光器閾值電流Ith的大小 l(rr a ： P-I特性曲線 3、根據(jù)P-I特性曲線，求岀半導體激光器的斜率效率。 由圖示可知：閾值電流lth=6.23mA。斜率為2.657。 學生實驗報告 實驗室名稱 指導教師簽名 學院名稱信息工程學院專業(yè)班級 學號實驗成績 學生姓名 同組人姓名 實驗日

10、期2 課程名稱 光纖通信 實驗題目半導體激光器P-I特性測試實驗 七、注意事項 1、半導體激光器驅(qū)動電流不可超過40mA否則有燒毀激光器的危險。 2、由于光功率計，光跳線，光功率計等光學器件的插頭屬易損件，使用時應輕拿輕放，切忌用力過大。 八、思考題 1. 試說明半導體激光器發(fā)光工作原理。 答：半導體激光二極管（LD）或簡稱半導體激光器，它通過受激輻射發(fā)光，是一種閾值器件。處于高能級 E2的電子在光場的感應下發(fā)射一個和感應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，所謂一模一樣，是指發(fā)射光子和感應光子不僅頻率相同，而且相位、偏振方向和傳播方向都相同， 它和感應光子是相干

11、的。 由于受激輻射與自發(fā)輻射的本質(zhì)不同，導致了半導體激光器不僅能產(chǎn)生高功率（ 10mW輻射，而且輸出光發(fā)散角窄（垂直發(fā)散角為3050，水平發(fā)散角為0 30），與單模光纖的耦合 效率高（約30%50%），輻射光譜線窄（入=0.11.0nm），適用于高比特工作，載流子復合壽命短， 能進行高速信號（20GHZ直接調(diào)制，非常適合于作高速長距離光纖通信系統(tǒng)的光源。 2. 環(huán)境溫度的變化對半導體激光器P-I特性有何影響？ 答：溫度對半導體激光器閾值電流和輸出功率都有影響，且服從經(jīng)驗公式：lth=l 0eT/T0。 實驗室名稱指導教師簽名 學院名稱 信息工程學院 專業(yè)班級 學號 實驗成績 學生姓名 同 組人

12、姓名 實驗日期 2010-12-22 課程名稱 光纖通信 實驗題目 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)線路編譯碼實驗 實驗記錄： 一、實驗目的 1、了解線路碼型在光纖傳輸系統(tǒng)中的作用 2、掌握線路碼型的編譯碼過程以及電路實現(xiàn)原理 二、實驗儀器 1、 ZYE430IG型光纖通信原理實驗箱 1 臺 2、 20MHz雙蹤模擬示波器 1 臺 3、 萬用表 1 臺 4、 FC/PC-FC/PC單模光跳線 1 根 5、 連接導線 20 根 三、實驗原理 接口碼HDB3碼雖然有很多優(yōu)點，如功率中無直流分量，高低頻成分少，定時信息豐富，有利于定時提 取等，但它不能在光纖中傳輸，當通過接口碼型變換電路將其變換為PCM碼后，雖然能

13、在數(shù)字光纖系統(tǒng)中傳 輸，但在實際的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中并不采用這種碼型本實驗闡述了適合數(shù)字光纖通信系統(tǒng)所采用的三種線 路碼型：偽雙極性碼； mBnB碼；附加奇偶位碼。還說明了線路碼相對于接口碼型的優(yōu)點，并將一基 帶信號NRZ碼變換為有利于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)木€路碼型：偽雙極性碼、mBnE碼。 由于CMI碼有很多優(yōu)點，它既為我國數(shù)字通信標準制式所規(guī)定的兩種接口碼型之一，又是數(shù)字光纖通信 系統(tǒng)中所采用的線路碼型，它既屬于偽雙極性碼又屬于mBnB碼（1B2B碼）。所以，本實驗中的線路碼型就 采用CMI碼。 CMI碼為信號反轉(zhuǎn)碼（Code Mark Inversion ），是一種二電平不歸零碼，是 P

14、CM四次群的線路傳輸碼型， 也就是四次群數(shù)字光纖通信設(shè)備與四次群PCM設(shè)備之間的接口碼型。 1、CMI碼的特點 A、CMI碼編譯電路簡單，便于設(shè)計與調(diào)試。 B、CMI碼的最大連“ 0”和連“ 1”都是3個 C、具有誤碼監(jiān)測能力，當其編碼規(guī)則被破壞，就表示有誤碼產(chǎn)生，便于線路傳輸中的誤碼監(jiān)測。 D、 CMI碼功率譜中的直流分量恒定，低頻分量小，fr （變換前的碼速率）頻率處有限譜，頻帶較寬，便于 定時提取。 E、CMI碼的速率是編碼前信號速率的兩倍。 2、CMI碼的編碼規(guī)則 A、對于二進制“ 0”被編碼成為前后得 A1和A2（ A1為“0”電平，A2為“ 1”電平）兩種幅值的電平，每 種幅值占單

15、位時間間隔的一半（T/2），即在CMI碼中為“ 01”碼。 B、 對于二進制“ 1”用幅值電平 A1和A2來編碼。A1或A2都占滿了一個單位時間間隔（T），即在CMI碼 流中為“ 00”或“ 11”碼；對于相繼的二進制“ 1 ”，這兩個電平相互交替。這也就是前一個二進制“1” 學生實驗 品報告檔你我共享 實驗室名稱1 指導教師簽名 學院名稱 信息工程學院 專業(yè)班級 學號 實驗成績 學生姓名 同 組人姓名 實驗日期 2010-12-22 課程名稱 光纖通信 實驗題目數(shù)字光纖通信系統(tǒng)線路編譯碼實驗 編為A1,（即“ 00”則后一個二進制“ 1”就編A2,反之，前一個二進制“ 1 ”編為A2,（即“

16、 11”則 后一個二進制“ 1”就編A1,即在CMI碼流中以“ 00”和“ 11 ”信號相互交替。 3、CMI碼編碼電路的方式 CMI編碼電路比較簡單，CMI碼的編碼規(guī)則是將二值碼 NRZ序列中的“ 1 ”和“0”狀態(tài)進行分離， 然后按各自的編碼規(guī)則進行編碼，最后由這兩種狀態(tài)的編碼合成輸岀就成為CMI碼。 4、CMI譯碼電路 CMI譯碼不采用CMI編碼逆變換，而是采用延時CMI碼T/2 （即半比特時間）然后相加，時鐘讀出的方法。 5、mBnE碼和偽雙極性碼 mBnB碼是將輸入的m比特（Bit） 一組碼作為一個碼字，按變換表，在同樣長的時間間隔內(nèi)，變換成n 比特一組的輸出碼字，因此又稱為字變換碼

17、。這里m n均為正整數(shù)，且 nm 偽雙極性碼（CMI和DMI）也是一種字變換碼，也可以認為它們是1B2B碼，這種碼保留了電纜數(shù)字 傳輸中常用的雙極性碼（常稱 AMI碼）的優(yōu)點，如表16.2所示。用兩個比特數(shù)字脈沖表示 AMI碼中的一 個碼字，“ 1”碼時以“ 00”和“11 ”相互交替（對應于 AMI碼中“ 1”碼以“ + ”和“一”電平相互交替）， 從而使碼流中“ 0”和“ 1”均等，消除直流基線的影響，連“ 0”整數(shù)和連“ T整數(shù)被限制在 2或3， 同時也可以自檢誤碼。但這種碼型的缺點是冗余度大，僅在基群和二次群系統(tǒng)中使用。 AMI CMI DMI + 11 11 0 01 01在“ +

18、”之后，10在“一”之后 00 00 表1 AMI碼和偽雙極性碼的變換規(guī)則 電平碼 CMI DMI DMI 模式1 模式2 模式1 模式2 0 01 01 01 10 （連“ 0”模式不變） 1 00 11 00 11 表2二電平碼變?yōu)?CMI和DMI碼的規(guī)則 實驗中線路編碼將數(shù)字基帶信號NRZ碼變換為適合數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)木€路碼型CMI碼，CMI 碼經(jīng)光纖傳輸后，再經(jīng)線路譯碼變換為基帶信號NRZ碼。實驗方框圖如圖16-1所示。觀察各點波形以理 解CMI編譯碼規(guī)則。 圖17-1 CMI編碼譯碼實驗框圖 學生實驗報告 實驗室名稱 指導教師簽名 學院名稱 信息工程學院專業(yè)班級 學號 學院名稱

19、學生姓名 同組人姓名 實驗日期 2010-12-22 課程名稱光纖通信實驗題目數(shù)字光纖通信系統(tǒng)線路編譯碼實驗 四、實驗內(nèi)容 1、驗證符合光纖傳輸系統(tǒng)的線路碼型 2、觀察線路碼型的編譯碼過程 五、實驗步驟 1、連接導線：數(shù)字信號源模塊 T504與CMI編譯碼模塊 T701連接，T502與T702連接，T703與T151連接， T751與T161連接，T752與T502連接。 2、用FC-FC光纖跳線將1550nm光發(fā)端機（1550nmT）與1550nm光收端機（1550nmR連接起來，組成1550nm 光纖傳輸系統(tǒng)。 3、 接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān)K01, K02,五個發(fā)光二極

20、管全亮。 4、 接通數(shù)字信號源模塊（K50）、CMI編譯碼模塊（K70）和光發(fā)模塊（K15）的直流電源。 5、用示波器觀察以下測試點的波形： IP502 TP504 IP703* 3I ；13 TP161 TP753 6、 撥動數(shù)字信號源模塊中的K501、K502、K503,使之產(chǎn)生不同的偽隨機碼。 7、 用示波器觀察上述測試點的波形變化，并加以分析，看是否滿足CMI碼的編碼規(guī)則 8、依次關(guān)閉各直流電源、交流電源，拆除導線，拆除各光學器件，將實驗箱還原。 學生實驗報告 實驗室名稱|指導教師簽名 學院名稱信息工程學院專業(yè)班級 學號 學院名稱 學生姓名 同組人姓名 實驗日期 2010-12-22

21、課程名稱 光纖通信 實驗題目 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)線路編譯碼實驗 六、實驗波形 TP502 TP504 實驗室名稱 指導教師簽名 課程名稱 信息工程學院 專業(yè)班級 學號 實驗成績 同組人姓名 實驗日期 學院名稱 學生姓名 光纖通信 實驗題目 光纖通信網(wǎng)中的光時分復用技術(shù)實驗 頭驗記錄： 一、實驗目的 1、了解光纖接入網(wǎng)時分復用原理 2、掌握時分復用技術(shù) 二、實驗儀器 1、 ZY12OFCom13BG型光纖通信原理實驗箱1 臺 2、20MHz雙蹤模擬示波器1臺 3、FC/PC-FC/PC單模光跳線1根 4、連接導線20根 三、實驗原理 光時分復用（OTDM是以光領(lǐng)域的超高速信號處理技術(shù)為基礎(chǔ)，避免了

22、高速電子器件和半導體激 光器直接調(diào)制能力的限制，可實現(xiàn)數(shù)十Gbit/s乃至數(shù)百Gbit/s的高速傳輸。所謂時分復用是指將多 個通道的數(shù)字信息（低速率）以時間分割的方式插入到同一個物理信道中。復用之后的數(shù)字信息成為 高速率的數(shù)字流，數(shù)字流由幀組成。幀定義了信道上的時間區(qū)域，在這個區(qū)域內(nèi)信號以一定的格式傳 送。時分復用必須采取同步技術(shù)來使遠距離的接收端能夠識別和恢復這種幀結(jié)構(gòu)。特征碼組（或稱幀 定位碼組）按一定的周期重復岀現(xiàn)。每一幀又包含若干個時間區(qū)域，叫做時隙TS,每個時隙在通信時 嚴格地分配給一個信道，即每個信道的數(shù)字信息是嚴格相等且時間上保持嚴格的同步關(guān)系。 光時分復用（OTDM可分為比特間

23、插和分組間插。比特間插 TDM幀中每個時隙對應一個待復用的 支路信息（一個比特），同時有一個幀脈沖信息，形成高速 TDM信號，主要用于電路交換業(yè)務(wù)。分組間 插TDM幀中每個時隙對應一個待復用支路的分組信息（若干個比特區(qū)），幀脈沖作為不同分組的界限， 主要用于分組交換業(yè)務(wù)。 本實驗將兩路不同的模擬信號分別經(jīng)兩個獨立的PCM編碼電路進行PCM編碼，在編碼的過程中使 這兩個編碼電路采用不同的編碼時隙，然后將這兩路PCM信號進行同步復接，即時分復用，再將此信 號接入到光發(fā)端機數(shù)字驅(qū)動電路的輸入端，經(jīng)光纖傳輸后送到PCM譯碼電路，用各自相應的編碼時隙 將它們分別恢復為原模擬信號。實驗框圖如圖1所示。 騁

24、1 圖1時分復用實驗框圖 光纖通信網(wǎng)中的時分復用技術(shù)從電路上來說就是電路的時分復用。時分復用技術(shù)是光纖通信系統(tǒng) 中重要組成部分。 *主匚 精品 闊檔你我共享 學生實驗報 實驗室名稱 J1 7 / 4 1/ 0 11 指導教師簽名 學院名稱 信息工程學院專業(yè)班級 學號 實驗成績 學生姓名 同組人姓名 實驗日期 2 課程名稱 光纖通信 實驗題目光纖通信網(wǎng)中的光時分復用技術(shù)實驗 四、實驗內(nèi)容 1、將兩路模擬信號進行時分復用 2、觀察PCM編譯碼過程及各測試點波形 五、實驗步驟 1、用FC-FC光纖跳線將1550nm光發(fā)端機（1550nmT與1550nm光收端機（1550nmR連接起來，組成 1550

25、nm數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)。 2、 連接導線：模擬信號源模塊T303 （1K正弦波）與PCM編譯碼模塊T601連接，T304 （2K正弦波）與 T611連接，T621與光發(fā)模塊T151連接，T161與T631連接。 3、將 K601，K602，K603 接 1，2 腳。 4、 接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān)K01, K02,五個發(fā)光二極管全亮。 5、分別接通光發(fā)模塊（K150）、模擬信號源模塊（K30）、PCM編譯碼模塊（K60）的直流電源。 6、 調(diào)節(jié)兩正弦波波形，使得T303波形為1K正弦波，幅度為2V, T304波形為2K正弦波，幅度為2V。 7、 用示波器觀察時隙 0 （TP650）、時隙1（TP651）、時隙2（ TP652和PCM編譯碼中幀同步碼 （TP653） 的波形。 8、 觀察TP602（模擬信號1模數(shù)轉(zhuǎn)換后波形），TP612（模擬信號2模數(shù)轉(zhuǎn)換后波形）T621 （兩路模擬 信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換和時分復用后的波形）。 9、觀察和比較 TP603 與 TP601，TP613 與 TP611。 10、依次關(guān)閉各直流電源、交流電源，拆除導線，拆除各光學器件，將實驗箱還原。 六、實驗波形截圖如下 時隙0（ TP650）的波形時隙1（