1、光纖通信實(shí)驗(yàn)報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）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P(mW)I(mA)I thLD 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

2、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 I th 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

3、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)體激光器的重要依據(jù)。在選擇時，應(yīng)選閾值電流I th 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：I th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：EXT10lg P00 。P11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。

4、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。PADPPINEXT消光比對靈敏度的影響由圖可知，當(dāng)輸入信號為“0”時，光源的輸出光功率為P ，它將由直流偏置電流Ib00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)I b 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 I b 的影響，一般取I b =I th （ I th 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

5、與其它指標(biāo)之間的矛盾。考慮各種因素的影響，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

6、” 。（ 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, 讀出光功率計讀數(shù) P。調(diào)節(jié)

7、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】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P11。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EXT10lg P00 ，即得光發(fā)射機(jī)消光比。P1110、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)EXT五實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果分析P(uW)u(V)I(A)繪制光源 P-

8、I特性曲線：消光比：P00(uW)P11(uW)EXTP00(uW)P11(uW)EXTP00(uW)P11(uW)EXT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

9、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

10、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。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

11、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

12、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；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，光收發(fā)模塊的功能選擇開關(guān) S1 打到“光接收機(jī)” 。并將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、

13、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)大小（保證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

14、“信號源”進(jìn)入“模擬信號源”菜單選擇所需波型）。五實(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)

15、目的1、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

16、 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、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】

17、【 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。五實(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

18、號，基本實(shí)現(xiàn)了無失真?zhèn)鬏敗１敬螌?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

19、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蟆＞€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

20、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：CMI碼輸入碼字模式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建議中被規(guī)定為 s（ PDH的四次群） 和 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 8：TH4( 編碼輸入 - 時鐘 )提供編碼位時鐘模塊 8： TH6(編碼輸出 )模塊 25： TH2(數(shù)字輸入 )信號光纖傳輸輸入模塊 25