光纤音频信号传输技术实验
TKGT-1型音信号传输仪器
评
价
报
告
学院：工业制造学院
专业：测控技术与仪器
班级：2010级2班
报告人：邱兆芳
学号：201010114201
光纤音频信号传输技术实验
1．引言
随着Internet网络时代的到来，人们对数据通讯的带宽、速度的要求越来越高，光纤通讯具有频带宽、高速、不受电磁干扰影响等一系列优点，正在得到不断发展和应用。通过使用THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪做音频信号光纤传输实验，让学生熟悉了解信号光纤传输的基本原理。同时学生可以了解光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则，初步认识光发送器件LED的电光特性及使用方法，光检测器件光电二极管的光电特性及使用方法，基本的信号调制与解调方法，完成光纤通讯原理基本实验。
光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式，由发送电端机将待传送的模拟信号转换成数字信号，再由发送光端机将电信号转换成相应的光信号，并将它送入光纤中传输至接收端。接收光端机将传来的光信号转换成相应的电信号并进行放大，然后通过接收电端机恢复成原来的模拟信号。
光纤广泛应用于各种工业控制、分布式数据采集等场合，特别适合电力系统自动化、交通控制等部门。
通过本实验的学习，在了解光导纤维的基本结构和光在其中传播规律的基础上，要建立起光导纤维的数值孔径、光纤色散、光纤损耗、集光本领等基本概念。
[实验目的]
1．学习音频信号光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则。
2．熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。
3．训练如何在音频光纤传输系统中获得较好信号传输质量。
[实验仪器]
THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪，函数信号发生器，双踪示波器。
[实验原理]
光纤传输系统如图1所示，一般由三部分组成：光信号发送端；用于传送光信号的光纤；光信号接收端。光信号发送端的功能是将待传输的电信号经电光转换器件转换为光信号，目前，发送端电光转换器件一般采用发光二极管或半导体激光管。发光二极管的输出光功率较小，信号调制速率相对低，但价格便宜，其输出光功率与驱动电流在一定范围内基本上呈线性关系，比较适宜于短距离、低速、模拟信号的传输；激光二极管输出功率大，信号调制速率高，但价格较高，适宜于远距离、高速、数字信号的传输。光纤的功能是将发送端光信号以尽可能小的衰减和失真传送到光信号接收端，目前光纤一般采用在近红外波段0.84μm、1.31μm、1.55μm有良好透过率的多模或单模石英光纤。光信号接收端的功能是将光信号经光电转换器件还原为相应的电信号，光电转换器件一般采用半导体光电二极管或雪崩光电二极管。组成光纤传输系统光源的发光波长必须与传输光纤呈现低损耗窗口的波段、光电检测器件的峰值响应波段匹配。本实验发送端电光转换器件采用中心发光波长为0.84μm的高亮度近红外半导体发光二极管，传输光纤采用多模石英光纤，接收端光电转换器件采用峰值响应波长为0.8～0.9μm的硅光电二极管。下面对各部分作进一步介绍。
图1 光纤传输系统
2．光纤结构与光纤传输的工作原理
光纤是传导光波的玻璃纤维（也有塑料光纤），它由纤芯和包层组成，纤芯位于光纤的中心部位，光主要在这一部分里传输。纤芯外面由包层围绕，纤芯折射率比包层折射率约大1%。对于不同的应用，有许多不同类型的光纤。根据纤芯折射率的分布，具有代表性的光纤是阶跃折射率型和渐变折射率型两种。
目前用于光通讯的光纤一般采用石英光纤，它是在折射率n 2较大的纤芯外表，覆上一层折射率n 1较小的包层，光在纤芯与包层的界面上发生全发射而被限制在纤芯内传播，如图2所示，光纤实际上是一种介质波导，光被闭锁在光纤内，只能沿光纤传输，光纤的芯径一般从几微米至几百微米，按照传输光模式可分为多模光纤和单模光纤，按照光纤折射率分布方式不同可以分为阶跃折射率型和渐变折射率型光纤。
图2 光纤传输的工作原理
阶跃折射率型光纤包含两种圆对称的同轴介质，两者都质地均匀，但折射率不同，外层折射率低于内层折射率。阶跃折射率型光纤纤芯与包层间折射率的变化是阶梯状的，如图40-2所示。光线的传输是在纤芯与包层的界面上产生全反射，呈锯齿形前进。
渐变折射率型光纤是一种折射率沿光纤横截面渐变的光纤，这样改变折射率的目的是使各种模传播的群速相近，从而减小模色散增加通讯带宽。渐变折射率型光纤纤芯的折射率从中心轴线开始沿径向逐渐减小。偏离中心轴线的光线沿曲线蛇行前进。上述两种光纤纤芯直径为50～100μm ，称为多模光纤。图2为单模光纤，其纤芯直径为3～10μm 。
多模折射率阶跃型光纤由于各模传输的群速度不同而产生模间色散，传输的带宽受到限制。多模折射率渐变型光纤由于其折射率特殊分布使各模传输的群速度一样而增加信号传输的带宽。单模光纤是只传输单种光模式的光纤，单模光纤可传输信号带宽最高，目前长距离光通讯大都采用单模光纤。
光纤是玻璃细丝，性脆、易断，为提高其抗拉强度，保护表面和使用方便，在包层表面又涂履一层硅酮树脂一类的材料，称涂履层。
石英光纤的主要技术指标有衰减特性，数值孔径和色散等。
（1）数值孔径：数值孔径描述光纤与光源、探测器和其他光学器件耦合时的特性，它的大小反映光纤收集光的能力。数值孔径是光纤传光性质的结构参数之一，
是表示光学纤维n 0
集光能力的一个参量。如图2所示，光线1以θ角入射在光纤端面上，光线经折射后进入光纤，以角Ф入射到纤芯和包层间的光滑界面上。只要我们选择适当的入射角θ，总可以使角Ф大于临界角Фm ，使光线1在界面上发生全反射。全反射光线1又以同样的角度Ф在对面界面上发生第二次全反射。如果光导纤维是均匀的圆柱体，入射光线经无数次全反射后从另一端以和入射角θ相同的角度射出。
在光纤端面上，当光线入射角小于一定值θa 时，折射光线在纤芯和包层界面上的入射角Ф才会大于临界角Фm ，光线才能在光纤内多次全反射而传递到另一端。在光纤端面上，入射角θ′>θa 的那些光线，折射后在界面上的入射角小于临界角Фm ，光线将射出界面，如图40-2中光线2。这个入射角θa 称为光学纤维的孔径角，它的数值由光学纤维的数值孔径决定。光纤的数值孔径N 定义为
N=n 0sin θa =2
122n n - （1）
式中n 0是入射光线所在介质的折射率，n 2和n 1分别为光纤的纤芯和包层的折射率。由式（40-1）可见，纤芯和包层的折射率相差越大，θa 越大，光纤的数值孔径就越大，它的值一般在0.1～0.6之间，对应的θa 在9°～33°。数值孔径是表示光纤集光能力的一个参量，它越大就表示光线接受的光通量越多。
如图2所示，在立体角2θmax 范围内入射到光纤端面的光线1在光纤内部界面产生全反射而得以传输，在2θmax 范围外入射到光纤端面的光线2则在光纤内部界面不产生全反射而是透射到包层而马上被衰减掉。多模光纤具有较大的数值孔径，单模光纤的数值孔径相对较小，所以一般单模光纤需用LED 半导体激光器作为其光源。
（2）光纤的损耗：
光纤的传输损耗是光纤传输特性的一个重要指标，它直接影响着光纤的传输效率。对于通信应用中的光纤，低的损耗特别重要。对于传感用光纤，效率问题也十分重要，因为有时它会影响测量的灵敏度。
实现光通信的首要问题是如何降低光传输的损耗，光纤的损耗从最初的几千分贝每公里降到20dB/km （1970年），以后又逐渐减低到0.47dB/km （1976年），以至0.2 dB/km ，这样，使光纤通讯在20世纪70年代初即成为现实。
当光从光纤的一端射入而从另一端射出时，光强将减弱，这意味着光在光纤中传播时产生了损耗，光纤在传输中的损耗大小由下式计算：
a=(10/L)lg(P i /P 0) （2）
式中a 为光纤的衰减系数，单位为dB/km ，P i 、P 0分别为光纤的输入和输出光功率，L 为光纤长度，以km 为单位。光纤中引起光能量衰减（损耗）的原因有吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。
(1) 吸收损耗
吸收损耗与组成光纤材料的电子受激跃迁和分子共振有关。当电子与光子相互作用时，电子会吸收能量而被激发到较高能级。分子的共振吸收与原子构成分子时共价键的特性有关。当光子的频率与分子的振动频率接近或相等时发生共振，并大量吸收光能量。以上吸收损耗是材料本身所固有的，就是在不含任何杂质的材料中也存在上述现象，所以又被称为本征吸收。
(2) 散射损耗
玻璃中的散射损耗是由于材料密度的微观变化、成分起伏以及在制造光纤过程中遇到不均匀或不连续的情况时，一部分光就会散射到各个方向，而不能传输到终点，从而造成散射
损耗。
材料在形成的过程中由于内部密度的不均匀致使材料中出现折射率的差异，从而引起光的散射效应，造成光能的损失。这种不均匀微粒（不均匀程度远小于光波长）对光的散射现象通常称为瑞利散射。由瑞利散射造成的损耗与λ-4成正比，它随着光波长的增加而急剧减小。在小于1μm的波长范围内，瑞利散射是光纤中主要的损耗因素。
(3)辐射损耗
当光纤有一定曲率半径的弯曲时，就会产生辐射损耗。光纤可能受到两种类型的弯曲：弯曲半径比光纤直径大很多的弯曲，例如当光缆拐弯时就会发生这样的弯曲；微弯曲，当把光纤组合成光缆时可能使光纤的轴线产生随机性的微弯曲。当曲率半径很大时（轻度弯曲），辐射损耗较小一般可不予考虑，当曲率半径变小时损耗呈指数增长。
光纤的损耗是各种因素影响的总结果，它可以简单地归结为固有损耗和非固有损耗两类。固有损耗包括由光纤材料的性质和微观结构引起的吸收损耗和散射损耗。它们是光纤中都存在的损耗因素，从原理上讲是不可克服的，因而它们决定了光纤损耗的极限值。非固有损耗是指杂质吸收、结构不完善引起的散射和弯曲辐射损耗等。非固有损耗可以通过光纤制造技术的完善，得以消除或减小，它们对总损耗的影响已不是主要问题。
光纤的损耗主要有由于材料吸收引起的吸收损耗，纤芯折射率不均匀引起的散射（瑞利散射）损耗，纤芯和包层之间界面不规则引起的散射损耗（称为界面损耗），光纤弯曲造成的损耗，纤维间对接（永久性的拼接和用连接器连接）的损耗，以及输入与输出端的耦合损耗。在0.8～0.9μm波段内损耗约2dB/km，属于低损耗区，这是目前光通信仅用的短波长“窗口”。在1.3μm，0.5dB/km；在1.55μm、0.2dB/km是最低损耗，这是近期光通信希望获得的长波长“窗口”。
石英光纤在近红外波段0.84μm、1.31μm、1.55μm有较好透过率。因此传输系统光源的发射光波长必须与其吻合，目前长距离光通讯系统多采用1.31μm或1.55μm 单模光纤。（目前，单模光纤传输损耗在1.31μm和1.55μm分别为0.35dB/km和0.2dB/km）。
（3）光纤的色散直接影响可传输信号的带宽，色散主要由三部分组成：折射率色散；模色散；结构色散。折射率色散是由于光纤材料的折射率随不同光波长变化而引起，采用单波长、窄谱线的半导体激光器可以使折射率色散减至最小。采用单模光纤可以使模色散减至最小。结构色散由光纤材料的传播常数及光频产生非线性关系所造成。目前单模光纤的传输带宽可达数GHz。
（4）光纤的几何参数：根据国际电报电话咨询委员会（CCITT）建议，光纤几何参数包括以下内容：芯径、包层表面直径、芯径不圆度、包层表面不圆度、包层表面相对于纤芯中心的不同心度。它们分别由下面公式来定义：
纤芯不圆度=2（d max-d min）/（d max+d min）（3）包层表面不圆度=2（D max-D min）/（D max+D min）（4）式中d max、d min是芯径最大值和最小值，D max、D min是包层表面直径的最大值和最小值。
包层表面相对纤芯中心的不同心度=y/d （5）
式中y是纤芯中心和包层表面中心的距离，d是芯径。
一、仪器的设计评价
1、简介仪器的设计目标
1）光信号发送端的工作原理
系统采用的发光二极管的驱动和调制电路如图3所示，信号调制采用光强度调制的方法，
发送光强度调节电位器用以调节流过LED 的静态驱动电流，从而相应改变发光二极管的发射光功率，设定的静态驱动电流调节范围为0～20毫安，对应面板光发送强度驱动显示值0～2000单位，
图43 发光二极管驱动和调制电路
当驱动电流较小时发光二极管的发射光功率与驱动电流基本上呈线性关系，音频信号经电容、电阻网络及运放跟随隔离后耦合到另一运放的负输入端，与发光二极管的静态驱动电流相叠加使发光二极管发送随音频信号变化的光信号，如图40-4所示，并经光纤耦合器将这一光信号耦合到传输光纤。可传输信号频率的低端可由电容、电阻网络决定，系统低频响应不大于20Hz 。 2) 光信号接收端的工作原理
光信号接收端的工作原理图如图40-5所示，传输光纤把从发送端发出的光信号通过光纤耦合器将光信号耦合到光电转换器件光电二极管，光电二极管把光信号转变为与之成正比的电流信号，光电二极管使用时应反偏压，经运放的电流电压转换把光电流信号转换成与之成正比的电压信号，电压信号中包含的音频信号经电容电阻耦合到音频功率放大器驱动喇叭发声。光电二极管的频响一般较高，系统的高频响应主要取决于运放等的响应频率。
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一月二月三月四月亚洲区
欧洲区
北美区
图4 发光二极管的正弦信号调制原理 图5光信号接收端的工作原理图 2、仪器装置结构与特点
集光纤信号传输系统各部件于一体，结构紧凑；
采用优质大线径石英光纤，具有良好的光传输特性；
设有外接、内置信号接口；
数字显示静态电光→光电传输特性，便于测量；
传输系统信号频响为:20Hz20KHz ，失真度小
3、评价仪器的设计优势
仪器结构式能反映光纤通信的完整过程
仪器能各展示现象的功能
仪器能各调试和测量通信信号的功能
二、仪器的质量评价
1、仪器信号传输质量评价
1）光纤传输系统静态电光/光电传输特性测定
打开仪器电源，连接光纤，分别观测面板上两个三位半数字表头分别显示发送光驱动强度和接收光强度。调节发送光强度电位器，每隔200单位（相当于改变发光管驱动电流2mA）分别记录发送光驱动强度数据与接收光强度数据，填写表格并在方格纸上绘制静态电光/光电传输特性曲线。
发送
光强
度
接收
光强
度
2）光纤传输系统频响的测定
将输入选择开关打向外，在音频输入接口上从信号
发生器输入正弦波，将双踪示波器的通道1和通道2
分别接到发送端示波器接口和接收端音频信号输出口，
保持输入信号的幅度不变，连续调节信号发生器输出
频率（可以从1k赫兹开始，使频率连续调小或连续
调大），记录输出端信号电压幅度的变化情况，分别
测定系统的低频和高频截止频率（可以信号衰减为
正常信号（如频率1k赫兹）响应电压幅度的三分之
一左右视为截止）。作关系曲线如右图并要求给出具体
数据即最低和最高截止频率。
3）LED偏置电流与无失真最大信号调制幅度关系测定
将从信号发生器输入的正弦波频率设定在1kHz，
保持不变。输入信号幅度调节电位器置于最大位置，
然后在LED偏置电流为5、10mA两种情况下，调
节信号发生器的信号源输出幅度，使其从零伏开始
增加，同时在信号接收端观察波输出波形电压变化，
直到波形出现失真现象时，记录下此时电压波形的
峰-峰值，由此确定LED在不同偏置电流下信号
输出的最大幅度。作关系曲线如右图并要求给出具
体数据。
4）多种波形光纤传输实验
通过信号发生器的上档键切换方波与正弦波，将方波信号和三角波信号先后输入音频接口，分别改变输入频率和输入电压，从接收端观察输出波形变化情况。（结论：在数字光纤传输系统中往往采用方波来传输数字信号，但我们本套系统，不太适合方波传播）。
5）音频信号光纤传输实验
将输入选择打向内，调节发送光强度电位器改变发送端LED的静态偏置电流（1000个发送光强度左右），按下内音频信号触发按钮，观察在接收端听到的语音片音乐声。考察当LED的静态偏置电流小于多少时，音频传输信号产生明显失真，分析原因，并同时在示波器中分析观察语音信号波形变化情况。
[光纤音频信号传输实验仪板面图]
图6 实验仪面板图
2、实现教育目标的质量评价
在实验过程中能从多方面的实现实验的要求
学习音频信号光纤传输系统的基本结构和各部件的选配原则
熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能
如何在音频信号光纤传输系统中获得较好的信号传输质量
基本上能作为教学仪器的要求，满足教学需求
三、意见
就个人来看，此仪器完全能达到我所需的要求，因为个人的能力还不够要求仪器更好的地步，所以对仪器没有更好的改进意见，在老师的指导下基本能很好的完成实验。
音频信号光纤通信.
音频信号光纤传输实验 实验目的 1.了解音频信号光纤传输的方法、结构及选配各主要部件的原则。 2.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及其主要特性的测试方法。 3.学习分析音频信号集成运放电路的基本方法。 4.训练音频信号光纤传输系统的调试技术。 实验仪器 YOF-A音频信号光纤传输技术实验仪、光功率计、多波段收音机、音箱 实验原理 一、系统的组成 图1示出了一音频信号光纤传输系统的结构原理图，它由半导体发光二极管LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送部分、传输光纤部分和由硅光电池、前置电路和功放电路组成的光信号接收三个部分组成。 图1 光纤传输系统原理图 塑料光纤很柔软，而且可以弯曲，加工很方便。在光信息处理技术、光学计量、短距离数据传输等方面已获得较好的应用。本系统中，我们采用的传输光纤是进口低损耗多模塑料光纤，它的纤维直径是lmm，芯径为990μm，包层厚度为5μm。半导体发光二极管是采用发光亮度很高的可见红色光发光二极管作为光源，光电转换采用高灵敏的硅光电池作为转换元件，整个传输过程一目了然。 为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带宽度要能复盖被传信号的频谱范围，对于语音信号，其频谱在300--3400Hz的范围内。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。
二、半导体发光二极管(LED)的结构及工作原理 光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光功率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求。所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯任务，目前在以上各个方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管(LED)和半导体激光器(LD)。光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图2所示的N-p-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由直接带隙的GaAs(砷化镓)p型半导体材料组成，称有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由AlGaAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结，在图2中，有源层与左侧的N层之间形成的是P-N异质结，而与右侧P层之间形成的是p-P异质结，敌这种结构又称N-p-P双异质结构，简称DH结构。当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p-P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层内与空穴复合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子： (1) 其中h是普朗克常数，是光波的频率，E 1是有源层内导电电子的能量，E 2 是导电电子与空穴复合后处于价键束缚状态时的能量。两者的差值Eg与DH结构中各层材料及其组份的选取等多种因素有关，制做LED时只要这些材料的选取和组份的控制适当，就可使得LED的发光中心波长与传输光纤的低损耗波长一致。所以为了减少损耗，LED发光波长应与传输光纤的低损耗波长一致，在实际通讯系统中，LED发出的光介于可见光的边远区域。 图2 半导体发光二极管的结构及工作原理 光纤通讯系统中使用的半导体发光二极管的光功率为光导纤维的尾纤输出功率，出纤光功率与LED驱动电流的关系称LED的电光特性，为了避免和减少非线性失真，使用时应先给LED一个适当的偏置电流I，其修正等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值，而调制信号的峰一峰值应位于电光特性的直线范围内。对于非线性失真要求不高的情况，也可把偏置电流选为LED最大允许工作电
信号光纤传输技术实验.
音频信号光纤传输技术实验 预习要求 通过预习应理解以下几个问题： 1．音频信号光纤传输系统由那几个部分组成、主要器件（LED 、SPD 和光纤）的工作原理； 2．LED 调制、驱动电路工作原理 3．LED 偏置电流和调制信号的幅度应如何选择、； 4．测量SPD 光电流的I-V 变换电路的工作原理。 实验目的 1．熟悉半导体电光/光电器件基本性能及主要特性的测试方法； 2．了解音频信号光纤传输系统的结构及各主要部件的选配原则； 3．掌握半导体电光和光电器件在模拟信号光纤传输系统中的应用技术； 4．学习音频信号光纤传输系统的调试技术。 实验原理 一．系统的组成 音频信号光纤传输系统的原理图如图8-1-1所示。它主要包括由LED （光源）及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光—电转换、I —V 变换及功放电路组成的光信号接收器三个部分。光源器件LED 的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μｍ、1.3μｍ或1.5μｍ附近。本实验采用中心波长0.85μｍ的GaAs 半导体发光二极管作光源、峰值响应波长为0.8～0.9μｍ的硅光二极管SPD 作光电检测元件。为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带
宽度能够覆盖被传信号的频谱范围。对于音频信号，其频谱在20Hz ～20KHz 的范围内。光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的频率特性。 二、光纤的结构及传光原理 衡量光纤信道性能好坏有两个重要指标：一是看它传输信息的距离有多远，二是看它单位时间内携带信息的容量有多大。前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于光纤的频率特性。目前光纤的损耗容易做到每公里零点几dB 水平。光纤的损耗与工作波长有关，所以在工作波长的选用上，应尽量选用低损耗的工作波长。光纤通讯最早是用短波长0.85μｍ，近来发展到能用1.3～1.55μｍ范围的波长，在这一波长范围内光纤不仅损耗低，而且“色散”也小。 光纤的频率特性主要决定于光纤的模式性质。光纤按其模式性质通常可以分成单模光纤和多模光纤。无论单模或多模光纤，其结构均由纤芯和包层两部分组成。纤芯的折射率较包层折射率大。对于单模光纤，纤芯直径只有5～10μｍ，在一定条件下，只允许一种电磁场形态的光波在纤芯内传播。多模光纤的纤芯直径为50μｍ或62.5μｍ，允许多种电磁场形态的光波传播。以上两种光纤的包层直径均为125μｍ。按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤，对于阶跃型光纤，在纤芯和包层中折射率均为常图8-1-1 音频信号光纤传输系统原理图 数，但纤芯折射率n 1略大于包层折射率n 2。所以对于阶跃型多模光纤，可用几何光学的全反射理论解释它的导光原理。在渐变型光纤中，纤芯折射率随离开光纤轴线距离的增加而逐渐减小，直到在纤芯—包层界面处减到某一值后，在包层
光纤通信optisystem实验
光纤通信大作业 1.选择一个你认为合适的方案 供选方案：NRZ、RZ调制格式，直接调制或者外调制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择你认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。 答：选择NRZ调制格式，直接调制，APD管，low pass gauss filter。选择这个方案的理由是：为了使得整个系统得到最好的信噪比，并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下： 选择NRZ调制格式，因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性，调制和调解结构简单，在10G和一部分40G系统中得到广泛应用，一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式，通过色散管理和终端可调色散补偿技术，NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。 选择直接调制，因为直接强度调制是用信号直接调制激光器的驱动电流，使其输出功率随信号变化.这种方式设备相对简单，研究较早，现已成熟并商品化.外调制则常用于要求较高的通信系统。 选择APD管，因为由书上的P264页的图8.3可知，PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信，当系统通信数据速率为10G时，PIN灵敏度管不适于应用，我们优选ADP管。 选择low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器），因为low pass rectangular filter（低通矩形响应滤波器）是理想的低通滤波器的模型，在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器）采用时域法测量有效带宽，具有直观、简便的优点，而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。 实验过程： 本次实验中，由NRZ调制格式、直接调制、APD管和low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1）.根据实验要求，连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态，必须在系统外围增加监测及显示装置，将系统运行结果显示出来，便于观察和分析。因此，在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件，可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态和运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示：
实验一音频信号光纤传输技术实验
音频信号光纤传输技术实验 [目的要求] 1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能。 2.了解音频信号光纤传输的结构。 3.学习分析集成运放电路的基本方法。 4.了解音频信号在光纤通信的基本结构和原理 [仪器设备] 1.ZY120FCom13BG3型光纤通信原理实验箱。 2.20MHz双踪模拟示波器。 3.FC/PC-FC/PC 单模光跳线 4.数字万用表。 5.850nm光发端机和光收端机 6.连接导线 7.电话机 [实验原理] 一．半导体发光二极管结构、工作原理、特性及驱动、调制电路光纤通讯系统中，对光源器件在发光波长、电光效率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求。所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯任务，目前在以上各个方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管（LED）、半导体激光二极管（LD），本实验采用LED作光源器件。 图 1 半导体发光二极管及工作原理 光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图所示的N-P-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由GaAs（砷化镓）p型半导体材料组成，称有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由GaAlAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异结。在图（1）中，有源层与左侧的N层之间形成的是p-N 异质结，而与右侧P层之间形成的是p-P异质结，故这种结构又称N-p-P双异质结构。当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p-P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层与空穴复合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子：
光纤通信optisystem实验
光纤通信大作业 1、选择一个您认为合适的方案 供选方案:NRZ、RZ调制格式,直接调制或者外调制,APD管或者PIN管,low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择您认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。 答:选择NRZ调制格式,直接调制,APD管,low pass gauss filter。选择这个方案的理由就是:为了使得整个系统得到最好的信噪比,并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下: 选择NRZ调制格式,因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性,调制与调解结构简单,在10G与一部分40G系统中得到广泛应用,一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式,通过色散管理与终端可调色散补偿技术,NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。 选择直接调制,因为直接强度调制就是用信号直接调制激光器的驱动电流,使其输出功率随信号变化、这种方式设备相对简单,研究较早,现已成熟并商品化、外调制则常用于要求较高的通信系统。 选择APD管,因为由书上的P264页的图8、3可知,PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信,当系统通信数据速率为10G时,PIN灵敏度管不适于应用,我们优选ADP管。 选择low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器),因为low pass rectangular filter(低通矩形响应滤波器)就是理想的低通滤波器的模型,在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中,如此理想的特性就是无法实现的,所有的设计只不过就是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器)采用时域法测量有效带宽,具有直观、简便的优点,而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。 实验过程: 本次实验中,由NRZ调制格式、直接调制、APD管与low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1)、根据实验要求,连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态,必须在系统外围增加监测及显示装置,将系统运行结果显示出来,便于观察与分析。因此,在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件,可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态与运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示: 完整的光纤通信系统
音频信号的光纤传输+实验报告
音频信号光纤传输实验 摘要: 实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量，得出了在合适的偏置电流下，其具有线性。验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。 Abstracf The experimental transmission through the LED-fiber components of the electro-optical properties Measuring obtained at the right bias current, with its linear. Verification of the silicon photodiode fiber can transmit a radio-signal output into with the current proportional to the light. 一.前言: 1.实验的历史地位: 光纤自20世纪60年代问世以来，其在远距离信息传输方面的应用得到了突飞猛进的发展，以光纤作为信息传输介质的“光纤通信”技术，是世界新技术革命的重要标志，也是未来信息社会各种信息网的主要传输工具。随着光纤通信技术的发展,一个以微电子技术,激光技术,计算机技术呵现代通信技术为基础的超高速宽带信息网将使远程教育.远程医疗.电子商务.智能居住小区越来越普及.光纤通信以其诸多优点将成为现代通信的主流,未来信息社会的一项基础技术和主要手段. 2.实验目的 了解音频信号光纤传输系统的结构 熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法 了解音频信号光纤传输系统的调试技能 3.待解决的几个主要问题: 声音是一种低频信号，你可能有这样的经历，当你说话的声音较低时，只有你旁边的人可以听见你的声音，要让声音传的远些你必须大声喊。这说明了低频信号的传播受周围环境的影响很大，传播的范围有限。为了解决上述的问题，在通信技术中一般是使用一个高频信号作为载波利用被传输的信号（如音频信号）对载波进行调制。当信号到达传输地点时需要对信号进行解调，也就是将高频载波滤掉，最终得到被传输的音频信号。随着通信容量的增加和信息传递速度的加快，上述传播过程的缺陷也暴露了出来，主要为以下几点： 1信号间的干扰； 2 对接手端和发射端阻抗匹配要求较高； 3 传播速度受到一定的限制。 专家们一致认为解决上述问题的关键是利用光作为信号的载体，也就是所说的光纤通信。本实验的目的就是去了解光纤传输系统的结构，以及半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。 二. 实验介绍 1.实验原理
数字信号光纤通信技术实验报告
数字信号光纤通信技术实验的报告 预习要求 通过预习应理解以下几个问题： 1．数字信号光纤传输系统的基本结构及工作过程； 2．衡量数字通信系统有那两个指标？； 3．数字通信系统中误码是怎样产生的？； 4．为什么高速传输系统总是与宽带信道对应？； 5．引起光纤中码元加宽有那些因素？； 6．本实验系统数字信号光-电/电-光转换电路的工作原理； 7．为什么在数字信号通信系统中要对被传的数据进行编码和解码？； 8．时钟提取电路的工作原理。 目的要求 1.了解数字信号光纤通信技术的基本原理 2.掌握数字信号光纤通信技术实验系统的检测及调试技术 实验原理 一、数字信号光纤通信的基本原理 数字信号光纤通信的基本原理如图8-2-1示（图中仅画出一个方向的信道）。工作的基本过程如下：语音信号经模/数转换成8位二进制数码送至信号发送电路，加上起始位（低电平）和终止位（高电平）后,在发时钟TxC的作用下以串行方式从数据发送电路输出。此时输出的数码称为数据码，其码元结构是随机的。为了克服这些随机数据码出现长0或长1码元时,使接收端数字信号的时钟信息下降给时钟提取带来的困难，在对数据码进行电/光转换之前还需按一定规则进行编码，使传送至接收端的数字信号中的长1或长0码元个数在规定数目内。由编码电路输出的信号称为线路码信号。线路码数字信号在接收端经过光/电转换后形成的数字电信号一方面送到解码电路进行解码,与此同时也被送至一个高Q值的RLC谐振选频电路进行时钟提取. RLC谐振选频电路的谐振频率设计在线路码的时钟频率处。由时钟提取电路输出的时钟信号作为收时钟RxC,其作用有两个：1.为解码电路对接收端的线路码进行解码时提供时钟信号；2.为数字信号接收电路对由解码电路输出的再生数据码进行码值判别时提供时钟信号。接收端收到的最终数字信号，经过数/模转换恢复成原来的语音信号。 图8-2-1 数字信号光纤通信系统的结构框图 在单极性不归零码的数字信号表示中,用高电平表示1码元，低电平表示0码元。码元持续时间（亦称码元宽度）与发时钟TxC的周期相同。为了增大通信系统的传输容量，就要求提高收、发时钟的频率。发时钟频率愈高码元宽度愈窄。 由于光纤信道的带宽有限,数字信号经过光纤信道传输到接收端后，其码元宽度要加宽。加宽程度由光纤信道的频率特性和传输距离决定。单模光纤频带宽，多模光纤频带窄。因为按光波导理论[1]分析:光纤是一种圆柱形介质波导，光在其中传播时实际上是一群满足麦克斯韦方程和纤芯—包层界面处边界条件的电磁波，每个这样的电磁波称为一个模式。光纤中允许存在的模式的数量与纤芯半径和数字孔径有关。纤芯半径和数字孔径愈大，光纤中参与光信号传输的模式也愈多，这种光纤称为多模光纤（芯径50或62.5μm）。多模光纤中每个模式沿光纤轴线方向的传播速度都不相同。因此，在光纤信道的输入端同时激励起多个模式时，每个模式携带的光功率到达光纤信道终点的时间也不一样，从而引起了数字信号码元的加宽。码元加
光纤音频信号传输技术实验
TKGT-1型音信号传输仪器 评 价 报 告 学院：工业制造学院 专业：测控技术与仪器 班级：2010级2班 报告人：邱兆芳 学号：201010114201
光纤音频信号传输技术实验 1．引言 随着Internet网络时代的到来，人们对数据通讯的带宽、速度的要求越来越高，光纤通讯具有频带宽、高速、不受电磁干扰影响等一系列优点，正在得到不断发展和应用。通过使用THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪做音频信号光纤传输实验，让学生熟悉了解信号光纤传输的基本原理。同时学生可以了解光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则，初步认识光发送器件LED的电光特性及使用方法，光检测器件光电二极管的光电特性及使用方法，基本的信号调制与解调方法，完成光纤通讯原理基本实验。 光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式，由发送电端机将待传送的模拟信号转换成数字信号，再由发送光端机将电信号转换成相应的光信号，并将它送入光纤中传输至接收端。接收光端机将传来的光信号转换成相应的电信号并进行放大，然后通过接收电端机恢复成原来的模拟信号。 光纤广泛应用于各种工业控制、分布式数据采集等场合，特别适合电力系统自动化、交通控制等部门。 通过本实验的学习，在了解光导纤维的基本结构和光在其中传播规律的基础上，要建立起光导纤维的数值孔径、光纤色散、光纤损耗、集光本领等基本概念。 [实验目的] 1．学习音频信号光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则。 2．熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。 3．训练如何在音频光纤传输系统中获得较好信号传输质量。 [实验仪器] THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪，函数信号发生器，双踪示波器。 [实验原理] 光纤传输系统如图1所示，一般由三部分组成：光信号发送端；用于传送光信号的光纤；光信号接收端。光信号发送端的功能是将待传输的电信号经电光转换器件转换为光信号，目前，发送端电光转换器件一般采用发光二极管或半导体激光管。发光二极管的输出光功率较小，信号调制速率相对低，但价格便宜，其输出光功率与驱动电流在一定范围内基本上呈线性关系，比较适宜于短距离、低速、模拟信号的传输；激光二极管输出功率大，信号调制速率高，但价格较高，适宜于远距离、高速、数字信号的传输。光纤的功能是将发送端光信号以尽可能小的衰减和失真传送到光信号接收端，目前光纤一般采用在近红外波段0.84μm、1.31μm、1.55μm有良好透过率的多模或单模石英光纤。光信号接收端的功能是将光信号经光电转换器件还原为相应的电信号，光电转换器件一般采用半导体光电二极管或雪崩光电二极管。组成光纤传输系统光源的发光波长必须与传输光纤呈现低损耗窗口的波段、光电检测器件的峰值响应波段匹配。本实验发送端电光转换器件采用中心发光波长为0.84μm的高亮度近红外半导体发光二极管，传输光纤采用多模石英光纤，接收端光电转换器件采用峰值响应波长为0.8～0.9μm的硅光电二极管。下面对各部分作进一步介绍。
音频信号光纤传输技术
音频信号光纤传输技术实验 实验目的 1．熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法 2．了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则 3．学习分析集成运放电路的基本方法 4．训练音频信号光纤传输系统的调试技术 实验仪器 YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪（由四川大学物理系研制）； 音频信号发生器； 示波器； 数字万用表 实验原理 一．系统的组成 图（1）给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图，它主要包括由LED及其调制、驱动电 路组成的光信号发送器、传输光纤和由光电转换、I—V变换及功放电路组成的光信号接收器三个部分。光源器件L ED的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μｍ、1.3μｍ或1.5μｍ附近，本实验采用中心波长0.85μｍ附近的GaAs半导体发光二极管作光源、峰值响应波长为0.8～0.9μｍ的硅光二极管（SPD）作光电检测元件。为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带宽度能够覆盖被传信号的频谱范围，对于语音信号，其频谱在300～3400Hz的范围内。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。 此电路的工作原理如下： 音频信号经IC1放大电路传到LED调制电路。W2调节发光管LED工作（偏置）电流，音频电流调制此工作电流，并经LED转换成音频调制的光信号，经光纤传至光电二极管SPD 再复原成原始音频电流信号，经由IC2构成的I—V变换电路转换成电压信号，最后通过功率放大电路输出声音功率信号，推动扬声器发出声音。这样就完成了音频信号通过光纤的传输过程。 二、半导体发光二极管的驱动、调制电路
四路视频和音频信号的光纤传输系统设计
第３２卷 第１期华侨大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．１ ２０１１年１月Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕａｑｉａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）Ｊａｎ．２０１１ 文章编号： １０００－５０１３（２０１１）０１－００３５－０４ 四路视频和音频信号的光纤传输系统设计 林琳，王加贤，凌朝东 （华侨大学信息科学与工程学院，福建泉州３６２０２１） 摘要： 利用可编程式逻辑器件、并串转换器和串并转换器及光收发器，设计一个专用的数字光纤传输系统．将多路模拟基带信号的视频和音频进行数字化，形成高速数字流；然后，在现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）上对高速数字流进行时分复用，并通过并串转换器转换为串行数字流，送到光发射器；最后，通过光发射器发射耦合进入光纤传输．接收端则进行相反的操作，还原出原来的模拟基带信号．实验证明，系统工作性能稳定可靠，实时传输效果好． 关键词： 光纤传输；模／数转换；数／模转换；时分复用；视频信号；音频信号 中图分类号： ＴＮ ９１９．６＋４；ＴＮ ８１８文献标识码： Ａ 随着数字化技术的飞速发展，传统的模拟光传输技术已经不能满足人们对传输质量和传输容量的要求．传统的视频、音频信号是利用电缆传输的，传输抗干扰能力差，在传输和存储过程中会受到各种干扰和引入各种噪声，并且经多次传输后，会不断积累噪声［１］．相比较于传统的电缆传输，光纤传输数字信号具有损耗极低、中继距离长、频带极宽、传输容量很大和抗电磁干扰性能好等优点．本文将现场可编程门阵列（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ，ＦＰＧＡ）、数字技术和光纤传输技术相结合，研制一种基于光纤传输的无压缩四路数字视音频传输系统． １ 设计原理 数字光纤传输系统是基于时分复用技术，在一根光纤中实现四路视频、四路音频传输，其框图如图１所示． 图１ 数字光纤传输系统框图 Ｆｉｇ．１ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｓｙｓｔｅｍ 在发送端，发送机将摄像机采集到的模拟视频信号经过视频放大、钳位、滤波、模／数（Ａ／Ｄ）转换成数字信号；同时，将麦克风采集到的音频信号经过放大、滤波、模／数转换为数字信号．在采样时钟的控 收稿日期： ２０１０－０５－１３ 通信作者： 王加贤（１９５５－），男，教授，主要从事激光技术与固体激光器件的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｊｘ＠ｈｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 基金项目： 福建省厦门市科技计划项目（３５０２Ｚ２００８００１０，３５０２Ｚ２００９３０３２）
音频信号光纤传输技术实验
音频信号光纤传输技术实验上课请带手机和耳机 [目的要求] 1．熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法2．了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则 3. 掌握半导体电光/光电器件在模拟信号光纤传输系统中的应用技术4．训练音频信号光纤传输系统的调试技术 [仪器设备] 1．OFE—A型光纤传输及光电技术综合实验仪一套；
[实验原理] 一、半导体发光二极管LED结构、工作原理、特性及驱动、调制电路 LED把电信号转为光信号。光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光效率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求。所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯任务，目前在以上各个方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管（LED）和半导体激光二极管（LD），本实验采用LED作光源器件.光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图（1）所示的N—p—P三层结构的半导体 器件，中间层通常是由GaAs（砷化镓）p型半导体材料组成,称有源S层，其带隙宽度较窄，两侧分别由GaAlAs的N型和P型半导体材料组成,与有源层相比，它们都具有较宽的带隙. 具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结. 在图（3）中，有源层与左侧的N层之间形成的是p—N异质结，而与右侧P层之间形成的是p—P异质结，故这种结构又称N—p—P双异质结构。当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p—P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层与空穴符合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子： hυ=E 1—E 2 =E g 其中h是普郎克常数，υ是光波的频率，E 1是有源层内导电电子的能量，E 2 是 导电电子与空穴复合后处于价健束缚状态时的能量。 本实验采用的半导体发光二极管的正向伏安特性如图3所示，与普通的二极管相比，在正向电压大于1V以后，才开始导通，在正常使用情况下，正向压降为
音频信号光纤通信原理实验报告评分标准
《音频信号光纤通信原理》实验报告评分标准 一实验预习（20分） 学生进入实验室前应预习实验，并书写实验预习报告。预习报告应包括：①实验目的，②实验原理，③实验仪器，④实验步骤⑤实验数据记录表等五部分。以各项表述是否清楚、完整，版面 验前还应预习实验）。 二实验操作过程（20分） 学生在教师的指导下进行实验。操作过程分三步：第一步，半导体二极管LED的电光特性I D-P0数据测量，包括：①光功率计的调节；②半导体二极管LED的电光特性I D-P0数据测量；第二步，光电二极管SPD的光电特性P0-I0数据测量，包括：①.正确连接好SPD测量电路；②.半导体光电二极管SPD的光电特性P0-I f 数据测量。第三步，音频信号的光纤通信系统，包括：①光纤通信系统的连接；②改变调制电流I D时对传输信号的影响。以各项是否能够按照实验要求独立、正确完成，数据记录是否准确、正确分三段给分。 三实验纪律（ 学生进入实验室，按照学生是否按规定进入实验室，是否按照操作要求使用仪器，是否在实验结束后将仪器整理整齐，是否有大声喧哗、打闹现象。分三段给分。 课后完成一份完整的实验报告。 四、数据记录及处理（35分） 1 数据记录是否与课堂实验记录一致，书写是否准确，分三段给分。 2 学生在数据处理过程中，是否按照要求正确书写中间计算结果、最终实验结果和不确定度的有效数字位数，分三段给分。 二、思考题（10分） 学生在实验结束后，在三道思考题中选择两道，抄写题目并回答。按照问题回答是否准确，有自己的见解，分三段给分。
《音频信号光纤通信原理》技能测试评分标准学生进入实验室，用15分钟的时间看书，15分钟之后将书收起来，开始进行实验测试。测试期间禁止看书。评分标准如下： 一实验操作部分（70分） 第一步：半导体发光二极管LED的电光特性I D-P0数据测量：（30分） ①.光功率计调零：连接好线路，调节I D为零，然后调节光功率计调零旋扭使光功率计示 数为零。②.调节光功率计最佳偶合：调节I D为任意示数，旋转光纤尾纤（带SPD的插头），使光功率计示数为最大值，此后不能再转动光纤尾纤。③.测量半导体发光二极管LED的电光特性：改变LED调制电流I D，记录光功率计的示数值P0。分三步给分。 ①.光功率计调零： ②.调节光功率计最佳偶合： ③.测量半导体发光二极管LED的电光特性： 第二步：半导体光电二极管SPD的光电特性P0-I f 数据测量：（20分） ①.正确连接好SPD测量电路：按原理图连接好线路，数字电压表测量R f端电压U0（U0为何即为R f端电压？）。②.半导体光电二极管SPD的光电特性P0-I f 数据测量：改变LED调制电流I D，记录R f端电压U0；P0为上次测量半导体发光二极管LED的电光特性I D-P0所对应的值。分两步给分。 ①．正确连接好SPD测量电路： ②．半导体发光二极管LED的电光特性I D-P0数据测量：
光纤光缆性能测试技术实验指导书
光纤光缆性能测试技术实验指导书 姚燕李春生 北京邮电大学机电工程实验教学中心 2006.5
实验一 数字发送单元指标测试实验 一、实验目的 1、了解数字光发端机输出光功率的指标要求 2、掌握数字光发端机输出光功率的测试方法 3、了解数字光发端机的消光比的指标要求 4、掌握数字光发端机的消光比的测试方法 二、实验内容 1、测试数字光发端机的输出光功率 2、测试数字光发端机的消光比 3、比较驱动电流的不同对输出光功率和消光比的影响 三、预备知识 1、输出光功率和消光比的概念 四、实验仪器 1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱 1台 2、FC接口光功率计 1台 3、FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根 4、万用表 1台 5、850nm光发端机（可选） 1个 6、ST/PC-FC/PC多模光跳线（可选） 1根 7、连接导线 20根 五、实验原理 光发送机是数字光纤通信系统中的三大组成部分（光发送机、光纤光缆、光接受机）之一。其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号，并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形从光源器件组件的尾纤发射出去。 光发送机的指标有如下几点： 1、输出光功率：输出光功率必须保持恒定，要求在环境温度变化或LD器件老化的过程中，其输出光功率保持不变，或者其变化幅度在数字光纤通信工程设计指标要求的范围内，以保证其数字光纤通信系统能长期正常稳定运行。 输出光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机二进制序列作为测试信号，用光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的输出光功率。 输出光功率测试连接如图1-1所示。 图1-1 输出光功率测试连接示意图 根据CCITT标准，信号源输出信号为表1-1所规定的要求。 表1-1 信号源输出信号要求 数字率（kbit/s） 伪随机测试信号 2048 215－1
光纤信号传输实验
光纤信号传输实验 【教学目的】 1．学习光纤信号传输系统的基本结构及各部件选配原则； 2．熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能； 3．训练如何在光纤传输系统中获得较好信号传输质量。 【教学重点】 1.光纤信号的发射、传输、接收原理 2.光纤信号传输系统幅度的调制 【教学难点】 1.光纤信号传输系统的基本结构 2.光电转换器件的基本性能 【课程讲授】 提问 1.光信号是如何获得的？ 2.光信号在光纤中是如何进行传输的？ 一、实验原理 光纤传输系统如图一所示一般由三部分组成：光信号发送端；用于传送光信号的光纤；光信号接收端。光信号发送端的功能是将待传输的电信号经电光转换器件转换为光信号，光纤的功能是将发送端光信号以尽可能小的衰减和失真传送到光信号接收端，目前光纤一般采用在近红外波段0.84μm、1.31μm、1.55μm有良好透过率的多模或单模石英光纤。光信号接收端的功能是将光信号经光电转换器件还原为相应的电信号，光电转换器件一般采用半导体光电二极管或雪崩光电二极管。组成光纤传输系统光源的发光波长必须与传输光纤呈现低损耗窗口的波段、光电检测器件的峰值响应波段匹配。 2．光信号发送端的工作原理 系统采用的发光二极管的驱动和调制电路如图二所示，信号调制采用光强度调制的方法，发送光强度调节电位器用以调节流过LED的静态驱动电流，从而相应改变发光二极管的发射光功率。
图（二） 3．光信号接收端的工作原理 图四是光信号接收端的工作原理图，传输光纤把从发送端发出的光信号通过光纤藕合器将光信号藕合到光电转换器件光电二极管，光电二极管把光信号转变为与之成正比的电流信号，光电二极管使用时应反偏压，经运放的电流电压转换把光电流信号转换成与之成正比的电压信号。光电二极管的频响一般较高，系统的高频响应主要取决于运放等的响应频率。 图（三） 4．传输光纤的工作原理 目前用于光通讯的光纤一般采用石英光纤，它是在折射率n2较大的纤芯内部，覆上一层折射率n1较小的包层，光在纤芯与包层的界面上发生全发射而被限制在纤芯内传播，如图五所示。石英光纤的主要技术指标有衰减特性，数值孔经和色散等。 图（四） 二、实验仪器 双踪示波器、光纤信号传输实验仪 三、实验步骤
FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验使用说明(070903)资料
仪器使用说明 TEACHER'S GUIDEBOOK FD-OFT-A 音频信号光纤传输实验仪 中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd.
FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪使用说明 一、概述 光纤俗称玻璃纤维，是由高纯度的玻璃棒经拉丝工艺制成，又称光导纤维它以其优良的传输特性已经成为信息社会主要的信息传输手段。随着光纤通信技术的发展，一个以微电子技术，激光技术，计算机技术和现代通信技术为基础的高速宽带信息网将是远程教育，远程医疗，电子商务，智能居住小区越来越普及。光纤通信以及诸多优点将成为现代通信的主流，未来通信的一项通信技术和手段。本仪器通过实验让学生了解光纤通信的基本工作原理，熟悉半导体电光-光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。 我公司研制的FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪具有以下优点： 1.该仪器为一体式仪器，音频信号发生器、光功率计、LED放射器、SPD接收器全部整合在壹 台主机中，这样用户购买该仪器后，不用另配光功率计以及信号发生器即可以完成实验。 2.该实验仪是集光电子技术、光纤传输技术、应用电子技术于一体的综合实验教学仪器，对 于扩大学生知识面和培养学生综合运用已学知识解决实际问题的能力十分有益。 3.该仪器实验内容丰富、实验数据稳定可靠，通过该仪器可以让学生了解光波是怎样被调制、 传输和解调的，使学生对光纤通信有一个初步的认识。 该仪器不仅可以用于基础物理实验以及设计性研究性实验，也可以用于高等院校光电子、通讯、信息专业的专业实验。 二、技术指标 1．电源输入 220V 50Hz 2．音频信号发生器频率调节范围 100Hz-10KHz 连续调节，10KHz-20KHz 连续调节 幅度调节范围 0V－3V（峰－峰值）连续调节 3．光功率计量程 0－200.0uW 分辨率 0.1uW 4．LED驱动电流 50mA 三、仪器装置 FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪主要由实验主机（包括音频信号发生器、光功率计、LED发射器、SPD接收器等）、多模光纤（装于骨架上），半导体收音机组成。如图1所示.
数字信号光纤传输实验
数字信号光纤传输实验 一、实验目的 1、了解数字信号光纤传输系统的通信原理 2、掌握完整数字光纤通信系统的基本结构 二．实验原理 数字信号的光源驱动电路与模拟驱动电路原理有一定区别。半导体激光器是利用其在有源区中受激发射的器件，只有在工作电流超过阈值电流的情况下，才会输出激光（相干光）， 为LD的阈值电流。因而是有阈值的器件。图3-1为LD的P-I特性曲线及调制波形，图中的I th 由图可见调制LD光源器件发光必须是直本实验利用光纤对各种数字信号进行传输，以了解和熟悉光纤传输数字信号系统的组成。用双踪示波器观察光发模块与光接收模块各点的波 和信号电流（即形，并进行比较。数字信号有脉冲信号、NRZ码，CMI码。流偏置电流I b ）的共同作用。 调制电流I m 三、实验步骤 ⒈用FC-FC光纤跳线将1310nm光发端机（1310nmT）与1310nm光收端机（1310nmR）连接起来，组成1310nm光纤传输系统。 ⒉连接导线：数字信号源T504与光发模块T101连接，将数字信号源模块K511拨到上面。 ⒊将双刀三掷开关BM1、BM2和BM3分别拨到数字、1310nm和1310nm。 ⒋接上交流电源线，开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。 ⒌接通数字信号源模块（K50）、光发模块（K10）的直流电源。 ⒍用万用表监控R110两端电压（红表笔插T103，黑表笔插T104），调节半导体激光器驱动电流（W101），使之小于25mA。 ⒎调节电位器W121，使得TP121处波形幅度大于3.5V，用示波器观察TP101，TP102和TP121波形，观察数字信号光纤传输调制过程。 ⒏将数字信号源模块K511接2，3脚（接1，2脚为64K伪随机码，2，3脚为256K伪随机码），观察各点波形变化。 ⒐改变数字信号源模块拨码开关状态，观察各测试点波形变化。 ⒑依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。 四．实验结果截图：
音频信号光纤传输实验
音频信号光纤传输实验 摘要: 实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量得出了在合适的偏置电流下其具有线性。验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。Abstracf The experimental transmission through the LED-fiber components of the electro-optical properties Measuring obtained at the right bias current with its linear. Verification of the silicon photodiode fiber can transmit a radio-signal output into with the current proportional to the light. 一.前言: 1.实验的历史地位: 光纤自20世纪60年代问世以来其在远距离信息传输方面的应用得到了突飞猛进的发展以光纤作为信息传输介质的“光纤通信”技术是世界新技术革命的重要标志也是未来信息社会各种信息网的主要传输工具。随着光纤通信技术的发展一个以微电子技术激光技术计算机技术呵现代通信技术为基础的超高速宽带信息网将使远程教育.远程医疗.电子商务.智能居住小区越来越普及.光纤通信以其诸多优点将成为现代通信的主流未来信息社会的一项基础技术和主要手段. 2.实验目的了解音频信号光纤传输系统的结构熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法了解音频信号光纤传输系统的调试技能3.待解决的几个主要问题: 声音是一种低频信号你可能有这样的经历当你说话的声音较低时只有你旁边的人可以听见你的声音要让声音传的远些你必须大声喊。这说明了低频信号的传播受周围环境的影响很大传播的范围有限。为了解决上述的问题在通信技术中一般是使用一个高频信号作为载波利用被传
数字信号光纤通信技术实验
数字信号光纤通信技术实验 预习要求 通过预习应理解以下几个问题： 1．数字信号光纤传输系统的基本结构及工作过程； 2．衡量数字通信系统有那两个指标？； 3．数字通信系统中误码是怎样产生的？； 4．为什么高速传输系统总是与宽带信道对应？； 5．引起光纤中码元加宽有那些因素？； 6．本实验系统数字信号光-电/电-光转换电路的工作原理； 7．为什么在数字信号通信系统中要对被传的数据进行编码和解码？； 8．时钟提取电路的工作原理。 目的要求 1.了解数字信号光纤通信技术的基本原理 2.掌握数字信号光纤通信技术实验系统的检测及调试技术 实验原理 一、数字信号光纤通信的基本原理 数字信号光纤通信的基本原理如图8-2-1示（图中仅画出一个方向的信道）。工作的基本过程如下：语音信号经模/数转换成8位二进制数码送至信号发送电路，加上起始位（低电平）和终止位（高电平）后,在发时钟TxC的作用下以串行方式从数据发送电路输出。此时输出的数码称为数据码，其码元结构是随机的。为了克服这些随机数据码出现长0或长1码元时,使接收端数字信号的时钟信息下降给时钟提取带来的困难，在对数据码进行电/光转换之前还需按一定规则进行编码，使传送至接收端的数字信号中的长1或长0码元个数在规定数目内。由编码电路输出的信号称为线路码信号。线路码数字信号在接收端经过光/电转换后形成的数字电信号一方面送到解码电路进行解码,与此同时也被送至一个高Q值的RLC谐振选频电路进行时钟提取. RLC谐振选频电路的谐振频率设计在线路码的时钟频率处。由时钟提取电路输出的时钟信号作为收时钟RxC,其作用有两个：1.为解码电路对接收端的线路码进行解码时提供时钟信号；2.为数字信号接收电路对由解码电路输出的再生数据码进行码值判别时提供时钟信号。接收端收到的最终数字信号，经过数/模转换恢复成原来的语音信号。 图8-2-1 数字信号光纤通信系统的结构框图 在单极性不归零码的数字信号表示中,用高电平表示1码元，低电平表示0码元。码元持续时间（亦称码元宽度）与发时钟TxC的周期相同。为了增大通信系统的传输容量，就要求提高收、发时钟的频率。发时钟频率愈高码元宽度愈窄。 由于光纤信道的带宽有限,数字信号经过光纤信道传输到接收端后，其码元宽度要加宽。加宽程度由光纤信道的频率特性和传输距离决定。单模光纤频带宽，多模光纤频带窄。因为按光波导理论[1]分析:光纤是一种圆柱形介质波导，光在其中传播时实际上是一群满足麦克斯韦方程和纤芯—包层界面处边界条件的电磁波，每个这样的电磁波称为一个模式。光纤中允许存在的模式的数量与纤芯半径和数字孔径有关。纤芯半径和数字孔径愈大，光纤中参与光信号传输的模式也愈多，这种光纤称为多模光纤（芯径50或62.5μm）。多模光纤中每个模式沿光纤轴线方向的传播速度都不相同。因此，在光纤信道的输入端同时激励起多个模式时，每个模式携带的光功率到达光纤信道终点的时间也不一样，从而引起了数字信号码元的加宽。码元加宽程度显然与模式的数量有关。由多模传输引起的码元加宽称为模式色散。当光纤纤芯半径减小到一定程度时，