光纖通信試驗(yàn)報(bào)告

1、南昌大亨實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程：光纖通信實(shí)驗(yàn)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：2017年6月3日實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?實(shí)驗(yàn)一發(fā)光二極管P-I特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二半導(dǎo)體激光器P-I特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三預(yù)失真補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四數(shù)字發(fā)送單元指標(biāo)測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一發(fā)光二極管P-I特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：5月5日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)發(fā)光二極管的發(fā)光原理2、了解發(fā)光二極管平均輸出光功率與注入電流的關(guān)系3、掌握發(fā)光二極管P（平均發(fā)送光功率）-I（注入電流）曲線的測(cè)試二、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZYE4301邛光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)2、光功率計(jì)1只3、ST-FC光跳線1套5、萬(wàn)用表1只三、實(shí)驗(yàn)原理發(fā)光二極管（LED結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是一個(gè)正向偏置的PN同質(zhì)節(jié)，電子-空

2、穴對(duì)在耗盡區(qū)輻射復(fù)合發(fā)光，稱為電致發(fā)光。發(fā)光二極管（LED發(fā)射的不是激光，輸出功率較小、具有較寬的譜寬（3060nm）、發(fā)射角較大（=100°）、與光纖的耦合效率較低。其優(yōu)點(diǎn)是：壽命很長(zhǎng)，理論推算可達(dá)108至1010小時(shí)，其次是受溫度影響較小，輸出光功率與注入電流的線性關(guān)系較好，價(jià)格也比較便宜，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，不存在模式噪聲等問(wèn)題。半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED可以做為中短距離、中小容量的光纖通信系統(tǒng)的光源。對(duì)于發(fā)光二極管（LED而言，自發(fā)輻射產(chǎn)生的功率是由正向偏置電壓產(chǎn)生的注入電流提供的，當(dāng)注入電流為I,工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)，電子-空穴對(duì)通過(guò)輻射和非輻射復(fù)合，具復(fù)合率等于載流子注入率I/q,其中發(fā)

3、射電子的復(fù)合率決定于內(nèi)量子效率光子產(chǎn)生率為（Int/q），因此LED內(nèi)產(chǎn)生的光功率為Pnt=int('/q)I式中，先切為光量子能量。假定所有發(fā)射的光子能量近似相等，并設(shè)從LED逸出的功率內(nèi)部產(chǎn)生功率的份額為“ext,則LED的發(fā)射功率為Pe=extPint=extintC/q)Iqext亦稱為外量子效率。由2-2式可知，LED發(fā)射功率P和注入電流I近似成正比。這說(shuō)明LED的P-I曲線線性度好，調(diào)制時(shí)動(dòng)態(tài)范圍大，信號(hào)失真小。該實(shí)驗(yàn)測(cè)量其電光轉(zhuǎn)換特性（P-I特性），工作電流不同的時(shí)候，輸出功率也不同，基本上是成線性關(guān)系。P(uW)-'圖2-1LED發(fā)光二極管P-I曲線示意圖實(shí)驗(yàn)中

4、發(fā)光二極管電流的確定通過(guò)測(cè)量串聯(lián)在電路中R516的電壓值。電路中的驅(qū)動(dòng)電流在數(shù)值上等于R516兩端電壓與電阻值之比。實(shí)驗(yàn)中先用萬(wàn)用表測(cè)出516的精確值，計(jì)算得出發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流，然后用光功率計(jì)測(cè)得一定驅(qū)動(dòng)電流下發(fā)出的光功率，從而完成P-I特性的測(cè)試。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、將光發(fā)模塊中的可調(diào)電阻W501逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到頭，使數(shù)字驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到最小值。2、將雙刀三擲開關(guān)J501、J502按下，使光發(fā)模塊傳輸數(shù)字信號(hào)3、將光端機(jī)的光纖從光發(fā)端機(jī)中取出，用ST-FC光跳線與光功率計(jì)連接并將光功率計(jì)選擇波長(zhǎng)850nmg。4、接好電源，先開交流電源開關(guān)，再開直流電源開關(guān)，即按下K601,K602（電源模塊），這時(shí)

5、電源指示燈D601,D605,D603,D604,D605全亮。5、接通光發(fā)模塊和數(shù)字信號(hào)源模塊直流電源（T501與T403）,并將撥碼碼型撥為全1,接通光發(fā)送模塊（K50）和數(shù)字基帶信號(hào)產(chǎn)生模塊（K40）直流電源。8、用萬(wàn)用表測(cè)量R516兩端電壓（紅表筆插T502,黑表筆插T503）。9、慢慢調(diào)節(jié)電位器W501使所測(cè)得的電壓為下表中數(shù)值，依次測(cè)量對(duì)應(yīng)的光功率值，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表2-1o表2-1LED的P-I特性測(cè)試表U(mV)510152025303540455055I(mA)510152025303540455055P(uVV4.8813.5223.8832.7341.5949.55

6、55.5962.0968.5572.2875.68P(dBm-23.12-18.69-16.22-14.85-13.81-13.05-12.55-12.07-11.64-11.41-11.2110、做完實(shí)驗(yàn)后先抬起J502,然后依次關(guān)掉各直流開關(guān)，以及交流電開關(guān)11、拆下光跳線和光功率計(jì)，拆除連線，將實(shí)驗(yàn)箱還原，將各實(shí)驗(yàn)儀器擺放整齊實(shí)驗(yàn)二半導(dǎo)體激光器P-I特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：5月12號(hào)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理2、了解半導(dǎo)體激光器平均輸出光功率與注入驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系3、掌握半導(dǎo)體激光器P（平均發(fā)送光功率）-I（注入電流）曲線的測(cè)試方法.、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZYE4301邛光纖通信原理實(shí)驗(yàn)

7、箱1臺(tái)2、光功率計(jì)1只3、半導(dǎo)體激光器1臺(tái)5、萬(wàn)用表1只三、實(shí)驗(yàn)原理半導(dǎo)體激光二極管（LD）或簡(jiǎn)稱半導(dǎo)體激光器，它通過(guò)受激輻射發(fā)光，是一種閾值器件。處于高能級(jí)E2的電子在光場(chǎng)的感應(yīng)下發(fā)射一個(gè)和感應(yīng)光子一模一樣的光子，而躍遷到低能級(jí)E1,這個(gè)過(guò)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)致了半導(dǎo)體激光器不僅能產(chǎn)生高功率（學(xué)10mVV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

8、（A入=0.11.0nm）,適用于高比特工作，載流子復(fù)合壽命短，能進(jìn)行高速信號(hào)（20GHZ直接調(diào)制，非常適合于作高速長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)的光源。閾值電流是非常重要的特性參數(shù)。圖上A段與B段的交點(diǎn)表示開始發(fā)射激光，它對(duì)應(yīng)的電流就是閾值電流thI。半導(dǎo)體激光器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。將開始出現(xiàn)凈增益的條件稱為閾值條件。一般用注入電流值來(lái)標(biāo)定閾值條件，也即閾值電流thI。P-I特性是選擇半導(dǎo)體激光器的重要依據(jù)。在選擇時(shí)，應(yīng)選閾值電流thI盡可能小，thI對(duì)應(yīng)P值小，而且沒(méi)有扭折點(diǎn)的半導(dǎo)體激光器。這

9、樣的激光器工作電流小，工作穩(wěn)定性高，消光比（測(cè)試方法見實(shí)驗(yàn)四）大，而且不易產(chǎn)生光信號(hào)失真。并且要求P-I曲線的斜率適當(dāng)。斜率太小，則要求驅(qū)動(dòng)信號(hào)太大，給驅(qū)動(dòng)電路帶來(lái)麻煩；斜率太大，則會(huì)出現(xiàn)光反射噪聲及使自動(dòng)光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。圖1-1LD半導(dǎo)體融此器P7萌純小您圖實(shí)驗(yàn)中半導(dǎo)體激光器電流的確定通過(guò)測(cè)量串聯(lián)在電路中的R516上電壓值。由于R516=1歐姆，電路中的驅(qū)動(dòng)電流等于R516兩端電壓。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、將光發(fā)模塊中的可調(diào)電阻W501逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到頭，使數(shù)字驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到最小值。2、將雙刀三擲開關(guān)J501、J502按下，使光發(fā)模塊傳輸數(shù)字信號(hào)3、將光端機(jī)的光纖從光發(fā)端機(jī)中取出，用ST-FC光跳

10、線與光功率計(jì)連接并將光功率計(jì)選擇波長(zhǎng)1310nm當(dāng)。4、接好電源，先開交流電源開關(guān)，再開直流電源開關(guān)，即按下K601,K602（電源模塊），這時(shí)電源指示燈D601,D605,D603,D604,D605全亮。5、接通光發(fā)模塊和數(shù)字信號(hào)源模塊直流電源（T501與T403）,并將撥碼碼型撥為全1,接通光發(fā)送模塊（K50）和數(shù)字基帶信號(hào)產(chǎn)生模塊（K40）直流電源。8、用萬(wàn)用表測(cè)量R516兩端電壓（紅表筆插T502,黑表筆插T503）。9、慢慢調(diào)節(jié)電位器W501使所測(cè)得的電壓為下表中數(shù)值，依次測(cè)量對(duì)應(yīng)的光功率值，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表。U(mV)1234567891012I(mA)1234567891

11、012P(uVV0.0820.34721.4753.1887118.6150.5183.3216.2247.2310.1P(dBm-40.86-34.60-16.68-12.74-10.60-9.26-8.22-7.37-6.65-6.07-5.08U(mV)1416182022242628303234I(mA)1416182022242628303234P(uVV373.9437.4498.5574634697755820891939965P(dBm-4.27-3.59-3.02-2.41-1.98-1.57-1.22-0.86-0.50-0.27-0.15U(mV)363840I(mA)3

12、63840P(uVV98410401230P(dBm-0.070.170.231200l(mA)實(shí)驗(yàn)三預(yù)失真補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：5月19日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)LED和LD光源中存在的非線性失真產(chǎn)生原理2、了解預(yù)失真補(bǔ)償電路原理工作過(guò)程、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZYE4301F型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱2、20MHz雙蹤示波器三、實(shí)驗(yàn)原理為了獲得較大的輸出光功率，LED通常工作于大信號(hào)狀態(tài)，此時(shí)它的非線性是系統(tǒng)非線性效應(yīng)的主要來(lái)源。LED的非線性失真的補(bǔ)償和校正是一個(gè)比較復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題。迄今為止采用的方法有反饋法、相移調(diào)制法、前饋法與準(zhǔn)前饋法等。一般情況下多采用預(yù)失真（預(yù)校正）法比較實(shí)用。所謂預(yù)失真法就是用普通二極

13、管的非線性在發(fā)送端使信號(hào)預(yù)先失真，用以抵銷發(fā)光二極管的非線性失真。下面介紹這種方法。預(yù)失真補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)方框圖預(yù)失真法不需要附加任何光器件，信號(hào)的幅度和相位的預(yù)失真是通過(guò)電平調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖3-1示出了預(yù)失真電路的原理，圖3-1（a）為信號(hào)幅度預(yù)失真電路，其中的二極管D、D與D3分別被偏置在電壓M、W和M上，電路增益近似為：這里R=RJ/RE1/RE2/RE3R=R°/RE1/RE2R=RJ/RE1R=R«Di、D、D3不通）隨著二極管D、。、D3逐次斷開,Au=20lgRC（D1、D、D3通）（Di、Q通，不通）（D1通,D、口不通）Re值將隨著輸入信號(hào)電平的增加而增加，因而使

14、放大器增益逐步降低。放大器的增益大小用調(diào)節(jié)二極管的偏壓來(lái)得到，從而使微分增益得到改善。圖3-1（b）為相位預(yù)失真電路。我們實(shí)驗(yàn)中采用圖3-1（a）中所示的電路圖來(lái)進(jìn)行信號(hào)幅度預(yù)失真補(bǔ)償。一般對(duì)DG校正來(lái)說(shuō)，采用三段補(bǔ)償即可滿足要求。在實(shí)際的校正電路中，DG的校正范圍可達(dá)到020%（a）DG預(yù)校正（b）DP預(yù)校正預(yù)失真電路原理圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、連接導(dǎo)線：模擬信號(hào)源模塊T102與預(yù)失真模塊T951連接，T951（正向補(bǔ)償）與光發(fā)模塊T511連接。2、預(yù)失真模塊的W951W952W953逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，使電路沒(méi)有補(bǔ)償作用。3、接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān)K601,K602,電源指示燈全

15、亮。4、接通模擬信號(hào)源模塊（K10）、預(yù)失真補(bǔ)償模塊（K95）和光發(fā)模塊（K50）的直流電源。5、將雙刀雙擲開關(guān)J501抬起，J502按下，使光發(fā)模塊發(fā)送模擬信號(hào)。6、用示波器觀察TP523的波形（觀察前先將示波器設(shè)置為直流檔，并校準(zhǔn)示波器接地時(shí)基準(zhǔn)線在中間）。7、慢慢調(diào)節(jié)W512使TP523的波形稍有失真（上下不對(duì)稱也是失真），這時(shí)LD工作在非線性區(qū)。（波形的失真度不能超過(guò)20%否則無(wú)法達(dá)到預(yù)失真補(bǔ)償效果。）8將預(yù)失真補(bǔ)償模塊中的TP951與光發(fā)送模塊的T511的導(dǎo)線拆除，而將預(yù)失真補(bǔ)償模塊的TP952與光發(fā)模塊的T511連接起來(lái)。9、慢慢調(diào)節(jié)W951W952W953并觀察T523的波形，在

16、調(diào)節(jié)過(guò)程中可看到TP523的波形慢慢被補(bǔ)償了（三個(gè)電位器配合調(diào)節(jié)，使之達(dá)到最佳效果）。10、用示波器觀察TP952的波形，并與TP951進(jìn)行比較。12、做完實(shí)驗(yàn)后先抬起J502,然后依次關(guān)掉各直流開關(guān)，以及交流電開關(guān)。13、拆除導(dǎo)線及光纖器件，將實(shí)驗(yàn)箱還原，各實(shí)驗(yàn)儀器擺放整齊。實(shí)驗(yàn)四數(shù)字發(fā)送單元指標(biāo)測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：5月26日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解數(shù)字光發(fā)端機(jī)輸出光功率的指標(biāo)要求2、掌握數(shù)字光發(fā)端機(jī)輸出光功率的測(cè)試方法3、了解數(shù)字光發(fā)端機(jī)的消光比的指標(biāo)要求4、掌握數(shù)字光發(fā)端機(jī)的消光比的測(cè)試方法二、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZYE4301F型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)箱1臺(tái)2、光功率計(jì)1只3、ST-FC光跳線1根5、萬(wàn)用

17、表1只三、實(shí)驗(yàn)原理平均光功率是指給光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路送入一偽隨機(jī)二進(jìn)制序列作為測(cè)試信號(hào)，用光功率計(jì)直接測(cè)試光發(fā)端機(jī)的光功率，此數(shù)值即為數(shù)字發(fā)送單元的平均光功率。平均光功率與輸入的偽隨機(jī)碼型有關(guān)，NRZ碼與RZ碼相比，其占空比分別為100%50%因而其平均光功率大3dBo另外，平均光功率是在額定電流下測(cè)得的，否則結(jié)果有偏差。消光比是給光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送全“0”碼，測(cè)得的光功率R,在給光發(fā)端機(jī)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送全“1”碼，測(cè)得的光功率R,將P。，P1代入公式：REXT二10lg片即得到光發(fā)端機(jī)的消光比。光通信系統(tǒng)一般要求消光比越大越好，但是不可過(guò)大或過(guò)小，消光比太大，即預(yù)偏置電流太小或

18、沒(méi)有，影響通信系統(tǒng)傳輸速率；消光比太小，則調(diào)制深度淺，有用光功率比例減小，影響系統(tǒng)靈敏度。四、實(shí)驗(yàn)步驟數(shù)字發(fā)送機(jī)的平均光功率的測(cè)試1、連接導(dǎo)線：數(shù)字基帶信號(hào)產(chǎn)生模塊T402與光發(fā)端機(jī)模塊T501連接。2、將光發(fā)送端的光纖從光發(fā)端機(jī)中取出，用ST-FC光纖跳線與光功率計(jì)連接，并將光功率計(jì)調(diào)到波長(zhǎng)850nm檔。3、將雙刀雙擲開關(guān)J501,J502按下使光發(fā)送模塊傳輸數(shù)字信號(hào)。4接上交流電源，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān)K601,K602,電源指示燈全亮。5、接通數(shù)字基帶信號(hào)產(chǎn)生模塊(K40),光發(fā)送模塊(K50)的直流電源。6、用萬(wàn)用表測(cè)量R516兩端電壓(紅表筆插T502,黑表筆插T503)。7、慢慢調(diào)節(jié)電位器W501,使驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到額定值，即使V=30mv8、用光功率計(jì)測(cè)量此時(shí)光發(fā)端機(jī)的光功率，即為光發(fā)端機(jī)的平均光功率。9、做完實(shí)驗(yàn)后先抬起J502,然后依次關(guān)掉各直流開關(guān)，以及交流電開關(guān)。數(shù)字發(fā)送機(jī)消光比測(cè)試1、將數(shù)