大學物理實驗探究性報告(論文)音頻信號光纖傳輸試驗(共5頁)_第1頁
大學物理實驗探究性報告(論文)音頻信號光纖傳輸試驗(共5頁)_第2頁
大學物理實驗探究性報告(論文)音頻信號光纖傳輸試驗(共5頁)_第3頁
大學物理實驗探究性報告(論文)音頻信號光纖傳輸試驗(共5頁)_第4頁
大學物理實驗探究性報告(論文)音頻信號光纖傳輸試驗(共5頁)_第5頁
已閱讀5頁,還剩3頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

1、北京郵電大學音頻信號光纖傳輸(chun sh)試驗(北京郵電大學,北京市,100876)照片尺寸為20mm*30mm;最好不用紅色背景摘 要: 隨著光纖通信技術(jsh)的發(fā)展,一個以微電子技術、激光技術、計算機技術和現(xiàn)代通信技術為基礎的超高速寬帶信息網(wǎng)正在改變?nèi)藗兊纳?。光纖通信以其諸多優(yōu)點將成為現(xiàn)代通信的主流,未來信息社會的一項基礎技術和主要手段。本文旨在(zh zi)使讀者了解光纖通信的基本工作原理,熟悉半導體電光-光電元件的基本性能和主要特性的測試方法。關鍵詞:光纖通信;光電二極管SPD;信號放大中圖分類號:TN913.7 文獻標識碼:AOptical fiber transmissi

2、on of audio signal (Beijing University of Post&Telecommunication, Beijing, 100876, China) Abstract:With the development of optical fiber communication technology, a microelectronic technology, laser technology, computer technology and modern communication technology-based ultra-high-speed broadband

3、information network is changing peoples lives. Optical fiber communication with its many advantages will become the mainstream of modern communication, the future of the information society and the main means of an underlying technology. This article aims to enable readers to understand the basic wo

4、rking principle of optical fiber communication, familiar with semiconductor electro-optic - Optoelectronics basic properties and main characteristics of the test methods.Keywords: Optical Fiber Communication; Photodiode; Signal amplification光導纖維是近40年發(fā)展起來的一項新興技術,是現(xiàn)代光信息技術的重要組成部分。光纖的用途多種多樣,最重要的便是光纖通信實驗

5、日期:2013.5.30作者簡介:。光纖通信是1996年由美籍華人高鯤博士根據(jù)介質波導理論提出的。發(fā)展至今,光纖通信在人們的生活中已經(jīng)有了不可替代的作用和重要的地位。本文主要涉及音頻信號的光纖傳輸。通過本文讀者可以粗略了解音頻信號光纖傳輸系統(tǒng)的結構,熟悉半導體電光、光電器件的基本性能并且掌握其主要特性的測試方法,以及音頻信號光纖傳輸系統(tǒng)的調試技能。實驗目的1.了解音頻信號光纖傳輸系統(tǒng)的結構2.熟悉半導體電光/光電器件的基本性能及主要特性的測試方法3.了解音頻信號光纖傳輸系統(tǒng)的調試技能實驗原理1.音頻信號光纖傳輸系統(tǒng)功 放RWLEDSPDRI/V變換RE信號源光纖給出了一個音頻信號直接光強調制光

6、纖傳輸系統(tǒng)的結構原理圖,它主要包括由LED及其調制、驅動電路組成的光信號發(fā)送器、傳輸光纖和由光電轉換、IV變換及功放電路組成的光信號接收器的三個部分。本實驗采用(ciyng)中心波長0.85m附近的GaAs半導體發(fā)光二極管(LED)作光源、峰值響應(xingyng)波長為0.80.9m的硅光二極管(SPD)作光電檢測元件。由于光導纖維對光信號(xnho)具有很寬的頻帶,故在音頻范圍內(nèi),整個系統(tǒng)的頻帶寬度主要決定于發(fā)送端調制放大電路和接收端功放電路的幅頻特性。2.半導體發(fā)光二極管工作原理光纖通訊系統(tǒng)中,對光源器件在發(fā)光波長、電光效率、工作壽命、光譜寬度和調制性能等許多方面均有特殊要求。所以不是隨

7、便哪種光源器件都能勝任光纖通訊任務,目前在以上各個方面都能較好滿足要求的光源器件主要有半導體發(fā)光二極管(LED)、半導體激光二極管(LD),本實驗采用LED作光源器件。光纖傳輸系統(tǒng)中常用的半導體發(fā)光二極管是一個如圖所示的N-P-P三層結構的半導體器件,中間層通常是由GaAs(砷化鎵)p型半導體材料組成,稱有源層,其帶隙寬度較窄,兩側分別由GaAlAs的N型和P型半導體材料組成,與有源層相比,它們都具有較寬的帶隙。具有不同帶隙寬度的兩種半導體單晶之間的結構稱為異結。在圖(4)中,有源層與左側的N層之間形成的是p-N異質結,而與右側P層之間形成的是p-P異質結,故這種結構又稱N-p-P雙異質結構。

8、當給這種結構加上正向偏壓時,就能使N層向有源層注入導電電子,這些導電電子一旦進入有源層后,因受到右邊p-P異質結的阻擋作用不能再進入右側的P層,它們只能被限制在有源層與空穴復合,導電電子在有源層與空穴復合的過程中,其中有不少電子要釋放出能量滿足以下關系的光子:h = E-E = E其中h上普朗克常數(shù),是光波的頻率,E是有源層內(nèi)導電電子的能量,E是導電電子與空穴復合處于價健束縛狀態(tài)時的能量。兩者的差值 E與DH結構中各層材料及其組份的選取等多種因素有關,制做LED時只要這些選取和組份的控制適當,就可便得LED發(fā)光中心波長與傳輸光纖低損耗波長一致。3.調制電路光信號發(fā)送電路被傳音頻信號由以IC1為

9、主要元件構成的音頻放大電路放大后經(jīng)電容器 藕合到BG1基極,對LED的工作電流進行調制,從而使LED發(fā)送出光強隨音頻信號變化的光信號,并經(jīng)光導纖維把這一信號傳至接收端。對于高頻信號,電容可看作短路;對于低頻信號,電容可看作開路,且電容越大,允許通過的最低頻率就越低。只要 選得足夠小(只允許高頻信號通過), 選得足夠大(較低頻率的信號也可通過,但仍有截止頻率),則在要求帶寬的中頻范圍內(nèi), 的阻抗很大,它所在支路可視為開路,而 的阻抗很小,它可視為短路。 在此情況下,根據(jù)運放電路的特性計算出:放大電路的閉環(huán)增益為光信號接收(jishu)電路響應度:描述光電檢測器光電轉換(zhunhun)能力的一種

10、物理量。定義為:其中:I為光電檢測器的平均輸出(shch)電流; P為光電檢測器的平均輸入功率。光信號的接收主要是利用 硅光電二極管 (SPD)把傳輸光纖出射端輸出的光信號的光功率轉變?yōu)榕c之成正比的光電流I0 ,然后經(jīng)I / V 轉換電路再把光電流轉換成電壓V0輸出 。V0和I0之間有以下關系:以IC3 為主要元件構成的是一個集成音頻功放電路,只要調節(jié)外接的電位器Wnf,就可改變功放電路的電壓增益,功放電路中電容Cnf的大小決定著該電路的下限截止頻率。實驗內(nèi)容LED-傳輸光纖組件電光特性的測定測量前首先將兩端帶電流插頭的電纜一頭插入光纖繞線盤上的電流插孔,另一端插入發(fā)送器前面板上的“LED”插

11、孔,并將光電探頭插入光纖繞線盤上引出傳輸光纖輸出端的同軸插孔中,SPD的同條出線接至儀器前面板光功率批示器的相應插孔內(nèi),在以后實驗過程中注意保持光電探頭的這一位置。測量時調節(jié)W2使毫安表指示從零開始(此時光功率計的讀數(shù)為零,若不為零記下讀數(shù),并在以后的以此為零點扣除),逐漸增加LED的驅動電流,每增加4mA讀取一次光功率計示值,直到48mA為止。根據(jù)測量結晶描繪LED-傳輸光纖組件的電光特性曲線,并確定出其線性度較好的線段。光電二極管反向伏安特性曲線的測定測定光電二極管反向伏安特性的電路如圖(8)所示。其中LED是發(fā)光中心波長與被測光電二極管的峰值響應波長很接近的GaAs半導體發(fā)光二極管,在這

12、里它作光源使用,其光功率由光導紛紛輸出。由IC1為主構成的電路是一個電流-電壓變換電路,它的作用是把流過光電二極管的光電流I轉換成由IC1輸出端C點的輸出電壓V,它與光電流成正比。整個測試電路的工作原理依據(jù)如下:由于IC1的反相輸入端具有很大的輸入阻抗,光電二極管受光照時產(chǎn)生的光電流幾乎全部渡過R并在其上產(chǎn)生電壓降V= RI。另外,又因IC1具有很高的開環(huán)電壓增益,反相輸入端具有與同相輸入端相同的地電位,故IC1的輸出電壓V=I R已知R后,就可根據(jù)上式由V計算出相應的光電流I。LED偏置電流與無非線性畸變最大光訊號幅度關系的測定由于LED的伏安特性及電光特性曲線均存在著非線性區(qū)域,所以在圖(

13、6)所示的驅動和調制電路中,對于LED工作電流的不同偏置狀態(tài),能夠獲得的無非線性畸變的最大光信號(即LED-傳輸光纖組件輸出光功率的交變部分)的幅值(或峰-峰值)也是具有不同值,在設計音頻信號光纖傳輸系統(tǒng)時,應把LED的偏置電流選定在其電-光特性曲線線性范圍最寬的線段中點電流值。在對音頻信號光纖傳輸進行調試時,可通過實驗的方法,測定LED偏置電流與無非線性畸變最大光信號幅度的關系,然后在LED允許的最大工作電流范圍內(nèi),選擇一個最佳偏置狀態(tài)。實驗方法的具體操作如下:用音頻信號發(fā)生器作信號源(頻率為1kHZ左右),SPD接到接收器前面板上的相應插孔(ch kn)并把示波器的輸入電纜和接收器前面板的

14、數(shù)字mv表接至接收器I-V變換電路的輸出端,在LED偏置電流為5mA、10mA、15mA、20mA和25mA的各種情況下,從零開始,逐漸增加調制信號源的輸出幅度,直到接至I-V變換電路輸出端的直流mV表的讀數(shù)有明顯變化為止,記錄下示波器上顯示的I-V變換電路輸出電壓交變成份的峰-峰值(mV),然后根據(jù)I-V變換電路中的R值和SPD的響應度R值,便可算出以上不同(b tn)偏置下最大光信號的峰-峰值(W)。接收器允許的最小信號(xnho)幅值的測定把發(fā)送器的調制輸入插孔接入收音機信號,接收器功放輸出端接入小音箱,在保持實驗系統(tǒng)以上連接不變的情況下,首先把LED的偏置電流調為5mA,然后從零開始逐

15、漸加大收音機的輸出幅度,直到mV表批示有變化為止,考察接收器上的音響效果是否能清晰辨別出所接收的音頻信號,若能,繼續(xù)減小LED的偏置電流重復以上實驗,直至不能清晰辨別出接收信號為止,記下在這一狀態(tài)之前對應的LED的偏置電流I值,并由LED電光特性的曲線確定出0-2 I對應的光變化量P,則接收器允許的最小光信號的峰-峰值,不會大于P,故P可以作為實驗系統(tǒng)接收器允許的最小光信號幅值。實驗數(shù)據(jù)處理1.LED傳輸光纖組件電光特性I偏(mA)048121620P(uW)0.41.64.67.510.213.12.硅光電二極管特性及響應度光功率P(uw)0.41.64.67.510.213.1Io(uA)

16、-0.020.291.011.762.53.193.LED偏置電流與最大調制幅度I偏(mA)48121620最大調制幅度22.537.042.143.945.1Io過大,輸出信號會出現(xiàn)上部畸變飽和失真;I偏過小則會出現(xiàn)下部畸變4.幅頻特性f(Khz)0.10.511.522.533.5Vi(mv)303031.632.132.2323232.2接Vo(mv)904917944968969968968953發(fā)Vo(mV)100100100.5102103102.5103101f(Khz)44.5579121620Vi(mv)32.131.731.731.731.731.731.731.7接Vo(

17、mv)947930930905865790700655發(fā)Vo(mV)10098989485796657實驗(shyn)結論實驗(shyn)通過對LED-傳輸光纖組件的電光特性的測量(cling),得出了在合適的偏置電流下,其具有線性。驗證了硅光電二極管可以把傳輸光纖出射端輸出的信號轉變成與之成正比的光電流。常見問題1. LED上的直流偏置電流要小于20mA,否則會燒壞LED;2. 實驗過程中如果出現(xiàn)截止或飽和削波失真,說明調制信號幅度過大,要適當減小調制信號幅度,保證不失真;3. 當調制幅度過強時,毫安表指示會在原來設定的偏置電流的附近左右擺動,要減小調制信號幅度。心得體會及建議在學習大學物理實驗的過程中,我學會了很多東西。老師認真講解實驗所用到的基礎理論知識,并嚴格按照數(shù)據(jù)測量、誤差分析、數(shù)據(jù)處理、實驗結果分析的步驟要求我們。使得我們練就了一套系統(tǒng)的、扎實的實驗方法的基本功。實驗與知識的結合能更加讓我們了解物理知識和現(xiàn)象,使我們對知識的理解更加全面。老師鼓勵我們進行創(chuàng)新,讓我

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評論

0/150

提交評論