《數(shù)字信號(hào)光纖通信技術(shù)》課件

數(shù)字信號(hào)光纖通信技術(shù)遼寧科技大學(xué)理學(xué)院引言光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)寫，是一種利用光的全反射原理實(shí)現(xiàn)光在玻璃或塑料制成的纖維中傳導(dǎo)的工具。光導(dǎo)纖維由華裔物理學(xué)家高錕發(fā)明。引言高錕，華裔物理學(xué)家，1933年11月4日出生于上海，1949年隨家前往香港。1954年赴英國(guó)倫敦大學(xué)攻讀電機(jī)工程，并于1957年及1965年獲學(xué)士和哲學(xué)博士學(xué)位。擁有英國(guó)、美國(guó)國(guó)籍并持中國(guó)香港居民身份，目前在香港和美國(guó)加州山景城兩地居住。高錕為光纖通訊、電機(jī)工程專家，被世界譽(yù)為“光纖通訊之父”，曾任香港中文大學(xué)校長(zhǎng)。2009年，與威拉德·博伊爾和喬治·埃爾伍德·史密斯共享諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。瑞典皇家科學(xué)院表示，高錕教授獲獎(jiǎng)是因?yàn)樗凇坝嘘P(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”做出了突破性成就。引言光纖的應(yīng)用范圍很廣,光纖除應(yīng)用在大量資訊傳輸之外,一般最常用的則是影像傳送,例如工程師可在安全距離檢查核能電廠的輻射區(qū).光纖在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用也很多,例如內(nèi)視鏡,它是一根柔軟可彎曲且內(nèi)含數(shù)條光纖的管子.當(dāng)它滑入病人的嘴,鼻,消化道及其它心臟等由體外看不到的地方時(shí),醫(yī)生便能由內(nèi)視鏡看到內(nèi)部變化,而減少進(jìn)行冒險(xiǎn)性手術(shù)的需要.

光纖還應(yīng)用于感應(yīng)器或光纖裝飾,交通,夜視感測(cè)器度量測(cè)量和控制工程顯微鏡學(xué),顯微鏡學(xué),機(jī)器視覺,照明,成像,健康,電荷耦合元件(CCD)汽車等.所以逐漸替代銅線成為主要的通訊媒介.引言我們通常說(shuō)的光纖通信是指各種電信號(hào)對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制后，通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。光纖通信不同于有線電通信，后者是利用金屬媒體傳輸信號(hào)，光纖通信則是利用透明的光纖傳輸光波。雖然光和電都是電磁波，但頻率范圍相差很大。一般通信電纜最高使用頻率約9-24兆赫(106Hz)，光纖工作頻率在(1014-1015)Hz之間。

引言光纖通信最主要的優(yōu)點(diǎn)是：(1)容量大。光纖工作頻率比目前電纜使用的工作頻率高出8-9個(gè)數(shù)量級(jí)，故所開發(fā)的容量很大。(2)衰減小。光纖每公里衰減比目前容量最大的通信同軸電纜的每公里衰減要低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。(3)體積小，重量輕。同時(shí)有利于施工和運(yùn)輸。(4)防干擾性能好。光纖不受強(qiáng)電干擾、電氣化鐵道干擾和雷電干擾，抗電磁脈沖能力也很強(qiáng)，保密性好。(5)節(jié)約有色金屬。一般通信電纜要耗用大量的銅、鋁或鉛等有色金屬。光纖本身是非金屬，光纖通信的發(fā)展將為國(guó)家節(jié)約大量有色金屬。(6)成本低。目前市場(chǎng)上各種電纜金屬材料價(jià)格不斷上漲，而光纖價(jià)格卻有所下降。這為光纖通信得到迅速發(fā)展創(chuàng)造了重要的前提條件。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解光纖的工作原理及分類等相關(guān)知識(shí)；2、熟悉半導(dǎo)體電光/光電器件的基本性能及主要特性的測(cè)試方法；3、了解數(shù)字信號(hào)光纖通信技術(shù)的基本原理；4、掌握數(shù)字信號(hào)光纖通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的檢測(cè)及調(diào)試技術(shù)；實(shí)驗(yàn)原理1、光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)及傳光原理2、數(shù)字信號(hào)光纖通信的基本原理3、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理4、半導(dǎo)體發(fā)光二極管及光電二極管1、光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)及傳光原理光纖依據(jù)光的全反射原理進(jìn)行工作的，因此就折射率而言，纖芯的折射率比包層的折射率大。光纖按傳輸光的模式可分兩大類：①單模光纖：纖芯直徑只有5－10μm，在一定的條件下，只允許一種電磁場(chǎng)形態(tài)的光波在纖芯內(nèi)傳播。單模光纖一般用于遠(yuǎn)距離通訊，芯徑為9μm。②多模光纖：纖芯直徑為50μm或62.5μm，允許多種電磁場(chǎng)形態(tài)的光波傳播。由于發(fā)光器件比較便宜以及施工簡(jiǎn)易的特性，廣泛用于短距離的通訊上。光纖按其按折射率分布情況分可分為階躍型和漸變型兩種。2、數(shù)字信號(hào)光纖通信的基本原理3、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理（一）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1）、光端機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)電光/光電轉(zhuǎn)換、再生調(diào)節(jié)和時(shí)鐘提取;2）、電端機(jī)實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)的并串/串并轉(zhuǎn)換和編碼、解碼。3）、光纖信道多模光纖，長(zhǎng)度60m左右，出頭為標(biāo)準(zhǔn)ST插頭。

3、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理（二）數(shù)字信號(hào)的發(fā)送和電光轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換及再生調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)：圖中W1或W2，使LED的工作電流與SPD無(wú)光照射時(shí)BG2飽和深度之間適當(dāng)?shù)呐淦ィ仁乖诒粋鬏數(shù)臄?shù)據(jù)碼中1碼元和0碼元隨機(jī)組合的情況下，也能使接收端所接收到的數(shù)字信號(hào)在碼元結(jié)構(gòu)和碼元寬度方面與發(fā)送的數(shù)字信號(hào)一致。4、半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)、工作原理、特性5、半導(dǎo)體光電二極管的結(jié)構(gòu)、工作原理及特性實(shí)驗(yàn)裝置1、光端機(jī)2、電端機(jī)3、光纖信道實(shí)驗(yàn)步驟1、LED-電光特性的測(cè)量：（1）把發(fā)光二極管LED、光纖信道和光電二極管SPD接至光端機(jī)前面板的“LED插孔”和“SPD插孔”，光端機(jī)前面板的SPD切換開關(guān)K1撥至左側(cè)，觀測(cè)并記錄光端機(jī)前面板光功率計(jì)的示值。以此示值作為光功率計(jì)的零點(diǎn)．調(diào)整光電探頭的位置；（2）用導(dǎo)線連接“調(diào)制輸入”和“GND”插孔，反時(shí)鐘方向調(diào)節(jié)W1，使光端機(jī)前面板的毫安表為一最小值，然后順時(shí)鐘方向調(diào)節(jié)W1，使毫安表讀數(shù)慢慢增加，每增加5mA讀取一次光功率計(jì)的示值，直到毫安表示值為50mA止。根據(jù)實(shí)驗(yàn)讀數(shù)，以毫安表讀數(shù)為橫坐標(biāo)、光功率計(jì)讀數(shù)（扣除零點(diǎn)后）為縱坐標(biāo),繪制LED的電光特性；（3）作出PLED－ILED曲線；（4）分析LED的電光特性；實(shí)驗(yàn)步驟2、ASCII字符代碼的光纖傳輸實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)步驟3、傳輸模擬信號(hào)時(shí)的模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)步驟4、整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)；數(shù)據(jù)記錄表1LED電光特性測(cè)量數(shù)據(jù)

ILED/mA05.010.015.0……50.0

PLED/μW0I0=mAP0=μW