光纤通信实验
[目的要求]
1. 熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及基本特性曲线的测试方法
2．了解音频信号光纤传输系统的结构及主要部件的选配原则
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
[仪器设备]
1．YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪；
2．示波器。
[实验原理]
一．系统的组成
图1示出了一个音频信号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附近的GaAs半导体发光二极管作光源器件、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。
二、光导纤维的结构及传光原理
衡量光导纤维性能好坏有两个重要指标：一是看它传输信息的距离能有多远，二是看它携带信息的容量能有多大，前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于基带频率特性。
经过人们对光纤材料的提纯，目前已使光纤的损耗容易做到1dB/Km以下。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，近来发展至用1.3～1.55μｍ范围的波长，因为在这一波长范围内光纤不仅损耗低，而且“色散”也小。
光纤的基带频率特性主要决定于光纤的模式性质、材料色散和波导色散。
光纤按其模式性质通常可以分成两大类：（1）单模光纤；（2）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数，但纤芯折射率n1略大于包层折射率n2。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的范围内折射率保持这一值不变，根据光射线在非均匀介质中的传播理论[1]分析可知：经光源耦合到渐变型光纤中的某些光射线，在纤芯内是沿周期性地弯向光纤轴线的曲线传播。
三、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。所以不是所有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。
本实验采用的HFBR-1424型半导体发光二极管的正向伏安特性如图2（a）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1.6V左右。半导体发光二极管输出的光功率与其驱动电流的关系称LED的电光特性，如图2（b）示。为了使传输系统的发送端能够产生一个无非线性失真、而峰—峰值又最大的光信号，使用LED时应先给它一个适当的偏置电流，其值等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值，而调制电流的峰—峰值应尽可能大地处于这一电光特性的线性范围内。
从图2所示的LED伏安特性和电光特性可知，在发送端输入同样幅度的电信号情况下，由于LED偏置状态不同，LED输出的光信号幅度也不同。所以，正确选择LED偏置电流是设计音频信号光纤传输系统中必须考虑的问题。
音频信号光纤传输系统发送端LED的驱动和调制电路如）图（6）示，以BG1为主构成的电路是LED的驱动电路，调节这一电路中的W2可使LED的偏置电流在0—40mA的范围内变化。被传音频信号由IC1为主构成的音频放大电路放大后经电容器C4耦合到BG1基极，对LED的工作电流进行调制，从而使LED发送光强随音频信号变化的光信号，并经光导纤维把这一信号传至接收端。
图 2 HFRB-1424型LED的正向伏安特性和电光特性
图3 LED的驱动和调制电路
四．半导体光电二极管的结构、工作原理及特性
半导体光电二极管与普通的半导体二极管一样，都具体一个p-n结,光电二极管在外形结构方面有它自身的特点，这主要表现在光电二极管的管壳上有一个能让光线射入其光敏区的窗口、此外，与普通二极管不同，它经常工作在反向偏置电压状态（如图4a所示）或无偏压状态（如图4b所示）。在反偏电压p-结的空间电荷区的势垒增高、宽度加大、结电阻增加、结电容减小，所有这些均有利于提高光电二极管的高频响应性能。无光照时，反向偏置的p-n结只有很小的反向漏电流，称为暗电流。当有光子能量大于p-n结材料的带隙宽度E g的光波照射到光电二极管的管芯时，p-n结各区域中的价电子吸收光能后将挣脱价键的束缚而成为自由电子，与此同时也产生一个自由空穴，这些由光照产生的自由电子—空穴对统称为光生载流子。在远离空间电荷区（亦称耗尽区）的p区和n
图4 光电二极管的结构及工作方式
区内，电场强度很弱，光生载流子只有扩散运动，它们在向空间电荷区扩散的途中因复合而被消失掉，故不能形成光电流。形成光电流的主要靠空间电荷区的光
生载流子，因为在空间电荷区内电场很强，在此强电场作用下，光生电子—空穴对将以很高的速度分别向n区和p区运动，并很快越过这些区域到达电极沿外电路闭合形成光电流，光电流的方向是从二极管的负极流向它的正极，并且在无偏压短路的情况下与入射的光功率成正比，因此在光电二极管的p-n结中，增加空间电荷区的宽度对提高光电转换效率有着密切关系。为此目的，若在p-n结的p 区和n区之间再加一层杂质浓度很低以致可近似为本征半导体（用i表示）的i 层，就形成了具有p-i-n三层结构的半导体光电二极管，简称PIN光电二极管, PIN 光电二极管的p-n结除具有较宽空间电荷区外，还具有很大的结电阻和很小的结电容，这些特点使PIN管在光电转换效率和高频响应特性方面与普通光电二极管相比均得到了很大改善。根据文献，光电二极管的伏—安特性可用下式表示：
I = I
0〔1—e x p（q v / k T）〕+ I
L
（6）
其中I
是无光照的反向饱和电流，V是二极管的端电压（正向电压为正，反向电
压为负），q为电子电荷，k为波耳兹曼常数，T是结温，单位为K，I
L
是无偏压
状态下光照时的短路电流，它与光照时的光功率成正比。（6）式中的I
o 和I
L
均
是反向电流，即从光电二极管负极流向正极的电流。根据（6）式，光电二极管的伏安特性曲线如图5所示，对应图4a所示反偏工作状态，光电二极管的工作点由负载线与第三象限的伏安特性曲线交点确定。由图5所示可以看出：
图5 光电二极管的伏安特性曲线及工作点的确定
1.光电二极管既使在无偏压的工作状态下，也有反向电流流过，这与普通二极管只具有单向导电性相比有着本质的差别，认识和熟悉光电二极管的这一特点对于在光电转换技术中正确使用光电器件具有十分重要意义；
2.反向偏压工作状态下，在外加电压E和负载电阻R L的很大变化范围内，光电流与入照的光功率均具有较好的线性关系；无偏压工作状态下，只有R L较小时光电流才与入照光功率成正比，R L增大时，光电流与光功率呈非线性关系；无偏压短路状态下，短路电流与入照光功率具有很好的线性关系, 这一关系称为
光电二极管的光电特性，这一特性在I—P坐标系中的斜率：
R≡△I / △P（μA/μW）（7）
定义为光电二极管的响应度，它是表征光电二极管光电转换效率的重要参数。光电二极管的响应度R值与入照光波的波长有关。本实验中采用的硅光电二极管，其光谱响应波长在0.4～1.1μｍ之间、峰值响应波长在0.8～0.9μｍ范围内。在峰值响应波长下，响应度R的典型值在0.25～0.5μA /μW的范围内。
3.在光电二极管处于开路状态情况下，光照时产生的光生载流子不能形成闭合光电流，它们只能在p-n结空间电荷区的内电场作用下，分别堆积在p-n结空间电荷区两侧的n层和p层内，产生外电场，此时光电二极管表现出有一定的开路电压。不同光照情况下的开路电压就是图5示伏安特性曲线与横坐标轴交点所对应的电压值。由图5可见,光电二极管开路电压与入照光功率也是呈非线性关系。
4.反向偏压状态下的光电二极管，由于在很大的动态范围内其光电流与偏压和负载电阻几乎无关，故在入照光功率一定时可视为一个恒流源；而在无偏压工作状态下光电二极管的光电流随负载电阻变化很大，此时它不具有恒流源性质，只起光电池作用。
[实验仪器]
本实验使用的仪器是为YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪它由以下三部分组成：
一、YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（发送器）
二、YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（接收器）
三、含光源器件LED和SPD光电探头的光纤信道
各部分的布局分别由图6、图7和图8所示。
图6. YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（发送器）前面板布局
图7. YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（接收器）前面板布
图8 光纤信道
[实验内容]
一、LED电光特性的测定
该项实验只需发送器、光纤信道，连接如图9示。
图9 LED电光特性的测定
操作与测定：
把发送器面板上“调制切换”开关拨至“语音”一侧。调节“偏流调节”电位器使直流毫安表的读数为零。在此情况下光功率计的指示应为零，若不为零，记下这一读数，以后在数据处理时作为零点扣除。
然后继续调节“偏流调节”电位器使直流毫安表的指示从零开始增加，每增加4mA读取一次光功率指示器的读数，直到直流毫安表的指示超过40mA为止。以LED的电流为自变数，光功率为因变数把实验测试数据记录在表1.2中，根据实验数据绘制LED的电光特性。
表1．2 LED电光特性测定实验数据记录
二、SPD反向伏安特性的测定
测量方法及原理
测定光电二极管反向伏安特性的电路如图10所示。其中LED是发光中心波长与被测光电二极管的峰值响应波长很接近的GaAs半导体发光二极管，在这里
图10 光电二极管反向伏安特性的测定
它作光源使用，其光功率由光导纤维输出。由IC1为主构成的电路是一个电流—电压变换电路，它的作用是把流过光电二极管的光电流I转换成由IC1输出端C 点的输出电压V o，它与光电流成正比。整个测试电路的工作原理依据如下：由于IC1的反相输入端具有很大的输入阻抗，光电二极管受光照时产生的光电流几乎全部流过R f并在其上产生电压降V c b =R f I 。另外，又因IC1具有很高的开环电压增益，反相输入端具有与同相输入端相同的地电位，故IC1的输出电压
V o=I R f （8）
已知R f后，就可根据上式由V o计算出相应的光电流I。
进行这项实验时需用发送器、接收器和数字万用表。三者的连接如图11所示。
图11 SPD反向伏安特性的测定
1、用两端均为单声道插头的电缆连接线把光纤信道内的光源器件LED接入
发送器前面板的“LED插孔”中；
2、把SPD光电探头一端插入光纤信道出光端的插座内，另一端的两个红、黑
香蕉插头插入接收器的” SPD”香蕉插孔内，红黑对应；
3、用具有香蕉插头的导线，把接收器面板上I-V变换电路的输出端接至接收
器面板上直流电压表的“电压输入”插孔。
说明：图中R f电阻的阻值为100KΩ。电压测量请勿接到功放输出。
操作与测定：
1、调节发送器面板上的“偏流调节”使直流毫安表的读数为零。并把光纤信
道的SPD探头先接入发送器面板上光功率指示器“SPD插孔”内，记录光功率指示器的初始值。
2、把光纤信道的SPD探头改接到接收器面板上I-V变换电路的SPD插孔内，
调节接收器面板上“W1调节”电位器，使指示SPD反压的电压表读数从零开始增加，每增加1V读取和记录一次接收器面板上右侧的数字电压表的读数，直到SPD的反压为8V止。
3、反复以上两项测量。每反复一次测量，都需调节发送器面板上“偏流调节”
电位器，使光功率指示器的读数在原有基础上增加8μW，直到光功率指
示器的读数为40μW止。数据记录到表1.3中。
4、根据测量数据在同一坐标系中，绘制不同光功率下SPD的反向伏安特性
曲线。计算零偏压下，SPD的响应度R值。
表1.3 SPD反向伏安特性测定实验数据记录
三、音频信号光纤传输系统无非线性失真的最大光信号幅度的测定。
联接：除需增加一台示波器连接外，其余如图11示相同。
预备工作：检查和调节发送器内的正弦信号源
把发送器面板上“调制切换”开关拨至“Sin”一侧；
把双踪示波器的一个通道接至发送器前面板调制放大器的输出端。左右旋转发送器面板上“输入衰减”电位器，观察示波器上有无1KHz左右的正弦信号及其幅度变化的情况出现。若示波器上有波形并在转动“输入衰减”电位器时其幅度也有变化，表示发送器内正弦信号源有输出。如果示波器上无波形出现、或者虽有波形但相对正弦波具有严重畸变，在此情况下，就需用平口小螺丝刀调节发送器后面板的半可调电位器，使示波器显示的波形为幅度稳定的正弦波。
测定：
1、按图11接好实验系统后，把示波器接至接收器I-V变换电路输出端插孔；
2、把发送器面板上的“输入衰减”电位器沿反时针方向转至极限位置，使调制
信号的幅度为零。
3、调节发送器面板上“偏流调节”电位器，使LED的偏置电流最初为15mA，
然后调节“输入衰减”电位器，使调制信号幅度从0开始慢慢增加直到光信号出现非线性失真（用示波器观测，当波形不对称时，判定为失真）为止。
记录下示波器上与LED这一偏置电流所对应的无非线性失真最大光信号幅度。
3、重复以上操作，测定偏置电流为30mA时，无非线性失真最大光信号幅度。说明：要求记录此时发射机的输入信号峰峰值，和接收机输出信号的峰峰值。四、传输语音信号
连接
在图11示联接的基础上，把发送器面板上“调制切换”开关拨至“语音”一侧。用另一条电缆联接线（一头为双声道插头，另一头为单声道插头）把外接语音信号源（单放机或其它音源设备）接入实验系统，电缆线双声道一头接单放机，单声道一头接发送器前面板的“语音输入”插孔，而随本实验仪配备的耳塞插入接收器前面板上标有喇叭图标下方的耳塞插孔中。
操作：
实验时把示波器接到接收器前面板I—V变换电路输出端的插孔处，调节发送器面板上“偏流调节”电位器，使LED偏置电流分别为5mA和30mA；调节SPD探测器反向电压为0V和4V。在这四种状态下，进行语音信号传输，写出实验现象并进行分析。
【思考题】
1 利用SPD 、I—V变换电路和数字毫伏表，设计一个量程为200μW光功率计。2．如何测定图5示SPD第四象限的正向伏安特性曲线？
3.在LED偏置电流一定情况下,当调制信号幅度较小时，指示LED偏置电流的毫安表读数与调制信号幅度无关，当调制信号幅度增加到某一程度后，毫安表读数将随着调制信号的幅度而变化，为什么﹖
4.若传输光纤对于本实验所采用LED的中心波长的损耗系数（**）〆≤1dB,根据实验数据估算本实验系统的传输距离还能延伸多远？
（**）：光纤损耗系数〆的定义为：〆=10 lg（P
/P out）/ L（db/Km）其中P in——光纤输入率；
in
P out——光纤输出光功率；L——光纤长度
计算机与信息技术学院实验报告 专业：通信工程 年级/班级：2009级 2011—2012学年第一学期 课程名称 光纤通信 指导教师 李新源 本组成员 学号姓名 XXXXXX 实验地点 计算机楼501 实验时间 2012年4月6 日 项目名称 自动光功率控制电路 实验类型 硬件实验 一、 实验目的 1.掌握自动功率控制电路的工作原理 二、实验内容： 1.学习自动功率控制电路的工作原理 2.测量相关特征测试点的参数 三、实验仪器： 1.示波器。 2.光纤通信实验系统。 3.光功率计。 4.万用表。 5.FC/PC 型光纤跳线2根。 四、实验原理： 激光器输出光功率与温度和老化效应密切相关。保持激光器输出光功率稳定，可以用光反馈来自动调整偏置电流，电路如下图所示： 1 A 3 A 2 A B I
首先，PIN管监测背向光功率，经检出的光电流由A1放大，送入比较器A3的反向输入端，输入的数字信号和直流参考信号经A2比较放大，接到的A3同相输入端。A3和VT3组成恒流源，给激光器加上偏置电流IB的大小，其中信号参考电压是防止控制电路在无输入信号或长连“0”时，使偏流自动上升。这种电路在10°C～50°C温度范围内功率不稳定度ΔP/P可小于5%。 五、实验步骤： 1.关闭系统电源。按以下方式用连信号连接导线连接： 数字信号模块（数字信号输出一）P300—P100 1310数字光发模块 （数字光发信号输 入） 2.用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计。 3.将1310nm光发模块的J100，两位都调到ON状态。 4.将1310nm光发模块的J101设置为“数字”。 5.打开系统电源，将数字信源模块第一路的拨码开关U311全拨到OFF状态。这时输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”。 6.用万用表测量R124两端的电压。测量方法：先将万用表打到20V直流电 压档。然后，将红表笔插入1310nm数字发光模块的台阶插座TP101黑表笔插入TP102。读出万用表的读数U1，代入公式I1= U1/ R124（R124=51Ω）可得此时 自动光功率控制所补偿的电流。观察此时光功率计的读数P1。然后，将1310nm 的拨码开关的右边一位拨到OFF状态，记下光功率计的读数P2。 7.调整手调电位器RP100改变光功率的大小，再重复实验步骤5，将测的实 验数据填入下表。 8.关闭系统电源，拆除实验导线。将各实验仪器摆放整齐。 六、实验结果和心得： 1 2 3 4 5 6 7 16.31dB 16.17dB 11.90dB 7.62dB 6.62dB 4.59dB 3.40dB 37.31dB 25.58dB 11.88dB 7.62dB 6.63dB 4.59dB 3.42dB 3.14mA 5.88mA 8.43mA 12.75mA 1 4.51mA 19.80mA 24.12mA
竭诚为您提供优质文档/双击可除 光通信实验报告 篇一：光通信实验报告 信息与通信工程学院 光纤通信实验报告 班姓学 级：名：号： 班内序号：17 日 期：20XX年5月 一、oTDR的使用与测量 1、实验原理 oTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。oTDR就测量回到oTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信
号都有所损耗。 给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长已知，它就与信号的脉冲宽度成比例：脉冲宽度越长，背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。 在高波长区（超过1500nm），瑞利散射会持续减小，但另外一个叫红外线衰减（或吸收）的现象会出现，增加并导致了全部衰减值的增大。因此，1550nm是最低的衰减波长；这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到oTDR。作为1550nm波长的oTDR，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，oTDR的测试距离就必然受到限制，因为测试设备需要在oTDR轨迹中测出一个尖锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。 菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，oTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。 oTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一
武汉大学电工电子信息学院实验报告 电子信息学院通信工程专业2015年 9 月17日 实验名称光纤通信的光传输指导教师易本顺 姓名徐佑宇年级2012级学号2012301200003成绩 一、预习部分 1.实验目的 2.实验基本原理 3.主要仪器设备(含必要的元器件、工具) 一、实验目的 1、通过光传输系统课程设计使学生熟悉常见的几种传输网络的特点及应用场 合； 2、了解ZXMP S325的具体硬件结构，加深对于光传输的理解； 3、掌握 ZXMP S325 的组网过程以及网管工具的使用，培养学生在传输组网工 程方面的实际应用技能。 二、实验设备 1、SDH设备：ZXMP S325； 2、实验用维护终端 三、实验原理 SDH技术是目前通信网络的主流技术，它以其突出的技术优势为网络提供优质、高效、可靠的通信业务，能够满足带宽数据及图像视频等多业务的传输需求，自愈功能强。 1、光传输原理及优势 SDH 全称同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy）， SDH 规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型特性，提供了一个国际支持框架，在此基础上发展并建成了一种灵活、可靠、便于管理的世界电信传输网。这种传输网易于扩展，适于新电信业务的开展，并且使不同厂家生产的设备互通成为可能，这正是网络建设者长期以来追求的目标。 其优势主要体现在以下几个方面： （1）接口方面 ·电接口：STM-1是SDH的第一个等级，又叫基本传输模块，比特率为155.520Mb/s，STM-N是SDH第N个等级的同步传送模块，比特率是STM-1的N倍（N=4n=1,4,16...）·光接口：仅对电信号扰码，光口信号码型是加扰的NRZ码，采用世界统一的7级扰码。 （2）复用方式 低速SDH信号以字节间插方式复用进高速SDH帧结构中，位置均匀、有规律，是可预见的
实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 1、学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理 2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系 3、掌握半导体激光器P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试方法 二、实验内容 1、测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系曲线 2、根据P－I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导体激光器斜率效率 三、实验仪器 1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱1台 2、FC接口光功率计1台 3、FC-FC单模光跳线 1根 4、万用表1台 5、连接导线 20根 四、实验原理 光源是把电信号变成光信号的器件，在光纤通信中占有重要的地位。性能好、寿命长、使用方便的光源是保证光纤通信可靠工作的关键。 光纤通信对光源的基本要求有如下几个方面：首先，光源发光的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内，要求材料色散较小。其次，光源输出功率必须足够大，入纤功率一般应在10微瓦到数毫瓦之间。第三，光源应具有高度可靠性，工作寿命至少在10万小时以上才能满足光纤通信工程的需要。第四，光源的输出光谱不能太宽以利于传输高速脉冲。第五，光源应便于调制，调制速率应能适应系统的要求。第六，电—光转换效率不应太低，否则会导致器件严重发热和缩短寿命。第七，光源应该省电，光源的体积、重量不应太大。 作为光源，可以采用半导体激光二极管（LD,又称半导体激光器）、半导体发光二极管（LED）、固体激光器和气体激光器等。但是对于光纤通信工程来说，除了少数测试设备与工程仪表之外，几乎无例外地采用半导体激光器和半导体发光二极管。 本实验简要地介绍半导体激光器，若需详细了解发光原理，请参看各教材。 半导体激光二极管（LD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（≥10mW）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30～50°，水平发散角为0～30°），与单模光纤的耦合效率高（约30％～50％），辐射光谱线窄（Δλ＝0.1～1.0nm），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（>20GHz）直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 半导体激光器的特性，主要包括阈值电流Ith、输出功率P0、微分转换效率η、峰值波长λp、光束发散角、脉冲响应时间t r、t f等。除上述特性参数之外，有时也把半导体激光器的工作电压、工作温度等列入特性参数。
光纤通信实验 [目的要求] 1. 熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及基本特性曲线的测试方法 2．了解音频信号光纤传输系统的结构及主要部件的选配原则 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 [仪器设备] 1．YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪； 2．示波器。 [实验原理] 一．系统的组成 图1示出了一个音频信号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附近的GaAs半导体发光二极管作光源器件、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。 二、光导纤维的结构及传光原理 衡量光导纤维性能好坏有两个重要指标：一是看它传输信息的距离能有多远，二是看它携带信息的容量能有多大，前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于基带频率特性。 经过人们对光纤材料的提纯，目前已使光纤的损耗容易做到1dB/Km以下。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，近来发展至用1.3～1.55μｍ范围的波长，因为在这一波长范围内光纤不仅损耗低，而且“色散”也小。 光纤的基带频率特性主要决定于光纤的模式性质、材料色散和波导色散。 光纤按其模式性质通常可以分成两大类：（1）单模光纤；（2）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数，但纤芯折射率n1略大于包层折射率n2。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的范围内折射率保持这一值不变，根据光射线在非均匀介质中的传播理论[1]分析可知：经光源耦合到渐变型光纤中的某些光射线，在纤芯内是沿周期性地弯向光纤轴线的曲线传播。 三、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。所以不是所有光源器件都能胜任光纤通讯任
南京工程学院 通信工程学院 实验报告 课程名称光纤通信_________ 实验项目名称光纤通信实验_______ 实验学生班级通信（卓越）131_____ 实验学生姓名吴振飞_____ _____ 实验学生学号 208130429_________ 实验时间2016.6.15___ 实验地点信息楼C413_______ 实验成绩评定 ______________________ 指导教师签字 ______________________ 2016年 6月 19日
目录 实验一半导体激光器P-I特性测试实验 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验仪器 (1) 三、实验原理 (1) 四、实验内容 (2) 五、实验步骤 (2) 六、注意事项 (2) 七、思考题 (3) 实验二光电探测器特性测试实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验仪器 (3) 三、实验原理 (3) 四、实验内容 (4) 五、实验步骤 (4) 六、注意事项 (4) 实验三电话光纤传输系统实验 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验内容 (5) 三、预备知识 (5) 四、实验仪器 (5) 五、实验原理 (5) 六、注意事项 (6) 七、实验步骤 (6) 九、思考题 (6)
实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理；了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系；掌握半导体激光器 P(平均发送光功率) -I(注入电流) 曲线的测试方法。 二、实验仪器 1、ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1 台 2、光功率计1 台 3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根 4、万用表(自带) 1 台 5、连接导线 20 根 三、实验原理 半导体激光二极管(LD) 或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，(处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。) 是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW) 辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为 30~50°，水平发散角为 0~30° )，与单模光纤的耦合效率高(约 30%~50%)，辐射光谱线窄(Δλ =0.1~1.0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号(>20GHz) 直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为ηω (1-1) Pe=)(2thDIIq ?η其中intintaaamirmirD+=ηη，这里的量子效率ηint，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint接近于 1。 1-1 式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>Ith时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率 dPη2DeqdIηω= (1-2) P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小， Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦; 斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，半导体激光器可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出的光，当电流大于Ith
光纤通信概论 一、单项选择题 1.光纤通信指的是： A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的： A 近红外区 B 可见光区 C 远红外区 D 近紫外区 3 目前光纤通信所用光波的波长范围是： A 0.4～2.0 B 0.4～1.8 C 0.4～1.5 D 0.8～1.6 4 目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是： A 0.85、1.20、1.80； B 0.80、1.51、1.80； C 0.85、1.31、1.55； D 0.80、1.20、1.70。 6 下面说法正确的是： A 光纤的传输频带极宽，通信容量很大；
B 光纤的尺寸很小，所以通信容量不大； C 为了提高光纤的通信容量，应加大光纤的尺寸； D 由于光纤的芯径很细，所以无中继传输距离短。 二、简述题 1、什么是光纤通信？ 2、光纤的主要作用是什么？ 3、与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信有何优点？ 4、光纤通信所用光波的波长范围是多少？ 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别是多少？ 光纤传输特性测量 一、单项选择题 1 光纤的损耗和色散属于： A 光纤的结构特性； B 光纤的传输特性； C 光纤的光学特性； D 光纤的模式特性。 2 光纤的衰减指的是： A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少； B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少； C光信号沿光纤传输时，光功率的损耗； D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。
OptiSystem实验 一、OptiSystem简介 OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS 和MANS都适用。OptiSystem有一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，并具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，从而成为一系列广泛使用的工具。全面的图形用户界面提供光子器件设计、器件模型和演示。丰富的有源和无源器件库，包括实际的、波长相关的参数。参数扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。OptiSystem满足了急速发展的光子市场对于一个强有力而易于使用的光系统设计工具的需求，深受系统设计者、光通信工程师、研究人员的青睐。 OptiSystem软件允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析，从远距离通讯到MANS和LANS都适用。它可广泛应用下列场合： 1．物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计； 2．CATV或者TDM?WDM网络设计； 3．SONET?SDH的环形设计； 4．传输装置、信道、放大器和接收器的设计； 5．色散图设计； 6．不同接受模式下误码率（BER）和系统代价（Penalty）的评估； 7．放大系统的BER和连接预算计算。 实验1 OptiSystem快速入门：以“激光外调制”为例 一、实验目的 1、掌握软件的简单操作 2、了解软件的元件库 3、掌握建立新的project（新的工作界面） 4、掌握搭建系统：将元件从元件库中拖入project、连线、搭建系统 5、掌握设置参数 6、掌握软件的运行、观察结果、导出数据 二、实验过程 1.建立一个新文件。（File>New） 2.将光学器件从数据库里拖入主窗口进行布局. 3.光标移至有锁链图标出现时，进行连线。（如图1所示） 4．设置连续波激光器参数。 （1）点击frequency>mode, 出现下拉菜单，选中script。 （2）在value中输入数据并作评估。 （3）点击单位，选择“THZ”，点击OK 回主窗口。（如图2所示）
光纤通信实验报告 班级：14050Z01 姓名：李傲 学号：1405024239
实验一光发射机的设计 一般光发送机由以下三个部分组成： 1)光源（Optical Source）：一般为LED和LD。 2)脉冲驱动电路（Electrical Pulse Generator）：提供数字量或模拟量的电信号。 3)光调制器（Optical Modulator）：将电信号（数字或模拟量）“加载”到光波上。以 光源和调制器的关系来看，分为光源的内调制（图1.1）和光源的外调制（图1.2）。 采用外调制器，让调制信息加到光源的直流输出上，可获得更好的调制特性、更好的调制速率。目前常采用的外调制方法为晶体的电光、声光及磁光效应。图1.2的结构中，光源为频率193.1Thz 的激光二极管，同时我们使用一个Pseudo-Random Bit Sequence Generator模拟所需的数字信号序列，经过一个NRZ脉冲发生器（None-Return-to-Zero Generator）转换为所需要的电脉冲信号，该信号通过一个Mach-Zehnder调制器，通过电光效应加载到光波上，成为最后入纤所需的载有“信息”的光信号。 图1.1内调制光发射机图1.2外调制光发射机 对于直接强度调制状态下的单纵模激光器，其载流子浓度的变化是随注入电流的变化而变化。这样使有源区的折射率指数发生变化，从而导致激光器谐振腔的光通路长度相应变化，结果致使振荡波长随时间偏移，导致所谓的啁啾现象。啁啾是高速光通讯系统中一个十分重要的物理量，因为它对整个系统的传输距离和传输质量都有关键的影响。 内容：铌酸锂（LiNbO3）型Mach-Zehnder调制器中的啁啾（Chirp）分析 1设计目的 对铌酸锂Mach-Zehnder调制器中的外加电压和调制器输出信号啁啾量的关系进行模拟和分析，从而决定具体应用中MZ调制器的外置偏压的分布和大小。 2设计布局图 外调制器由于激光光源处于窄带稳频模式，可以降低或者消除系统的啁啾量。典型的外调制器是由铌酸锂（LiNO3）晶体构成。本设计中，通过对该晶体外加电压的分析调整而最终减少该光发送机中的啁啾量，其模型的设计布局图如图1.3所示。
光纤通信实验报告 实验1.1 了解和掌握了光纤的结构、分类和特性参数，能够快速准确的区分单模或者多模类型的光纤。 实验1.2 1.关闭系统电源，将光跳线分别连接TX1550、RX1550两法兰接口（选择工作波长为 1550nm的光信道），注意收集好器件的防尘帽。 2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”。确认，即在P101铆孔 输出32KHZ的15位m序列。 3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。 4.用信号连接线连接P101、P203两铆孔，示波器A通道测试TX1550测试点，确认有 相应的波形输出，调节 W205 即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度，最大不超 过5V。即将m序列电信号送入1550nm光发端机，并转换成光信号从TX1550法兰接 口输出。 5.示波器B通道测试光收端机输出电信号的P204试点，看是否有与TX1550测试点一 样或类似的信号波形。 6.按“返回”键，选择“码型变换实验—CMI码设置”并确认。改变SW101拨码器 设置（往上为1，往下为0），以同样的方法测试，验证P204和TX1550测试点波 形是否跟着变化。
7.轻轻拧下TX1550或RX1550法兰接口的光跳线，观测P204测试点的示波器B通道是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。 8.以上实验都是在同一台实验箱上自环测试，如果要求两实验箱间进行双工通信，如何设计连接关系，设计出实验方案，并进行实验。 9.关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。 实验2.1 1.关闭系统电源，按照图 2.1.1将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模 尾纤、光功率计连接好（TX1550通过尾纤接到光功率计），注意收集好器件的防尘帽。2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验-- CMI码设置” 确认，即在P101铆 孔输出32KHZ的SW101拨码器设置的8比特周期性序列，如10001000。 3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。
教师备课基本要求 1、备课是教学的基本环节，任课教师在备课过程中应根据教学大 纲，结合教材特点，针对授课对象的具体情况，认真组织教学 容。 2、认真钻研教材，广泛参阅文献资料，抓住基本概念、基本理论、 基本技能和每个章节的基本要求，确定教学重点和难点，科学、合理地安排教学容。 3、不断更新和充实教学容，注意结合社会实际，反映本学科发展 的科学技术新成就，并能体现自己的相关研究成果和学术观点。 4、注重从学生实际出发，科学、合理设计各种教学方法、手段和 板书，充分体现以学生为中心，启发学生思考，引导学生掌握 学习方法。 5、教学安排及学时分配应与教学日历同步，合理、得当。 6、每次教案应包括教学目的、教学重点、教学难点、教学过程、 教学方法和适量的作业布置等项目，并向学生推介的必要参考 书目。 7、无论是手写教案还是电子教案均按规定格式编写。 8、教学文件齐全，整体教案应包括“备课基本要求、教学大纲、 教学日历、授课表、学生平时考核表、教案”，且按此顺序进行 装订。
课程名称光纤通信 使用教材光纤通信技术 主编学康人民邮电出版时间2008年5月 专业班级0712401~02 授课时数总64 课时;理论: 48课时;实践: 16课时;其他: 课时; 授课教师 授课时间2009年至2010年学年度第二学期 主要参考文献 1.宝富等编《光纤通信》电子科技大学2007年 2.[美]Djafar K.Mynbaev编《光纤通信技术》机械工业2002年 3.吴彦文等编《光网络的生存性技术》邮电大学2002年 4.增基等编《光纤通信》电子科技大学2005年
教师备课纸第1次课题1、光纤通信概述 目的要求 1.了解光纤通信发展的历史 2.了解光纤通信的优点及应用 3.掌握光纤通信系统的基本组成 4.了解光纤通信的发展现状及展望 教学重点 1.光纤通信系统的一般组成 2.光端机、光纤链路的基本功能 教学难点光纤通信系统的组成与功能 教学课时2 教学方法讲授法、演示法、讨论法 教学容和步骤 《光纤通信》课程容介绍、专业学习方法、参考资料介绍第1章概论 第2章光纤和光缆 第3章通信用光器件 第4章光端机 第5章数字光纤通信系统 第6章模拟光纤通信系统 第7章光纤通信新技术 第8章光纤通信网络
实验一用户电话接口实验 一、实验目的 1、掌握用户电话接口电路的主要功能 2、了解实现用户接口电路功能芯片Am79R70的主要性能和特点 二、实验内容 1、掌握用户线接口电路的主要功能 2、了解Am79R70的结构和工作原理 3、了解电话接续的原理及其各种语音控制信号的波形 三、实验仪器 1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统1台 2、20MHz 双踪数字示波器1台 3、电话机2部 4、连接导线20根 四、实验原理 1、用户线接口电路功能及其作用 在现代通信设备与程控交换中，由于交换网络不能通过铃流、馈电等电流，因而将过去在公用设备（如绳路）实现的一些功能放到“用户电路”来实现。 在程控交换机中，用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface Circuit—SLIC）。根据用户电话机的不同，用户接口电路可分为模拟用户电话接口电路和数字用户电话接口电路。模拟用户电话接口电路与模拟电话相连，数字用户电话接口电路和数字终端相连（如ISDN），而在此实验箱中采用模拟用户电话接口电路。 模拟用户线接口电路在实现时最大的压力应是能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器、继电器等分立元件构成，但随着微电子技术的发展，各种集成的SLIC相继出现，他们大都采用半导体工艺或是薄膜、厚膜会合工艺，性能稳定，价格低廉，已实现了通用化。 在程控交换机中模拟用户接口电路一般要具有B（馈电），R（振铃），S（监视），C（编译码），H（混合），T（测试），O（过压保护）七项功能。具体含义是： 1、馈电（B-Battery feeding）：向用户话机馈送直流电流。通常要求馈电电压为-48V，环路电流不小于18mA。 2、过压保护（O-Overvoltage protection）：防止过压过流冲击损坏电路和设备。 3、振铃控制（R-Ringing Control）：向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/75Vrms正弦波。 4、监视（S-Supervision）：监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲灯信号已送往控制网络和交换网络。 5、编解码与滤波（C-CODEC/Filter）：在数字交换中，它完成模拟话音与数字码间的转换。编译码通常采用PCM码的方式，其编码器（Coder）和译码器（Decoder）统称为CODEC。相应的防混叠与平滑低通滤波器的带宽范围为：300Hz~3400Hz，编码速率为64Kb/s。 6、混合（H-Hybird）：完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送和接收数字四线信号之间的分离。 7、测试（T-Test）：对用户电路进行测试。 模拟用户接口电路的结构如图所示：
光纤通信实验 光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，主要通过在发送端把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。 因此构成光纤通信的基本要素是光源、光纤和光检测器。 半导体激光器可以作为光纤通信的主要光源，其具有超小型、高效率和高速工作的优异特点，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。光检测器:把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号的器件。 【实验目的】 1. 了解和掌握半导体激光器的电光特性和测量阈值电流 2. 了解和掌握光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。 3. 对光纤本身的光学特性进行初步的研究，对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。 4. 了解光纤通信的基本原理。 【实验仪器】 导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架，专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。 【实验原理】 一、半导体激光器的电光特性 实验采用的光源是半导体激光器，由于它的体积小、重量 轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。 因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。本实验 对半导体激光器进行一些基本的实验研究，以掌握半导体激
1、不考虑非线性效应，无啁啾的脉冲经过光纤的正常色散区和反常色散区传输后分别具有什么样的啁啾？为什么？ 答：不考虑非线性效应，无啁啾的脉冲经过光纤的正常色散区后具有正啁啾和反常色散区传输后具有负啁啾。无啁啾的脉冲工作在正常色散区后，低频比高频传播得快，造成脉冲后沿传播速度比前沿传播速度快，从而产生正啁啾。无啁啾的脉冲工作在反常色散区后，高频比低频传播得快，造成脉冲前沿传播速度比后沿传播速度快，从而产生负啁啾。 2、低峰值功率的脉冲（不考虑非线性效应）在什么情况下，经过光纤传输会产生压缩效应？ 答：脉冲要发生压缩的情形，应满足 2C<0，且。但一般的半导体激光器光源在直接强度调制时产生的光脉冲是负啁啾C<0，因此必须采用β2>0的单模光 1、传输光纤为G.652光纤，工作波长为C波段，如传输系统采用光纤光栅进行色散补偿，则需要什么类型的光纤光栅？其工作原理是什么？ 传输光纤为G.652光纤，工作波长为C波段，如传输系统采用光纤光栅进行色散补偿，则需要啁啾光纤光栅。啁啾光纤光栅(Chirped FBG)的光栅周期（空间频率）随光纤长度有变化的光纤布拉格光栅，主要用于光纤色散补偿。 其工作原理是，普通单模光纤在1550nm波长时为色散值D>0（反常色散区）。光脉冲的高频分量（蓝移）较低频分量（红移）传输得快，导致脉冲展宽。经啁啾光纤光栅传输以后的入射光中的长波长分量（低频）位于脉冲后沿，使其在光栅的起始端就反射，而短波长分量位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被反射，于是就补偿了色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原。 1、有两个脉冲，其宽度不同，但峰值功率相同，通过相同的光纤后（不考虑光纤的色散），由自相位调制效应所展宽的光谱是否相同？ 答：不相同。脉冲频谱的展宽程度还与脉冲形状有关。 2、脉冲在光纤中的自相位调制效应跟什么因素有关系？如何增强自相位调制效应？ 答：自相位调制效应与输入光功率、传输距离、材料非线性折射率、光纤的型号、信号光的波长、输入脉冲的形状等因素有关。信道设置在非零色散波长附近将有利于增强自相位调制效应的影响；通过增强输入光功率的方法来增加自相位调制效应的影响；增加光纤传输距离来增大自相位调制效应；使用高非线性折射率的材料。
一、实验目的 1.了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求 2.掌握数字光发端机平均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、实验仪器 1.ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台 2.光功率计1台 3.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根 4.示波器1台 5.850nm光发端机1个 6.ST/PC-FC/PC多模光跳线1根 三、实验原理 四、实验内容 1.测试数字光发端机的平均光功率 2.测试数字光发端机的消光比 3.比较驱动电流的不同对平均光功率和消光比的影响 五、实验步骤 Ａ、1550nm数字光发端机平均光功率及消光比测试 1.伪随机码的产生：伪随机码由CPLD下载模块产生，请参看系统简介中的CPLD下载模块。将PCM编译码模块的4.096MH Z时钟信号输出端T661与CPLD下载模块的NRZ信号产生电路的信号输入端T983连接，NRZ信号输出端T980将产生4M速率24－1位的伪随机信号，用示波器观测此信号。将此信号与1550nm光发模块输入端T151连接，作为信号源接入1550nm光发端机。 2.用FC-FC光纤跳线将光发端机的输出端1550T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1550nm信号。 3.用K60、K90和K15接通PCM编译码模块、CPLD模块和光发模块的电源。 4.用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。 5.测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源。用K60接通电源，用用示波器从T504观测此信号，将K511接1、2或2、3可观测到速率的变化，将此信号接到T151，作为伪随机信号接入光发端机。 6.用数字信号源模块的K501、K502、K503将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。 7.将P1，P0代入公式2-1式即得1550nm数字光纤传输系统消光比。 Ｂ、1310nm数字发端机平均光功率及消光比测试 8.信号源仍用4M速率24－1位的伪随机信号，与1310nm光发模块输入端T101连接。 9.用FC-FC光纤跳线将1310nm光发模块输出端1310T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1310nm信号。 10.将BM1拨至数字，BM2拨至1310nm。 11.接通PCM编译码模块、CPLD模块和1310nm光发模块(用K10)的电源。 12.用万用表在T103和T104监控R110（阻值为1Ω）两端电压，调节电位器W101，使半导体激光器驱动电流为额定值25mA。 13.用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。 14.测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源，请参看系统简介中的数字信号源模块部分。用示波器从T504观测此信号，连接T504与T101，将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。
《光纤通信技术》课程教学大纲 制定人：孔勇教学团队审核人：袁天夫开课院系审核人：邓琛 课程名称：光纤通信技术 课程代码：021509 适用层次（本/专科）：本科 学时：32 讲课课时:32 实验课时:0 上机课时:0 考核方式：考查 适用专业：电子技术、广播电视工程、通信工程等 教材：王辉，光纤通信（第3版），电子工业出版社, 2014 主要参考书： 1、刘世安，光纤通信，电子工业出版社，2010 2、董天临，光纤通信，清华大学出版社, 2012 3、孙学康、张金菊，光纤通信技术，人民邮电出版社，2004 一、本课程在课程体系中的定位 该课程在广播电视专业课程体系中为专业基础课程，波分复用、时分复用、智能光交换等关键技术是后续接入网技术、核心网等课程的基础。要求学生掌握有关广播电视工程专业相关的光纤通信系统设计、设备使用、工程测试等环节的知识。 二、教学目标 1.掌握光纤通信相关技术的工作原理、结构、发展和应用。 2.培养学生理论分析、数值仿真能力。 3.培养能从事光纤网络工程的规划建设、SDH系统的调测维护、电信核心网 络和接入网络的工程维护等工作的应用型人才。 4.培养学生具有较强的电缆、光缆设计与施工、线路规划概预算的能力以及 在光纤通信设备安装、调试与维护及其相关领域从业的综合职业能力。 5.培养学生利用光纤技术对相应的广播电视、电信通信等工程设计能力。 三、教学效果 通过本课程的学习，学生可具备： 1. 1. 了解器件及系统的工作原理、结构、发展及应用。 2. 2. 熟练运用C语言、Matlab等软件，求解相应的理论和数学模型。 3. 3. 掌握光纤通信系统中相关的通信距离、通信容量等工程设计。 4. 4. 掌握光纤通信设备在实际工程中的使用原理和应用情况。 5. 5. 掌握相关设备的维护、安装、调试、预算等技术。
光纤通信实验报告 课程名称光纤通信实验 实验一 光源的P-I特性、光发射机消光比测试 一、实验目的 1、了解半导体激光器LD的P-I特性、光发射机消光比。 2、掌握光源P-I特性曲线、光发射机消光比的测试方法。 二、实验器材 1、主控&信号源模块、2号、25号模块各一块 2、23号模块（光功率计）一块 3、FC/PC型光纤跳线、连接线若干 4、万用表一个 三、实验原理 数字光发射机的指标包括：半导体光源的P-I特性曲线测试、消光比（EXT）测试和平
均光功率的测试。 1、半导体光源的P -I 特性 I(mA) LD 半导体激光器P -I 曲线示意图 半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，激光二极管可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即启动介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如上图所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流（或称阈值电流），用I th 表示。在门限电流以下，激光器工作于自发辐射，输出（荧光）光功率很小，通常小于100pW ；在门限电流以上，激光器工作于受激辐射，输出激光功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。激光器的电流与电压的关系类似于正向二极管的特性。该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P -I 的线性关系。 P -I 特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流I th 尽可能小，没有扭折点， P -I 曲线的斜率适当的半导体激光器：I th 小，对应P 值就小，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大；没有扭折点，不易产生光信号失真；斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。 2、光发射机消光比 消光比定义为：00 11 10lg P EXT P 。 式中P 00是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。P 11是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。从激光器的注入电流（I ）和输出功率（P ）的关系，即P -I 特性可以清楚地看出消光比的物理概念，如下图所示。
《光纤通信》教学大纲 一、课程描述 光纤通信是20世纪70年代开始发展起来的一种通信新技术。80年代以后，随着我国通信技术的迅速发展，光纤通信有了长足的发展，成为社会信息基础设施中不可缺少的一部分，广泛应用于各个领域。 《光纤通信》是结合光纤通信的发展，系统地介绍光纤通信系统的基本原理、基本概念、基本技术和基本分析设计方法，全面反映全光通信技术概貌的课程，为学生学习后续的光纤通信设备、光缆线路工程、综合布线工程、宽带接入技术及现代通信技术等通信专业课程奠定基础。 《光纤通信》是通信工程专业的一门专业任选课，包括光纤通信传输理论，光纤与光缆，光源与光发送机，光检测器与光接收机，无源光器件与集成光路，光纤系统中的信号传输和光纤通信系统等内容。先修课程是通信原理、信号与系统、高频电路。 二、课程目标 1、使学生掌握光纤通信的基本概念和基本原理，理解光发射机和光接收机的基本理论和特性。 2、理解和掌握光纤通信系统的构成、性能指标及光纤通信新技术。 三、课程内容和教学要求 这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。这四个层次的一般涵义表述如下： 知道——是指对这门学科的基本知识、基本理论的认知。 理解——是指运用已了解的基本原理说明、解释一些现象。 掌握——是指利用掌握的理论知识对一些较复杂的功能线路进行解释，说明其工作过程，估计有关参数。 学会——是指在利用仪表和工具完成对某些功能线路的设计、组装、参数测量，并根据理论知识计算相关参数，理论与实验作比较。能识别操作中的一般差错。 教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。
本标准中打“*”号的内容可作为自学，教师可根据实际情况确定要求或不布置要求。 教学内容及教学要求表