《光纤通信原理》实验指导书.doc

《光纤通信》 实验指导书 王玮 中南大学信息科学与工程学院通信工程系 二〇一一年四月目 录 光纤通信原理实验系统简介 1 光纤实验箱使用注意事项 3 实验一⑴ 半导体激光器P-I特性测试实验 4 实验一⑵ 光电检测器特性实验 6 实验二 模拟信号光纤传输实验 9 实验三 数字信号光纤传输实验 12 附录 ZYE4301G型光纤通信实验箱各模块引脚说明 14 光纤通信原理实验系统简介 本套实验系统（ZYE4301G）实验箱是为配合《光纤通信》课程的理论教学，结合目前光纤通信工程技术必威体育精装版进展，为了提高学生实际操作和动手能力而研制开发的。它包含了光纤通信系统设备中的各个主要组成部分，具体由以下十二个模块组成，其印刷电路板布局图如图0―1所示。 一、电源模块 二、光发送模块 三、光接收模块 四、预失真补偿模块 五、语音信号处理模块 六、模拟信号源模块 七、电话接口模块 八、数字信号源模块 九、PCM编译码模块 十、CMI编译码模块 十一、HDB3编译码模块 十二、CPLD下载模块 可以通过实验箱上述十二个模块灵活组成各种不同光纤通信系统，如：850nm波长光纤通信系统、1310nm波长光纤通信系统、1550nm波长光纤通信系统；同时也可以组成单模光纤通信系统、多模光纤通信系统；模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统；光时分复用传输系统和光波分复用传输系统等光纤通信工程中常用的绝大多数光纤通信系统。 实验系统基本组成方框图如图0―2所示： 图0―2 光纤传输实验系统方框图 实验系统主要由光发模块，光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成。光发端机完成将电信号调制至光载波上去，采用强度调制（IM）；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD），属于非相干解调。光载波由半导体光源产生，由半导体光检测器将光信号转换成电信号从而达到传输信号的目的。 光纤实验箱使用注意事项 光学器件属于昂贵易损器件，所以在实验操作过程中应加倍小心，防止光学器件的损坏，为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项： ⒈ 请仔细阅读实验指导书操作步骤后开机实验，实验各测试点、跳线及开关说明请参考附录，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。 ⒉ 实验箱使用过程中应有防静电措施，以防静电损坏光学器件。 ⒊ 光学器件属于昂贵器件，在安装和拆卸过程中请注意轻拿轻放，遇到问题须向老师报告。 ⒋ 实验过程中切不可将光纤输出端对准自己或别人的眼睛，以免损伤眼睛。 ⒌ 实验箱使用完毕后，请立即将防尘帽盖住光纤输入、输出端口，用光纤端面防尘盖盖住光纤跳线端面，防止灰尘进入光纤端面而影响光信号的传输。 ⒍ 若不小心把光纤输出端的接口弄脏，需用酒精棉球进行清洗。 ⒎ 光纤跳线接头应妥善保管，防止磕碰，使用后及时戴上防尘帽。 ⒏ 不要用力拉扯光纤，光纤弯曲半径一般不小于30mm，否则可能导致光纤折断。 ⒐ 进行光纤传输实验时，半导体激光器驱动电流不要超过40mA，发光二极管驱动电流不要超过60mA。 实验一⑴ 半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 ⒈ 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 ⒉ 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 ⒊ 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 ⒈ 光纤通信原理实验箱 1台 ⒉ 光功率计 1台 ⒊ FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根 ⒋ 万用表 1台 ⒌ 连接导线 20根 三、实验原理 半导体激光二极管（LD）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。 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，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，消光比大，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