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光纤实验

（一）光纤实验专题背景知识：现代光纤通信发展史

1966年，英籍华裔学者高锟（C.K.Kao）和霍克哈姆（C.A.Hockham）发表

了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（OpticalFiber）进行信息传输

的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。当时石英纤维损

耗达1000dB/km以上，高锟等人指出：这样大的损耗不是石英纤维本身固有的

特性，而是由于材料中杂质的吸收产生的。因此有可能通过原材料的提纯制造出

适合于远距离通信使用的低损耗光纤。十九世纪七八十年代，光纤研制取得了重

大突破，在美国康宁公司，美国贝尔实验室，日本电报电话公司等引领下的研究，

光纤损耗从1000dB/km经历了20dB/km，4dB/km，2.5dB/km，1.1dB/km，

0.47dB/km，0.20dB/km，0.157dB/km，到0.154dB/km，接近了光纤最低的理论

极限。19世纪70年代作为光纤通信用的光源也取得了实质性进展。1970年，美

国贝尔实验室，日本电气公司（NEC）和前苏联先后突破了半导体激光器在低温

（-200摄氏度）或脉冲激励条件下工作的限制，研制成功室温下连续振荡的镓铝

砷双异质结半导体激光器（短波长）。由于在光纤和半导体激光器方面的技术进

步，使1970年成为光纤通信发展中的一个重要里程碑。光纤通信的发展可以粗

略地分为三个阶段：1光纤与半导体激光器的研制成功，使光纤通信进入实用化；

2光纤技术取得进一步突破，光纤衰耗降至0.5dB/km以下。由多模光纤转向单

模光纤，由短波长向长波长转移。数字系统的速率不断提高，光纤连接技术与器

件寿命问题都得到解决，光传输系统与光缆线路的建设逐渐进入高潮；3光纤数

字系统由PDH向SDH过渡，传输速率进一步提高，1989年掺铒光纤放大器

（EDFA）的问世给光纤通信技术带来巨大变革。在光纤通信中，光源的作用是

把要传输的电信号转换成光信号发射出去，因此光源需要满足一定的基本要求包

括：发射光功率应足够大；调制方法简单；光源发光峰值波长应与光纤低损耗窗

口相匹配；光源与光纤之间应有较高的耦合效率；光源发光谱线宽度要窄即单色

性要好；可靠性要高；光源是低功率驱动；温度特性要好；光源体积小，重量轻，

便于安装使用。满足上述基本要求的光源是半导体光源。目前，最常用的光源有

半导体激光器（LD）和半导体发光二极管（LED）。LD适用于中，长距离和大

容量系统；LED可用于短距离，低容量系统或用于模拟系统。

实验一：LED光源I-P特性研究

Ⅰ实验目的：

（1）了解LED光源的发光机理

（2）学习LED光源的光学特性和电学特性

ⅡLED光源的发光机理：发光二极管是靠PN结附近的电子和空穴对的复合而进

行自发辐射发光。当给发光二极管的PN结加正向电压时，外加电场将削弱内建

电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强，由于电子迁移率总是远大于

空穴的迁移率，因此，电子由N区扩散到P区是载流子扩散运动的主体。由半

导体的能带理论可知，当导带中的电子与价带中的空穴复合时，电子由高能级跃

迁到低能级，电子将多余的能量以发射光子的形式释放出来，产生电致发光现象。

Ⅲ实验内容与步骤：

1，实验仪采用的LED光源的中心波长为850nm,实验步骤如下：

（1）取仪器配套的光纤一根，将其中一端与LED光源插座相连，另一端与

PIN探测器的插座相连。

（2）接通电源，选择模拟通信方式。光发射机显示窗上示指为相对偏置电流

值，单位为mA，光接受机显示窗上示指为光功率当量。

（3）调节光发射机的“输入”至“MIC”档位，调节“调制”至“DIM”档

位。

（4）调节光接收机的“模拟”至“DIM”档位（仅在此档位光功

率计示值有效）。

（5）调节光发射机上的偏置电流调节按键，从0开始逐渐加大驱动电流，观

察接收机上光功率变化，至变化不明显为止。

（6）选择实验起点，每次变化1mA,对应记下响应光功率当量。

（7）将所得的数据电流作为横坐标，光功率当量作为纵坐标，画出LEDI-P

特性曲线。

2，实验数据如下：

I/mAP