实验一多模光纤损耗测试实验
一、实验目的
1、了解光纤损耗的定义
2、学会用插入法测量多模光纤的损耗
二、实验内容
1、测量多模光纤的衰减
2、测量多模光纤的损耗
三、实验仪器
1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱1台
2、850nm 光发端机 1个
3、FC接口光功率计1台
4、万用表1台
5、ST-FC多模光跳线 1根
6、FC-FC多模光跳线 1根
7、扰模器1台
8、小可变衰减器（或3km光纤）1个
9、连接导线 20根
四、实验原理
1、损耗机理
在光纤的传输特性中，衰减是多模光纤和单模光纤共有的最重要的指标之一。它表明了光纤对光能的传输损耗，对光纤通信系统的中继距离有着决定性的影响。损耗的降低依赖于工艺的提高和对石英材料的研究。
本实验研究无源器件多模光纤的损耗。
对于光纤来说，产生损耗的原因较复杂，光能在光纤中传输时，除了由于吸收、散射而使光能损失外，由于成缆敷设造成的光纤微弯和宏弯曲，光纤的耦合和接续，都会使光能产生附加的损失。归纳起来，产生衰减的原因大致可以分为三大类：吸收损耗，散射损耗，附加损耗，具体如下：
（1）纤芯和包层物质的吸收损耗，包括石英材料的本征吸收和杂质吸收；
（2）纤芯和包层材料的散射损耗，包括瑞利散射损耗以及光纤在强光场作用下诱发的受激喇曼散射和受激布里渊散射；
（3）由于光纤表面的随机畸变或粗糙所产生的波导散射损耗；
（4）光纤弯曲所产生的辐射损耗；
（5）外套损耗。
这些损耗可以分为两种不同的情况：一是石英光纤的固有损耗机理，像石英材料的本征吸收和瑞利散射，这些机理限制了光纤所能达到的最小损耗；二是由于材料和工艺所引起的非固有损耗，它可以通过提纯材料或改善工艺而减小甚至消除其影响，如杂质的吸收、波导散射等。
光纤中平均光功率沿长度减少的规律为：
()10()(0)10Z P Z P α-= （1-1）
其中P(Z)和P(0)分别为轴向距离Z 处和Z ＝0处的光功率，α为光纤的衰减系数，定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km 。当Z=L 时，
()
()10log
(0)
L P Z P αλ=- dB/km （1-2）
这里()αλ表示在波长λ处的衰减系数。应用上式时，要特别注意两点： （1）假定光纤沿轴向是均匀的 ，即α与轴向位置无关。
（2）对多模光纤，必须达到平衡模分布。只有满足这样的条件，测得的衰减系数才能线性相加。
2、损耗测量
测量光纤损耗的方法很多，CCITT 建议以剪断法为参考，插入法为第一替代法，背向散射法为第二替代法。
多模光纤损耗的测量，注入条件是头等重要的。多模光纤中可以传输成百上千个模，由于耦合条件的不同，各模携带的初始能量亦不同，传播过程中，由于模变换、模耦合和模衰减，各模携带的能量比例不断变化，只有经过很长的传输距离后，各模传输能量的比例才能固定下来。这时才达到了平衡模分布或稳态模分布。也就是说光纤输出端的近场分布和远场分布不再随长度而变化。随着光纤轴向均匀性的差异和光纤所处的状态不同，达到平衡模分布的长度也不一样，一般可从几百米到几千米不等。显然，测量剪断后2m 光纤的长度是远远达不到平衡模分布要求的。为了满足测量的要求，必须加速平衡模分布建立的过程，就是说，要人为地控制注入条件和注入技术，使1～2m 长光纤输出端的场分布接近平衡模分布。注入技术采取的措施包括扰模器（scrambler ）、滤模器（mode filter ）和包层模剥除器（cladding stripper ）等。
在实验系统测试多模光纤损耗时，采用CCITT 推荐的以剪断法为测试方法，用小可变衰减器替代可调衰减的多模光纤，用柱状扰模器形成平衡模分布，测试实验框图如图32-1所示。
测试方法为首先用光纤跳线接850nm 光发端机，经过扰模器扰模后测试得到A 点处光功率P 0，取下光功率计，接上待测光纤（小可变衰减器模拟），再用光功率计测试得到B 点光功 率P 1，代入公式32-2即得多模光纤的损耗。
五、实验步骤
1、用连接线连接电终端模块T68(M)和T94(13_DIN)。
2、将光终端模块的开关K43打拨到“数字”，BM1打拨到“850nm ”。
3、安装好850nm 光发端机，用一根ST-FC 多模光跳线一端接入850nm 光发端机经扰模器
P 0
图1-1 多模光纤损耗测试实验框图
扰模后与光功率计相连。
1、打开交流电源，打开交流电源开关，电源指示二极管D4，D5，D6，D7，D8亮。
4、用万用表测量T97和T98两端电压（红表笔插TV+，黑表笔插TV-）。慢慢调节电位器W44(数字驱动调节)，使驱动电流达到额定值，即使V=25mV。
5、读出此时光功率计的数值，此数据即为没有加入小可变衰减器前的输入功率P0。
6、从光功率计端取下光纤，接入小可变衰减器（或待测光纤），用FC-FC多模光纤跳线与光功率计连接。
7、用光功率计测量此时的光功率数值P1。
8、将所测得的数值P0、P1和代入式（1-2）计算所得的结果即为多模光纤的损耗。
9、实验完成后，关闭交流电源，拆除各个连线，将所有的开关拨向下。
注意：
请根据本实验步骤，自己设计出采用1310nm和1550nm光发端机时测得光纤损耗的步骤并记录实验数据。
六、实验报告
1、通过实验结果，计算得到待测光纤损耗
2、对实验结果以及误差进行分析
七、思考题
1、分析用剪断法测量光纤损耗中扰模器的作用，若不使用扰模器，则会对实验结果有何影响？
2、测量光纤损耗时，对光纤稍微用力拉紧，比较此时测得的光纤损耗的变化，并分析其原因。
3、查阅相关文献资料，比较插入法测试光纤损耗与剪断法测试光纤损耗的优缺点。
实验二光发射机性能测试实验
一、实验目的
1、了解数字光发端机输出光功率的指标要求
2、掌握数字光发端机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、实验内容
1、测试数字光发端机的输出光功率
2、测试数字光发端机的消光比
3、比较驱动电流的不同对输出光功率和消光比的影响
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、850nm光发端机（可选）1个
6、ST-FC多模光跳线（可选） 1根
7、连接导线 20根
四、实验原理
光发送机是数字光纤通信系统中的三大组成部分（光发送机、光纤光缆、光接收机）之一。其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号，并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形从光源器件组件的尾纤发射出去。
根据光纤在0.85um、1.31um或1.55um附近呈现低损耗的特性，结合半导体发光材料，其辐射波长能够覆盖上述范围的是GaAs化合物。
光源驱动电路是光发送机的主干电路，它将电脉冲信号通过电流强度的调制方式调制半导体激光器或者发光二极管发射出光脉冲信号。
一个性能十分完善的光发送机，一方面是需要能够适应数字光纤通信特点的性能先进的光源器件，另一方面就是根据光源器件的应用特性采用先进的电子线路技术进行恰到好处的控制与防范。这就是光发送机除了一定要有整形或码型变换电路、光源驱动电路和发射光源以外，还可能要有自动功率控制、自动温度控制和各种保护电路的原因。
光发送机的指标有如下几点：
1、输出光功率：输出光功率必须保持恒定，要求在环境温度变化或LD器件老化的过程中，其输出光功率保持不变，或者其变化幅度在数字光纤通信工程设计指标要求的范围内，以保证其数字光纤通信系统能长期正常稳定运行。
输出光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机二进制序列作为测试信号，用光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的输出光功率。
输出光功率测试连接如图2-1所示。
图2-1 输出光功率测试连接示意图
根据CCITT 标准，信号源输出信号为表2-1所规定的要求。
2、消光比：消光比定义式如下式4-1，P 0是给光发端机的数字驱动电路发送全“0”码，测得的光功率，P 1是给光发端机的数字驱动电路发送全“1”码，测得的光功率，将P 0，P 1代入公式：
1lg 10P P
EXT （2-1）
即得到光发端机的消光比。
消光比的值与光源工作电流有一定的关系，一般当发送“0”时，工作电流应在阀值附近，实验时可调节相应的驱动电流值。
光通信系统一般要求消光比越大越好，但是不可过大或过小，消光比太大，即预偏置电流太小或没有，影响通信系统传输速率；消光比太小，则调制深度浅，有用光功率比例减小，影响系统灵敏度。
3、光脉冲的响应时间),(f r t t 及开通延迟时间)(d t 必须远小于每个码元的时隙，以便使光脉冲成为传输数字信号的准确重现。
4、输出光脉冲无张弛振荡和自脉动
当调制速率较高时，输出光脉冲可能会出现张弛振荡。这时必须在电路上加以阻尼，以便使光发送机能正常工作。输出光脉冲上出现自脉动与LD 的输出特性曲线上出现扭折有关。
5、LD 的辐射波长必须保持恒定
当调制速率高达数Gbit/s 时，LD 的辐射波长在调制脉冲的上升沿时向短波长漂移，而在脉冲下降沿时则向长波长漂移，这种现象称为Chirp 效应。它严重恶化数字光纤通信系统的传输质量，限制通信的中继距离。在高速以至超高速的光发送机中应该对此采取相应有效的解决措施，以便实现大容量长距离的数字光纤通信。
前面指出输出光功率需恒定，或者变动微小，这是通过自动功率控制或者自动温度控制技术达到这种目的的。本套实验系统未涉及到这种技术。
光纤传输系统、发光器件、驱动电流，都会影响发光系统的输出光功率和消光比，本实
验采用4M 速率的伪随机测试信号作为信号源，伪随机码测试信号为24
－1位，通过观察三种不同光纤通信系统（850nm 、1310nm 和1550nm ）传输NRZ 码的输出光功率和消光比，比较其输出光功率和消光比异同点及其影响因素，同时观察驱动电流对输出光功率和消光比的影响。
实验原理图如下：
a、1550nm数字光发端机平均光功率及消光比测试
1、用导线连接电终端模块T68(M)和T92(15_DIN)
2、将拨码开关K35的值拨为“0000”。
3、用FC-FC光纤跳线将1550T输出端与FC接口光功率计连接，形成输出光功率测试系统。
4、打开交流电源，此时指示灯D4、D
5、D
6、D
7、D8亮。
5、将光功率计调至1550波长档，用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的输出光功率。
6、拆除导线T68(M)和T92(15_DIN)，其余连线不变，连接导线T79(D1_O)与T92(15_DIN)，将数字信号源模块的拨码开关K36拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将拨码开关K36拨为全“0”，测得此时光功率为P0。
7、将P1，P0代入公式12-1式即得1550nm数字光纤传输系统消光比。
8、依次关闭各电源，拆除导线，拆除光纤跳线，将实验箱还原。
b、1310nm数字发端机输出光功率及消光比测试
1、用导线连接电终端模块T68(M)和T94(13_DIN)。
2、将开关BM1拨为1310nm,将开关K43拨为“数字”，将电位器W44逆时针旋转到最小。
3、旋开光发端机光纤输出端口（1310nm T）防尘帽，用FC-FC光纤跳线将半导体激光器与光功率计连接起来。
4、用万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)之间的电阻值（电阻焊接在PCB板的反面），找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（V＝IR110）。
5、打开交流电源，此时指示灯D4、D5、D
6、D
7、D8亮。
6、将电位器W46（阈值电流调节）逆时针旋转到底。
7、慢慢调节电位器W44（数字驱动调节），用万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)两端电压（红表笔插T97，黑表笔插T98），使之为25mV。
8、将光功率计调至1310波长档，用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的输出光功率。
9、拆除导线T68(M)和T94(13_DIN)，其余连线和设置不变，连接导线T79(D1_O)与T94(13_DIN)，将数字信号源模块的拨码开关K36拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将拨码开关K36拨为全“0”，测得此时光功率为P0。
10、将P1，P0代入公式12-1式即得1310nm数字光纤传输系统消光比。
11、重复6-9步，调节电位器W44，调节驱动电流大小为下表中数值时，测得的输出光功率及消光比填入下表。
12、依次关闭各电源，拆除导线，拆除光纤跳线，将实验箱还原。
六、实验报告
1、记录光发端机的输出光功率，通过实验数据计算光发射机的消光比
2、比较不同驱动电流下的输出光功率及消光比，确定驱动电流多大时，1310光发送系统更符合传输要求
3、比较1310nm及1550nm数字光发送系统输出光功率及消光比，并分析系统性能指标
4、分析实验结果及误差
七、思考题
1、输出光功率大小对光纤通信系统有何影响？
2、消光比大小对光纤通信系统传输特性有何影响？
3、如何确定数字光纤通信系统的驱动电流？
实验三 数字光接收机性能测试实验
一、实验目的
1、熟悉光收端机灵敏度的概念
2、掌握光收端机灵敏度的测试方法
3、熟悉光收端机动态范围的概念
二、实验内容
1、测量1310nm 光收端机的灵敏度
2、测量1550nm 光收端机的灵敏度
3、测量850nm 光收端机的灵敏度(选做)
三、实验仪器
1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱 1台
2、光功率计 1台
3、万用表 1台
4、小可变衰减器 1个
5、误码分析仪 1台
6、FC-FC 单模光跳线 2根
7、ST-FC 多模光跳线 （可选） 2根
8、850nm 光发端机和光收端机（可选） 1套
9、FC-FC 多模光跳线 （可选） 1根 10、连接导线
20根
四、实验原理
数字光接收机在数字光纤通信系统中的作用就是将经过光纤传输后被衰减变形的微弱光脉冲信号通过光-电变换成为电脉冲信号，并将其放大，均衡与定时再生还原成标准的数字脉冲信号。其中的所谓定时再生就是对数字光接收放大均衡输出的信号流中的每一个信号进行判决而成为数字信号码流，并要求不发生误判或者尽量少发生误判，而这个误判就是我们平常所说的误码率。
数字光接收机在对光脉冲信号的变换，放大和均衡的过程中产生了各种噪声，这些噪声会影响数字光接收机对信号的判决。为了减小在判决中的误码率，可以从两个不同的角度采取措施，即加大其输入光功率，或者减小数字光接收机的输入噪声。很明显，加大输入光功率的方法是不明智的，因为这是以减小数字光纤通信的中继距离为代价的。因此，必须想办法采取一切可行的有效措施尽量减小数字光接收机的输出噪声，这一点也就是研究数字光接收机的实际含义。
数字光接收机的输入光功率和误码率两者是互相矛盾的。因此，必须对其中一个进行人
为的规定，例如：规定误码率为10-9，或者 10-11
。根据这一要求，就可以找到数字光接收机所接收到的最小光功率作为其性能指标，即接收灵敏度。可见数字光接收机在保证特定误码率的条件下，其输出噪声越小，接收所需要的光功率也就越小，其灵敏度也就越高。
数字光接收机的光接收灵敏度用下式表示：
3
10log
()10
r
r P S dBm -= （3-1）
r P 是在随机码情况下的接收平均光功率。
CCITT （国际电报、电话咨询委员会）标准规定，用误码分析仪向光发端机的数字驱动电
路发送215
-1的伪随机序列作为测试信号，调整光衰减器使其衰减值增大，从而使输入光收端
机的平均光功率逐步减小，使系统处于误码状态，并且使得系统测试得到的误码率为1×10-11
，测得此时的光功率即为光收端机的最小光功率，这也就是光收端机的灵敏度。
光收端机动态范围的定义是在保证一定的误码率下所允许的最大和最小输入光功率之比的分贝数，即由下式计算得到
)(lg
10min
max
dB P P D （3-2）
它表示了光收端机对输入信号变化时的适应能力。在测试光收端机的灵敏度时，减小光
衰减器的衰耗，即加大光收端机的输入光功率，使其误码率达到1×10-11
时，得到允许最大的接收光功率P max 。
图3-1 数字接收单元指标测试框图
图3-2 输出码型为HDB 3码误码测试方法实验框图
测试框图如图3-1所示，测试方法与测量灵敏度的方法基本相同，只是最后增加测量最
大输入光功率一项，其方法是逐渐减小光衰减器的衰减量，直至误码仪指示误码降为1×10-11
，此时的接收光功率即为最大输入光功率。
由于数字光纤通信系统中不能传输HDB 3码，而目前大部分误码分析仪输出码型均为HDB 3
码，作为演示实验，若使用的误码分析仪为有NRZ 码输出，则可以按照图37-1所示示意图进
行实验，在这里我们取当系统出现1×10-3或10-6
误码率时认为光纤通信系统出现误码，即当
减小光功率，使得系统误码率为1×10-3或10-6
时测得的光接收端的光功率即为光收端机的灵敏度。
若使用误码分析仪只有HDB 3码型输出（如YGBERT2M 型误码分析仪），则可以通过实验箱中的HDB 3编译码实现误码测试。测试框图如图15-2所示，这里需要将误码分析仪输出的HDB 3码经过译码变为普通的NRZ 码或是CMI ，5B6B 之后，经过光纤传输，从而达到测试系统误码率的目的。
光收部分原理图如下：
R454
R363
R64
R364
R365510
C201
E67
V+1IN+2Z+3NC 4Z-5IN-6V-7
V-8
LOUT-9V-10LSET 11V+12LOUT+13V+14U114W45C202
C203
E68R362
TP114
OUT
12
T104
VCC 4
PD+3PD-2GND 1J15PDHY
-5V
+5V
小光功率P min。此P min即为光收端机的灵敏度。
10、根据以上实验步骤，自己设计850nm、1550nm光收端机灵敏度测试步骤。
11、实验完成后，关闭交流电源，拆除各个连线，将所有的开关拨向下，将实验箱还原。
六、实验报告
1、通过实验得到光收端机灵敏度。
2、比较1310 nm及1550nm光检测器的灵敏度。
3、对实验结果和误差进行分析。
注意：典型灵敏度为3dBm。但是不同的探测器导致结果不同。
七、思考题答案
1、光收端机误码产生的原因是什么？
2、分析光收端机的误码率与输入光功率的关系，并用实验验证此关系。
3、若需要测试光收端机动态范围，则实验方案如何？利用现有仪器能否完成？
实验四 模拟信号光纤传输实验
一、实验目的
1、了解模拟信号光纤系统的通信原理
2、了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构
二、实验内容
1、各种模拟信号LED 模拟调制：三角波，正弦波
2、各种模拟信号LD 模拟调制：三角波，正弦波
三、实验仪器
1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱 1台
2、20MHz 双踪模拟示波器 1台
3、万用表 1台
4、FC-FC 单模光跳线 1根
5、850nm 光发端机和光收端机（可选） 1套
6、ST/PC-ST/PC 多模光跳线（可选） 1根
7、连接导线
20根
四、实验原理
根据系统传输信号不同，光纤通信系统可分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。由于发光二极管和半导体激光器的输出光功率（对激光器来说，是指阈值电流以上线性部分）基本上与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制呈线性，所以可以直接调制。对于半导体激光器和发光二极管来说，具有简单、经济和容易实现等优点。进行发光二极管及半导体激光器调制时采用的就是直接调制。
从调制信号的形式来看，光调制可分为模拟信号调制和数字信号调制。模拟信号调制直接用连续的模拟信号（如话音、模拟图像信号等）对光源进行调制。图16-1就是对发光二极
管进行模拟调制的原理图。
连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，适当地选择直流偏置电流的大小，可以减小光信号的非线性失真。电路实现上，LED 的模拟信号调制较为简单，利用其P-I 的线性关系，可以直接利用电流放大电路进行调制，实验箱模拟信号调制电路如图4-3所示。
一般来说，半导体激光器很少用于模拟信号的直接调制，半导体激光器模拟调制要求光
I
P
图4-1 发光二极管模拟调制原理图
六、实验测试点说明
T10（正弦波） 1K 正弦波信号输出端
T96（13_AIN ）1310光端机模拟信号输入端 T7（三角波）1K 三角波信号输出端 TP108（LT ）激光器的发射信号输出端 TP114（13OUT ）探测器的接收信号测试端
七、实验报告
1、记录并画出各模拟信号的波形，对模拟信号光传输前后的波形进行比较。
2、简述模拟信号光纤传输过程；比较LD 与LED 模拟信号调制的效果。
3、对实验结果以及实验结果的分析正确。
七、思考题答案
1、光纤传输系统能否传输数字信号，为什么？
2、分析和比较LD 模拟信号调制与LED 模拟信号调制的异同点，并指出其优缺点。
T10
TP108
TP114
以正弦波为例T10、TP108、TP114波形
实验五光纤线路接口码型HDB3编译码实验
一、实验目的
1、了解接口码型在光纤传输中的作用
2、了解HDB3码编译电路实现原理
3、掌握HDB3码的编译码规则及编译码过程
二、实验内容
1、学习了解HDB3编码规则
2、观察接口码型的编译码过程
三、实验仪器
1、ZY12OFCom23H1 型光纤通信原理实验箱 1台
2、20MHz双踪模拟示波器 1台
3、连接导线 20根
四、实验原理
为了适应数字通信和数字光纤通信系统的需要，实际上完整的数字光纤通信系统的组成如图5-1所示，它包括数字通信设备、光发送端机、光接收端机和光纤光缆传输线路（可能含有中继器）。
图5-1 数字光纤通信系统的组成框图
接口码型变换电路包括输入接口码型变换和输出接口码型变换两部分内容。这种变换电路完全是为了适应数字传输的需要而设置的，接口码型从我国所采用的数字通信标准制式来看有两种，即HDB3码型和CMI码型，这两种接口码型也就是电缆数字通信的线路传输码型。
如上图所示，在PCM端机与光发收端机之间，电缆传输的是接口码型；在光发光收之间的光纤链路上传输的是线路码型。信号流程如下：PCM端机编接口码型，送出，在电缆中传输；被光发送端机接收，称输入接口码型，译码成NRZ，编成线路码形送出，在光纤链路中传输；线路码型被光接收端机接收，译码成NRZ码，在编成接口码型送出；称输出接口码型，在电缆中传输，被PCM端机接收，译成NRZ码。
本章重点介绍接口码型。
输入接口码型变换电路的主要作用如下：
1.将从PCM输出经电缆传输后衰减变形的接口码型进行均衡放大。至于在PCM输出至光端机输入之间允许插入的最大电缆损耗，ITU-T对不同的数字系列等级有不同的规定。
2.将接口码型一律译码成为NRZ码型。
3.适应数字光纤通信系统的需要，具有在输入信号中断的情况下维持其所在数字光纤通
信系统正常运行的功能，这主要是在输入接口码型变换电路中提供与输入信号速率相同的备用时钟。在其输入信号中断时，一方面由输入信号中断检出电路发出相应的告警信号，另一方面由这一告警信号同时转换输入接口码型变换电路的输出时钟，维持下游整个数字光纤通信系统的正常运行，并控制接口码型译码电路发出AIS信号，即告警指示信号（全“1”码）。这个信号送到本系统对端的光接收端机的输出接口码型变化电路，使其“了解”本系统上游光发送机出现了输入信号中断的故障。
输出接口码型变换电路的作用基本上与输入接口码型变换电路的作用成对应关系。读者可自行分析，并查阅相关专业书籍。
接口码型从我国所采用的数字通信标准制式来看有两种，即HDB3码型和CMI码型。CMI 本身可以作为光纤通信的线路码型使用，将在下一实验中详述，下面将重点讲述HDB3码型。
HDB3码是三阶高密度双极性码（High Density Bipolar Codes）的简称。所谓三阶，即最大允许连“0”数为3个。这种码型ITU-TG.703建议规定作为PCM一次群、二次群和三次群的电线路传输码型。在数字光纤通信系统中，HDB3码就是相应的PCM设备与数字光纤通信设备之间的接口码型。输入接口码型变换电路就是将HDB3码变换为PCM码，此PCM码经过光纤传输后再经输出接口码型变换电路进行码反变换，得到HDB3码。实验系统方框图如5-2。
图5-2 HDB3编译码实验框图
1、HDB3码有如下特点：
一、HDB3码的功率谱中无直流分量，高低频成分少，定时信息丰富，有利于定时提取；
二、HDB3码是伪三进制码，它的状态用B+，B-，和0表示；
三、HDB3码的最大连0数等于3；
四、HDB3码中任意两个相邻“V”脉冲（破坏点）之间的传号“B”脉冲数目（不包括“V”脉冲本身）为奇数；
五、HDB3码可以利用其破坏点规则检测线路传输中产生的误码。
2、HDB3码编码
HDB3码的编码规则：二进制中的传号，在HDB3码中编成交替反转码。当二进制信号为全“1”码时，HDB3码与一般的AMI码相同。二进制中的空号，在HDB3码中仍编为空号，但在二进制中出现四空号串，则用以下四连“0”取代节代替，其取代节形式如下：000V或B00V。其中，V为双极性码中极性交替改变法则的破坏点，B为双极性码中极性交替改变法则中的非破坏点，0为双极性码中的0码。
同一个取代节中的“B”，“V”脉冲在HDB3码中的极性相同。HDB3码中相邻字节中的“V”脉冲符合交替反转法则。
用取代节中的“B”脉冲来保证HDB3码中任意两个相邻取代节的“V”脉冲之间的脉冲数目为奇数。即从二进制信号进行HDB3码编码的过程中，遇到一个四空号串，准备用取代节代替时，要视相邻前一个取代节中的“V”脉冲至准备代替四空号串的取代节中的“V”脉冲之间已有的脉冲数目，如果为奇数，用000V取代节，若为偶数，则用B00V取代节。
3、HDB3码编码电路
根据 HDB3码的编码规则可知HDB3编码电路原理框图如图5-3所示。图中的V脉冲插入与B脉冲形成电路，实际上是一个逻辑电路起了两种作用，即在其输入信号序列中的空号串少于4时，该电路输出为输入信号序列码。如果在输入信号序列中出现空号串等于或大于4时则第4n（n＝1，2，…N）个空号用传号代替，即插入“V”脉冲。而这个“V”脉冲正好在该
电路输出4空号串的第一个空号位上，因此它就是准备添补到HDB3码中的“B”脉冲。然后在已经插入“V”脉冲的信号序列码中按照取代节使用的原则可以决定是否将“B”脉冲添补进去，即决定在4空号串的第一个空号位上决定是加入一个传号还是保持原有的空号，这就是图中脉冲添补电路的作用。最后通过图中的破坏点形成电路和传号交替反转码形成电路输出HDB3码序列。
图5-3 HDB3码编码电路原理框图
4、HDB3码译码电路
HDB3码译码是其编码的反变换，就是将HDB3码还原成二值NRZ码。HDB3码经双?单变换后成为两路二值码信号输出，由于HDB3码中破坏点的影响，这两路二值码信号在时间上相互之间不遵循交替出现的规律，即其中一路在另一路为“0”的情况下可能连出两个脉冲信号（非连续出现）的情况。图15-4中“V”脉冲检出就是把两路二值码信号中连出两个脉冲中的第二个脉冲检测出来，这个脉冲就是“V”脉冲。也就是利用这个“V”脉冲从＋HDB3和-HDB3两路信号的合成输出中对“B”和“V”扣除以后就还原成NRZ信号。
实验中HDB3编译码主要利用CPLD电路实现“V”脉冲和“B”脉冲信号的处理。以观察HDB3编译码过程为主，分析HDB3编码规则。
图5-4 HDB3 码译码电路原理框图
五、实验步骤
1、用连接线连接电终端模块的T83（E1_O）和T84（E1_I）。将K41、K42拨向下。
连接数字信号源模块的T79（D1_O）和电终端模块的T67（D1_I），T78（D2_O）和T64（D2_I），T8（D3_O）和T63（D3_I）；
连接电终端模块和数字终端模块的T70（D1_O）和T88（D1_I），T72（D2_O）和T75（D2_I），T73（D3_O）和T74（D3_I）
2、将拨码开关K35的值拨为“1100”。将拨码开关K34的值拨为“00000001”。
3、打开交流电源开关，电源指示二极管D4，D5，D6，D7，D8亮。
a、全0码和全1码输出时的HDB3码编码输出信号观测
1、将拨码开关K36，K33，K32的值全部拨为0，此时用示波器观察电终端模块TP97（HDB3OUT11），TP98(HDB3OUT12)和T83（E1_O）的波形，并记录测试的结果。其中T83（E1_O）为编码后的HDB3码的波形，TP97为HDB3码正半周期信号，TP98为HDB3码负半周期信号。
2、将拨码开关K36，K33，K32的值全部拨为1，此时用示波器观察T83（E1_O）的波形，并记录测试的结果；
3、对以上两次所测的波形进行比较，理解HDB3编码的原理。
b、HDB3编码规则验证
将拨码开关K36，K33，K32的值拨为任意值，采用双通道示波器，一通道接T83（E1_O），一通道接T65(D_O)，此时观测输出的HDB3码与原NRZ码的波形，以验证编码的正确性。需要注意的是HDB3码与NRZ码之间有一定的相位延迟，其对应关系如下：
c、HDB3码的译码过程及编译码延迟测量
1、用示波器测量测试钩TP94(HD1)和TP95(HD2)的波形，此波形分别为译码时的HDB3码的正半周期和负半周期信号。（若这两个信号没有输出，可通过调节电位器W37和W38来实现其正常输出）
2、用示波器同时测量T66（C_O）和TP102（CLKOUT1）的波形，调节电位器W32使得TP102的波形输出稳定
3、用示波器的两个通道同时测量T67和T70波形（或是T64和T72 ，T63和T73），并进行比较，其两者之间相差的码元数即为HDB3码的编译码的总延迟时间。
4、观察数字源模块和数字终端模块的二极管发光的个数及顺序是否相同，相同的话，则说明HDB3码的译码正确，没有出现误码。
5、在扩展模块上自己设计HDB3编译码程序进行验证，具体可参见实验四十一。
6、实验完成后，关闭交流电源，拆除各个连线，将实验箱还原。
六、实验测试点说明
T83(E1_O) HDB3 码编码的输出端
T90（E1-I）HDB3码的解码输入端
TP97（HDB3OUT11）HDB3编码的正半周期信号
TP98（HDB3OUT12）HDB3编码的负半周期信号
TP94（HD1）HDB3编码的正半周期信号
TP95（HD2）HDB3编码的负半周期信号
七、实验报告
1、根据实验结果，画出个测试点的波形，分析各点的波形，比较实验所观察到的波形与理论波形是否一致，如果不一致分析原因。
2、结合实验波形，总结HDB3码的编码规则及原理。
八、思考题
1、为什么HDB3码不能在数字光纤传输系统中传输？
2、接口码型变换电路在光纤传输系统中处于什么位置，有何作用？
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
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
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。
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。
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。
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。
实验1 数字发送单元指标测试实验 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。
实验报告 课程名称无源光实验 实验项目实验1.1、实验1.2、实验1.3、 实验1.4、实验1.5
第一部分无源光实验 实验1.1 单模光纤特性测量 一、实验目的 1、能够熟练测量光的特性 2、掌握单模光纤特性 二、实验仪器 1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台 2、光功率计一台 3、单模光纤跳线一根 三、实验原理 光纤是光波的传输媒质，按光纤中传输模式的多少，光纤可分为多模光纤和单模光纤两类。在单模光纤中只能传输一个模式，多模光纤则能承载成百上千个模式。 一般的光纤通信系统中，对光纤的要求为：（1）低传输损耗；（2）高带宽和高数据传输速率；（3）与系统元件（光源、光检测器等）的耦合损耗低；（4）高的机械稳定性；（5）在工作条件下光和机械性能的退化慢；（6）容易制造。 单模光纤的结构、参数和各组成部分的作用与多模光纤是类似的，它们的不同之处在于：单模光纤有模场直径和截止波长两个特殊参数。单模光纤的典型几何参数如表1所示。 表1 单模光纤的典型几何参数 参数指标 模场直径，μm （8.6～10.5）±0.7 包层直径，μm 125±1 芯／包层同心度误差，μm ≤0.8 包层不圆度，％≤2％
单模光纤以其损耗低、频带宽、容量大、成本低、易于扩容等优点，作为一种理想的信息传输介质，得到了广泛的应用。 四、 实验步骤 准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B ”工作方式下（右端：2－3），将5B6B 编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m 序列”工作方式（右端：2－3），KX02设置在“正常”位置；用发送波长为1310nm 和1550nm 的光纤发送器作为光源；并准备好尾纤，为保证测试精度，测量前先用酒精棉将光纤头清洁一下。 1、 弯曲损耗测量 (1) 将单模光纤跳线的一端接入光纤收发模块中激光收发器UE01的发送端，然后 用光功率计测量该光源的光功率并记录结果。 1310nm ：-8.06dBm 1550nm ：-3.48dBm (2) 人为地抖动跳线，定量地观察光功率值的波动范围。（为什么变化比较小？） 1310nm ：-8.03dBm~-8.12dBm 1550nm ：-3.61dBm~-3.89dBm 因为光纤具有高机械稳定性。 2、 不同波长（1310nm 与1550nm ）的光信号在光纤中衰减量的测量（连接方法可 参考图1.2） 1310／1550nmLD ZH7002 跳线 连接器 跳线 光功率计 图1.2 跳线连接示意图 (1) 将跳线的一端接到光发送波长为1310nm 的激光发送器的输出端，用光功 率计测出该点的光功率13p ，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根跳 线，测光功率'13p ，计算出差值' 131313d p p =-。（注：此差值中包含有连 接器的损耗） 13p =-8.11dBm '13p =-8.79dBm ' 131313d p p =-=0.68dBm (2) 将跳线的一端接到光发送波长为1550nm 的激光发送器的输出端，用光功
西华大学实验报告（理工类） 开课学院及实验室： 电气与电子信息学院 6A203 实验时间 ：2016年 6月 21日 一、实验目的 1、 了解光端机的工作原理 2、 掌握数字光发送机的功率测量方法 3、 理解平均光功率的含义 二、实验原理 光端机的平均发送光功率是指在正常工作条件下光端机输出的平均光功率，即光源尾纤输出的平均光功率。平均发送光功率指标与实际的光纤线路有关，在长距离光纤数字通信系统中，要求有较大的平均发送功率；在短距离的光纤数字通信系统中，要求较小的平均发送光功率。设计人员应根据整个光纤通信系统的经济性、稳定性和可维护性全面考虑该指标，提出合适的数值要求，而不是越大越好。 平均发送光功率测试框图如图一所示。 图一 光发送端光功率测试框图
说明： 1)平均光功率与PCM信号的码型有关，NRZ码与50%占空比的RZ码相比，其平均光功率要大3dB。 2)光源的平均输出光功率与注入它的电流大小有关，测试应在正常工作的注入电流条件下进行。 实验平台中，可以选择系统自身产生的2M伪随机序列来测试平均光功率，系统中PN序列的长度只有24-1，即15位。 三、实验设备、仪器及材料 光功率计、HD-GX-Ⅲ型光纤通信实验箱、光纤跳线 四、实验步骤（按照实际操作过程） 1、用短接帽将跳线XP401的1、2两脚连接，这样选择传输的是系统内部产生的2M伪随机序列。如果将 2、3两脚连接，则传输的将是外部输入的2M数据。 2、选择光发模块甲。用短接帽将跳线XP500的1、2脚相连，开关KS501选择传输数字信号。 3、从发送模块甲的光源组件连接器S中取出保护塑料套，用光纤跳线分别插入发送端连接器S与光功率计的输入连接器插头，连接光发送端的光输出与光功率计。 4、测试系统建立后，给实验平台加电，按复位键后，从键盘输入PN，以控制系统产生2M信号。从光功率计上读出平均光功率值。 5、从键盘输入方波或CMI码，测试不同的数字信号驱动光源时，所产生的平均光功率。思考一下他们为什么有差别？
第五章 光纤色散对传输性能影响实验 实验二、色散补偿光纤对传输性能的影响 一、 实验目的 学习色散补偿的原理和方法。 二、 实验原理 对于简单的两段光纤的模型，在其组合色散排布下，传输方程解为： 22112221(,)(0,)exp ()22m i U L t U L L i t d ωωββωωπ∞ -∞??=+-?????式中，12m L L L =+是色散排布周期，2j β是长为j L 的光纤的群色度色散系数（j=1， 2）。由2β与D 的关系可得，色散补偿条件可以写为:11220D L D L += 若上式能够满足,则(,)(0,)m A L t A t =，即经过每一排布周期后，脉冲恢复到其初始宽度，尽管在每个周期内脉宽可能显著改变。 三、 实验配置图 四、 实验步骤 1.按照图搭建实验拓扑图。 2.设置第一段光纤（G.652光纤）“结构参数”，长度设置为80km ，参考点色散系数17ps/nm.km ；设置光线仿真参数，将“考虑色散”选框选中，不选“考虑非线性”和“四波混频”；
3.根据色散补偿的原理，设置第二段光纤（色散补偿光纤）参数，色散补偿需满足D1L1+D2L2=0，L2=80*17/100=13.6Km。在“结构参数”页中将参考点色散系数设置为－100 ps/nm.km，长度设置为13.6km，在“仿真参数”页中将考虑色散复选框选中，不考虑非线性和四波混频； 4.设置发射机参数，在“结构参数”页中将发射信道数为1，中心频率设置为193.1THz。在“仿真参数”页中，设置发射速率为10Gb/s，发射功率为5mW； 5.点击仿真按钮开始仿真，记录原始信号和补偿前后两个眼图分析仪结果。 五、仿真结果 眼图1: 眼图2: 眼图3:
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。 由图可知，当输入信号为“0”时，光源的输出光功率为P 00，它将由直流偏置电流I b 来确定。无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。所以从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。但是，应该指出，当I b 减小时，光源的输出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其它特性产生不良影响，因此，必须全面考虑I b 的影响，一般取I b = (0.7～0.9)I th （I th 为激光器的阈值电流）。在此范围内，能比较好地处理消光比与其它指标之间的矛盾。考虑各种因素的影响，一般要求发送机的消光比不超过-1dB 。在光源为LED 的条件下，一般不考虑消光比，因为它不加直流偏置电流 I b ，电信号直接加到LED 上，无输入信号时的输出功率为零。因此，只有以LD 作光源的 光发射机才要求测试消光比。 四、实验步骤 1、关闭系统电源，按如下说明进行连线： （1）用连接线将2号模块TH7（DoutD ）连至25号光收发模块的TH2（数字输入），并把2号模块的拨码开关S4设置为“ON ”，使输入信号为全1电平。 （2）用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块 Δ P EXT PIN 消光比对灵敏度的影响