仪器使用说明
TEACHER'S GUIDEBOOK
FD-OFT-A
音频信号光纤传输实验仪
中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd.
FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪使用说明
一、概述
光纤俗称玻璃纤维，是由高纯度的玻璃棒经拉丝工艺制成，又称光导纤维它以其优良的传输特性已经成为信息社会主要的信息传输手段。随着光纤通信技术的发展，一个以微电子技术，激光技术，计算机技术和现代通信技术为基础的高速宽带信息网将是远程教育，远程医疗，电子商务，智能居住小区越来越普及。光纤通信以及诸多优点将成为现代通信的主流，未来通信的一项通信技术和手段。本仪器通过实验让学生了解光纤通信的基本工作原理，熟悉半导体电光-光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。
我公司研制的FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪具有以下优点：
1.该仪器为一体式仪器，音频信号发生器、光功率计、LED放射器、SPD接收器全部整合在壹
台主机中，这样用户购买该仪器后，不用另配光功率计以及信号发生器即可以完成实验。
2.该实验仪是集光电子技术、光纤传输技术、应用电子技术于一体的综合实验教学仪器，对
于扩大学生知识面和培养学生综合运用已学知识解决实际问题的能力十分有益。
3.该仪器实验内容丰富、实验数据稳定可靠，通过该仪器可以让学生了解光波是怎样被调制、
传输和解调的，使学生对光纤通信有一个初步的认识。
该仪器不仅可以用于基础物理实验以及设计性研究性实验，也可以用于高等院校光电子、通讯、信息专业的专业实验。
二、技术指标
1．电源输入 220V 50Hz
2．音频信号发生器频率调节范围 100Hz-10KHz 连续调节，10KHz-20KHz 连续调节
幅度调节范围 0V－3V（峰－峰值）连续调节
3．光功率计量程 0－200.0uW
分辨率 0.1uW
4．LED驱动电流 50mA
三、仪器装置
FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪主要由实验主机（包括音频信号发生器、光功率计、LED发射器、SPD接收器等）、多模光纤（装于骨架上），半导体收音机组成。如图1所示.
图1 音频信号光纤传输实验仪装置
四、实验项目
1. 了解音频信号光纤传输系统的结构。
2. 熟悉半导体发光二极管（LED）和光电二极管（SPD）的基本性能及主要特性的测试方法。
3. 学习掌握音频信号光纤传输系统的调试技能。
五、使用注意事项
1．光纤出厂前已经固定在骨架上，学生实验时务必小心，不要随意弯曲，以免光纤折断，更不要将光纤全部从骨架上取下来。
2．实验开始前以及实验结束时，应把LED发射器中的“幅度调节”和“偏流调节”电位器逆时针旋至最小。
3．实验中，光纤与发射器以及光纤与接收器接头插拔时应该注意不要用力过猛，以免损坏。
音频信号光纤传输实验
【实验目的】
1. 了解音频信号光纤传输的方法、结构及各主要部件的作用。
2. 熟悉半导体发光二极管（LED）和光电检测二极管（SPD）的基本性能及主要特性的测试方法。3．学习分析集成运放电路的基本方法。
3. 学习掌握音频信号光纤传输系统的调试技能。
【实验原理】
1. 音频信号光纤传输系统的原理
音频信号光纤传输系统由“光信号发送器”“光信号接受器”和“传输光纤”三部分组成。其原理主要是：先将待传输的音频信号作为源信号供给“光信号发送器”，从而产生相应的光信号，然后将此光信号经光纤传输后送入“光信号接受器”，最终解调出原来的音频信号。为了保证系统的传输损耗低，发光器件LED的发光中心波长必须在传输光纤的低损耗窗口之内，使得材料色散较小。低损耗的波长在850nm，1300nm或1600nm附近。本仪器LED发光中心波长为850nm，光信号接受器的光电检测器峰值响应波长也与此接近。
为了避免或减少波形失真，要求整个传输系统的频带宽度能覆盖被传输信号的频率范围。由于光纤对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统频带宽度主要决定于发射端的调制信号放大电路和接收端的功放电路的幅频特性。
2. 半导体发光二极管LED的结构和工作原理
光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光功率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求，所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯的任务，目前在以上各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（light emitting diode，缩写LED）和半导体激光器（Laser Diode，缩写LD）。以下主要介绍发光二极管。
半导体发光二极管是低速短距离光通信中常用的非相干光源，它是如图2所示的N-P-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由直接带隙的GaAs砷化镓P型半导体材料组成，称为有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由AlGaAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结，在图2中，有源层与左侧的N层之间形成的是P-N异质结，而与右侧P层之间形成的是P-P异质结，所以这种结构又称为
N-P-P 双异质结构，简称DH 结构。
当在N-P-P 双异质结两端加上偏压时，就能使N 层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到P-P 异质结的的阻挡作用不能再进入右侧P 层，它们只能被限制在有源层内与空穴复合，同时释放能量产生光子，发出的光子满足以下关系：
g E E E h =-=21ν
其中h 是普朗克常数，ν是光波频率，1E 是有源层内导电电子的激发态能级，2E 是导电电子与空穴复合后处于价键状态时的束缚态能级。两者的差值g E 与DH 结构中各层材料及其组份的选取等多种因素有关，制作LED 时只要这些材料的选取和组份的控制适当，就可以使LED 的发光中心波长与传输光纤的低损耗波长一致。
图1 半导体发光二极管的结构及工作原理
3．LED 的驱动及调制电路
本实验采用半导体发光二极管LED 作为光源器件，音频信号光纤传输系统发送端LED 的驱动和调制电路如图2所示，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可以使LED 的偏置电流发生变化。信号发生器产生的音频信号由IC1为主构成的音频放大电路放大后经电容器耦合到BG1基极，对LED 的工作电流进行调制，从而使LED 发送出光强随音频信号变化的光信号，并经光纤把这一信号传至接收端。半导体发光二极管输出的光功率与其驱动电流的关系称为LED 的电光特性。为了避免和减小非线性失真，使用时应给LED 一个适当偏置电流I ，其值等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值，而调制信号的峰-峰值也应位于电光特性线性范围内。对于非线性失真要求不高的情况下，也可把偏置电流选为LED 最大允许工作电流的一半，这
样可使LED 获得无截至畸变幅度最大的调制，这有利于信号的远距离传输。
图2 LED 的驱动和调制电路
4．光纤的结构及其传光原理
衡量光纤性能好坏有两个重要指标：一是看它的传输信息的距离有多远；二是看它携带的信息量有多大，前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于光纤的脉冲响应或基带频率特性。
经过人们对光纤的提纯，目前已经使得光纤的损耗做到20Db/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，应该尽量选用低损耗的工作波长，光纤通讯最早是用短波长850nm ，近年来发展至用1300－1550nm 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”小。
光纤的脉冲响应或它的基带频率特性又主要决定于光纤的模式性质。光纤按照其模式性质通常可以分为两大类：1）单模光纤；2）多模光纤。无论单模或者多模光纤，其结构均由纤芯和包层两部分组成。纤芯的折射率比包层的折射率大，对于单模光纤，纤芯直径只有5－10m μ，包层直径为125m μ，在一定条件下，只允许一种电磁场形态度光波在纤芯内传播，多模光纤的纤芯直径为20－2000m μ，包层厚度为3－5m μ，允许多种电磁场形态的光波传播。按照折射率沿光纤截面的径向分布又可以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，但纤芯折射率略大于包层折射率，所以对阶跃型多模光纤，可以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，直到在纤芯和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，根据光线在非均匀介质中的传播理论分析可知：经光源耦合到渐变型光纤中的某些射线，在纤芯内是沿周期性的弯向光纤轴线的曲线传播。
5．半导体光电二极管的工作原理及特性
本仪器的光信号接收采用硅光电二极管（Silicon Photo Dioxide缩写SPD），与普通的半导体二极管一样，SPD也是一个P-N结，但SPD的管壳上有一个能让光射入其光敏区的窗口。此外，与普通半导体二极管不同，它经常工作在反向偏置电压状态或无偏压状态，因此时SPD的光电特性线性度好。
本仪器SPD的峰值响应波长在850nm左右，工作时SPD把经光纤出射端输出的光信号转化为与之光功率成正比的光电流，经过I-V转换电路，再把光电流转换成与之成正比例的电压信号。【实验仪器】
音频信号光纤传输实验仪器装置主要由FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪实验主机（包括音频信号发生器、光功率计、LED放射器、SPD接收器等）、多模光纤（装于骨架上），半导体收音机，示波器（实验室自配）组成，如图3所示。
图3 音频信号光纤传输实验仪器装置
【实验内容】
1．LED－传输光纤组件电光特性的测定
I与LED输出光功本实验内容是要在不加音频信号的情况下，研究通过LED的直流偏置电流
D
P之间的关系，即LED的电光特性。实验时先打开主机电源，将光纤一端接至“LED发射器”率
中“信号输出”端，一端接至“SPD接收器”中的“信号输入”端，将光功率计波段开关打至“测量”档。调节“偏流调节”旋钮，使面板上电流表读数为零，此时将光功率表也调零，然后分别把偏流大小调至5mA、10mA、15mA、20mA、25mA、30mA、35mA、40mA 、45mA、50mA，记录
对应的光功率值。根据测量结果描绘LED －传输光纤组件的电光特性曲线，即描绘D I P -0关系图，分析其线性范围。
2．LED 直流偏流与最大不失真调制幅度的关系测定
本实验要找出在不同的直流偏流D I 下电路能加载的不失真调制幅度的大小，同时找到LED 发光电路最佳工作点和在此工作点下能加载的最大不失真信号幅度。实验时先接好音频信号通道、光通道，把光功率计打至“实验”档。然后将音频发生器产生信号和LED 调制信号输入双综示波器观察。
调节音频信号发生器，使其输出信号峰-峰值为1V ，频率为10KHz 。接着把偏流加至20mA ，调节“LED 发射器”中的幅度调节旋钮，使加在电路上的音频信号由小变大，观察调制信号的波形及失真情况。记录偏流为20mA 时最大不失真调制幅度的峰-峰值。分析观察到的现象，然后决定增大或减小偏流以找到最佳静态工作点DQ I 。实验时可调节音频信号幅度来检验新的工作点是否为
DQ I ，若在示波器上能观察到调制信号同时出现截至和饱和失真，则此时正处于最佳工作点。记录
刚要同时出现两种失真现象时的偏流值DQ I 和调制信号峰-峰值D Q V ，则从电路方面考虑，通过LED 的最佳工作电流和最大不失真交流幅度分别为DQ I 和Re
DQ V （本仪器Ω=50Re ）。
3．音频信号光纤传输系统幅频特性的测定
本实验内容是要在光信号发送器处于正常工作状态下，研究音频信号光纤传输系统的幅频特性。实验前应先确定光信号发送器的正常工作范围。从实验原理和前两个实验内容可知：光信号发送器的正常工作是由LED 的电光特性和LED 发光电路工作特性决定。若LED 电光线性转化，发光电路信号传输无非线性失真，则光信号发送器已处于正常工作状态。利用前两个实验测得的实验结果，便可知道在不同直流偏流D I 下，要使光信号发送器正常工作，加载在电路中的调制幅度可取范围。
实验按照内容2接线。实验时先将音频发生器输出信号峰-峰值调为1V ，偏流和调制信号幅度调节适当，以确保光信号发送器正常工作。然后将音频发生器输出信号频率依次调为100Hz 、500Hz 、1KHz 、5KHz 、10KHz 、15KHz 、20KHz ，用示波器观测由光纤传输的光信号转化成的音频电信号
的波形和峰-峰值。由观测结果绘出音频信号光纤传输系统幅频特性曲线。 4．语音信号的传送
将半导体收音机的信号接入发送器的输入端，在接收功放输出端接上扬声器，实验整个音频信号光纤传输系统的音响效果。实验时可适当调节发送器LED 的偏置电流，考察传输系统的听觉效果。
五、实验数据例(注：以下实验数据不作为仪器验收标准，仅供实验时参考) 1．LED-传输光纤组件电光特性的测定
表1 偏置电流与光功率数据记录
根据以上数据作图，得D I P -0关系图
图5 D I P -0测量关系图
从上图中可知，直流偏流D I 在10mA-50mA 的范围内电光转换基本上是线性的。 2. LED 偏置电流与无截止畸变最大调制幅度关系的测定
表2 LED 直流偏流与最大不失真调制幅度的关系
3. 音频信号光纤传输系统幅频特性的测定
利用前两个实验结果，实验时取偏流mA I D 35 ，调制信号峰值为0.8V ，此时通过LED 的电流范围是27~43mA ，光信号发送器正常工作。以下是音频信号光纤传输系统幅频特性：
表3 光纤传输系统幅频特性关系
根据以上数据作图，得幅频特性曲线：
图6 幅频特性曲线
从上图可知，本仪器在音频范围内的频响不错，但低频时幅频特性稍有欠佳。
六、思考题
1．本实验中LED偏置电流是如何影响信号传输质量？
2．本实验中光传输系统哪几个环节可能引起光信号的衰减？
3．光传输系统中如何合理选择光源与探测器？
七、注意事项
1. 光纤出厂前已经固定在骨架上，学生实验时务必小心，不要随意弯曲，以免光纤折断，更不要将光纤全部从骨架上取下来。
2.实验开始前以及实验结束时，应把LED发射器中的“幅度调节”和“偏流调节”电位器逆时针旋至最小。
3.实验中，光纤与发射器以及光纤与接收器接头插拔时应该注意不要用力过猛，以免损坏。
八、参考文献
1. 朱世国，熊湘. 光导纤维及其数值孔径的测定. 物理实验，1996 (6) .
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音频信号光纤传输实验 实验目的 1.了解音频信号光纤传输的方法、结构及选配各主要部件的原则。 2.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及其主要特性的测试方法。 3.学习分析音频信号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。 实验仪器 YOF-A音频信号光纤传输技术实验仪、光功率计、多波段收音机、音箱 实验原理 一、系统的组成 图1示出了一音频信号光纤传输系统的结构原理图，它由半导体发光二极管LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送部分、传输光纤部分和由硅光电池、前置电路和功放电路组成的光信号接收三个部分组成。 图1 光纤传输系统原理图 塑料光纤很柔软，而且可以弯曲，加工很方便。在光信息处理技术、光学计量、短距离数据传输等方面已获得较好的应用。本系统中，我们采用的传输光纤是进口低损耗多模塑料光纤，它的纤维直径是lmm，芯径为990μm，包层厚度为5μm。半导体发光二极管是采用发光亮度很高的可见红色光发光二极管作为光源，光电转换采用高灵敏的硅光电池作为转换元件，整个传输过程一目了然。 为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带宽度要能复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、半导体发光二极管(LED)的结构及工作原理 光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光功率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求。所以不是随便哪种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)和半导体激光器(LD)。光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图2所示的N-p-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由直接带隙的GaAs(砷化镓)p型半导体材料组成，称有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由AlGaAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结，在图2中，有源层与左侧的N层之间形成的是P-N异质结，而与右侧P层之间形成的是p-P异质结，敌这种结构又称N-p-P双异质结构，简称DH结构。当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p-P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层内与空穴复合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子： (1) 其中h是普朗克常数，是光波的频率，E 1是有源层内导电电子的能量，E 2 是导电电子与空穴复合后处于价键束缚状态时的能量。两者的差值Eg与DH结构中各层材料及其组份的选取等多种因素有关，制做LED时只要这些材料的选取和组份的控制适当，就可使得LED的发光中心波长与传输光纤的低损耗波长一致。所以为了减少损耗，LED发光波长应与传输光纤的低损耗波长一致，在实际通讯系统中，LED发出的光介于可见光的边远区域。 图2 半导体发光二极管的结构及工作原理 光纤通讯系统中使用的半导体发光二极管的光功率为光导纤维的尾纤输出功率，出纤光功率与LED驱动电流的关系称LED的电光特性，为了避免和减少非线性失真，使用时应先给LED一个适当的偏置电流I，其修正等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值，而调制信号的峰一峰值应位于电光特性的直线范围内。对于非线性失真要求不高的情况，也可把偏置电流选为LED最大允许工作电
实验编号：四川师大《声音媒体技术》实验报告 2017年11月5日计算机科学学院级班实验名称：声音信号的编辑处理 姓名：学号：指导老师：实验成绩: 实验录音系统的连接和使用 一．实验目的及要求 （1）掌握录音系统的连接方法； （2）熟悉录音系统相应设备的功能，并熟练使用； （3）掌握录音系统功率匹配、阻抗匹配的原理； 二．实验内容 （1）利用阻抗匹配、功率匹配原理，实现录音系统连接； （2）熟练掌握阻抗匹配、功率匹配实现录音系统连接的工作原理； （3）熟悉录音系统各类设备的操作使用； 三．实验主要流程、步骤（该部分如不够填写，请另加附页） 1.利用阻抗匹配、功率匹配原理，实现录音系统连接。 （1）老师介绍调音台的各输入与输出端子的功能，以及其控制按钮的名称和作用。 （2）用转换头将电容式话筒连接到调音台，电容式话筒的插头插在1和2路录音孔中，（遵循阻抗匹配原理，一定要注意传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同，即传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态）； （3）再把监听耳机的插头插在监听插口。 （4）把调音台的输出端用连接线与电脑的主机连接，给电脑传送音频信号，（遵循阻抗匹配原理，电脑的功率要和传输线的输出功率匹配）； （5）最后连接电源线 （6）MONITOR是总监听音量旋钮，调节该通路在监听线路中的音量大小。.通过调节HIGH、MIDDLE、LOW三段均衡器旋钮来调节声音大小打开电脑进行调试，测试录音能否正常工作。 2.熟练掌握阻抗匹配、功率匹配实现录音系统连接的工作原理。 （1）阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗相适配，得到最大功率输出的一种工作状态，阻抗匹配则传输功率大，内阻等于负载时，输出功率最大，此时阻抗匹配。 （2）设备输出功率要与负载阻抗一致。 3.熟悉录音系统各类设备的操作使用。 （1）POWER ON是调音台开关，当 ON 的一边被按下时，调音台便接通电源； （2）MIC是麦克风输入接口，LINE是高电平输入接口，MONITOR是监听输出接口； （3）电容式话筒的敏感度及其高，在录制声音史应该对准说话的人； （4）在调音台每一路输入通道上都有一组均衡旋钮，HIGH是高频，MID是中频，LOW是低频，高中低频率旋钮向左（顺时针）旋时，对应的频段就会得到提升，反之衰减。 四.实验结果的分析与评价（该部分如不够填写，请另加附页 1.阻抗匹配的方法有两种，一种是改变阻抗力，另一种是调整传输线的长度。 2.调音台可对输入的不同电平不同阻抗的音源信号进行放大、衰减、动态调整等，用附 带的均衡器对信号各频段进行处理，调整各通道信号的混合比例后，对各通道进行分配并送至各个接收端，控制现场扩声信号及录制信号。 3.调音台的输入信号大体上分为低阻话筒信号输入和高阻线路信号输入两种。 4.调音台输入插口基本可以分为3种：TRS，XLR，RCA。
音频信号光纤传输技术实验 预习要求 通过预习应理解以下几个问题： 1．音频信号光纤传输系统由那几个部分组成、主要器件（LED 、SPD 和光纤）的工作原理； 2．LED 调制、驱动电路工作原理 3．LED 偏置电流和调制信号的幅度应如何选择、； 4．测量SPD 光电流的I-V 变换电路的工作原理。 实验目的 1．熟悉半导体电光/光电器件基本性能及主要特性的测试方法； 2．了解音频信号光纤传输系统的结构及各主要部件的选配原则； 3．掌握半导体电光和光电器件在模拟信号光纤传输系统中的应用技术； 4．学习音频信号光纤传输系统的调试技术。 实验原理 一．系统的组成 音频信号光纤传输系统的原理图如图8-1-1所示。它主要包括由LED （光源）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的GaAs 半导体发光二极管作光源、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。对于音频信号，其频谱在20Hz ～20KHz 的范围内。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频率特性。 二、光纤的结构及传光原理 衡量光纤信道性能好坏有两个重要指标：一是看它传输信息的距离有多远，二是看它单位时间内携带信息的容量有多大。前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于光纤的频率特性。目前光纤的损耗容易做到每公里零点几dB 水平。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，近来发展到能用1.3～1.55μｍ范围的波长，在这一波长范围内光纤不仅损耗低，而且“色散”也小。 光纤的频率特性主要决定于光纤的模式性质。光纤按其模式性质通常可以分成单模光纤和多模光纤。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图8-1-1 音频信号光纤传输系统原理图 数，但纤芯折射率n 1略大于包层折射率n 2。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
一、实验目的 1）了解音频功率放大器的电路组成，多级放大器级联的特点与性能； 2）学会通过综合运用所学知识，设计符合要求的电路，分析并解决设计过程中遇到的问题，掌握设计的基本过程与分析方法； 3）学会使用Multisim、Pspice等软件对电路进行仿真测试，学会Altium Designer使用进行PCB制版，最后焊接做成实物，学会对实际功放的测试调试方法，达到理想的效果。 4）培养设计开发过程中分析处理问题的能力、团队合作的能力。 二、实验要求 1）设计要求 设计并制作一个音频功率放大电路（电路形式不限），负载为扬声器，阻抗8Ω。要求直流稳压电源供电，多级电压、功率放大，所设计的电路满足以下基本指标： （1）频带宽度50Hz～20kHz，输出波形基本不失真； （2）电路输出功率大于8W； （3）输入阻抗：≥10kΩ； （4）放大倍数：≥40dB； （5）具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz 处有±12dB的调节范围； （6）所设计的电路具有一定的抗干扰能力； （7）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。 发挥部分： （1）增加电路输出短路保护功能； （2）尽量提高放大器效率； （3）尽量降低放大器电源电压； （4）采用交流220V，50Hz电源供电。 2）实物要求 正确理解有关要求，完成系统设计，具体要求如下： （1）画出电路原理图； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出；
（5）PCB文件生成与打印输出； （6）PCB版图制作与焊接； （7）电路调试及参数测量。 三、实验内容与原理 音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备，它主要应用于对弱音频信号的放大以及音频信号的传输增强和处理。按其构成可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分，如图1所示。 v 图1 音频功率放大器的组成框图 1）前置放大级 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD 唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下，
光纤通信大作业 1.选择一个你认为合适的方案 供选方案：NRZ、RZ调制格式，直接调制或者外调制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择你认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。 答：选择NRZ调制格式，直接调制，APD管，low pass gauss filter。选择这个方案的理由是：为了使得整个系统得到最好的信噪比，并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下： 选择NRZ调制格式，因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性，调制和调解结构简单，在10G和一部分40G系统中得到广泛应用，一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式，通过色散管理和终端可调色散补偿技术，NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。 选择直接调制，因为直接强度调制是用信号直接调制激光器的驱动电流，使其输出功率随信号变化.这种方式设备相对简单，研究较早，现已成熟并商品化.外调制则常用于要求较高的通信系统。 选择APD管，因为由书上的P264页的图8.3可知，PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信，当系统通信数据速率为10G时，PIN灵敏度管不适于应用，我们优选ADP管。 选择low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器），因为low pass rectangular filter（低通矩形响应滤波器）是理想的低通滤波器的模型，在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器）采用时域法测量有效带宽，具有直观、简便的优点，而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。 实验过程： 本次实验中，由NRZ调制格式、直接调制、APD管和low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1）.根据实验要求，连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态，必须在系统外围增加监测及显示装置，将系统运行结果显示出来，便于观察和分析。因此，在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件，可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态和运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示：
音频信号光纤传输技术实验 [目的要求] 1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能。 2.了解音频信号光纤传输的结构。 3.学习分析集成运放电路的基本方法。 4.了解音频信号在光纤通信的基本结构和原理 [仪器设备] 1.ZY120FCom13BG3型光纤通信原理实验箱。 2.20MHz双踪模拟示波器。 3.FC/PC-FC/PC 单模光跳线 4.数字万用表。 5.850nm光发端机和光收端机 6.连接导线 7.电话机 [实验原理] 一．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。所以不是随便哪种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）、半导体激光二极管（LD），本实验采用LED作光源器件。 图 1 半导体发光二极管及工作原理 光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图所示的N-P-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由GaAs（砷化镓）p型半导体材料组成，称有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由GaAlAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异结。在图（1）中，有源层与左侧的N层之间形成的是p-N 异质结，而与右侧P层之间形成的是p-P异质结，故这种结构又称N-p-P双异质结构。当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p-P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层与空穴复合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子：
光纤简介 一、光纤概述 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。微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤一端的发射装臵使用发光二极管（light emitting diode,LED）或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤另一端的接收装臵使用光敏元件检测脉冲。 二、光纤工作波长 光是一种电磁波。可见光部分波长范围是：390nm—760nm(纳米)，大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。光纤的工作波长有短波长0.85μm、长波长1.31μm和1.55μm。光纤损耗一般是随波长加长而减小，0.85μm的损耗为2.5dB/km，1.31μm的损耗为0.35dB/km，1.55μm的损耗为0.20dB/km，这是光纤的最低损耗，波长1.65μm以上的损耗趋向加大。 三、光纤分类 光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上作一归纳的，各种分类如下。 （1）工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、红外光纤（0.85μm、1.3μm、1.55μm）。 （2）折射率分布：阶跃（SI）型光纤、近阶跃型光纤、渐变（GI）型光纤、其它（如三角型、W型、凹陷型等）。 （3）传输模式：单模光纤（含偏振保持光纤、非偏振保持光纤）、多模光纤。 （4）原材料：石英光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料光纤（如塑料包层、液体纤芯等）、红外材料等。按被覆材料还可分为无机材料（碳等）、金属材料（铜、镍等）和塑料等。 （5）制造方法：预塑有汽相轴向沉积（VAD）、化学汽相沉积（CVD）等，拉丝法有管律法（Rod intube）和双坩锅法等。
光纤通信大作业 1、选择一个您认为合适的方案 供选方案:NRZ、RZ调制格式,直接调制或者外调制,APD管或者PIN管,low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择您认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。 答:选择NRZ调制格式,直接调制,APD管,low pass gauss filter。选择这个方案的理由就是:为了使得整个系统得到最好的信噪比,并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下: 选择NRZ调制格式,因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性,调制与调解结构简单,在10G与一部分40G系统中得到广泛应用,一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式,通过色散管理与终端可调色散补偿技术,NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。 选择直接调制,因为直接强度调制就是用信号直接调制激光器的驱动电流,使其输出功率随信号变化、这种方式设备相对简单,研究较早,现已成熟并商品化、外调制则常用于要求较高的通信系统。 选择APD管,因为由书上的P264页的图8、3可知,PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信,当系统通信数据速率为10G时,PIN灵敏度管不适于应用,我们优选ADP管。 选择low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器),因为low pass rectangular filter(低通矩形响应滤波器)就是理想的低通滤波器的模型,在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中,如此理想的特性就是无法实现的,所有的设计只不过就是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器)采用时域法测量有效带宽,具有直观、简便的优点,而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。 实验过程: 本次实验中,由NRZ调制格式、直接调制、APD管与low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1)、根据实验要求,连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态,必须在系统外围增加监测及显示装置,将系统运行结果显示出来,便于观察与分析。因此,在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件,可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态与运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示: 完整的光纤通信系统
音频信号光纤传输实验 摘要: 实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量，得出了在合适的偏置电流下，其具有线性。验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。 Abstracf The experimental transmission through the LED-fiber components of the electro-optical properties Measuring obtained at the right bias current, with its linear. Verification of the silicon photodiode fiber can transmit a radio-signal output into with the current proportional to the light. 一.前言: 1.实验的历史地位: 光纤自20世纪60年代问世以来，其在远距离信息传输方面的应用得到了突飞猛进的发展，以光纤作为信息传输介质的“光纤通信”技术，是世界新技术革命的重要标志，也是未来信息社会各种信息网的主要传输工具。随着光纤通信技术的发展,一个以微电子技术,激光技术,计算机技术呵现代通信技术为基础的超高速宽带信息网将使远程教育.远程医疗.电子商务.智能居住小区越来越普及.光纤通信以其诸多优点将成为现代通信的主流,未来信息社会的一项基础技术和主要手段. 2.实验目的 了解音频信号光纤传输系统的结构 熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法 了解音频信号光纤传输系统的调试技能 3.待解决的几个主要问题: 声音是一种低频信号，你可能有这样的经历，当你说话的声音较低时，只有你旁边的人可以听见你的声音，要让声音传的远些你必须大声喊。这说明了低频信号的传播受周围环境的影响很大，传播的范围有限。为了解决上述的问题，在通信技术中一般是使用一个高频信号作为载波利用被传输的信号（如音频信号）对载波进行调制。当信号到达传输地点时需要对信号进行解调，也就是将高频载波滤掉，最终得到被传输的音频信号。随着通信容量的增加和信息传递速度的加快，上述传播过程的缺陷也暴露了出来，主要为以下几点： 1信号间的干扰； 2 对接手端和发射端阻抗匹配要求较高； 3 传播速度受到一定的限制。 专家们一致认为解决上述问题的关键是利用光作为信号的载体，也就是所说的光纤通信。本实验的目的就是去了解光纤传输系统的结构，以及半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。 二. 实验介绍 1.实验原理
数字信号光纤通信技术实验的报告 预习要求 通过预习应理解以下几个问题： 1．数字信号光纤传输系统的基本结构及工作过程； 2．衡量数字通信系统有那两个指标？； 3．数字通信系统中误码是怎样产生的？； 4．为什么高速传输系统总是与宽带信道对应？； 5．引起光纤中码元加宽有那些因素？； 6．本实验系统数字信号光-电/电-光转换电路的工作原理； 7．为什么在数字信号通信系统中要对被传的数据进行编码和解码？； 8．时钟提取电路的工作原理。 目的要求 1.了解数字信号光纤通信技术的基本原理 2.掌握数字信号光纤通信技术实验系统的检测及调试技术 实验原理 一、数字信号光纤通信的基本原理 数字信号光纤通信的基本原理如图8-2-1示（图中仅画出一个方向的信道）。工作的基本过程如下：语音信号经模/数转换成8位二进制数码送至信号发送电路，加上起始位（低电平）和终止位（高电平）后,在发时钟TxC的作用下以串行方式从数据发送电路输出。此时输出的数码称为数据码，其码元结构是随机的。为了克服这些随机数据码出现长0或长1码元时,使接收端数字信号的时钟信息下降给时钟提取带来的困难，在对数据码进行电/光转换之前还需按一定规则进行编码，使传送至接收端的数字信号中的长1或长0码元个数在规定数目内。由编码电路输出的信号称为线路码信号。线路码数字信号在接收端经过光/电转换后形成的数字电信号一方面送到解码电路进行解码,与此同时也被送至一个高Q值的RLC谐振选频电路进行时钟提取. RLC谐振选频电路的谐振频率设计在线路码的时钟频率处。由时钟提取电路输出的时钟信号作为收时钟RxC,其作用有两个：1.为解码电路对接收端的线路码进行解码时提供时钟信号；2.为数字信号接收电路对由解码电路输出的再生数据码进行码值判别时提供时钟信号。接收端收到的最终数字信号，经过数/模转换恢复成原来的语音信号。 图8-2-1 数字信号光纤通信系统的结构框图 在单极性不归零码的数字信号表示中,用高电平表示1码元，低电平表示0码元。码元持续时间（亦称码元宽度）与发时钟TxC的周期相同。为了增大通信系统的传输容量，就要求提高收、发时钟的频率。发时钟频率愈高码元宽度愈窄。 由于光纤信道的带宽有限,数字信号经过光纤信道传输到接收端后，其码元宽度要加宽。加宽程度由光纤信道的频率特性和传输距离决定。单模光纤频带宽，多模光纤频带窄。因为按光波导理论[1]分析:光纤是一种圆柱形介质波导，光在其中传播时实际上是一群满足麦克斯韦方程和纤芯—包层界面处边界条件的电磁波，每个这样的电磁波称为一个模式。光纤中允许存在的模式的数量与纤芯半径和数字孔径有关。纤芯半径和数字孔径愈大，光纤中参与光信号传输的模式也愈多，这种光纤称为多模光纤（芯径50或62.5μm）。多模光纤中每个模式沿光纤轴线方向的传播速度都不相同。因此，在光纤信道的输入端同时激励起多个模式时，每个模式携带的光功率到达光纤信道终点的时间也不一样，从而引起了数字信号码元的加宽。码元加
TKGT-1型音信号传输仪器 评 价 报 告 学院：工业制造学院 专业：测控技术与仪器 班级：2010级2班 报告人：邱兆芳 学号：201010114201
光纤音频信号传输技术实验 1．引言 随着Internet网络时代的到来，人们对数据通讯的带宽、速度的要求越来越高，光纤通讯具有频带宽、高速、不受电磁干扰影响等一系列优点，正在得到不断发展和应用。通过使用THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪做音频信号光纤传输实验，让学生熟悉了解信号光纤传输的基本原理。同时学生可以了解光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则，初步认识光发送器件LED的电光特性及使用方法，光检测器件光电二极管的光电特性及使用方法，基本的信号调制与解调方法，完成光纤通讯原理基本实验。 光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式，由发送电端机将待传送的模拟信号转换成数字信号，再由发送光端机将电信号转换成相应的光信号，并将它送入光纤中传输至接收端。接收光端机将传来的光信号转换成相应的电信号并进行放大，然后通过接收电端机恢复成原来的模拟信号。 光纤广泛应用于各种工业控制、分布式数据采集等场合，特别适合电力系统自动化、交通控制等部门。 通过本实验的学习，在了解光导纤维的基本结构和光在其中传播规律的基础上，要建立起光导纤维的数值孔径、光纤色散、光纤损耗、集光本领等基本概念。 [实验目的] 1．学习音频信号光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则。 2．熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。 3．训练如何在音频光纤传输系统中获得较好信号传输质量。 [实验仪器] THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪，函数信号发生器，双踪示波器。 [实验原理] 光纤传输系统如图1所示，一般由三部分组成：光信号发送端；用于传送光信号的光纤；光信号接收端。光信号发送端的功能是将待传输的电信号经电光转换器件转换为光信号，目前，发送端电光转换器件一般采用发光二极管或半导体激光管。发光二极管的输出光功率较小，信号调制速率相对低，但价格便宜，其输出光功率与驱动电流在一定范围内基本上呈线性关系，比较适宜于短距离、低速、模拟信号的传输；激光二极管输出功率大，信号调制速率高，但价格较高，适宜于远距离、高速、数字信号的传输。光纤的功能是将发送端光信号以尽可能小的衰减和失真传送到光信号接收端，目前光纤一般采用在近红外波段0.84μm、1.31μm、1.55μm有良好透过率的多模或单模石英光纤。光信号接收端的功能是将光信号经光电转换器件还原为相应的电信号，光电转换器件一般采用半导体光电二极管或雪崩光电二极管。组成光纤传输系统光源的发光波长必须与传输光纤呈现低损耗窗口的波段、光电检测器件的峰值响应波段匹配。本实验发送端电光转换器件采用中心发光波长为0.84μm的高亮度近红外半导体发光二极管，传输光纤采用多模石英光纤，接收端光电转换器件采用峰值响应波长为0.8～0.9μm的硅光电二极管。下面对各部分作进一步介绍。
音频信号光纤传输技术实验 实验目的 1．熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法 2．了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则 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 实验仪器 YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪（由四川大学物理系研制）； 音频信号发生器； 示波器； 数字万用表 实验原理 一．系统的组成 图（1）给出了一个音频信号直接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L ED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、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。 此电路的工作原理如下： 音频信号经IC1放大电路传到LED调制电路。W2调节发光管LED工作（偏置）电流，音频电流调制此工作电流，并经LED转换成音频调制的光信号，经光纤传至光电二极管SPD 再复原成原始音频电流信号，经由IC2构成的I—V变换电路转换成电压信号，最后通过功率放大电路输出声音功率信号，推动扬声器发出声音。这样就完成了音频信号通过光纤的传输过程。 二、半导体发光二极管的驱动、调制电路
光纤传输基础知识 光纤通信的优点 ●通信容量大 ●中继距离长 ●不受电磁干扰 ●资源丰富 ●光纤重量轻、体积小 光通信发展简史 2000多年前 烽火台——灯光、旗语 1880年 光电话——无线光通信 1970年 光纤通信 ●1966年―光纤之父‖高锟博士首次提出光纤通信的想法。 ●1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连续工作的半导体激光器。 ●1970年康宁公司的卡普隆(Kapron)作出损耗为20dB/km光纤。 ●1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。 电磁波谱
通信波段划分及相应传输媒介
光的折射/反射和全反射 因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的（即不同的物质有不同的光折射率），相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。 反射率分布：表征光学材料的一个重要参数是折射率，用N表示，真空中的光速C与材料中光速V 之比就是材料的折射率。 N＝C/V 光纤通信用的石英玻璃的折射率约为1.5 光通信的发展过程 光的基本知识
光纤结构 光纤裸纤一般分为三层： 第一层：中心高折射率玻璃芯（芯径一般为9-10μm，(单模）50或62.5（多模）。第二层：中间为低折射率硅玻璃包层（直径一般为125μm）。 第三层：最外是加强用的树脂涂层。
1)纤芯core：折射率较高，用来传送光； 2)包层coating：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件； 3)保护套jacket：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。 3mm光缆橘色MM多模 黄色SM单模 光纤的尺寸 外径一般为125um(一根头发平均100um) 内径：单模9um 多模50/62.5um 数值孔径 入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同
第３２卷 第１期华侨大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．１ ２０１１年１月Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕａｑｉａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）Ｊａｎ．２０１１ 文章编号： １０００－５０１３（２０１１）０１－００３５－０４ 四路视频和音频信号的光纤传输系统设计 林琳，王加贤，凌朝东 （华侨大学信息科学与工程学院，福建泉州３６２０２１） 摘要： 利用可编程式逻辑器件、并串转换器和串并转换器及光收发器，设计一个专用的数字光纤传输系统．将多路模拟基带信号的视频和音频进行数字化，形成高速数字流；然后，在现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）上对高速数字流进行时分复用，并通过并串转换器转换为串行数字流，送到光发射器；最后，通过光发射器发射耦合进入光纤传输．接收端则进行相反的操作，还原出原来的模拟基带信号．实验证明，系统工作性能稳定可靠，实时传输效果好． 关键词： 光纤传输；模／数转换；数／模转换；时分复用；视频信号；音频信号 中图分类号： ＴＮ ９１９．６＋４；ＴＮ ８１８文献标识码： Ａ 随着数字化技术的飞速发展，传统的模拟光传输技术已经不能满足人们对传输质量和传输容量的要求．传统的视频、音频信号是利用电缆传输的，传输抗干扰能力差，在传输和存储过程中会受到各种干扰和引入各种噪声，并且经多次传输后，会不断积累噪声［１］．相比较于传统的电缆传输，光纤传输数字信号具有损耗极低、中继距离长、频带极宽、传输容量很大和抗电磁干扰性能好等优点．本文将现场可编程门阵列（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ，ＦＰＧＡ）、数字技术和光纤传输技术相结合，研制一种基于光纤传输的无压缩四路数字视音频传输系统． １ 设计原理 数字光纤传输系统是基于时分复用技术，在一根光纤中实现四路视频、四路音频传输，其框图如图１所示． 图１ 数字光纤传输系统框图 Ｆｉｇ．１ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｓｙｓｔｅｍ 在发送端，发送机将摄像机采集到的模拟视频信号经过视频放大、钳位、滤波、模／数（Ａ／Ｄ）转换成数字信号；同时，将麦克风采集到的音频信号经过放大、滤波、模／数转换为数字信号．在采样时钟的控 收稿日期： ２０１０－０５－１３ 通信作者： 王加贤（１９５５－），男，教授，主要从事激光技术与固体激光器件的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｊｘ＠ｈｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 基金项目： 福建省厦门市科技计划项目（３５０２Ｚ２００８００１０，３５０２Ｚ２００９３０３２）
光缆的基本知识及常识
光缆小常识 光缆基本知识介绍 一、光纤的组成与分类 1、光纤按其制造材料的不同可分为石英光纤和塑料光纤，石英光纤即通常使用的光纤，石英光纤按其传输模式的不同分为单模光纤和多模光纤。塑料光纤全部由塑料组成，通常为多模短距离应用，还处于起步阶段，未有大规模应用。 2、石英光纤的结构：石英光纤由纤芯、包层及涂覆层组成，其结构如图： 光纤中光的传输在纤芯中进行，因包层与纤芯石英的折射率不同，使光在纤芯与包层表面产生全反射，使光始终在纤芯中传输，而塑料涂覆层起保护石英光纤及增加光纤强度的作用，因石英很脆，若没有塑料的保护则无法在实际中得到应用，正因为光纤的结构如此，所以光纤易折断，但有一定的抗拉力。 3、石英光纤的分类 单模光纤 G.652A（B1.1简称B1） G.652B（B1.1简称B1） G.652C（B1.3） G.652D（B1.3） G.655A光纤（B4）（长途干线使用） G.655B光纤（B4）（长途干线使用） 多模光纤 50/125（A1a简称A1） 62.5/125(A1b) 二、光缆的结构 1、室外光缆主要有中心管式光缆、层绞式光缆及骨架式光缆三种结构，按使用光纤束与光纤带又可分为普通光缆与光纤带光缆等6种型式。每种光缆的结构特点： ①中心管式光缆（执行标准：YD/T769-2003）：光缆中心为松套管，加强构件位于松套管周围的光缆结构型式，如常见的GYXTW型光缆及GYXTW53型光缆，光缆芯数较小，通常为12芯以下。 ②层绞式光缆（执行标准：YD/T901-2001）：加强构件位于光缆的中心，5~12根松套管以绞合的方式绞合在中芯加强件上，绞合通常为SZ绞合。此类光缆如GYTS等，通过对松套管的组合可以得到较大芯数的光缆。绞合层松套管的分色通常采用红、绿领示色谱来分色，用以区分不同的松套管及不同的光纤。层绞式光缆芯数可较大，目前层绞式光缆芯数可达216芯或更高。松套层绞式普通光缆 (GYTA - GYTS - GYTA53 - GYTY53 - GYTA33 - GYTA(Y)533) ③骨架式光缆：加强构件位于光缆中心，在加强构件上由塑料组成的骨架槽，光纤或光纤带位于骨架槽中，光纤或光纤带不易受压，光缆具有良好的抗压扁性能。该种结构光缆在国内较少见，所占的比例较小。 ④ 8字型自承式结构，该种结构光缆可以并入中心管式与层绞式光缆中，把它单独列出主要是因为该光缆结构与其它光缆有较大的不同。通常有中心管式与层绞式8字型自承式光缆。 5 煤矿用阻燃光缆（执行标准：Q/M01-2004 企业标准）：与普通光缆相比，提高了光缆阻燃性能的要求，并经过特殊的设计使光缆适用于矿井环境下使用，
音频信号光纤传输技术实验上课请带手机和耳机 [目的要求] 1．熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法2．了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则 3. 掌握半导体电光/光电器件在模拟信号光纤传输系统中的应用技术4．训练音频信号光纤传输系统的调试技术 [仪器设备] 1．OFE—A型光纤传输及光电技术综合实验仪一套；
[实验原理] 一、半导体发光二极管LED结构、工作原理、特性及驱动、调制电路 LED把电信号转为光信号。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。所以不是随便哪种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.光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图（1）所示的N—p—P三层结构的半导体 器件，中间层通常是由GaAs（砷化镓）p型半导体材料组成,称有源S层，其带隙宽度较窄，两侧分别由GaAlAs的N型和P型半导体材料组成,与有源层相比，它们都具有较宽的带隙. 具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结. 在图（3）中，有源层与左侧的N层之间形成的是p—N异质结，而与右侧P层之间形成的是p—P异质结，故这种结构又称N—p—P双异质结构。当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p—P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层与空穴符合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子： hυ=E 1—E 2 =E g 其中h是普郎克常数，υ是光波的频率，E 1是有源层内导电电子的能量，E 2 是 导电电子与空穴复合后处于价健束缚状态时的能量。 本实验采用的半导体发光二极管的正向伏安特性如图3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
《音频信号光纤通信原理》实验报告评分标准 一实验预习（20分） 学生进入实验室前应预习实验，并书写实验预习报告。预习报告应包括：①实验目的，②实验原理，③实验仪器，④实验步骤⑤实验数据记录表等五部分。以各项表述是否清楚、完整，版面 验前还应预习实验）。 二实验操作过程（20分） 学生在教师的指导下进行实验。操作过程分三步：第一步，半导体二极管LED的电光特性I D-P0数据测量，包括：①光功率计的调节；②半导体二极管LED的电光特性I D-P0数据测量；第二步，光电二极管SPD的光电特性P0-I0数据测量，包括：①.正确连接好SPD测量电路；②.半导体光电二极管SPD的光电特性P0-I f 数据测量。第三步，音频信号的光纤通信系统，包括：①光纤通信系统的连接；②改变调制电流I D时对传输信号的影响。以各项是否能够按照实验要求独立、正确完成，数据记录是否准确、正确分三段给分。 三实验纪律（ 学生进入实验室，按照学生是否按规定进入实验室，是否按照操作要求使用仪器，是否在实验结束后将仪器整理整齐，是否有大声喧哗、打闹现象。分三段给分。 课后完成一份完整的实验报告。 四、数据记录及处理（35分） 1 数据记录是否与课堂实验记录一致，书写是否准确，分三段给分。 2 学生在数据处理过程中，是否按照要求正确书写中间计算结果、最终实验结果和不确定度的有效数字位数，分三段给分。 二、思考题（10分） 学生在实验结束后，在三道思考题中选择两道，抄写题目并回答。按照问题回答是否准确，有自己的见解，分三段给分。
《音频信号光纤通信原理》技能测试评分标准学生进入实验室，用15分钟的时间看书，15分钟之后将书收起来，开始进行实验测试。测试期间禁止看书。评分标准如下： 一实验操作部分（70分） 第一步：半导体发光二极管LED的电光特性I D-P0数据测量：（30分） ①.光功率计调零：连接好线路，调节I D为零，然后调节光功率计调零旋扭使光功率计示 数为零。②.调节光功率计最佳偶合：调节I D为任意示数，旋转光纤尾纤（带SPD的插头），使光功率计示数为最大值，此后不能再转动光纤尾纤。③.测量半导体发光二极管LED的电光特性：改变LED调制电流I D，记录光功率计的示数值P0。分三步给分。 ①.光功率计调零： ②.调节光功率计最佳偶合： ③.测量半导体发光二极管LED的电光特性： 第二步：半导体光电二极管SPD的光电特性P0-I f 数据测量：（20分） ①.正确连接好SPD测量电路：按原理图连接好线路，数字电压表测量R f端电压U0（U0为何即为R f端电压？）。②.半导体光电二极管SPD的光电特性P0-I f 数据测量：改变LED调制电流I D，记录R f端电压U0；P0为上次测量半导体发光二极管LED的电光特性I D-P0所对应的值。分两步给分。 ①．正确连接好SPD测量电路： ②．半导体发光二极管LED的电光特性I D-P0数据测量：