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。
图8-1-1 音频信号光纤传输系统原理图
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
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]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。本实验采用阶跃型多模光纤作为信道，以下应用几何光学理论进一步说明阶跃型多模光纤的传光原理。
当一光束投射到光纤端面时，其入射面包含光纤轴线的光线称为子午射线，这类射线在光纤内部的行径是一条与光纤轴线相交、呈“Z”字型前进的平面折线。若耦合到光纤内部的光射线在光纤入射端的入射面不包含光纤轴线，称为偏射线。 偏射线在光纤内部不与光纤轴线相交；其行径是一条空间折线。以下我们只对子午射线的传播特性进行分析。 参看图8-1-2，假设光纤端面与其轴线垂直。对于子午光射线，根据smell 定律及图8-1-2所示的几何关系有：
z i sin n sin n θθ10= （8-1-1）
其中απ
θ-=
2
z ，所以有
αθcos n sin n i 10= （8-1-2）
其中0n 是光纤入射端面左侧介质的折射率。通常，光纤端面处 在空气介质中，故n 0 =1。由（8-1-2）式可知：如果光线在光纤端面处的入射角i θ较小,则它进入光纤内部后投射到纤芯-包层界面处的入射角α 就会大于按下式决定的临界角c α：
()12n n a r c s i n c =α （8-1-3）
在此情形下光射线在纤芯-包层界面处发生全内反射。该射线所携带的光功率就被局限在纤
芯内部而不外溢。满足这一条件的射线称为传导射线。 随着图8-1-2中入射角i θ的增加，
α角就会逐渐减小，直到c αα=时，子午射线携带的光功率均可被局限在纤芯内。在此之后，若继续增加i θ，则α角就会变得小于c α， 这时子午射线在纤芯-包层界面处的全反射条件受到破坏，致使光射线在纤芯-包层界面处的每次反射均有部分光功率溢出纤芯外，光导纤
维再也不能把光功率有效地约束在纤芯内部。这类射线称为漏射线。
n 1
n 2
n 0
α
i
θz
θ
1
2 1
1
2
2 2 2
2
子午传导射线
漏射线
1
图8-1-2 子午传导射线与漏射线
半导体发光二极管的正向伏安特性如图8-1-4示，与普通的二极管相比，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1.5V 左右。半导体发光二极管LED 的电-光特性如图8-1-5所示。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 ，其值等于电-光特性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电-光特性的这一线性范围内。
发送端LED 的驱动和调制电路如图8-1-6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可使LED 的偏置电流在0—50mA 的范围内变化。音频信号由IC1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 发送出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送到接收端。
根据理想运放电路开环电压增益大、同相和反相输入端输入阻抗高和虚地等三个基本性质，可以推导出图8-1-6所示音频放大电路的闭环增益为:
G （jω）= V 0 / V i = 1+ Z 2 / Z 1 （ 8-1-5）
其中Z 2、Z 1分别为放大器反馈阻抗和反相输入端的接地阻抗。只要C 3选得足够小，C 2选得足够大，则在要求带宽的中频范围内，C 3的阻抗很大，它所在支路可视为开路，而C 2的阻抗很小，它可视为短路。在此情况下，放大电路的闭环增益 G （jω）=1+R 3/R 1 。C 3的大小决定了高频端的截止频率f 2，而C 2的值决定着低频端的截止频率f 1。故该电路中的R 1、R 2、R 3和C 2、C 3是决定音频放大电路增益和带宽的几个重要参数。
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8-1-7a 所示）或无偏压状态（如图8-1-7b 所示）（注：光电二极管的偏置电压是指无光照时二极管两端所承受
1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 5 10 15 20 25 30 20
10
I(mA)
P(μW)
I(mA) V(v) 图8-1-4 LED 的正向伏安特性
图8-1-5 LED 的电光特性
图8-1-6 LED 的驱动和调制电路
的电压）.在反压工作状态下p-n 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 结半导体材料的带隙宽度E g 的光波照射到光电二极管的光敏区时，p-n 结各区域中的价电子吸收光子能量后,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 区内，电场强度很弱，光生载流子只有扩散运动，它们在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，光生自由电子-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
且在无偏压的情况下与入射的光功率成正比。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[2]，光电二极管的伏—安特性可用下式表示：
()[]L I kT /qV exp I I +-=10 （8-1-6）
其中I 0是无光照的反向饱和电流，V 是二极管的端电压，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。（8-1-6）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（8-1-6）式，光电二极管的伏—安特性曲线如图8-1-8所示，对应图8-1-7a 所示的反压工作状态，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8-1-8可看出：
P 区
N 区
P N
E
P
N
R L R L
空 间
电荷区
（a ）反向偏置电压状态 （b ）无偏置电压状态
图8-1-7 光电二极管的结构及工作方式
R L 小负载线
R L 大负载线
μA)
50
100 150 200 250 （mV ）
图8-1-8 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；
2. 反压工作状态下，在外加电压V 和负载电阻R L 的很大变化范围内，光电流与入照光功率均具有较好的线性关系；无偏压负载工作状态下，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，光—电特性在I －P 坐标系中的斜率：
P /I R ??≡（μA/μW ） （8-1-7）
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。
3. 在光电二极管处于开路状态情况下，光照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具有一定的开路电压。不同光照情况下的开路电压如图8-1-8所示：伏-安特性曲线与横坐标轴交点所对应的电压值。由图8-1-8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. 反压状态下的光电二极管，由于在很大的范围内光电流与偏压和负载电阻几乎无关，故入照光功率一定时可视为恒流源；而在无偏压负载工作状态下光电二极管的光电流随负载电阻变化很大，此时它不具有恒流性质，只起光电池作用。
光电二极管的响应度R 值与入照光的波长有关。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。
实验装置
本实验所用仪器由：音频信号光纤传输实验仪、示波器和数字万用表组成。其中音频信号光纤传输实验仪采用四川大学研制的YOF —C 型，它由主机、光功率计和光纤信道三部分组成。主机前面板布局如图8-1-9示，其中：D1-直流毫安表；D2-直流电压表；K1-电源开关；K3-电压表切换开关；C5-正弦信号输出插孔；C1-调制信号输入插孔；W1-输入衰减调节电位器；W2-LED 偏流调节电位器；L2-LED 电流波形监测孔；C2-LED 插孔；C4-SPD 插孔；C3-光功率计插孔；K2-SPD 切换开关；W3-SPD 反压调节电位器；L5-I/V 变换输出电压测试孔；L7-地；L6-功放输出。
图8-1-9 YOF —C 型音频信号光纤传输技术实验仪主机面板布局图
实验内容
一、 LED 伏—安特性及电—光特性的测定 （一） LED 伏—安特性
进行这项测量时首先按以下方式把光纤信道和光功率计接入实验系统：
1． 把两头带单声道插头的电缆线，一头插入主机前面板的“LED 插孔”C2，另一头
插入光纤绕线盘上的LED 插孔内；
2． 把硅光电二极管SPD 带光敏面的一头插入光纤绕线盘上的光纤出光口、引出SPD
正负极的电缆插头插入主机前面板的“SPD 插孔”C4；
3． 把两头带单声道插头的电缆线，一头插入主机前面板的“光功率计插孔”C3，另
一头插入光功率计面板上的“光电探头”插孔；
4． 主机前面板上SPD 的“切换开关”K2和电压表切换开关K3均置于左侧。这样就
使SPD 作为光功率的光电探头使用、直流电压表就并接在LED 两端，作测量LED 的端电压使用。
调节图8-1-9中的W2，使指示LED 工作电流的直流毫安表D1从零开始慢慢增加。当D1有不为零的指示出现时，就表示LED 开始导通。继续调节W2，使D2读数增加。从1.1V 开始，每增加50mV 读取和记录一次D1读数，直到D1的读数到50 mA 时为止。以D2的读数为自变数，D1的读数为因变数，绘制LED 的伏—安特性曲线。 （二） LED 电—光特性
保持以上连线不变。调节W2使D1的读数为零。在此情况下光功率计的指示应为零，若不为零，调节光功率的“调零电位器”使之为零。然后继续调节W2使D1的指示从零开始增加，每增加5 mA 读取和记录一次光功率计的读数，直到D1的指示超过5 0mA 为止。以LED 的电流为自变数，光功率为因变数，绘制LED 的电—光特性，并确定出其线性度较好的线段。
二、SPD 反向伏安特性及光—电特性的测定
在以上连接不变的基础上，为了测量I-V 变换电路输出电压，需把数字万用表（直流电压2V 档）接入主机前面板的L5和L7插孔。前面板上开关K2和K3应打在右側。这样就使SPD 作为I-V 变换电路的光电探头和电压表D2作为测量SPD 反向电压的电压表接入实验系统。
（一） 测量原理
按以上方式连接好的实验系统，与图8-1-10的原理图对应。在图8-1-10中，由IC1 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 C 点输出的电压V O ，V O 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I 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 f IR V 0
（8-1-8）
已知R f 后，就可根据上式由V 0计算出相应的光电流I 。
图8-1-10 光电二极管反向伏安特性的测定
（三）测定（参看图8-1-9）
1．调好光功率计零点后，在SPD零光照情况下，调节反压调节电位器W3，使D2的读数从零开始增加，每增加1V读取和记录一次数字万用表的读数，直到D2的读数为10V 为止。
2在以上连接不变的基础上，把K2置于左边，调节W2分别使光功率计指示为5μW，10μW，15μW，，20μW，，和25μW。光功率计读数每改变一次，就把主机前面板上“SPD切换”
开关K2倒向右侧一次，重复一次（三）.1.项测定。为了完成SPD在以上不同光照下的反向伏—安特性曲线的测定，开关K2需左、右来回切换5次。
3．在断电情况下，用数字万用表的电阻挡测量主机L4，L5插孔间的电阻R f的阻值
4．以光功率计的读数（包括P=0）为参数，SPD反压为自变数，SPD光电流I0（I0=数字万用表电压读数/ R f ）为因变数，根据实验数据绘制不同光照下SPD的反向伏—安特性曲线和零偏压情况下SPD的光—电特性曲线，并计算SPD的响应度值。
三、LED偏置电流的选择和无非线性畸变最大光讯号的测定
由于LED的伏—安特性及电—光特性曲线均存在着非线性区域，所以对于LED的不同偏置状态，能够获得的无非线性畸变的最大光信号的幅度（或峰—峰值）也是具有不同值。在设计音频信号光纤传输系统时，应把LED的偏置电流选择为电—光特性线性范围最宽线段的中点所对应的电流值。
测定最大光信号幅度的实验方法如下：用本实验仪提供的音频信号源（频率为1KHz 左右）作调制信号、示波器的输入接至I—V变换电路的输出端、在LED电流最佳偏置情况下，从零开始，逐渐增加调制信号源的输出幅度，直到接至I—V变换电路输出端的数字万用表的读数有明显变化为止（*），记录下此时示波器上显示的音频信号的峰—峰值（mV）。根据I—V变换电路中的R f值和SPD的响应度R值，便可算出最大光信号的峰—峰值（μW）。
四、接收端允许的最小光信号幅值的测定
把语音信号接入LED的调制输入插孔、小音箱接入接收端功放输出插孔，在保持实验系统以上连接不变的情况下，首先把LED的偏置电流调为5mA，然后从零开始逐渐加大语音信号的输出幅度，直到图8-1-11中接到I—V变换电路输出端和“地”端的数字万用表的读数有变化为止，考察接收端的音响效果，能否清晰辨别出被传的音频信号。若能，继续减小LED的偏置电流重复以上实验，直至不能清晰辨别出接收信号为止。记下在这一状态之前对应的LED的偏置电流I min值，并由LED电—光特性曲线确定出0～2I min对应的光功率的变化量ΔP min。因接收端允许的最小光信号的峰—峰值不会大于ΔP min，故ΔP min可以作为本实验系统接收端允许的最小光信号的峰—峰值。
五．语言信号的传输
在LED偏置电流和调制信号幅度不同的情况下，考察音频信号光纤传输系统的音响效果。
数据表格
⑴LED传输光纤组件电光特性的测量
定的偏执电流附近摆动,尽管波形畸变不明显,但说明输出已失真,此时应减小信号的调制幅度.
偏i
五.数据处理:
⑴LED电光特性曲线
文字描述: 由图像可以看出在4mA到19mA之间Ｐ－Ｉ成线性关系
R=ΔI/ΔP=(0.915966-0.39916)/( 3.8-1.3)= 0.206722
⑶LED偏置电流与无截止畸变最大调制幅度的关系曲线V max-I偏
⑷放大倍数随频率变化的关系曲线:
可以看出在大于运放的截止频率和饱和频率之间，运放放大倍数最大，随着频率的增加运放的放大功能减弱。
⑸发送器V o(mV), 接收器V o(mV)曲线
由图像可以看出来，电势随着频率的增大而变小。
5.实验中常见问题的分析
（1）发送器W1和W2在实验前（开机之前）和实验后都要逆时针旋转到最小，防止开机就有较大的电流损坏LED；
（2）LED上的直流偏置电流要小于20mA，否则会烧坏LED；
（3）调节音频信号发生器输出的正弦信号的幅度，使其峰—峰值小于等于20mV（实验过程中保持Vi≤20mV[峰—峰值]）；
（4）实验过程中如果出现截止或饱和削波失真，说明调制信号幅度过大，要适当减小调制信号幅度，保证不失真；
（5）当调制幅度过强时，毫安表指示会在原来设定的偏置电流的附近左右摆动，要减小调制信号幅度。
1．线路连接没有问题，示波器、信号发生器均工作正常，但屏幕上没有信号，或者只有干扰信号。
2．测量中，偏流调不到要求的20mA。这种情况大多是由于输入信号太大，造成输出波形失真，从而导致该现象发生。测量出的信号转换功率太低，只有10几个μW。正常情况下，输出功率应能达到20至30几个μW。如果数值较低，一种情况可能是光纤离光源的距离较远造成的（光纤距透镜太远），教师可以将接口处打开，调整这一距离，也可以请实验室人员处理。另一种情况也可能是LED被烧坏。
六、实验结论
1.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。
2. 拓展实验内容
光纤中的传播时间和速度
由于光在透光介质中的传播速度反比于介质的折射率
C = Kn-1
因此可以断定光在光纤中的传播速度小于光在空气中的传播速度C0 ≈ 3×108m/s.本实验
通过测量一串光脉冲信号在一个特定长度光纤中的传播时间，来求出光在光纤中的传播速度，从而算出光纤的平均折射率。
我们在光纤的输入端输入一连串稳定的光脉冲信号，并在光纤的输出端接收这些信号，由于光纤的长度引起一个脉冲信号的时间延迟T1
T1 =L/C1
其中C1为光在光纤中的速度，L为光纤长度，如果我们测出了T1则
C1 = L/T1
再由C1/C0 = n0 /n1 求出光纤的平均折射率n1=(C0/C1)n0
其中C1为光在光纤中的速度，C0为光在空气中的速度，n0为空气的折射率
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
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
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。
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
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，
光通信技术实验报告 实验一光通讯系统WDM系统设计 实验目的 1.熟悉Optisystem实验环境，练习使用元件库中的常用元件组建光纤通信系统。 2.使用OptiSystem模拟仿真WDM系统的各项性能参数，并进行分析。 实验原理 光波分复用系统简介 光波分复用是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原信号复原，这种复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用于单向或双向传输。 波分复用系统的工作波长可以从0.8μm到1.7μm，由此可见，它可以适用于所有低衰减、低色散窗口，这样可以充分利用现有的光纤通信线路，提高通信能力，满足急剧增长的业务需求。 WDM光通信结构组成 1)滤波器：在WDM系统中进行信道选择，只让特定波长的光通过，并组织其他光波长 通过。可调谐光滤波器能从众多的波长中选出某个波长让其通过。在WDM系统的光接收机中，为了选择所需的波长，一般都需依赖于其前端的可调谐滤波器。要求其有宽的谱宽以传输需要的全部信号谱成分，且带宽要窄以减小信道间隔。 2)复用器/解复用器（MUX/DEMUX）：将多个光波长信号耦合到一路信道中，或使混合 的信号分离成单个波长供光接收机处理。一般，复用/解复用器都可以进行互易，其结构基本是相同的。实际上即是一种波长路由器，使某个波长从指定的输入端口到一个指定的输出端口。 实验软件介绍 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都使用。一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，OptiSystem具有强大的模拟环境和真实的
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：
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
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
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。 15.将P1，P0代入公式2-1式即得1310nm数字光纤传输系统消光比。 16.重复9-15步，调节电位器W101，调节驱动电流大小为下表中数值时，测得的平均光功率及消 光比填入下表。
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。
光纤传输损耗测试-实验报告
华侨大学工学院 实验报告 课程名称：光通信技术实验 实验项目名称：实验1 光纤传输损耗测试 学院：工学院 专业班级：13光电 姓名：林洋 学号：1395121026 指导教师：王达成
2016 年05 月日 预习报告 一、实验目的 1）了解光纤损耗的定义 2）了解截断法、插入法测量光纤的传输损耗 二、实验仪器 20MHz双踪示波器 万用表 光功率计 电话机 光纤跳线一组 光无源器件一套（连接器，光耦合器，光隔离器，波分复用器，光衰减器） 三、实验原理 αλ，其含义为单位长度光纤引起的光纤在波长λ处的衰减系数为()
光功率衰减，单位是dB/km 。当长度为L 时， 10()()lg (/)(0) P L dB km L P αλ=- （公式1.1） ITU-T G.650、G.651规定截断法为基准测量方法，背向散射法（OTDR 法）和插入法为替代测量方法。本实验采用插入法测量光纤的损耗。 （1）截断法：（破坏性测量方法） 截断法是一个直接利用衰减系数定义的测量方法。在不改变注入条件下，分别测出长光纤的输出功率2()P λ和剪断后约2m 长度短光纤的输出功率1()P λ，按定义计算出()αλ。该方法测试精度最高。 偏置电路 注入系统 光源 滤模器 包层模 剥除器 被测光纤 检测器 放大器电平测量 图1.1 截断法定波长衰减测试系统装置 （2）插入法 插入法原理上类似于截断法，只不过用带活接头的连接软线代替短纤进行参考测量，计算在预先相互连接的注入系统和接受系统之间（参考条件）由于插入被测光纤引起的功率损耗。显然，功率 1 P 、 2 P 的测量 没有截断法直接，而且由于连接的损耗会给测量带来误差，精度比截断法差一些。所以该方法不适用于光纤光缆制造长度衰减的测量。但由于它具有非破坏性不需剪断和操作简便的优点，用该方法做成的便携式仪表，非常适用于中继段长总衰减的测量。图1.2示出了两种参考条件下的测试原理框图。
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。
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
音频信号光纤传输 实验目的： 1、 学习音频信号光纤传输系统的基本结构和各部件的选配原则。 2、 熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。 3、训练如何在音频信号光纤传输系统中获得较好的信号传输质量。 实验仪器 TKGT-1型音频信号光纤传输实验仪 信号发生器 双踪示波器 实验原理 光纤，又名光导纤维，是20世纪70年代为光通信而发展起来的一种新型材料，具有损耗低、频带宽、耐高温、绝缘性好、抗电磁干扰、光学特性好等优点。 1970年，美国康宁公司率先研制出了世界上第一根传输衰减损耗小于20dB/km 的石英光纤。目前，普通单模光纤的传输损耗在工作波长为1550纳米窗口损耗小于0.2dB/km ，在1310纳米窗口小于0.3 dB/km 。目前商用光纤制作工艺多为渐变折射率芯层光纤。 从传输模式来说，光纤分为单模和多模两种；从结构上来说，分为普通光纤和特殊光纤，普通光纤包括单模和多模光纤，特殊光纤包括保偏光纤、单偏振光纤和塑料光纤等。普通光纤的外径为125微米，单模光纤芯径为5-10微米，多模光纤芯径为50、62.5、80、100微米，加护套总直径约为1毫米。目前通信干线用光纤一般为单模光纤，光纤工作波长为1550纳米。 一般光纤的结构是由导光的纤芯和周围包覆的涂层组成。光纤的工作基础是光的全反射。由于纤芯的折射率大于涂层的折射率，当光从纤芯射向涂层，且入射角大于临界角，则射入的光在界面上产生全反射，成“之”字形前进，传播到圆柱形光纤的另一端而发射出去，这就是光纤的传光原理。 附：光的全反射原理 根据光的反射和折射定律，即11θθ=' 2211s i n n s i n n θθ= 若n1>n2，横线上为2，下为1介质，即光由光密介质射入光疏介质，且入射角大于临界角，即c θθ>时，就发生光的全反射现象。由于在临界状态下， 2 2π θ= ，代入上式，则??? ? ??=12 c n n arcsin θ ，称为全反射临界角。 光波在光纤中传输，可以用两种不同的理论来解释。一种是电磁理论，或称模式理论；另一种是几何光学理论，或称为射线理论。 1、光信号的发送（示意图） 系统低频响应不大于20赫兹，取决电阻、电容网络。 图1 图
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）
信息与通信工程学院现代通信技术实验报告二 题目：光纤的熔接 ： 班级： 学号： 序号：
光纤的熔接 一、实验目的 1.了解光纤剥线钳、光纤切割刀和光纤熔接机的原理和使用方法； 2.实际动手完成光纤的熔接； 二、实验容 在老师的演示和指导下完成光纤的熔接。 三、实验仪器介绍 实验仪器：光纤剥线钳、光纤切割刀和光纤熔接机。 其中光纤熔接机组成： 1.光纤的准直与夹紧机构 光纤的准直与夹紧结构由精密V型槽和压板构成。精密V型槽的作用是使一对光纤不产生轴偏移。 2.光纤的对准机构 要对准两条光纤，每条光纤需要6个自由度。将光纤在准直与夹紧机构的一段光纤作为对象分析，并把光纤的放置方向定为Z方向，即有以下6个自由度影响光纤的位置：X，Y，Z三个方向的平移自由度和绕X，Y，Z三个方向旋转的自由度。 3.电弧放电机构 熔接机的电弧放电由两根电极完成。熔接机的放电电流和放电时间均可以调节。 4.电弧放电和电机驱动的控制机构 驱动机构由丝杆和步进电机构成。为了实现光纤的对准过程，使V型槽可以在X、Y、Z 三个方向上平动。 四、实验过程 1.使用光纤剥线钳剥除2cm左右的光纤被覆，光纤剥线钳上有3个钳孔，孔径尺寸由大至 小分别用于剥除光纤的塑料保护层、光纤的被覆以及树脂涂层。在剥除时，注意将光纤置于刀孔正中间，防止光纤折断或扭曲；此外光纤应尽量保持平直，避免过度弯曲裸光纤，从而导致光纤变形影响熔接参数。（剥线钳可以适度倾斜，方便快速剥除被覆）2.用蘸有酒精的脱脂棉擦净光纤，去除光纤表面的被覆残留。擦拭时应注意避免重复污染， 擦拭干净后不能再触碰裸光纤。 3.按步骤用光纤切割刀切断光纤。光纤切割刀的截面如图所示。将清洁后的裸光纤放置在 光纤切割刀中较小的V型槽中（如果固定端有被覆，应置于较大槽），保持光纤与刀片
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