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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。
物理实验教案十二实验名称:音频信号光纤传输实验教学时数:3学时教学目的及要求:1、了解光纤通信的基本工作原理。
2、熟悉光纤传输系统中电光／光电转换器件的基本性能。
3、测试音频信号在光纤通信实验系统中的传输质量。
教学内容提要:1、光导纤维（1）光纤的结构光导纤维是用石英、玻璃或特制塑料等介质拉成的柔软而极细纤维，光能在其内部沿着轴线传播,简称光纤。
（2）光纤的类型光纤折射率沿径向分布有两种类型：阶跃型：由n1到n2有明显的边界，光全反射的传播路径是折线。
渐变型：从纤芯到包层芯折射率逐渐变小，光全反射的传播路径是光滑曲线，并产生自聚焦现象。
（3）光纤通信的优点光纤通信的主要优点：容量大、传输距离远、，抗电磁干扰能力强、保密性好、抗腐蚀、抗辐射、质量轻、体积小。
2、光纤通信系统基本组成和工作原理(1)光纤传输系统的基本组成光纤传输系统由“光信号发送端”、光信号的传输介质“光纤”和“光信号接收端”三部分组成。
（2）传输系统的技术参数本实验光纤传输系统：光源采用发光二极管，波长为0.84μm；传输介质采用多模石英光纤，低损耗窗口为0.84μm、1.3μm、1.55μm；硅光电二极管的峰值响应波段为0.8-0.9μm；因此，各个部分器件能够完全匹配。
(3)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3、实验内容（1）测定光纤传输系统的静态电光／光电传输特性（2）测定光纤传输系统的幅频特性，测定系统的低频截止频率ƒL和高频截止频率ƒh。
（3）测定发光二极管偏置电流与无截止失真最大调制幅度的关系（4）观察各种波形在光纤中的传输（5）音频信号的传输实验教学重点与难点:教学重点是掌握光纤通信的基本工作原理;教学难点是确定传输系统的低频截止频率ƒL和高频截止频率ƒh。
思考题问题讨论:如何确定半导体材料的导电类型？实验报告的要求:实验原理部分要求，做光纤传输系统基本组成的方框图，并简述原理。
实验内容一、二、三项必做。
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及主要特性的测试方法。
2.了解音频信号光纤传输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。
[仪器设备]1.YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪。
2.数字万用表。
[实验原理]一．系统的组成图（1）示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的三个部分。
图1 音频信号光纤传输实验系统原理图本实验采用中心波长0.85μm附近的GaAs半导体发光二极管（LED）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。
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．光导纤维的结构及传光原理光纤按其模式性质通常可以分成两大类①单模光纤②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，在一定的条件下，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，但纤芯一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分析可知：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，现应用几何光学理论进一步说明这种光纤的传光原理。
阶跃型多模光纤结构如图所示，它由纤芯和包层两部分组成，芯子的半径为a ，折射率为1n ，包层的外径为b ，折射率为2n ,且1n >2n 。
光纤音频信号传输实验报告光纤音频信号传输实验报告引言：在现代科技的快速发展下，音频信号传输技术也得到了极大的提升。
光纤作为一种高速、稳定的传输媒介，被广泛应用于音频信号传输领域。
本实验旨在通过搭建光纤音频传输系统，探究其传输效果和特点，并对比传统的电缆传输方式，以期能更好地了解光纤音频传输的优势与局限。
实验步骤：1. 实验器材准备：光纤收发器、音频源、音频放大器、音箱、电缆等。
2. 连接光纤收发器：将音频源与光纤收发器的输入端相连，将光纤收发器的输出端与音频放大器相连。
3. 连接音箱：将音频放大器与音箱相连。
4. 调试系统：打开音频源和音箱，调节音频源的音量和音箱的音量，确保音频信号正常传输。
实验结果：通过实验观察和数据分析，我们得出以下结论：1. 传输质量：光纤音频传输系统具有优异的传输质量，音频信号传输的稳定性和清晰度明显高于传统的电缆传输方式。
光纤传输不受外界电磁干扰的影响，能够减少信号失真和噪音干扰。
2. 传输距离：光纤音频传输系统的传输距离较远，可以达到几百米甚至更远的距离，而电缆传输方式的传输距离相对较短。
3. 安全性：光纤传输不产生电磁辐射和火花，具有较高的安全性，适用于一些对电磁辐射敏感的场所，如医院、实验室等。
4. 抗干扰能力：光纤传输系统具有良好的抗干扰能力，能够有效避免由于电缆传输中的电磁干扰而导致的信号失真和噪音问题。
讨论与分析：光纤音频传输系统相较于传统的电缆传输方式具有明显的优势，但也存在一些局限性。
首先，光纤传输系统的成本较高，需要专门的设备和技术支持。
其次，光纤传输系统对环境的要求较高，如温度、湿度等因素都会对传输质量产生影响。
此外，光纤传输系统在安装和维护上也相对复杂一些。
结论：通过本次实验，我们深入了解了光纤音频传输系统的特点和优势。
光纤传输具有传输质量高、传输距离远、抗干扰能力强等特点，适用于对音频传输质量要求较高的场所。
然而，光纤传输系统也存在一些限制，如成本高、环境要求高等。
音频信号光纤传输实验光纤在通讯领域、传感技术及其他信号传输技术中显示了愈来愈广泛的用途，也显示了其愈来愈重要的地位。
随之而来的电光转换和光电转换技术、耦合技术、光传输技术等，都是光纤传输技术及器件构成的重要成分。
对于不同频率的信号传输和传输的频带宽度，上述各种技术有很大的差异，构成的器件也具有不同的特性。
通过实验了解这些特性及其对信息传输的影响，有助于在科研与工程中恰当地使用这一信号传输技术。
一、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的结构及选配各主要部件的原则。
二、实验仪器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，示波器组成，如图1所示。
图1 音频信号光纤传输实验仪器装置三、实验原理1. 音频信号光纤传输系统的原理图2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整个传输系统由“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。
图2 音频信号光纤传输实验系统原理图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 ）。
物理实验报告
物理实验室制
请认真填写
系统的频响特性：当在某一频率下输出信号的强度是最大输出强度的0.707时，该频率称为截止频率。
频率在低频截止频率与高频截止频率之间的信号在系统中能得到较好的传输。
低频截止频率与高频截止频率之间频段称为光纤传输系统频响的带宽。
4、光信号接收端
光信号的接收主要是利用硅光电二极管 (SPD)把传输光纤出射端输出的光信号的光功率转变为与之成正比的光电流I0 ，然后经I / V 转换电路再把光电流转换成电压V0输出。
请认真填写
请在两周内完成，交教师批阅
附件：（实验曲线请附在本页）。
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及主要特性的测试方法。
2.了解音频信号光纤传输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测试技术。
[仪器设备]1.YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪。
2.音频信号发生器。
3.示波器。
4.数字万用表。
[实验原理]一．系统的组成图（1）示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的三个部分。
图1 音频信号光纤传输实验系统原理图本实验采用中心波长0.85μm附近的GaAs半导体发光二极管（LED）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。
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．光导纤维的结构及传光原理光纤按其模式性质通常可以分成两大类①单模光纤②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, 在一定的条件下, 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, 但纤芯一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分析可知: 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, 现应用几何光学理论进一步说明这种光纤的传光原理。
一、实验目的1. 了解光传载音频信号的原理及过程。
2. 掌握音频信号光纤传输系统的基本结构及各部件的选配原则。
3. 熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。
4. 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。
二、实验原理光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的通信方式。
其基本原理是：将电信号转换为光信号，通过光纤传输，在接收端再将光信号转换回电信号。
音频信号光纤传输实验就是将音频信号通过电光转换器转换为光信号，在光纤中传输，然后在接收端通过光电转换器将光信号转换回音频信号。
三、实验仪器1. 音频信号发生器2. 光纤传输实验仪3. 双踪示波器4. 光电转换器5. 电光转换器四、实验步骤1. 连接实验仪器，将音频信号发生器的输出信号接入电光转换器。
2. 打开实验仪，设置实验参数，如传输距离、传输速率等。
3. 通过实验仪发送光信号，观察光纤传输过程中的信号变化。
4. 在接收端，将光电转换器输出的电信号接入示波器，观察信号变化。
5. 调整实验参数，对比不同条件下的信号传输质量。
五、实验结果与分析1. 实验结果显示，在合适的偏置电流下，LED-传输光纤组件具有线性。
验证了硅光电二极管可以将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. 实验过程中，通过调整实验参数，观察到了不同传输距离、传输速率下的信号传输质量。
结果表明，随着传输距离的增加，信号衰减逐渐增大；随着传输速率的提高，信号失真程度增加。
3. 实验数据表明，光纤通信在远距离、高速率传输方面具有明显优势。
与传统的铜线通信相比，光纤通信具有损耗低、频带宽、抗干扰能力强等特点。
六、实验总结通过本次实验，我们了解了光传载音频信号的原理及过程，掌握了音频信号光纤传输系统的基本结构及各部件的选配原则，熟悉了光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。
实验结果表明，光纤通信在远距离、高速率传输方面具有明显优势，是未来信息社会的重要传输工具。
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。
