下载文档原格式
光纤通信技术电子教案一、教学目标1. 让学生了解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 使学生掌握光纤通信系统的组成及其关键部件。
3. 培养学生了解光纤通信的应用领域和未来发展趋势。
二、教学内容1. 光纤通信概述光纤通信的定义光纤通信的发展历程光纤通信的优势与不足2. 光纤的工作原理光波的产生与传输光纤的导光原理光纤的衰减与色散3. 光纤通信系统组成光源光发送器光纤光接收器光放大器4. 光纤通信技术的关键技术光波的分波和解波光信号的调制与解调光信号的放大与传输5. 光纤通信的应用领域通信网络数据传输有线电视医疗、工业与科研领域三、教学方法1. 采用讲授法，讲解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 利用多媒体演示，展示光纤通信系统的组成及其工作原理。
3. 案例分析，让学生了解光纤通信在实际应用中的具体实例。
4. 开展小组讨论，探讨光纤通信技术的未来发展。
四、教学评价1. 课堂问答，评估学生对光纤通信基本概念的理解。
2. 课后作业，检验学生对光纤通信系统组成的掌握。
3. 小组报告，评估学生对光纤通信应用领域的了解。
4. 课程论文，让学生深入研究光纤通信技术的某一方向。
五、教学资源1. 教案、课件和讲义。
2. 多媒体演示素材。
3. 光纤通信相关案例资料。
4. 光纤通信技术发展论文集。
六、教学活动1. 导入新课：通过展示光纤通信在现代社会中的重要作用，引发学生对光纤通信技术的好奇心和兴趣。
2. 理论讲解：详细讲解光纤通信的基本概念、原理和特点，引导学生理解光纤通信的基本知识。
3. 演示实验：进行光纤通信原理的演示实验，让学生直观地了解光波在光纤中的传输过程。
4. 案例分析：分析光纤通信在实际应用中的具体实例，让学生了解光纤通信技术的实际应用价值。
5. 小组讨论：组织学生进行小组讨论，探讨光纤通信技术的未来发展及其对社会的潜在影响。
七、教学安排1. 第1-2课时：讲解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 第3-4课时：讲解光纤的工作原理及其光纤的导光原理。
初中科学光纤原理教案一、教学目标1. 让学生了解光纤通信的基本概念，知道光纤通信的优点。
2. 让学生掌握光纤通信的原理，了解光纤的结构和光信号的传输过程。
3. 培养学生的观察能力、思考能力和动手能力，提高学生对科学知识的兴趣。
二、教学内容1. 光纤通信的基本概念2. 光纤的结构和光信号的传输过程3. 光纤通信的优点4. 光纤通信的应用三、教学重点与难点1. 教学重点：光纤通信的原理，光纤的结构和光信号的传输过程。
2. 教学难点：光纤通信的原理，光纤的结构和光信号的传输过程。
四、教学方法1. 采用问题驱动的教学方法，引导学生思考光纤通信的原理和优点。
2. 使用多媒体教学，展示光纤的结构和光信号的传输过程。
3. 进行实验操作，让学生亲身体验光纤通信的原理。
五、教学步骤1. 引入新课：提问学生对光纤通信的了解，引导学生思考光纤通信的优点。
2. 讲解光纤通信的基本概念，介绍光纤的结构和光信号的传输过程。
3. 讲解光纤通信的优点，让学生了解光纤通信的优势。
4. 进行实验操作，让学生亲身体验光纤通信的原理。
5. 总结本节课的主要内容，布置课后作业。
六、课后作业1. 绘制光纤的结构图。
2. 列举光纤通信的优点。
3. 调查生活中使用光纤通信的实例。
七、教学反思本节课通过问题驱动的教学方法，引导学生思考光纤通信的原理和优点。
通过多媒体教学，展示了光纤的结构和光信号的传输过程。
实验操作让学生亲身体验了光纤通信的原理。
但在教学过程中，要注意引导学生主动参与，提高学生的动手能力。
光纤通信实验简介光纤通信是一种利用光纤作为传输介质的通信方式，它具有高带宽、低损耗、抗干扰等优点。
在光纤通信实验中，我们将了解光纤通信的原理、组成部分以及实验步骤。
实验目的本实验旨在让学生了解光纤通信的原理，掌握光纤通信的基本操作。
实验材料•光纤通信实验箱•光纤通信模块•光源•接收器•光纤缆实验步骤第一步：准备工作1.将光纤通信模块安装在实验箱上。
2.将光纤缆连接到光纤通信模块的发光端口和接收端口。
第二步：设置光源和接收器1.将光源连接到发光端口。
2.将接收器连接到接收端口。
第三步：传输数据1.在电脑上打开串口通信软件。
2.将光纤通信模块连接到电脑的串口。
3.输入要传输的数据，并发送给光纤通信模块。
4.在串口通信软件中接收光纤通信模块发送的数据。
第四步：观察实验结果1.观察光纤通信模块发出的光信号。
2.观察接收器接收到的光信号。
3.比较发送的数据和接收到的数据，判断是否传输成功。
实验注意事项1.在操作光纤通信模块时，要注意避免弯折光纤，以免造成光信号的损失。
2.在调试光纤通信模块时，要注意调节光源和接收器的位置，以获取较好的信号接收效果。
3.在传输数据时，要确保光纤通信模块的参数与串口通信软件的参数相匹配，以确保数据传输的正确性。
实验结果分析根据观察到的实验结果，我们可以判断光纤通信模块的性能和传输质量。
如果发送的数据与接收到的数据完全一致，说明光纤通信正常工作。
如果有数据传输错误或丢失，可能需要检查光纤连接是否良好或调整光源和接收器的位置。
结论通过本次实验，我对光纤通信的原理和操作有了更深入的了解。
光纤通信技术具有很多优势，可以应用在许多领域，如通信网络、数据传输等。
同时，我也体会到了在实验中需要仔细操作和严密观察实验结果的重要性。
参考文献参考文献可以列举光纤通信实验的相关教材、学术论文等信息。
光纤通信实验教学大纲引言光纤通信作为现代通信领域最重要的技术之一，已经成为了信息传输的主要方式。
由于光纤通信具有高速率、大容量、抗干扰性强等优点，越来越多的人开始对光纤通信技术感兴趣。
为了培养学生对光纤通信技术的理解和实践能力，本教学大纲旨在提供一种规范和系统的光纤通信实验教学指导。
一、实验目的1. 掌握光纤通信基本原理和相关概念；2. 熟悉光纤通信系统的光源、光纤和光检测器的特点和使用方法；3. 能够设计和构建简单的光纤通信实验系统；4. 学会使用光纤通信测试仪器进行实验数据的采集和分析。
二、实验内容1. 光纤特性实验1.1 光纤衰耗测量实验 1.2 光纤色散测量实验1.3 光纤耦合实验2. 光纤通信系统实验2.1 光纤通信距离实验 2.2 光纤通信可靠性实验2.3 光纤通信速率实验3. 光纤传感实验3.1 光纤温度传感器实验 3.2 光纤应变传感器实验3.3 光纤压力传感器实验三、实验设备和材料1. 光纤通信实验箱2. 光源和光检测器3. 光纤衰减器和色散测量仪4. 光纤连接器和光耦合器5. 光纤测试仪器6. 光纤传感器四、实验操作流程1. 实验前的准备工作1.1 检查实验设备和材料的完整性和正常工作；1.2 准备实验所需的初始配置和参数。
2. 实验操作步骤2.1 根据实验要求和实验指导书进行实验仪器的连接和设置；2.2 进行实验数据的采集和记录；2.3 分析实验结果，并根据实验要求进行必要的实验报告撰写。
3. 实验后的工作3.1 清理实验现场，保持实验设备的整洁和安全；3.2 整理实验数据和实验报告，进行实验成果的汇总和总结。
五、实验安全要求1. 实验过程中要注意安全，遵守实验室规章制度；2. 使用实验仪器和设备时要按照使用手册进行操作；3. 注意光纤通信设备的保养和维护，确保其正常工作。
六、实验评分和考核1. 实验操作的规范性和准确性；2. 分析和解释实验现象和实验结果的能力；3. 实验报告的撰写规范性和内容完整性；4. 实验室卫生和安全意识的表现。
实验一光纤结构和分类一、实验目的1.了解光纤的分类与各种光纤的特点。
2.了解光纤的各种性能参数。
二、实验内容1.介绍光纤的构成与分类。
2.成品光纤的主要参数的介绍。
3.测量光纤的插入损耗。
三、实验仪器1.光纤实验系统1台。
2.光纤跳线2根。
3.光固定衰减器1个。
4.光功率计1台四、实验步骤1.关闭实验系统。
按以下方式用连信号连接导线连接：3.将1310nm光发模块的J100第一位拨到ON，第二位拨到OFF，将1310nm光发模块的RP100逆时针旋到最大。
4.将1310nm光发模块的101设置为“数字”。
5.打开系统电源。
将数字信号源输第一路的拨码开关U311全拨到“OFF”状态，即输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”。
6.观测并记录光功率计的读数P1。
7.关闭系统电源。
在光纤跳线和光功率计之间插入一个光固定衰减器。
8.打开系统电源。
观察并记录光功率计的读数P2。
9.关闭系统电源，拆除实验导线，将各实验仪器摆放整齐。
五、实验报告1.记录实验参数P1、P2。
按公式P=P1-P2，得到光纤的插入损耗P。
2.换1550nm光发端。
然后再测量插入损耗。
光纤活动连接器一、实验目的1.了解光纤活动连接器在光纤通信系统中的作用2.了解光纤的各种性能参数。
二、实验内容1.介绍光纤活动连接器的特点与作用。
2.介绍光纤活动连接器的分类。
3.测量光纤活动连接器的插入损耗。
三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。
2.光功率计1台。
3.光纤活动连接器1个。
四、实验步骤1.关闭实验系统。
按以下方式用连信号连接导线连接：3.将1310nm光发模块中的J100第一位拨到ON，第二位拨为OFF，将1310nm光发模块中的RP100逆时针旋到最大。
4.将1310nm光发模块的J101设置为“数字”。
5.打开系统电源。
将数字信号源输第一路的拨码开关U311全拨到“OFF”状态，即输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”。
光纤通信实验讲义实验一P-I特性曲线的绘制及光纤熔接机的使用一、实验目的1、学习半导体激光器发光原理2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系3、掌握半导体激光器P-I曲线的测试及绘制方法4、了解光纤熔接机的操作方法二、实验内容测量半导体激光器功率和注入电流，并画出P-I关系曲线。
使用光纤熔接机实现两根光纤的熔接。
三、实验仪器示波器，RC-GT-III型光纤通信实验系统，光功率计，万用表，光纤熔断器一台。
四、基本原理1、半导体激光器的功率特性及伏安特性图1-1 激光器的功率特性图1-2 激光器的伏安特性半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图1-1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，激光器工作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于100puW；在门限电流以上，激光器工作于受激发射，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相似于正向二极管的特性，如图1-2所示，但由于双异质结包含两个PN结，所以在正常工作电流下激光器两极间的电压约为1.2V。
阈值条件就是光谐振腔中维持光振荡的条件。
图1-3 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I th，当输入电流小于I th时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED 发出光，当电流大于I th时，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，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．在实验中所用到半导体激光器其输出波长为1310nm，带尾纤及FC型接口。
光纤通信技术电子教案一、教学目标1. 让学生了解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 使学生掌握光纤通信系统的组成及其工作原理。
3. 培养学生对光纤通信技术的应用和发展趋势的认识。
二、教学内容1. 光纤通信的基本概念1.1 光与光纤1.2 光纤通信的优点与局限2. 光纤通信系统的基本组成2.1 光源2.2 光发送器2.3 光纤2.4 光接收器2.5 光放大器3. 光纤通信的工作原理3.1 模拟光纤通信系统3.2 数字光纤通信系统4. 光纤通信技术的应用4.1 通信网络4.2 数据传输与存储4.3 医疗、工业及其他领域的应用5. 光纤通信技术的发展趋势5.1 高速光纤通信5.2 光纤到户（FTTH）5.3 光载无线通信（OWC）三、教学方法1. 采用多媒体教学，结合图片、动画和视频，直观地展示光纤通信的原理和应用。
2. 利用实验设备和模型，让学生亲身体验光纤通信的过程，提高学生的实践能力。
3. 开展小组讨论，引导学生思考光纤通信技术在现实生活中的应用和发展前景。
四、教学评价1. 课堂问答：评估学生对光纤通信基本概念的理解。
2. 实验报告：评估学生在光纤通信实验中的操作能力和对原理的掌握。
3. 小组报告：评估学生在小组讨论中的参与程度和思考深度。
五、教学资源1. 多媒体课件：包括图片、动画、视频等教学素材。
2. 实验设备：光纤通信实验仪、光纤等。
3. 参考书籍：光纤通信技术、光电子学等。
4. 网络资源：相关论文、新闻报道、技术动态等。
六、教学安排1. 课时：共计32课时，分别为4个学时/周，共8周。
2. 教学计划：周次内容安排学时第1周光纤通信的基本概念 4第2周光纤通信系统的基本组成 4第3周光纤通信的工作原理 4第4周光纤通信技术的应用 4第5周光纤通信技术的发展趋势 4第6周实验一：光纤通信系统实验 4第7周小组讨论：光纤通信在现实生活中的应用 4第8周总结与复习 4七、教学注意事项1. 确保学生掌握光纤通信的基本概念，以便能够理解后续的教学内容。
光纤通信技术电子教案一、教学目标1. 了解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 掌握光纤通信系统的基本组成部分及其工作原理。
3. 熟悉光纤通信技术的应用领域和未来发展趋势。
二、教学内容1. 光纤通信的基本概念光纤通信的定义光纤通信的优点2. 光纤通信的原理光波的传播特性光纤的传输特性3. 光纤通信系统的基本组成部分光源光发送器光纤光接收器光放大器4. 光纤通信的工作原理光发送器的工作原理光纤的传输过程光接收器的工作原理5. 光纤通信技术的应用领域长途通信局域网光纤到户特殊应用三、教学方法1. 讲授法：讲解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 案例分析法：分析光纤通信系统的实际应用案例。
3. 讨论法：引导学生探讨光纤通信技术的未来发展。
四、教学资源1. 教材：光纤通信技术。
2. 多媒体课件：演示光纤通信系统的原理和应用。
3. 网络资源：查找光纤通信技术的最新发展动态。
五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对光纤通信基本概念的理解。
2. 课后作业：巩固学生对光纤通信原理和系统的掌握。
3. 小组讨论：评估学生对光纤通信技术应用领域的了解。
4. 课程报告：考察学生对光纤通信技术未来发展的思考。
六、教学重点与难点1. 教学重点：光纤通信的基本概念和原理。
光纤通信系统的基本组成部分及其工作原理。
2. 教学难点：光波的传播特性和光纤的传输特性。
光发送器、光接收器以及光放大器的工作原理。
光纤通信技术的未来发展。
七、教学安排1. 课时：共计4学时。
2. 教学方式：讲授法、案例分析法、讨论法。
3. 教学过程：第一阶段：讲解光纤通信的基本概念和原理（0.5学时）。
第二阶段：分析光纤通信系统的组成部分及其工作原理（1学时）。
第三阶段：介绍光纤通信技术的应用领域和未来发展趋势（0.5学时）。
第四阶段：案例分析与讨论（1学时）。
第五阶段：课堂问答与作业布置（0.5学时）。
八、教学案例1. 案例一：长途通信中的光纤通信系统。
2. 案例二：光纤到户的应用实例。
实验1 电光、光电转换传输实验一、实验目的1.了解本实验系统的基本组成结构；2.初步了解完整光通信的基本组成结构；3.掌握光通信的通信原理。
二、实验仪器1.光纤通信实验箱2.20M双踪示波器3.FC-FC单模尾纤 1根4.信号连接线 2根三、基本原理本实验系统重要由两大部分组成：电端机部分、光信道部分。
电端机又分为电信号发射和电信号接受两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接受端机三个子部分。
实验系统基本组成结构（光通信）如下图所示：图1.2.1 实验系统基本组成结构在本实验系统中，电发射部分可以是M 序列，可以是各种线路编码（CMI 、5B6B 、5B1P 等），也可以是语音编码信号或者视频信号等，光信道可以是1550nmLD+单模光纤组成，可以是1310nm 激光/探测器组成，也可以是850nmLED+多模光纤（选配）组成。
本实验系统中提供的1550nmLD 光端机是一体化结构，光端机涉及光发射端机TX （集成了调制电路、自动功率控制电路、激光管、自动温度控制等），光接受端机RX （集成了光检测器、放大器、均衡和再生电路）。
其数字电信号的输入输出口，都由铜铆孔开放出来，可自行连接。
一体化数字光端机的结构示意图如下：图1.2.2 一体化数字光端机结构示意图四、实验环节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P204光接受输入光发射输出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。
实验一CPLD可编程器件信号产生及成形一、实验目的1、熟悉CPLD可编程信号发生器各测量点信号波形。
2、了解CPLD可编程器件的开发应用及二次开发。
二、实验内容1、了解本实验系统所用到的信号波形。
2、熟悉CPLD可编程信号发生器各测量点信号波形。
3、测量并分析各测量点波形及数据。
4、学习CPLD可编程器件的编程操作。
三、预备知识1、数字光纤通信的基本原理。
2、熟悉数字光纤通信系统与模拟光纤通信系统的优缺点比较。
四、实验仪器与器材1、光纤通信实验箱一台2、直流稳压电源一台3、40MHz双踪模拟示波器一台4、万用表一台五、实验原理数字光纤通信之所以发展得如此迅速，是因为数字光纤通信与传统的电缆传输通信相比具有明显的优势。
如传输带宽很宽，通信容量大，中继距离长，保密性很好，投资少，见效快，管理维护方便等许多优点。
图1-1 数字光纤通信传输的基本原理图数字光纤通信的基本原理是将数字通信中的数据传输信号首先经过电—光变换成光脉冲数字信号，然后通过光纤光缆传输到数字通信的对方，最后再经过光—电变换、放大、均衡与定时再生成数据传输信号，这一变换如图1-1所示，图中的光发送机完成电—光变换后由光源器件（激光器—LD或者发光二极管—LED）发射光脉冲信号。
光接收机完成光—电变换，即由光检测器把光信号变换成电信号！数字信号的光源驱动电路与模拟驱动电路原理有一定的区别。
半导体激光器是利用其在有源区中受激发射的器件，只有在工作电流超过阈值电流的情况下，才会输出激光（相干光），因而是有阈值的器件。
本实验利用光纤对各种数字信号进行传输，以了解和熟悉光纤传输数字信号系统的组成。
用双踪示波器观察光发模块与光接收模块各点的波形，并进行比较。
数字信号有脉冲信号、NRZ码，CMI码。
在电路驱动上，数字驱动电路采用射极耦合驱动电路。
所有数字信号先经过电平转换，进行直流偏置后直接幅度调制到激光器中。
数字信号光纤传输系统组成框图如图1-2所示，对原始数字信号产生模块的信号进行各种不同方式的编码和译码，然后通过光纤传输，在测试端口观测输出端的信号波形，并且比较发光二极管的数字驱动与半导体激光器数字驱动效果的异同。
光纤通信实验[目的要求]1. 熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及基本特性曲线的测试方法2．了解音频信号光纤传输系统的结构及主要部件的选配原则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[仪器设备]1．YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪；2．示波器。
[实验原理]一．系统的组成图1示出了一个音频信号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附近的GaAs半导体发光二极管作光源器件、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。
二、光导纤维的结构及传光原理衡量光导纤维性能好坏有两个重要指标：一是看它传输信息的距离能有多远，二是看它携带信息的容量能有多大，前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于基带频率特性。
经过人们对光纤材料的提纯，目前已使光纤的损耗容易做到1dB/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，近来发展至用1.3～1.55μｍ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”也小。
光纤的基带频率特性主要决定于光纤的模式性质、材料色散和波导色散。
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n1略大于包层折射率n2。
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]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。
三、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。
所以不是所有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。
本实验采用的HFBR-1424型半导体发光二极管的正向伏安特性如图2（a）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1.6V左右。
半导体发光二极管输出的光功率与其驱动电流的关系称LED的电光特性，如图2（b）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，其值等于这一特性曲线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这一电光特性的线性范围内。
从图2所示的LED伏安特性和电光特性可知，在发送端输入同样幅度的电信号情况下，由于LED偏置状态不同，LED输出的光信号幅度也不同。
所以，正确选择LED偏置电流是设计音频信号光纤传输系统中必须考虑的问题。
音频信号光纤传输系统发送端LED的驱动和调制电路如）图（6）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—40mA的范围内变化。
被传音频信号由IC1为主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至接收端。
图 2 HFRB-1424型LED的正向伏安特性和电光特性图3 LED的驱动和调制电路四．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线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4a所示）或无偏压状态（如图4b所示）。
在反偏电压p-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结材料的带隙宽度E g的光波照射到光电二极管的管芯时，p-n结各区域中的价电子吸收光能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图4 光电二极管的结构及工作方式区内，电场强度很弱，光生载流子只有扩散运动，它们在向空间电荷区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，并且在无偏压短路的情况下与入射的光功率成正比，因此在光电二极管的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，光电二极管的伏—安特性可用下式表示：I = I0〔1—e x p（q v / k T）〕+ IL（6）其中I是无光照的反向饱和电流，V是二极管的端电压（正向电压为正，反向电压为负），q为电子电荷，k为波耳兹曼常数，T是结温，单位为K，IL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。
（6）式中的Io 和IL均是反向电流，即从光电二极管负极流向正极的电流。
根据（6）式，光电二极管的伏安特性曲线如图5所示，对应图4a所示反偏工作状态，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5所示可以看出：图5 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，认识和熟悉光电二极管的这一特点对于在光电转换技术中正确使用光电器件具有十分重要意义；2.反向偏压工作状态下，在外加电压E和负载电阻R L的很大变化范围内，光电流与入照的光功率均具有较好的线性关系；无偏压工作状态下，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，这一特性在I—P坐标系中的斜率：R≡△I / △P（μA/μW）（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。
光电二极管的响应度R值与入照光波的波长有关。
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。
3.在光电二极管处于开路状态情况下，光照时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有一定的开路电压。
不同光照情况下的开路电压就是图5示伏安特性曲线与横坐标轴交点所对应的电压值。
由图5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.反向偏压状态下的光电二极管，由于在很大的动态范围内其光电流与偏压和负载电阻几乎无关，故在入照光功率一定时可视为一个恒流源；而在无偏压工作状态下光电二极管的光电流随负载电阻变化很大，此时它不具有恒流源性质，只起光电池作用。
[实验仪器]本实验使用的仪器是为YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪它由以下三部分组成：一、YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（发送器）二、YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（接收器）三、含光源器件LED和SPD光电探头的光纤信道各部分的布局分别由图6、图7和图8所示。
图6. YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（发送器）前面板布局图7. YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪（接收器）前面板布图8 光纤信道[实验内容]一、LED电光特性的测定该项实验只需发送器、光纤信道，连接如图9示。
图9 LED电光特性的测定操作与测定：把发送器面板上“调制切换”开关拨至“语音”一侧。
调节“偏流调节”电位器使直流毫安表的读数为零。
在此情况下光功率计的指示应为零，若不为零，记下这一读数，以后在数据处理时作为零点扣除。
然后继续调节“偏流调节”电位器使直流毫安表的指示从零开始增加，每增加4mA读取一次光功率指示器的读数，直到直流毫安表的指示超过40mA为止。
以LED的电流为自变数，光功率为因变数把实验测试数据记录在表1.2中，根据实验数据绘制LED的电光特性。
表1．2 LED电光特性测定实验数据记录二、SPD反向伏安特性的测定测量方法及原理测定光电二极管反向伏安特性的电路如图10所示。
其中LED是发光中心波长与被测光电二极管的峰值响应波长很接近的GaAs半导体发光二极管，在这里图10 光电二极管反向伏安特性的测定它作光源使用，其光功率由光导纤维输出。
由IC1为主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输出端C 点的输出电压V o，它与光电流成正比。
