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通信技术的基本原理及分类一、引言通信技术是指利用无线或有线的电子设备和方式来传送和交换信息的技术。
随着科技的发展，通信技术在现代社会中扮演着重要的角色。
本文将介绍通信技术的基本原理及其分类，并逐步分解步骤进行详细阐述。
二、通信技术的基本原理1.信息传输原理- 信息的产生：信息源将产生的原始信号转换为电信号，例如声音的模拟信号转换为电压的模拟信号。
- 编码处理：通过将模拟信号进行数字化编码，使其适合于数字通信。
- 调制技术：将数字信号通过调制技术转换为模拟信号，包括频率调制、幅度调制和相位调制等。
- 信号的传输与接收：通过无线电波、光纤、导线等介质将调制后的信号传输到接收端，然后解调还原为数字信号。
- 数据处理和解码：接收端对数字信号进行解码和处理，还原为原始的信息信号。
2.信道特性- 信道的带宽：衡量信道传输能力的宽度，即它能够传输的频率范围。
- 信号的传播特性：根据传输介质的不同，信号的传播特性也有所差异，例如无线电波的传播性能受到天线的方向性和电波衰减的影响。
- 信号的失真和干扰：信号在传输过程中会受到噪声和干扰的影响，导致信号质量下降。
- 容量和速率：信道的容量定义了最大的传输速率，不同的信道其容量和速率也有所不同。
三、通信技术的分类1.有线通信技术- 光纤通信：利用光纤作为传输介质，通过光的全内反射将信号传输到目标地点，具有高带宽和长传输距离的优势。
- 导线通信：通过金属导线传输信号，包括电视原理、电话线路等。
2.无线通信技术- 广播与电视：利用地面或卫星等广播电波传输音频和视频信号。
- 移动通信：无线手机、蜂窝网络和卫星通信等。
- 无线局域网：如Wi-Fi技术。
3.卫星通信技术- 地球站：在地面上进行信号的发射和接收，实现地面与卫星之间的通信。
- 卫星：作为中继站，接收地面信号后再向其他地方发送。
四、通信技术的步骤1.信息源产生信号。
2.信号编码和数字化处理。
3.通过调制将信号转换为适合传输的模拟信号。
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。
光纤通信原理与技术实验指导书实验一模拟（音频）信号的调制、传输和解调实验目的和要求1、光纤端面的处理和夹持；2、了解模拟信号的光纤调制方法；3、学会已调信号的解调技术；4、观看已调波和调制波的波形；5、光纤折射率的时刻法求解。
实验装置和仪器：GX1000光纤实验仪；半导体激光器；激光功率计；光纤刀；光学实验导轨；光纤调整架；光纤；示波器；音频信号发生器（或收音机）。
实验原理：激光器的输出特性（I—P）特性激光器的光输出特性(P—J特性)是表示注入电流与激光器输出功率之间的关系曲线。
如图1所示。
当注入电流增加时．由于自发辐射量增加，输出功率也会增加，但增加得较慢。
当光辐射量超过PN结中的吸取损耗，增益超过损耗时，激光器就开始振荡，因此光输出功率随注入电流的增加而急剧增加。
图1光的调制将调制信号加在激光器上，操纵激光器的电流，则激光器的输出功率随调制信号而改变。
如图2所示。
光通信系统图3是典型的光纤通信系统。
电信号加在激光器的偏置电路上，操纵激光器的注如电流，从而使激光器的输出光功率随外加信号变化，达到对输出光进行调制．经调制的光由光纤（光纤通信）或空间（空间光通信）传输到光电探测器，探测器将光信号转变为电信号，后续电路检波解调复原所加的电信号。
图2图3 图4实验内容及步骤：（一）光纤端面的处理1、用光纤剥皮钳剥去光纤两端的涂覆层，长度约10mm。
如图5在5mm出用光纤刀刻划一下。
用力不要太大，以不使光纤断裂为限。
在刻划处轻轻弯曲纤芯，使之断裂。
处理过的光纤端面不应再被触摸，以免损坏和污染。
将光纤的一端小心放入光纤夹中，伸出长约10mm，用簧片压住，放入三维光纤架中，用锁紧螺钉锁住。
将光纤的另一端放入光纤座上的刻槽中，伸出约10mm ,用磁吸压住。
光纤的耦合将实验仪置于直流挡。
调整激光的工作电流，使激光不太明亮，用一张白纸在激光器前后移动，确定激光焦点的位置。
通过移动三维光纤调整架和调整Z轴旋钮，使光纤端面尽量靠近焦点。
第六课信息的传递能源与可持续发展基础知识过关一、现代顺风耳-电话1.无线电广播信号的发射和接收（1）发射：①话筒把声音信号转换成音频信号。
②载波发生器产生高频电磁波，通过把音频信号加载到高频电磁波上。
③通过天线把载有音频电信号的电磁波发射。
（2）接收：①利用天线可以接收电磁波。
②利用收音机的调谐器可以选出我们所需的某一频率的电磁波，这一过程叫做选台。
③在接收电磁波的过程中，需要从高频信号取出音频信号，这一过程叫做解调。
④把音频信号放大后送到扬声器里，这一过程叫做放大。
扬声器可以把音频信号转换成声音。
2.电视信号的发射与接收（1）发射：①电视用电磁波传送图象信号和声音信号，摄像机把图象信号转化成电信号，话筒把声音信号转化成电信号；②发射机把两路电信号同时加载到同一电磁波上，这种载波的频率很高；③通过发射天线把载有电视信号的电磁波发射到空中。
（2）接收：①电视机天线把这样的高频信号接收下来；②电视机通过调频，把所需频率信号选出并放大；③电视机通过裂相把图象信号和声音信号分开并分别放大；④用显像管将图象信号还原成图象，用扬声器将声音信号还原成声音。
四、越来越宽的信息之路1.微波通信：微波的性质更接近光波，大致沿直线传播，不能沿地球表面绕射，因此，必须每隔50km左右就建设一个微波中继站。
2.卫星通信：通信卫星做微波通信的中继站，用3颗同步卫星就可以实现全球通信。
3.光纤通信：以激光为信息载体在光导纤维中反射传播。
4.网络通信：利用因特网实现资源共享和信息共享。
五、能源1.分类：①产生方式：一次能源和二次能源；②再利用角度：可再生能源和不可再生能源；③按人类开发使用的早晚：常规能源和新能源；④化石能源2.核能（1）定义：原子核分裂或聚合，就有可能释放出巨大能量。
（2）获取途径：裂变和聚变。
（3）利用：①利用核能来发电，核电站的核心设备是核反应堆，核反应堆中发生的链式反应，是可以控制的；②利用裂变制成原子弹，聚变制成氢弹。
实验9 音频信号光纤传输技术声音是一种低频信号，低频信号的传播受周围环境的影响很大，传播的范围有限。
在通信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，电磁通信暴露出一些缺陷，主要有以下几点：(1)信号间的干扰；(2)对接受端和发射端阻抗匹配要求较高，不易达到；(3)由于物理条件的限制造成的与频率相关的损失。
解决上述问题的关键是采用光纤通信，即利用光作为信号的载体。
【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.掌握光功率计的设计思想。
3.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。
4.学习分析音频信号集成运放电路的基本方法。
5.训练音频信号光纤传输系统的调试技术。
【实验原理】1.系统的组成图(1)式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、传输光纤和由光电二极管伏安特性测试电路和功放电路组成的光信号接收器三个部分。
组成该系统时，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、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。
2.光导纤维的结构及传光原理衡量光导纤维性能好坏有两条重要指标：一是看它传输信息的距离有多远，二是看它携带信息的容量有多大，前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于光纤的脉冲响应或基带频率特性。
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。
通过音频信号的光纤传输实验，我们将了解到光波是怎样被调制、传输和解调的，使我们对光纤通信有一个初步的认识。
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1 通信原理2 光纤通信3 光信号的发送4 光信号的接收通信，简单点说就是信息的传输。
比如打电话，就是将我们的声音传输到很远的地方，这就是一种通信。
下面就是通信系统组成示意图。
发送信号接收信号低频信号载波调制信号接收到音频信号所谓光纤通信，就是用激光做载波，光纤为传输媒质的信号传输。
下图所示为直接光强调制光纤传输系统的结构原理方块图。
它主要包括光信号发送器，传输光纤，光信号接收器三部分组成。
调制电路驱动电路发送器I-V转换功放电路光纤接收器低频信号接收信号但是，要确保接收到的信号与我们发送的信号一样，要求传输过程中的各种变换都必须是线性变换。
因此，只有在各部分共有的线性工作频率范围内的信号才能通过传输系统而不失真。
对于语音信号，频谱在300—3400 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。
光功率计电缆线mA bR e R 2W ccV 1BG 发光二极管的光强度由偏置电流I 决定。
以BG 1为主要元件构成的电路是LED 的驱动电路，调节这一电路中的W 2可使LED 的直流偏置电流在0-50 mA 的范围内变化。
发光二极管(LED)的电光特性LED的P-I特性曲线：PI 光纤通信系统中使用的LED的光功率是经称为尾纤的光导纤维输出，出纤光功率与LED驱动电流的关系称为电光特性。
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应位于电光特性的直线范围内。
音频信号光纤实验报告音频信号光纤实验报告引言：音频信号光纤实验是一项重要的实验，它是研究音频信号传输和光纤通信原理的基础。
本文将介绍音频信号光纤实验的目的、实验原理、实验步骤、实验结果以及实验总结。
一、实验目的音频信号光纤实验的目的是通过实验，了解音频信号的特点以及光纤通信的原理。
通过实验，掌握如何使用光纤传输音频信号，并能够分析光纤传输中的损耗和失真情况。
二、实验原理音频信号是一种连续变化的电信号，它的频率范围通常在20Hz到20kHz之间。
光纤通信是一种利用光信号传输信息的技术，其原理是利用光的全反射特性，将光信号沿光纤传输。
在音频信号光纤实验中，我们需要将音频信号转换为光信号，并通过光纤传输到接收端。
具体的原理是，将音频信号输入到光电转换器中，光电转换器将音频信号转换为光信号，然后通过光纤传输到接收端。
接收端的光电转换器将光信号转换为音频信号。
三、实验步骤1. 准备实验所需材料和设备，包括音频信号源、光纤、光电转换器等。
2. 将音频信号源与光电转换器连接，确保连接正确。
3. 将光纤连接到光电转换器的输出端，并确保光纤连接牢固。
4. 将另一端的光纤连接到接收端的光电转换器的输入端。
5. 打开音频信号源和接收端的光电转换器，调节音频信号源的音量，观察接收端是否能够正常接收到音频信号。
6. 测量音频信号在光纤传输过程中的损耗情况，记录下相关数据。
四、实验结果通过实验，我们观察到音频信号能够成功通过光纤传输到接收端，并且能够正常播放。
在测量过程中，我们发现音频信号在光纤传输过程中会产生一定的损耗，损耗的大小与光纤的质量和长度有关。
我们还发现，如果光纤连接不牢固或者光纤质量较差，会导致音频信号的失真。
因此，在实际应用中，需要注意光纤的连接质量和选择合适的光纤。
五、实验总结通过音频信号光纤实验，我们深入了解了音频信号的特点以及光纤通信的原理。
我们掌握了如何使用光纤传输音频信号，并且能够分析光纤传输中的损耗和失真情况。
《光通信原理与技术》实验指导书实验一 模拟（音频）信号的调制、传输和解调实验目的和要求1、光纤端面的处理和夹持；2、了解模拟信号的光纤调制方法；3、学会已调信号的解调技术；4、观察已调波和调制波的波形；5、光纤折射率的时间法求解。
实验装置和仪器：GX1000光纤实验仪；半导体激光器；激光功率计；光纤刀；光学实验导轨；光纤调整架；光纤；示波器；音频信号发生器（或收音机）。
实验原理：1. 激光器的输出特性（I —P ）特性激光器的光输出特性(P —J 特性)是表示注入电流与激光器输出功率之间的关系曲线。
如图1所示。
当注入电流增加时．由于自发辐射量增加，输出功率也会增加，但增加得较慢。
当光辐射量超过PN 结中的吸收损耗，增益超过损耗时，激光器就开始振荡，所以光输出功率随注入电流的增加而急剧增加。
1、 光的调制将调制信号加在激光器上，控制激光器的电流，则激光器的输出功率随调制信号而改变。
如图2所示。
2、 光通信系统图3是典型的光纤通信系统。
电信号加在激光器的偏置电路上，控制激光器的注如电流，从而使激光器的输出光功率随外加信号变化，达到对输出光进行调制．经调制的光由光纤（光纤通信）或空间（空间光通信）传输到光电探测器，探测器将光信号转变为电信号，后续电路检波解调恢复所加的电信号。
图 2图3图1（一）光纤端面的处理1、用光纤剥皮钳剥去光纤两端的涂覆层，长度约10mm。
如图52、在5mm出用光纤刀刻划一下。
用力不要太大，以不使光纤断裂为限。
3、在刻划处轻轻弯曲纤芯，使之断裂。
处理过的光纤端面不应再被触摸，以免损坏和污染。
4、将光纤的一端小心放入光纤夹中，伸出长约10mm，用簧片压住，放入三维光纤架中，用锁紧螺钉锁住。
5、将光纤的另一端放入光纤座上的刻槽中，伸出约10mm ,用磁吸压住。
6、光纤的耦合7、将实验仪置于直流挡。
8、调整激光的工作电流，使激光不太明亮，用一张白纸在激光器前后移动，确定激光焦点的位置。
·224· 实验28 音频信号光纤传输技术最早提出纤维光电子学概念的人是英国物理学家约翰·丁达尔（John Tyndall ）。
丁达尔在1870年发现光可以随着水流进入一个容器中，然而，直到第二次世界大战前这—发现未得到应用。
1966年英国标准通信实验室的高琨（C ．Kao ）提出，只要将玻璃中的杂质提纯使其传输损耗降低到20dB ／km 以下，玻璃纤维可以作为光信息的传输介质。
从那时开始，光学传输技术得到迅速发展，并成为一门重要的新技术。
各种新型光纤、光连接器光发射器件以及相应的电子学器件相继问世，到1980年，在世界范围内就建立起了实用且经济可行的光纤通信系统。
现在光纤通信已成为全球电信和数据通信网的支柱。
光纤是光学纤维的简称，是一种能传输光波的介质波导。
光纤由纤芯和包层组成，其基本结构如图4-28-l 所示，芯和包层是同轴圆柱体，包层有一定厚度。
芯的折射率为1n ，包层的折射率为2n ，为了限制光只在光纤芯区传输，必须满足21n n >的条件。
为了保护光纤，通常还将光纤制成单芯或多芯的光缆，用保护套包裹光纤。
在光缆中还要加入抗张力的钢丝或强力塑料芯，以提高其抗张力强度。
图4-28-1 光纤基本结构光纤通信是光纤应用的一个重要领域。
在通信网中采用光纤的优点是光纤具有极大的传输信息的能力。
因为通信容量与载波的工作频率有关，光波频率可达1014Hz ，比通常无线电通信用的微波频率高104~105倍，所以其通信容量比微波要高104~105倍。
另外，光纤还可以使通信双方完全电隔离，这可以使通信设备的雷电保护接地网的设计和安装十分简单。
图4-28-2是一个光纤通信系统示意图。
在发射端直接把信号调制到光波上，将电信号变换为光信号，然后将已调制的光波送入光缆中传输，在接收端将光信号还原成电信号。
整个过程与一般无线电通信过程十分相似。
在光纤与发射机、光纤与接受机之间装有耦合器，当传输距离较长时，还需用连接器把两根光纤连接起来。
音频信号光纤传输实验摘要：光纤通信以其优良的传输特性已成为现代通信的主流。
未来通信的一项通信技术和手段。
本实验主要通过研究光纤音频信号的传输来了解光纤通信的基本原理，熟悉半导体-光电器件的基本性能及主要特性的测试方法，学习分析集成运放电路的基本方法，学习掌握音频信号光纤传输系统的调试技能。
关键词：光纤、半导体发光二级管LED、波形失真、调制电路一、引言光纤自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。
由于光纤通信容量大、传输距离远并且损耗极低等优质特点，光纤通信技术从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。
光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的。
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。
光纤通信也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。
二、实验介绍1 、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）、熟悉半导体发光二级管（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。
（4）、学习掌握音频信号光纤传输系统的调试技能。
2 、实验原理2.1、通信的基本原理通信，简单点说就是信息的传输。
比如打电话，就是将我们的声音传输到很远的地方，这就是一种通信。
下面就是通信系统组成示意图。
图1 通信系统组成示意图2.2、音频信号光纤传输系统原理音频信号光纤传输系统有光信号发送器光信号接收器和传输光纤三部分组成。
其主要原理是：先将待传输的音频信号作为原信号供给光信号发生器，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统光纤的低损耗窗口内，使得材料色散较小。
信号频率对长度差异的要求引言：在通信领域中，信号频率是指信号在单位时间内重复出现的次数。
不同的信号频率会对传输的数据长度产生差异性要求。
本文将就信号频率对长度差异的要求进行探讨，从而帮助读者更好地理解信号频率与数据传输的关系。
一、低频信号的长度要求低频信号指的是频率较低的信号，其波形变化较为缓慢。
由于低频信号在单位时间内重复出现的次数较少，因此对传输的数据长度的要求较为宽松。
在低频信号传输中，可以通过较低的数据传输速率来实现较长的数据传输距离。
例如，对于音频信号的传输，由于其频率较低，因此可以通过较低的比特率来传输音频数据，从而实现长距离的音频信号传输。
二、中频信号的长度要求中频信号指的是频率处于中间水平的信号，其波形变化较为中等。
中频信号在单位时间内重复出现的次数适中，对传输的数据长度要求较为一般。
在中频信号传输中，需要根据具体的应用场景和数据传输要求来确定合适的数据传输速率和传输距离。
例如，在无线通信中，中频信号的传输一般采用较高的比特率，以满足数据传输的实时性和可靠性要求。
三、高频信号的长度要求高频信号指的是频率较高的信号，其波形变化较为快速。
由于高频信号在单位时间内重复出现的次数较多，因此对传输的数据长度的要求较为严格。
在高频信号传输中，需要采用较高的数据传输速率和较短的传输距离，以确保数据的准确传输。
例如，在光纤通信中，高频信号的传输要求采用高速率的光脉冲传输，以实现高质量的数据传输和较短的传输距离。
四、信号频率与数据传输的关系信号频率对数据传输的影响主要体现在两个方面：传输速率和传输距离。
传输速率是指单位时间内传输的数据量，而传输距离是指信号传输的最远距离。
在传输速率方面，低频信号由于频率较低，每个信号周期内传输的数据量较少，因此可以采用较低的比特率进行传输。
而高频信号由于频率较高，每个信号周期内传输的数据量较多，因此需要采用较高的比特率进行传输，以满足数据传输的需求。
在传输距离方面，低频信号由于波形变化较为缓慢，传输距离相对较长，可以实现较远距离的数据传输。
一、实验目的1. 熟悉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. 掌握光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。
3. 学习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。
4. 了解光纤通信技术的基本原理和实际应用。
二、实验原理光纤通信技术是利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。
它具有传输速度快、通信容量大、抗干扰能力强等优点。
本实验主要研究音频信号在光纤中的传输过程，包括光源、光纤、光电检测器等部件的工作原理。
1. 光源：本实验采用中心波长为0.85μm的GaAs半导体发光二极管（LED）作为光源。
LED具有高效率、低功耗、体积小等优点，是光纤通信系统中常用的光源。
2. 光纤：本实验使用单模光纤，其芯径为5μm，外径为125μm。
单模光纤具有传输损耗低、频带宽、抗干扰能力强等特点。
3. 光电检测器：本实验采用峰值响应波长为0.8～0.9μm的硅光电二极管（SPD）作为光电检测器。
SPD具有响应速度快、灵敏度高等优点。
三、实验仪器1. LED驱动电源2. 信号发生器3. 双踪示波器4. 单模光纤5. 光电检测器6. 光纤连接器7. 信号放大器四、实验步骤1. 搭建实验系统：将LED驱动电源、信号发生器、单模光纤、光电检测器、光纤连接器等设备连接成音频信号光纤传输系统。
2. 测试系统性能：使用信号发生器产生音频信号，通过示波器观察LED输出光信号和SPD输出电信号的变化。
调整LED偏置电流和SPD光电流，使信号传输质量达到最佳。
3. 分析实验结果：根据实验数据，分析LED输出光信号的幅度、频率、相位等参数，以及SPD输出电信号的幅度、频率、相位等参数。
五、实验结果与分析1. LED输出光信号：实验结果显示，LED输出光信号的幅度随着偏置电流的增加而增加，但超过一定值后，幅度增加缓慢。
这表明LED具有非线性特性。
同时，实验发现，LED输出光信号的频率与输入音频信号的频率基本一致，说明LED具有良好的频率响应。
音频信号光纤传输实验报告实验报告：音频信号光纤传输（本报告仅供参考，每个同学应根据指导老师讲解和实际实验过程自行撰写）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=' 2211sin n sin 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，22πθ=，代入上式，则=12c n n arcsin θ ，称为全反射临界角。
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，E1是有源层内导电电子的能量，E2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最大允许工作电流的一半，这样可使LED获得无截止畸变幅度最大的调制，这有利于信号的远距离传输。
三、光导纤维的结构及传光原理衡量光导纤维性能好坏有两条重要指标：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。
经过人们对光纤材料的提纯，目前己使光纤的损耗容易做到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，应尽量选用低损耗的工作波长，光纤通信最早是用短波长0．85um，近来发展至用1．3～1．55um 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，包层直径为125μm。
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20～2000μm，包层厚度为3～5μm，允许多种电磁场形态的光波传播。
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，略大于包层折射率n：。
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塑料光纤作为信道，它具有芯折射率高，皮折射率低，芯和皮的交界面很清楚的特点。
下面应用几何光学理论进一步说明这种光纤的传光原理。
阶跃型多模光纤的结构如图3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n1：包层的外径为B，折射率为n2，且n1>n2。
图3 阶跃型多模光纤的结构示意图当一光束投射到光纤端时，进入光纤内部的光射线若在光纤入射端面处的入射面包含光纤轴线的，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”字形前进的平面折线：若耦合到光纤内部的光射线在光纤入射端面处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性进行分析。
图4 子午传导射线和漏射线参看图4，假设光纤端面与其轴线垂直。
如前所述，当一光线射到光纤入射端面时的入射面包含了光纤的轴线，则这条射线在光纤内就会按子午射线的方式传播。
根据Snell定律及图4所示的几何关系有：（1）（2）其中n是光纤入射端面左侧介质的折射率。
通常，光纤端面处于空气介质中，故n2＝1。
由(2)式可知：如果所论光线在光纤端面处的入射角。
较小，则它折射到光纤内部后投射到芯子——包层界面处的入射角。
有可能大于由芯子和包层材料的折射率n1和n2按下式决定的临界角：(3)在此情形下光射线在芯子——包层界面处发生全内反射。
该射线所携带的光能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4中入射角θ1的增加，α角就会逐渐减小，直到时，子午射线携带的光能均可被局限在纤芯内。
在此之后，若继续增加θ1，则α角就会变得小于。
这时子午射线在芯子——包层界面的每次反射均有部分能量溢出纤芯外，于是光导纤维再也不能把光能有效地约束在纤芯内部，这类射线称为漏射线。
设与对应的θ1为θ1max，由上所述，凡是以θ1max为张角的锥体内入射的子午射线，投射到光纤端面上时，均能被光纤有效地接收而且约束在纤芯内。
根据（2）式有：因其中n表示光纤入端面空气一侧的折射率，其值为1，故：通常把上式定义为光纤的理论数值孔径（Numerical Apeture）用英文字符NA 表示。
（4）它是一个表征光纤对子午线捕获参数，其值只与纤芯和包层的折射率n1和n2有关，与光纤的半径r无关。
在（4）式中（5）称为纤芯——包层之间的相对折射率差，△愈大，光纤的理论数值孔径NA愈大，表明光纤对于午射线捕获的能力愈强，亦即由光源发出的光功率更易于耦合到光纤的纤芯内，这对于作传光用的光纤来说是有利的，但对于通讯用的光纤，数值孔径愈大，模式色散也增加，这不利于传输容量的提高。
四、LED的驱动及调制电路音频信号光纤传输系统发送端LED的驱动和调制电路如图5示，以BGl为主组成的电路是LED的驱动电路，调节这一电路中的W2可使LED的偏置电流在0-60mA的范围内变化。
被传音频信号经由数字解调电路或ICl组成的音频放大电路放大后再经电容器C耦合到BGl的基极，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至接收端。
图5 LED的驱动和调制电路根据运放电路理论图5中音频放大电路的闭环增益为：(6)其中Z2、Z1分别为放大器反馈阻抗和反相输入端的接地阻抗，只要C3选得足够小，C2选得足够大，则在要求带宽的中频范围内，C3的阻抗很大，它所在支路可视为开路，而C2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。
C3的大小决定着高频端的截止频率f2，而C2的值决定着低频端的截止频率f1。
故该电路中的R2、R3，R4和C2，C3是决定音频放大电路增益和带宽的几个重要参数。
五、光信号接收器图6是光信号接收器的电路原理图，其中SPD是峰值响应波长与发送端LED 光源发光中心波长很接近的硅光电池，SPD的任务是把经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I。
然后经ICl组成的I-V转换电路，再把光电流转换成电压V。
输出，V0与I之间具有以下比例关系：(7)以IC2(LA4112)为主构成的是一个音频功放电路，该电路的电阻元件(包括反馈电阻在内)均集成在芯片内部，只要调节外接的电位器W2，可改变功放电路的电压增益，从而可以改变功放电路的输出功率，功放电路中电容CNf的大小决定着该电路的下限截上频率。
实验内容一、光信号的调制与发送实验1．1 LED--传输光纤组件电光特性的测定半导体发光二极管是一种电光转换器件，它的电气特性与普通的半导体二极管一样，具有单向导电性。
在电光转换驱动电路中处于正向工作状态即它的正极接驱动电路的高电位端，负极接低电位端。
工作时，驱动电路必须限制在小于其最大允许电流Imax 的范围内(对本系统采用的LED，Imax=60mA)，为此在驱动电路中必须设置适当的限流电阻，否则会使LED损坏。
光纤通讯技术中所用的LED及光电转换器件均是价格昂贵的光电器件，使用过程中应注意安全。
本实验系统LED输出的光功率与传输光纤是直接耦合的，LED的正负极通过光纤绕线盘上的电流插口与发送器的调制驱动电路连接。
测量LED——光纤组件的电光特性时，首先用两端为两芯插头的连接线，一头插入传输光纤绕线盘上的电流插孔，另一头插入发送部分的“LED插孔”，然后把光探测器的窗口插入传输光纤的远端，另外两只插头接光功率计面板上的光探测器插孔，光功率计应在无光时调零。
