音频信号光纤通信原理实验报告评分标准

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。

北京邮电大学音频信号光纤传输试验（北京邮电大学，北京市，100876）摘要：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正在改变人们的生活。

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。

本文旨在使读者了解光纤通信的基本工作原理，熟悉半导体电光-光电元件的基本性能和主要特性的测试方法。

关键词：光纤通信;光电二极管SPD;信号放大中图分类号：[TN913.7]文献标识码：AOptical fiber transmission of audio signal(Beijing University of Post&Telecommunication, Beijing, 100876, China)Abstract：With the development of optical fiber communication technology, a microelectronic technology, laser technology, computer technology and modern communication technology-based ultra-high-speed broadband information network is changing people's lives. Optical fiber communication with its many advantages will become the mainstream of modern communication, the future of the information society and the main means of an underlying technology. This article aims to enable readers to understand the basic working principle of optical fiber communication, familiar with semiconductor electro-optic - Optoelectronics basic properties and main characteristics of the test methods.Keywords: Optical Fiber Communication; Photodiode; Signal amplification光导纤维是近40年发展起来的一项新兴技术，是现代光信息技术的重要组成部分。

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。
在光纤端面上，当光线入射角小于一定值?a时，折射光线在纤芯和包层界面上的入射角Ф才会大于临界角Фm，光线才能在光纤内多次全反射而传递到另一端。在光纤端面上，入射角θ′>θa的那些光线，折射后在界面上的入射角小于临界角Фm，光线将射出界面，如图40-2中光线2。这个入射角θa称为光学纤维的孔径角，它的数值由光学纤维的数值孔径决定。光纤的数值孔径N定义为
如图2所示，在立体角2θmax范围内入射到光纤端面的光线1在光纤内部界面产生全反射而得以传输，在2θmax范围外入射到光纤端面的光线2则在光纤内部界面不产生全反射而是透射到包层而马上被衰减掉。多模光纤具有较大的数值孔径，单模光纤的数值孔径相对较小，所以一般单模光纤需用LED半导体激光器作为其光源。
（2）光纤的损耗：
多模折射率阶跃型光纤由于各模传输的群速度不同而产生模间色散，传输的带宽受到限制。多模折射率渐变型光纤由于其折射率特殊分布使各模传输的群速度一样而增加信号传输的带宽。单模光纤是只传输单种光模式的光纤，单模光纤可传输信号带宽最高，目前长距离光通讯大都采用单模光纤。
光纤是玻璃细丝，性脆、易断，为提高其抗拉强度，保护表面和使用方便，在包层表面又涂履一层硅酮树脂一类的材料，称涂履层。
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。

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。
2、本实验中光传输系统哪几个环节引起光信号的衰减？
答：光发射机、光接续点、光放大器、光分路器以及光接收机，也就是说在光传输的各个节点处都有可能引起光衰。
请在两周内完成，交教师批阅
附件：（实验曲线请附在本页）
3.然后观察两曲线。完成课后题。
实验数据记录（注意：单位、有效数字、列表）
1．光信号发送端-LED的电光转换特性的测定
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请认真填写
数据处理、误差分析和实验结论
1、LED-传输光纤组件电光特性的测定：依LED偏置电流与光功率实验曲线，线性响应的偏置电流区间为（27.5，46.4）mA，取此区间中值I＝39.0mA为最佳偏置电流。
2、光纤传输系统频响的测定：由光纤系统幅频特性曲线得到，
低频截止频率f=26.2Hz
80.0
85.0

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。

8-1 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。

音频信号光纤传输实验研究性报告摘要：光导纤维技术是近40年发展起来的一项新兴技术，是现代信息技术的重要组成部分，其最主要的应用是光纤通信。

光纤通信是目前通信技术中最有发展前途的通信方式之一，它以光载波载送信息，光纤作为传输介质传动关在信息，具有通信容量大，传输质量高，频带宽，保密性好，抗电磁干扰性强等优点。

声音是一种低频信号，低频信号的传播受周围环境影响较大，传播范围有限，使用光纤传输音频信号可方便地解决失真，速度限制等问题，故得到越来越广泛的应用。

本实验目的在于了解光纤通信的基本工作原理，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并掌握其主要特性的测试方法，学会音频信号光纤传输调试技能。

关键词：光纤通信；半导体发光二极管（LED）；调制放大电路；硅光电二极管（SPD）中图分类号：文献标识码：AExperimental study of the audio signal optical fiber transmissionexperimentSunXiaoqing（BeiJing University of Posts and Telecommunications BeiJing 100876,China）Abstract: Optical fiber engineering is a new technology developed in recent 40 years. As an important part of modern information technology, it is the most important application of fiber communication. Optical fiber communication is one of the most promising way of communication in communication technology, it takes light carrier to carry information, optical fiber as transmission medium transmission in information, has a large capacity of communication, high quality of transmission ,wide frequency band, good secrecy and strong resistance to electromagnetic interference. Sound is a kind of low frequency signal, which will be greatly influenced by the surrounding so that its transmission range is limited. The use of optical fiber transmission of audio signals can easily solve problems of distortion, speed limited and so on, thus has been accepted more and more widely. The purpose of this experiment is to understand the basic working principle of optical fiber communication, understand the structure of the audio signal optical fiber transmission system, be familiar with the basic properties of the semiconductor lighting-photoelectric device and master the main testing methods and characteristic of institute of audio signal optical fiber transmission debugging skills.Keywords: optical fiber communications; semiconductor light-emitting diode(LED); modulation amplifier circuit; silicon photodiode引言：声音为一种低频信号，以前进行音频信号传输时，通信技术中多使用一个高频信号作为载波，利用被传播音频信号对载波信号进行调频，当信号到达传输地时需进行解调，滤除高频载波。

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。

·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。

音频信号的光纤传输实验报告
实验目的：通过实验了解和掌握音频信号的光纤传输原理和方法，培养实验操作和实验设计的能力。

实验原理：光纤传输是一种利用光学的方式携带信息的通讯方式。

当光线由光纤中传播时，在光线与光纤界面上发生反射，波动在光纤的芯和壳之间传递。

光纤传输的优点是可以输送高速数据，同时也可以很好的保障信息的安全性，适用于具有强抗干扰能力要求的音频信号传输场合。

实验仪器：音频采集卡、电脑、光纤接口、光纤线。

实验步骤：
1.将音频采集卡与电脑相连，启动电脑，打开音频采集卡的软件，保证采集卡和电脑连接正常。

2.将光纤接口插入音频采集卡的光纤接口处，将光纤线的一端连至光纤接口，将另一端的光纤线连接音频播放器的音源输出端口。

3.将音频播放器打开，选择要播放的音频文件，将音量调到适当大小。

4.在音频采集卡的软件中，打开音频输入通道的设置框，选择光纤接口，确认连接无误后，闭合设置框。

5.打开音频采集卡的录音控制面板，按下“开始录音按钮”，开始录制音频。

6.在录制过程中，调整音量大小、增益等参数，保证录制的音频质量良好。

7.录制完毕后，停止录制，最后保存文件。

实验结果：经过实验测试，将音源通过光纤线传输到音频采集卡的效果比较理想，音色清晰饱满，无杂音，可达到很好的传输效果，适用于多种音频领域，如电视电影、歌曲音乐等方面。

实验结论：由于光纤传输具有抗干扰强、传输速度快、传输距离长等优点，因此在音频传输领域得到了广泛的应用，能够大大提高音频传输的质量和速度，也是未来音频传输领域的重要发展方向。

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。

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：
在传播过程中，为了避免或减小波形失真，要求载波的频率宽度能覆盖被传信号的频率范围。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，完全可以将频谱在300—3400 范围的音频信号覆盖。整个系统的频带宽度（即可传信号的频率宽度）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。
光信号发送器：
光信号发送器由信号放大电路，和LED的驱动电路组成。放大后的信号进入右侧的信号发送系统。LED的正常工作需要有一定的正向偏压，一般是在1.2-1.4V之间，光功率与LED驱动电流的关系称为电光特性。由NPN三极管构成的LED的驱动电路，就是给LED提供正常工作所需的正向偏压。本实验仪LED最大允许工作电流为50mA，把偏置电流选为LED最大允许工作电流的一半，可使LED获得无截止畸变幅度最大的调制，有利于信号的远距离传送。

音频信号光纤传输实验报告音频信号光纤传输实验报告引言：音频信号的传输一直以来都是一个重要的研究领域。

随着科技的进步，传统的电缆传输方式逐渐被光纤传输所取代。

本实验旨在通过光纤传输音频信号，探究其传输效果和优势。

实验设备和方法：实验中使用的设备包括音频发生器、光纤传输装置和音频接收器。

首先，将音频发生器与光纤传输装置相连，再将光纤传输装置与音频接收器相连。

然后，通过调节音频发生器的频率和振幅，观察音频信号在光纤中的传输效果。

实验结果：在实验过程中，我们发现光纤传输音频信号相比传统的电缆传输有以下几个明显的优势。

1. 传输距离远：光纤传输音频信号可以达到几十公里甚至上百公里的传输距离，远远超过了电缆传输的限制。

这使得音频信号可以在更广阔的范围内传输，满足不同场景下的需求。

2. 传输质量高：光纤传输音频信号不受外界干扰的影响，传输质量更加稳定。

相比之下，电缆传输容易受到电磁干扰和信号衰减的影响，导致音频信号质量下降。

3. 带宽大：光纤传输具有较大的带宽，可以同时传输多个音频信号。

这使得光纤传输在多媒体应用中具有更广泛的应用前景。

4. 体积小：光纤传输装置相对于传统的电缆传输设备来说更加小巧轻便。

这使得光纤传输在一些空间有限的场景下更为适用。

讨论与分析：通过本次实验，我们可以得出结论：光纤传输音频信号具有较大的优势，尤其在传输距离远、传输质量高和带宽大等方面。

然而，光纤传输也存在一些挑战和限制。

首先，光纤传输设备的成本较高，相比传统的电缆传输设备来说更加昂贵。

这使得光纤传输在一些经济条件较差的地区应用受限。

其次，光纤传输对于安装和维护的要求较高。

光纤传输装置需要专业的技术人员进行安装和维护，一旦出现故障需要专业人员进行修复。

这增加了光纤传输的使用成本和难度。

此外，光纤传输对于环境的要求也较高。

光纤传输装置需要在干燥、无尘、无腐蚀性气体的环境下运行，以保证传输质量和稳定性。

这对于一些特殊环境下的应用来说可能存在一定的限制。

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。

音频信号光纤通信原理光纤通信技术是现代通信技术的主要支柱之一，具有通信容量大、传输质量高、频带宽、保密性能好、抗电磁干扰性强、重量轻、体积小的优点，是理想的现代传输工具。

1966年，华裔学者高锟博士依据介质波导理论，首次提出光导纤维可以作为光通信的理论。

1976年，美国Atlanta 的Bell 实验室研制成功世界上第一条光纤通信系统。

此后，横跨太平洋、长达8300千米，以及横跨大西洋、长达6300千米的海底光缆线路，先后建成并投入使用。

1. 实验目的（1）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；（2）了解音频信号光纤传输系统的结构及主要部件选配原则；（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。

2. 实验仪器（1）发送器（光讯号的调制和驱动），接收器（讯号的光电转换及再生，功放电路）；（2）信道：传导光纤；发光二极管LED ，光电二极管SPD （外有有机玻璃护罩）；（3）光功率计DOP-A ；（4）函数信号发生器（输出信号幅度可衰减10、100、1000倍，即20、40、60dB ）；（5）SS2020双踪示波器；（6）31/2数字毫伏表，量程200mV 。

3. 实验原理（1）半导体发光二极管LED光纤通讯系统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方面均有特殊要求。

目前能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管（LED ）、半导体激光器（LD ）。

LED 的结构如图2所示，是一种双异质结构的半导体二极管。

系统的结构图如下：当给DH结构加正偏压时，使N层向有源层p注入导电电子，导电电子进入有源层后，因受到p-P异质结阻挡作用不能进入P层，只能被限制在有源层内与空穴复合。

这个复合过程中，不少电子释放出的能量满足下面关系：hν = E1 -E2 = E g。

h为Planck常数；ν为光波频率；E1为有源层内导电电子能量；E2为导电电子与空穴复合后处于价键束缚状态的能量；E g是与DH结构中各层材料及组份选取等原因有关。

⾳频信号光纤通信原理实验报告评分标准《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。