光纤通信实验讲义全

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Ith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Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出光，当电流大于Ith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。实验中半导体激光器电流的确定通过测量串联在电路中的R516上电压值。由于R516=1Q，电路中的驱动电流在数值上等于R516两端电压。

五、 实验步骤

第一部分：P-I特性曲线的绘制：

（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其相同）

1、电路部分操作：

1）关闭系统电源，用实验导线连接模拟信号源的正弦波输出端口和1310nm光发送模块的模拟信号输入端口。

2）将光发送模块中的激光器注入电流可调电阻R277逆时针旋转到头（即箭头最小端），将输入模拟信号衰减调节电阻R258逆时针旋转到头（即箭头最小端），使模拟驱动电流达到最小值及输入信号达到最小值。

3）将单刀双掷开关S200拨向模拟传输方向（右边），短接跳线J200，使光发模块传输模拟信号。

2、光路部分操作：

1）将跳线帽（J200）拨出，使其处于断开状态，在测量挂片（NS201、NS200）上串接上一电流表。

2）在1310nm TX端用光跳线连接到光功率计，同时打开光功率计电源开关。（注意操作要小心）

3、打开交流电源开关。

4、调节电位器R258到适当位置，送入稳定的模拟信号，以便激光器发送信号。

5、 慢慢调节电位器R277使所测得的电流为下表中数值，依次测量对应的光功率值。并将测得的数据填入下表。

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

I（mA）

P（uW）

P（dBm）

6、完实验后关掉各交流电开关。

7、拆下光跳线及光功率计，拆到实验导线，将实验箱还原。

8、将各仪器摆放整齐。

第二部分：光纤熔接机的使用：

1、 取出光纤熔接机，接上电源。

2、 开机

1）. 取下监视器的保护盖板

2）. 将监视器翻转上来，调整好角度

3）. 打开电源开关。使用交流电时开关拨向“-”；使用直流电时开关拨向“0”。

4）. 预热20分钟

5）. 按“清洁”键，观察显示屏

3、 选择模式，根据光纤的不同，可选择SM（单模）和MM（多模）模式以及OTH（自选模式）

4、 制作光纤

1）. 将任一光纤用酒精擦拭以后从热缩套管中穿过，用剥线钳除去光纤涂覆层，再次采用酒精擦拭

2）. 使用熔接机的光纤切割器进行光纤的切割，以避免光纤断面出现缺口、裂缝、尖角或角度偏差对熔接产生影响。

5、 放置光纤

1）. 拨动手轮，使X、Y微动台处于中间位置。

2）. 打开防风罩，打开左右光纤夹板，并检查光纤有没有发生扭曲。

3）. 将两根光纤小心放入左右V型槽底部

4）. 关闭防风罩

6、 光纤对准

1）. 调节Z向手轮，移动光纤使之进入屏幕中央

2）. 检查光纤端面是否垂直、平整。

3）. 按“CLEAN”清除灰尘和残留物

4）. 移动光纤至打火点，使两端面向距1-2mm

5）. 调节X,Y测微头，使两根光纤相互靠拢

6）. 反复按“X/Y”切换画面，调节X,Y微测头，使光纤相互靠拢

7）. 光纤对准后，观察其端面是否在打火点，并使两光纤的端面间隔在0.5-1mm之间

7、 光纤熔接

1）. 按下熔接键，进行光纤的熔接

2）. 熔接后进行观察，是否熔接成功

六、 实验结果

1、 分别画出1310nm激光器和1550激光器的P-I曲线，并比较其异同处。

2、 整理所有实验数据，参考图1-1画出P-I曲线。

实验二 模拟/数字信号电—光、光—电转换传输实验

一、 实验目的

1、 了解模拟/数字光纤通信的通信原理

2、 掌握模拟/数字信号的传输机理

3、 初步了解完整光纤通信系统的基本组成结构

二、 实验内容

4、 用示波器观察各种传输信号的波形

5、 使用实验系统中提供的各种信号进行光传输实验

三、 实验仪器

示波器，RC-GT-III型光纤通信实验系统。

四、 基本原理

本实验主要使用光纤完成模拟信号与数字信号的传输，其原理如图所示

模拟信号光纤传输方式

数字信号光纤传输框图

五、 实验步骤

（以下实验步骤以1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm光端机部分与其相同）

模拟信号传输部分

1、 关闭系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。

2、 将模拟信号源模块的正弦波或三角波、方波连接到光发送模块的模拟信号输入端口（P203）。

3、 把开关S200拨到模拟传输端，短接跳线J200。

4、 打开系统电源，用示波器在光接受模块的模拟信号输出端口观察输出信号。

5、 通过电位器R257（调节直流分量电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的模固定速率数字

信号源

模 块 信号处理 光发送模块 光纤 光接收模块 信号处理 测试端口

模拟信号源 信 号处 理 光

发

送

器

件 光纤 光

接受

器

件 信 号处 理 测试端口 拟信号。

6、 用示波器观测传输前后的波形

数字信号传输部分

1、 关闭系统电源，把光跳线分别连接到1310的TX和RX端。

2、 将固定速率数字信号源模块的D1或D2、D3、FS、BS连接到光发送模块的数字信号输入端口（P202）。

3、 把开关S200拨到数字传输端。

4、 打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。

5、 通过电位器R257（调节判决直流电平）及R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。

6、 用示波器观测传输前后的两波形。

六、 实验结果

1、 画出模拟信号传输前后的波形

2、 画出数字信号传输前后的波形

实验三 固定速率时分复用/解复用实验

一、 实验目的

1、 掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。

2、 掌握固定速率时分复用的同步复接原理。

3、 掌握固定速率时分复用的数字分接原理。

二、 实验仪器

示波器，RC-GT-III型光纤通信实验系统。

三、 基本原理

(一) 数字复接的基本组成：

在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器(缩写为Muldex)。在这里我们首先讨论数字复接器。

数字复接器的基本组成如图1-1所示。

图1-1 数字复接器的基本组成

数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复接方式合并成为单一的合路数字信号。数字复接器由定时、调整和复接单元所组成。定时单元的作用是为设备提供统一的基准时间信号，备有内部时钟，也可以由外部时钟推动。调整单元的作用是对各输入支路数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与本机定时信号完全同步的数字信号。复接单元的作用是对已同步的支路信号进行时间复接以形成合路数字信号。

复接方式：

将低次群复接成高次群的方法有三种；逐比特复接，按码字复接，按帧复接。在本实验中，由于速率固定，信息流量不大，所以我们所应用的方式为按码字复接，下面我们把这种复接方式作简单介绍。

按码字复接：对本实验来说，速率固定，信息结构固定，每8位码代表一“码字”。这种复接方式是按顺序每次复接1个信号的8位码，输入信息的码字轮流被复接。复接过程