实验四-模拟信号光纤传输系统实验

实验四 模拟信号光纤传输系统实验

一、 实验目的

1、 了解发送光端机的发光管特性；

2、 掌握如何在光纤信道中高性能传输模拟信号；

3、 掌握发送光端机中传输模拟信号驱动电路的设计；

4、 了解光检测器的原理；

5、 光接收机的组成；

二、 预备知识

1、 光端机发光管特性；

2、 信道的非线性；

3、 光电转换特性；

4、 弱信号检测；

三、 实验仪器

1、 ZH5002(II)型“光纤发送模块”、“光纤接收模块” 一套；

2、 20MHz示波器 一台；

3、 低频信号源 一台；

4、 光功率计 一台；

四、 实验原理

1、模拟光纤传输系统的主要技术指标：

模拟光纤传输系统有两个关键性的质量指标：

（1） 信噪比S/N

（2） 信道线性度（非线性失真度）

信噪比S/N与信道线性度分别表达噪声大小和线性好坏，这两个指标的数值依据传输的实际用途而定。一般地说高质量的电视传输（例如演播室图象传输）要求信噪比S/N达到56dB，差分增益ΔG=0.3dB（差分增益是用于表示在不同输入信号电平上所引起增益的差值，即通道的线性度）。对于数字载波传输系统（模拟信号传输），所需信噪比S/N和通道线性度一般比这要求低，可根据实际系统指标的分配决定。

2、模拟光纤传输系统的噪声来源

噪声问题是模拟光纤系统最重要的问题之一，系统的任何组成部分包括有源部件和无源部件都可产生噪声，并叠加在传输信号之上。在模拟传输系统中，主要由光发射机、传输光纤、光接收机和各类连接器所组成。在光接收机中光检测器又由光检二极管和前置放大器组成。

模拟光纤传输链路中的噪声主要来源于以下几个方面：

（1） 光发射机中激光器光强的涨落,即相对强度噪声。在模拟光纤系统中，激光器的直流偏置点是置于线性范围的中间，即在高于激光器阀值电流Ith的某一电流I处。相对强度噪声随着激光器的偏置不同而变化，在阀值附近，其达到最大，随着偏置增加，•即激光器输出功率增加，其会下降。相对强度噪声和激光器的工作频率亦有关系，一般在低频时较小，而在高频时相对强度噪声则明显增加。

（2） 由光纤链路中光纤连接器（活接头）、固定连接点（死接头）、•光纤耦合端面产生反射光以及光纤内部缺陷多次反射（瑞利散射）进入激光器腔内引起干涉强度噪声。

（3） 光接收机中光检测二极管产生的量子噪声。

（4） 光接收机中光检测器前置放大器产生的热噪声。

3、模拟光纤传输系统的信号失真

模拟光纤传输系统中非线性失真包括以下几个方面：

（1） 激光器进行调制用的驱动放大器失真；

（2） 激光器调制非线性失真（附加频率调制）；

（3） 光纤色散（含光纤传输中的多个分路器、连接器等）引起的非线性失真（与二次失真相似）；

（4） 光接收机的光检测二极管光电变换的非线性和接收机内放大器引起的失真等。

在以上因素中，光发射机中激光器调制特性和光纤色散效应是非线性失真的主要原因。

4、激光器电－光特性的非线性

激光器的非线性很大程度上展现在激光器输出光功率（P）和注入电流（I）的关系，即激光器的P-I曲线上。要使系统有好的传输特性，选择P-I•曲线线性好的激光器件是很重要的。

从激光器的P-I特性曲线可看出，在超过门限电流Ith以后，光输出相对于电流是直线增加，但有逐渐达到饱和的倾向，激光器的工作就是利用这一直线段，一般把偏置电流设定于这直线段的中部，利用信号电流进行光强度调制，所以其线性（直线的程度）就显得极为重要。这段直线的倾斜度，即表示驱动电流变化引起光强度变化的比例，也称为微分效率，以mW/mA为单位表示，它相当于调制时的调制灵敏度，若离开直线段，就会产生失真。即使在类似直线段内，但只要稍有弯曲，在已调制的光输出信号中，就包含有失真成分。 在光纤发送模块中，当光纤传输模块需设定为模拟传输方式时，KX01置成2-3状态（将跳线器KX01设置在右边）。在模拟信号光纤传输中，由于对线性度具有一定的要求，因而对发光管的偏置及发送信号的大小均有要求。这在电路中通过调整电位器WX01、WX02来实现的。

T303为模拟输入信号的缓冲放大，在输入模拟信号为2Vpp时，调整电位器WX01使TPX03处的电压为0.3Vp-p。电位器WX02是调整发光管的直流偏置状态，一般调到TPX04、TPX05两端的直流为0.3V。

五、 实验步骤

1、 将ZH5002(II)型“光纤发送模块”设置成模拟传输方式，即跳线器KX01设置在2-3位置。

2、 在TPX01（信号）、TP（地）加入由信号发生器产生的一测试正弦信号，信号电平为2Vp-p，信号频率为1000Hz。

3、 将光纤尾纤与光收发模块相连，一头接HFBR－1414T（TX），另一头接HFBR－2416T（RX），在插入时应注意注意方向，不要太过使劲。

4、 在ZH5002(II)实验模块中，将该模块插入ZH5002实验箱5B6B模块的双排针座JB01中，主要通过该双排针对ZH5002(II)实验模块进行+5V电源的供电。加电。

5、 发光管电光转换特性测量：断开输入测试信号，用WX02将调节发发光管的注入电流。注入电流的大小的测量通过测量电阻RX15两端（TPX04、TPX05之间的电压）的电压计算获得，同时用光功率计测量实际输出光功率。

6、 线性度调整：接入测试信号，在测试信号输入端处输入1KHz的正弦波信号，其幅度为2Vp-p。调整电位器WX01的大小，使测试点TPX03的信号电压达到0.3Vp-p。在光纤接收模块的TPX01点测量所接收收的信号。改变发光端机的静态注入电流或信号驱动电压大小，观察接收信号特性的变化（S/N）。

注入电流(mA)

输入信号2Vpp

输入信号1Vpp

输入信号0.5Vpp

输入信号0.1Vpp

7、 如果具备条件，选择1Km左右的光榄连接收发模块，重复实验步骤5、6。并与步骤5、6的结果进行比较。 六、 思考题

1、 如何计算发光管的静态注入电流；

2、 为什么在传输模拟信号时，不能将输入信号放大得很大；

3、 光纤通信系统的传输特性；

4、 接收信号线性度与发光端机静态注入电流的关系；

实验五 视频（图像）信号光纤传输系统实验

一、 实验目的

1、 了解发光端机的发光管特性；

2、 掌握如何在光纤信道中高性能传输视频信号；

3、 掌握发送光端机中传输模拟信号驱动电路的设计；

4、 了解光检测器的原理；

5、 光接收机的组成；

二、 预备知识

1、 光端机发光管特性；

2、 信道的非线性对视频信号质量的影响；

3、 光电转换特性；

4、 弱信号检测；

三、 实验仪器

1、 ZH5002(II)型“光纤发送模块”、“光纤接收模块” 一套；

2、 20MHz示波器 一台；

3、 微型摄像头 一台；

4、 视频图像监视器 一台

5、 光功率计 一台；

四、 实验原理

实验原理原理同：“模拟光纤传输系统实验”。

五、 实验步骤

1、 将ZH5002(II)型“光纤发送模块”设置成模拟传输方式，即跳线器KX01设置在2-3位置（右端）。

2、 由JX01（信号）将视频信号输入端由微型摄像头捕获视频信号，信号电平一般为2Vp-p。

3、 在光纤接收模块的JY01视频连接器与具有AV端的视频信号监视器相连，观察通过光纤传输之后电视信号的质量。

4、 将尾纤与光收发模块相连，一头接HFBR－1414T（TX），另一头接HFBR－2416T（RX），注意在插入时应较顺利，不要太过使劲。

5、 在ZH5002(II)实验模块中，将该模块插入ZH5002实验箱5B6B模块的双排针座中，主要通过该双排针对ZH5002(II)实验模块进行+5V电源的供电。加电。

6、 发光管电光转换特性测量：用WX02将调节发光管的注入电流。注入电流的大小的测量通过测量电阻RX15两端（TPX04、TPX05之间的电压）的电压计算获得。用光功率计测量实际输出光功率。

7、 线性度调整：调整电位器WX01的大小，使测试点TPX03的信号电压改变。在TPX01点测量所接收收的信号。改变发光端机的静态注入电注、或信号驱动电压大小，观察信号特性的变化（采用“好”、“一般”、“差”进行评判）。

注入电流(mA)

输出信号质量

8、 如果具备条件，学生可设计一预失真线性较正电路，并通过实际系统观察较正电路的效果。

六、 实验报告

1、 观察电视信号经过光纤传输模块之后与原视频信号出现了什么变化；

2、 视频信号传输性能与发光端机静态注入电流的关系；