光纤通信实验

目录ZY12OFC OM23BH1光纤通信原理实验系统简介 (1)光纤实验箱使用注意事项 (4)实验一半导体激光器P-I特性测试实验..................................... - 5 -实验二光发射机数字调制实验..................................................... - 9 -实验三光接收机原理实验........................................................... - 13 -实验四数字光纤通信系统线路码型编译码实验....................... - 16 -实验五电话光纤传输系统实验................................................... - 25 -实验六图像光纤传输系统设计实验........................................... - 28 -实验七波分复用技术实验........................................................... - 30 -实验八语音+图像+数据光纤传输系统设计实验....................... - 33 -附录I无源器件简介.. (36)ZY12OFCom23BH1光纤通信原理实验系统简介实验箱是为配合《光纤通信》课程的理论教学，结合目前光纤通信工程技术最新进展，提高大专院校学生实际操作和动手能力。

一、实验系统特点光纤H1型实验箱整个系统分电接口终端、光接口终端和光传输三大部分，各自独立又相互关联，所有模块在单独进行实验同时又可系统集联，实验灵活丰富，可设计、可比较、可操作、可观测性强。

整个系统采用256K 和2.048M(E1)传输速率，既有利于实验观测，又可以模拟实际光纤传输时的各种性能。

采用大规模的可编程逻辑器件，使得实验系统具有开放性配备制作了二次开发板，并预留大量的I/O 扩展口，可在开发板上独立完成二次开发设计。

所有实验大多采用开关控制。

二、主机箱及系统模块简介主机箱包含了光纤通信系统设备中的各个主要组成部分，具体由以下十三个模块组成。

其印刷电路板布局图如图1所示，每个模块均留出了关键的测试孔和测试钩，利于连线做系统实验以及测试用。

光纤通信原理众友ZY12OFcom23BH1串口通信PCM编译码模拟信号源数字信号源数字终端光终端电终端模拟信号源串口通信电话接口电话接口PCM编译码1550nm光发送1310nm光发送1550nm光接收电话信令控制850nm光发送1310nm光接收850nm光接收图1 ： ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱布局图1、电源模块：提供实验箱各模块电源。

2、串口通信模块：主要用来实现实验箱与计算机之间的数据通信。

3、PCM编译码模块：实现PCM编译码的功能。

4、电话信令控制模块：实现电话之间的热线接续和控制功能。

5、模拟信号源模块：用于产生系统实验所需的模拟正弦波、方波信号。

6、数字信号源模块：产生系统实验所需的数字信号及24位伪随机码，速率为64KB/s,其中各种数字信号和伪随机码的制可以通过拨码开关来控制。

7、数字终端模块：实现终端数字信号值的显示和读出，数据的值通过二极管发光来显示。

8、电终端模块：实现帧同步码的产生，M序列为随机信号的产生，不同速率的信号的复用和解复用，HDB3码的编译码。

9、光终端模块：实现光纤线路码的码型的编译码，比如5B6B、5B1P、5B1C、CMI、扰码和解扰码。

10、1310nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1310nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用电路来实现）。

11、1550nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1550nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用专用芯片来实现）。

12、1310nm光接收模块：实现1310nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号13、1550nm光接收模块：实现1550nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号实验系统基本组成方框图如图2所示：图2：光纤传输实验系统方框图实验系统主要由光发模块、光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成。

光发端机完成将电信号直接调制至光载波上去，采用强度调制（IM）；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD），属于非相干解调。

光载波由半导体光源产生，由半导体光检测器将光信号转实验设备的具体性能指标如下：1、电源模块输出：+5V、+12V、-5V、-12V、-48V2、方波信号输出（1）时钟信号：32.768MHz，12.000MHz（2）方波信号：2.048MHz，256KHz，64KHz，8KHz（3）数字基带信号：码速率分别为2.048MHz ,256KHz，64KHz（4）频率输出误差：≤±1%（5）占空比: 50%。

3、正弦波信号输出（1）正弦波信号：2KHz，1KHz，444Hz，25Hz，（2）频率输出误差：≤±1%（3）幅度0V~5V连续可调4、三角波信号输出（1）三角波信号: 2KHz，1KHz（2）频率输出误差：≤±1%（3）幅度：0~ 5V连续可调5、数字、模拟电话（1）话音质量要求：话音质量要求清晰，只允许有少量的脉冲噪声。

（2）其它指标无要求。

光纤实验箱使用注意事项光学器件属于昂贵易损器件，所以在实验操作过程中应加倍小心，防止光学器件的损坏，为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项：1、请仔细阅读实验指导书操作步骤后开机实验，实验各测试点、跳线及开关说明请参考附录III，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。

2、实验箱使用过程中应有防静电措施，以防静电损坏光学器件。

3、光学器件属于昂贵器件，在安装和拆卸过程中请注意轻拿轻放，遇到问题须及时向老师报告。

4、实验时不可将光纤输出端对准自己或别人的眼睛，以免损伤眼睛。

5、实验箱使用完毕后，请立即将防尘帽盖住光纤输入、输出端口，用光纤端面防尘盖盖住光纤跳线端面，防止灰尘进入光纤端面而影响光信号的传输。

6、若不小心把光纤输出端的接口弄脏，需用酒精棉球进行清洗。

7、光纤跳线接头应妥善保管，防止磕碰，使用后及时戴上防尘帽。

8、不要用力拉扯光纤，光纤弯曲半径一般不小于30mm，否则可能导致光纤折断。

9、进行光纤传输实验时，半导体激光器驱动电流不要超过40mA，发光二极管驱动电流不要超过60 mA。

10、不要用手触摸激光器和探测器的焊点，以免烧坏激光器与探测器。

实验一半导体激光器P-I特性测试实验一、实验目的1、学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系3、掌握半导体激光器P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试方法二、实验内容1、测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系曲线2、根据P－I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导体激光器斜率效率三、实验仪器1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱1台2、FC接口光功率计1台3、FC-FC单模光跳线 1根4、万用表1台5、连接导线 20根四、实验原理光源是把电信号变成光信号的器件，在光纤通信中占有重要的地位。

性能好、寿命长、使用方便的光源是保证光纤通信可靠工作的关键。

光纤通信对光源的基本要求有如下几个方面：首先，光源发光的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内，要求材料色散较小。

其次，光源输出功率必须足够大，入纤功率一般应在10微瓦到数毫瓦之间。

第三，光源应具有高度可靠性，工作寿命至少在10万小时以上才能满足光纤通信工程的需要。

第四，光源的输出光谱不能太宽以利于传输高速脉冲。

第五，光源应便于调制，调制速率应能适应系统的要求。

第六，电—光转换效率不应太低，否则会导致器件严重发热和缩短寿命。

第七，光源应该省电，光源的体积、重量不应太大。

作为光源，可以采用半导体激光二极管（LD,又称半导体激光器）、半导体发光二极管（LED）、固体激光器和气体激光器等。

但是对于光纤通信工程来说，除了少数测试设备与工程仪表之外，几乎无例外地采用半导体激光器和半导体发光二极管。

本实验简要地介绍半导体激光器，若需详细了解发光原理，请参看各教材。

半导体激光二极管（LD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。

处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。

由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（≥10mW）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30～50°，水平发散角为0～30°），与单模光纤的耦合效率高（约30％～50％），辐射光谱线窄（Δλ＝0.1～1.0nm），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（>20GHz）直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。

半导体激光器的特性，主要包括阈值电流Ith、输出功率P0、微分转换效率η、峰值波长λp、光束发散角、脉冲响应时间t r、t f等。

除上述特性参数之外，有时也把半导体激光器的工作电压、工作温度等列入特性参数。

阈值电流是非常重要的特性参数。

图1-1上A段与B段的交点表示开始发射激光，它对应的电流就是阈值电流Ith 。

半导体激光器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 。

P-I 特性是半导体激光器的最重要的特性。

当注入电流增加时，输出光功率也随之增加，在达到Ith 之前半导体激光器输出荧光，到达Ith 之后输出激光，输出光子数的增量与注入电子数的增量之比见式8-1。

()()d P I e P hv e hv Iη∆∆∆==⋅∆ （8-1） ΔP /ΔI 就是图1-1激射时的斜率，h 是普朗克常数（6.625*10-34 焦耳秒），v 为辐射跃迁情况下，释放出的光子的频率。

图1-1 LD 半导体激光器P-I 曲线示意图P-I 特性是选择半导体激光器的重要依据。

在选择时，应选阈值电流Ith 尽可能小，Ith 对应P 值小，而且没有扭折点的半导体激光器。

这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比（测试方法见实验四）大，而且不易产生光信号失真。