光纤通信实验报告

1、实 验 报 告实验课程：光纤通信实验 学生姓名： 学 号： 专业班级： 2017年6月 3日实验目录：实验一 发光二极管P-I特性测试实验实验二 半导体激光器P-I特性测试实验实验三 预失真补偿实验实验四 数字发送单元指标测试实验实验一 发光二极管P-I特性测试实验 实验日期：5月5日一、实验目的1、学习发光二极管的发光原理2、了解发光二极管平均输出光功率与注入电流的关系3、掌握发光二极管P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试二、实验仪器1、ZYE4301F型光纤通信原理实验箱 1台2、光功率计1只3、ST-FC光跳线 1套5、万用表1只三、实验原理发光二极管（LED）结构简单，是一个

2、正向偏置的PN同质节，电子-空穴对在耗尽区辐射复合发光，称为电致发光。发光二极管（LED）发射的不是激光，输出功率较小、具有较宽的谱宽（3060nm）、发射角较大（100°）、与光纤的耦合效率较低。其优点是：寿命很长，理论推算可达108至1010小时，其次是受温度影响较小，输出光功率与注入电流的线性关系较好，价格也比较便宜，驱动电路简单，不存在模式噪声等问题。半导体发光二极管（LED）可以做为中短距离、中小容量的光纤通信系统的光源。对于发光二极管（LED）而言，自发辐射产生的功率是由正向偏置电压产生的注入电流提供的，当注入电流为I，工作在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射复合，其复

3、合率等于载流子注入率，其中发射电子的复合率决定于内量子效率，光子产生率为，因此LED内产生的光功率为 式中，为光量子能量。假定所有发射的光子能量近似相等，并设从LED逸出的功率内部产生功率的份额为，则LED的发射功率为 ext亦称为外量子效率。由2-2式可知，LED发射功率P和注入电流I近似成正比。这说明LED的P-I曲线线性度好，调制时动态范围大，信号失真小。该实验测量其电光转换特性（P-I特性），工作电流不同的时候，输出功率也不同，基本上是成线性关系。图2-1 LED发光二极管P-I曲线示意图实验中发光二极管电流的确定通过测量串联在电路中R516的电压值。电路中的驱动电流在数值上等于R51

4、6两端电压与电阻值之比。实验中先用万用表测出516的精确值，计算得出发光二极管的驱动电流，然后用光功率计测得一定驱动电流下发出的光功率，从而完成P-I特性的测试。四、实验步骤1、将光发模块中的可调电阻W501逆时针旋转到头，使数字驱动电流达到最小值。2、将双刀三掷开关J501、J502按下，使光发模块传输数字信号3、将光端机的光纤从光发端机中取出，用ST-FC光跳线与光功率计连接并将光功率计选择波长850nm档。4、接好电源，先开交流电源开关，再开直流电源开关，即按下K601，K602 (电源模块)，这时电源指示灯D601,D605，D603，D604，D605全亮。5、接通光发模块和数字信号

5、源模块直流电源（T501与T403），并将拨码码型拨为全1，接通光发送模块（K50）和数字基带信号产生模块（K40）直流电源。8、用万用表测量R516两端电压（红表笔插T502，黑表笔插T503）。9、慢慢调节电位器W501使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值，并将测得的数据填入下表2-1。 表2-1 LED的P-I特性测试表U(mV)510152025303540455055I(mA)510152025303540455055P（uW）4.8813.5223.8832.7341.5949.5555.5962.0968.5572.2875.68P（dBm）-23.12-18.69

6、-16.22-14.85-13.81-13.05-12.55-12.07-11.64-11.41-11.21 10、做完实验后先抬起J502，然后依次关掉各直流开关，以及交流电开关。11、拆下光跳线和光功率计，拆除连线，将实验箱还原，将各实验仪器摆放整齐。实验二 半导体激光器P-I特性测试实验 实验日期：5月12号一、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、实验仪器1、ZYE4301F型光纤通信原理实验箱 1台2、光功率计1只3、半导体激光器 1台5、万用表1只三、实

7、验原理半导体激光二极管（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3050°，水平发散角为030°），与单模光纤的耦合效率高（约3050），辐射光谱线窄（0.11.0nm），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速

8、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。 阈值电流是非常重要的特性参数。图上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thI。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thI。 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thI尽可能小，thI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

9、四）大，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。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=1欧姆，电路中的驱动电流等于R516两端电压。四、实验步骤1、将光发模块中的可调电阻W501逆时针旋转到头，使数字驱动电流达到最小值。2、将双刀三掷开关J501、J502按下，使光发模块传输数字信号3、将光端机的光纤从光发端机中取出，用ST-FC光跳线与光功率计连接并将光功率计选择波长1310nm档。4、接好电源，先开交流电源开关，再开直流电源

10、开关，即按下K601，K602 (电源模块)，这时电源指示灯D601,D605，D603，D604，D605全亮。5、接通光发模块和数字信号源模块直流电源（T501与T403），并将拨码码型拨为全1，接通光发送模块（K50）和数字基带信号产生模块（K40）直流电源。8、用万用表测量R516两端电压（红表笔插T502，黑表笔插T503）。9、慢慢调节电位器W501使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值，并将测得的数据填入下表。 U(mV)1234567891012I(mA)123 4567891012P（uW）0.0820.34721.4753.1887118.6150.5183.3

11、216.2247.2310.1P（dBm）-40.86-34.60-16.68-12.74-10.60-9.26-8.22-7.37-6.65-6.07-5.08 U(mV)1416182022242628303234I(mA)1416182022242628303234P（uW）373.9437.4498.5574634697755820891939965P（dBm）-4.27-3.59-3.02-2.41-1.98-1.57-1.22-0.86-0.50-0.27-0.15 U(mV)363840I(mA)363840P（uW）98410401230P（dBm）-0.070.170.23

12、实验三 预失真补偿实验 实验日期：5月19日一、实验目的1、学习LED和LD光源中存在的非线性失真产生原理2、了解预失真补偿电路原理工作过程二、实验仪器1、ZYE4301F型光纤通信原理实验箱 1台2、20MHz双踪示波器 1台三、实验原理为了获得较大的输出光功率，LED通常工作于大信号状态，此时它的非线性是系统非线性效应的主要来源。LED的非线性失真的补偿和校正是一个比较复杂的技术问题。迄今为止采用的方法有反馈法、相移调制法、前馈法与准前馈法等。一般情况下多采用预失真（预校正）法比较实用。所谓预失真法就是用普通二极管的非线性在发送端使信号预先失真，用以抵销发光二极管的非线性失真。下面介绍这种

13、方法。预失真补偿实验方框图预失真法不需要附加任何光器件，信号的幅度和相位的预失真是通过电平调节来实现的。图3-1示出了预失真电路的原理，图3-1(a)为信号幅度预失真电路，其中的二极管D1、D2与D3分别被偏置在电压V1、V2和V3上，电路增益近似为： Au= 这里RE=RE0/RE1/RE2/RE3 (D1、D2、D3通)RE=RE0/RE1/RE2 (D1、D2通，D3不通)RE=RE0/RE1 (D1通，D2、D3不通)RE=RE0 (D1、D2、D3不通)随着二极管D1、D2、D3逐次断开，RE值将随着输入信号电平的增加而增加，因而使放大器增益逐步降低。放大器的增益大小用调节二极管的偏

14、压来得到，从而使微分增益得到改善。图3-1(b)为相位预失真电路。我们实验中采用图3-1(a)中所示的电路图来进行信号幅度预失真补偿。一般对DG校正来说，采用三段补偿即可满足要求。在实际的校正电路中，DG的校正范围可达到020%。 (a)DG预校正（b）DP预校正 预失真电路原理图四、实验步骤1、连接导线：模拟信号源模块T102与预失真模块T951连接，T951（正向补偿）与光发模块T511连接。 2、预失真模块的W951，W952，W953逆时针旋转到底，使电路没有补偿作用。3、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K601，K602，电源指示灯全亮。4、接通模拟信号源模块（K10）、预

15、失真补偿模块(K95)和光发模块(K50)的直流电源。5、将双刀双掷开关J501抬起，J502按下，使光发模块发送模拟信号。6、用示波器观察TP523的波形（观察前先将示波器设置为直流档，并校准示波器接地时基准线在中间）。7、慢慢调节W512，使TP523的波形稍有失真（上下不对称也是失真），这时LD工作在非线性区。（波形的失真度不能超过20%，否则无法达到预失真补偿效果。）8将预失真补偿模块中的TP951与光发送模块的T511的导线拆除，而将预失真补偿模块的TP952与光发模块的T511连接起来。9、慢慢调节W951，W952，W953，并观察T523的波形，在调节过程中可看到TP523的波

16、形慢慢被补偿了（三个电位器配合调节，使之达到最佳效果）。10、用示波器观察TP952的波形，并与TP951进行比较。12、做完实验后先抬起J502，然后依次关掉各直流开关，以及交流电开关。13、拆除导线及光纤器件，将实验箱还原，各实验仪器摆放整齐。实验四 数字发送单元指标测试实验 实验日期：5月26日一、实验目的1、了解数字光发端机输出光功率的指标要求2、掌握数字光发端机输出光功率的测试方法3、了解数字光发端机的消光比的指标要求4、掌握数字光发端机的消光比的测试方法二、实验仪器1、ZYE4301F型光纤通信原理实验箱 1台2、光功率计1只3、ST-FC光跳线 1根5、万用表 1只三、实验原理

17、平均光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机二进制序列作为测试信号，用光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的平均光功率。平均光功率与输入的伪随机码型有关，NRZ码与RZ码相比，其占空比分别为100%、50%，因而其平均光功率大3dB。另外，平均光功率是在额定电流下测得的，否则结果有偏差。消光比是给光发端机的数字驱动电路发送全“0”码，测得的光功率P0，在给光发端机的数字驱动电路发送全“1”码，测得的光功率P1，将P0，P1代入公式： 即得到光发端机的消光比。光通信系统一般要求消光比越大越好，但是不可过大或过小，消光比太大，即预偏置电流太小或没有，影响通信系统传输速率；

18、消光比太小，则调制深度浅，有用光功率比例减小，影响系统灵敏度。四、实验步骤数字发送机的平均光功率的测试1、 连接导线：数字基带信号产生模块T402与光发端机模块T501连接。 2、将光发送端的光纤从光发端机中取出，用ST-FC光纤跳线与光功率计连接，并将光功率计调到波长850nm档。3、将双刀双掷开关J501，J502按下使光发送模块传输数字信号。4接上交流电源，先开交流开关，再开直流开关K601，K602，电源指示灯全亮。5、接通数字基带信号产生模块（K40），光发送模块（K50）的直流电源。6、用万用表测量R516两端电压（红表笔插T502，黑表笔插T503）。7、慢慢调节电位器W501，使驱动电流达到额定值，即使V=30mv。8、用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。9、做完实验后先抬起J502，然后依次关掉各直流开关，以及交流电开关。数字发送机消光比测试1、将数字基带信号产