2023年光纤通信实验报告汇总参考

实验一用户电话接口实验一、实验目的掌握用户电话接口电路的重要功能了解实现用户接口电路功能芯片Aｍ79R70的重要性能和特点二、实验内容1、掌握用户线接口电路的重要功能２、了解Ａｍ7９R70的结构和工作原理3、了解电话接续的原理及其各种语音控制信号的波形三、实验仪器1、ZY1804Ｉ型光纤通信原理实验系统1台2、２０ＭHz双踪数字示波器1台3、电话机２部4、连接导线２０根四、实验原理1、用户线接口电路功能及其作用在现代通信设备与程控互换中,由于互换网络不能通过铃流、馈电等电流,因而将过去在公用设备(如绳路）实现的一些功能放到“用户电路”来实现。在程控互换机中，用户电路也可称为用户线接口电路（SuｂｓcriberLiｎｅInｔｅrｆaceCircuit—SLＩC)。根据用户电话机的不同,用户接口电路可分为模拟用户电话接口电路和数字用户电话接口电路。模拟用户电话接口电路与模拟电话相连,数字用户电话接口电路和数字终端相连（如ISDN),而在此实验箱中采用模拟用户电话接口电路。模拟用户线接口电路在实现时最大的压力应是能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器、继电器等分立元件构成，但随着微电子技术的发展,各种集成的SLIＣ相继出现,他们大都采用半导体工艺或是薄膜、厚膜会合工艺,性能稳定，价格低廉,已实现了通用化。在程控互换机中模拟用户接口电路一般要具有B（馈电),Ｒ（振铃），S（监视),C(编译码），H（混合)，T（测试)，O(过压保护)七项功能。具体含义是:１、馈电（B－Ｂaｔtｅrｙfｅeding）：向用户话机馈送直流电流。通常规定馈电电压为-4８V，环路电流不小于18mA。２、过压保护（O-Ｏveｒｖolｔageprｏtectｉoｎ）：防止过压过流冲击损坏电路和设备。3、振铃控制(Ｒ－ＲinginｇConｔrｏｌ)：向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/75Ｖｒms正弦波。４、监视(S-Supervisioｎ）:监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲灯信号已送往控制网络和互换网络。5、编解码与滤波（Ｃ-ＣOＤEＣ/Fｉlter）:在数字互换中，它完毕模拟话音与数字码间的转换。编译码通常采用PCＭ码的方式，其编码器(Coｄeｒ）和译码器(Decoder)统称为CＯDEC。相应的防混叠与平滑低通滤波器的带宽范围为:３０0Hｚ~3４０0Hz,编码速率为64Kb/s。6、混合（H－Hｙbird）：完毕二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送和接受数字四线信号之间的分离。７、测试(Ｔ-Test）：对用户电路进行测试。模拟用户接口电路的结构如图所示：图1-1模拟用户接口电路框图2、用户线接口电路在本实验箱中,用户线接口电路芯片选用Legeｒity公司生产的模拟用户线接口芯片Ａm79R7０。Ａm79R70是一种功能较强的用户线接口芯片，它除了拥有用户接口电路常用的7种功能中的6种外，还拥有电流限制、挂机传输、极性反转、tｉｐ开路和环路检测等功能。其内部电路结构原理框图如下:图１-2Ａm７９Ｒ70内部功能模块图其中Ａm7９R70需要VCC，VEＥ,ＶBAT1，VBAT2四种电源电压。其中VCＣ为+5V,VEE为－5V，此电压可由Am７９R70内部的负电压调整可得。ＶBAT2的电压幅度范围为-19~-48V，VBAT１的电压幅度范围为-40～－67V,标准值为-48V。振铃、环路状态检测的功能重要通过控制字输入端C３,C２,C1及摘挂机检测输出端／ＤET来控制，当C3C2Ｃ1输入为0０1时,Am７９Ｒ7０处在振铃模式,当C3Ｃ2C1输入不是001时，Am７９R７０进入其他工作模式，同时使与其相连的话机振铃截止。当Ｃ3Ｃ2C１输入为０1０时,话机处在通话状态。Am79Ｒ70的／DET脚的输出可以指示用户的摘挂机状态，当用户摘机时,Am７9R70的/DET脚输出低电平,挂机时输出高电平。实验箱中电话间的通信及信号的控制重要由单片机和FPGA来共同完毕，我们称之为控制解决单元,其工作过程如下：当用户1摘机时，与它相连的Am7９R70的/DET脚输出低电平,向控制解决单元指示用户１已经摘机,同时摘机指示灯亮。此时控制解决单元向用户1的Am79Ｒ70的控制端C3C２Ｃ1输出０10使其处在通话连接状态，同时对用户1的摘机的信息进行解决。在通话连接状态下,用户的信息通过Am79R70的两线接口及信号传输模块可以直接输出到编解码芯片和收发器。控制解决单元向用户1送拨号音，用户１听到此音后拨号。控制解决单元根据用户1的所拨的号码定位到用户2,并向与用户2连接的Am７9R7０的控制端输出001，以使得用户２所连接的Ａm7９R70处在振铃状态,同时向用户1发送回铃音或忙音。在振铃状态下，Am79Ｒ70将铃流电路产生的RV通过RING脚输入到Ａｍ７9Ｒ７０内,经内部放大后通过两线接口模块输出到用户线，使得用户2的电话机振铃。当用户2摘机后，它相连的Am７９R７０的／DET脚输出低电平，以向控制解决单元指示用户2已经摘机。此时控制解决单元向用户2的Am79R70的控制端C３C2Ｃ1输出01０使其处在通话连接状态，同时停止振铃。这样，用户1和用户2就可以通过Aｍ79R7０进行通话。３、用户接口电路原理图用户接口电路和电话接续实验将重要完毕摘挂机监测、振铃、回铃、忙音、电话传送语音信号测试等功能。此部分实验需要结合电话模拟信号源模块来完毕，电话模拟信号源模块重要用产生忙音、回铃、振铃控制等信号来完毕电话之间的接续功能。用户接口电路的原理图如下:图1－3用户接口电路原理图用户接口模块的基本原理:用户接口模块重要由Ａｍ79R70及相应的一些外接电路组成,用户话机是通过电话接头内的TI、RI（即图中的Ｂ30１）与系统相连，二极管LEＤ3０9重要用来完毕摘挂机的检测功能，当两部电话中的任何一部电话摘机时相应的二极管亮表达处在摘机状态。测试钩VTAＴＡ,VＲＡTA重要用来测试本方话机的输入和输出模拟信号。在这里,输入的信号可以是以下几种类型的信号：３.１电话通信中的话音信号。３.2来自电话模拟信号源模块的各种音信号（回铃、振铃、忙音信号）。①拨号音:4５0Ｈz正弦波；②忙音:450Hｚ正弦波，通断间隔时间0.35S;③回铃音:４５０Hz的正弦波，每导通1秒后间断4秒;④25Ｈｚ振铃信：２５Ｈz的低频周期信号，每导通1秒后间断4秒；控制解决模块重要通过对两部电话的状态检测来产生各种控制信号，如回铃信号、忙音信号、振铃信号,以完毕两部电话之间的热线接续功能。其中热线呼喊的流程图如下：开始开始有用户呼喊吗？NO有用户呼喊吗？NO呼喊呼喊YESYES被叫闲吗NO被叫闲吗NOYESYES来话接续来话接续向主叫送忙音向主叫送忙音向被叫送振铃，向主叫送回铃向被叫送振铃，向主叫送回铃NONONO被叫应答吗？NO被叫应答吗？主叫挂机吗？应答YES 主叫挂机吗？应答YES 停送铃流，停回铃音，接通电路停送铃流，停回铃音，接通电路YES YES NONO话端挂机吗话端挂机吗挂机挂机拆线（释放复原）拆线（释放复原）开始开始图1-4电话呼喊控制流程图五、实验环节1、用连接线连接中央控制器的D_IＮ和D_OUT，将中央控制器K1拨为“主”，分别接好两部电话机。２、将PCM编译码模块的开关Ｋ30１，K４01,Ｋ4０2，K４03和K４04分别拨向下。3、将拨码开关K７03(Ａ机号码)的值拨为“0001”,使Ａ机号码为3201；拨码开关Ｋ704(Ｂ机号码)的值拨为“001０”,使B机号码为3２0２。注释：本实验箱规定为每一部电话设立一个电话号码,电话号码为３201到32１5,电话号码前两位固定为32,后两位（电话地址)由拨码开关K703和K704人为输入，相应两个拨码开关所拨的二进制数值，例如预设A机电话号码为3２0１,则将拨码开关K703（Ａ机号码）的值拨为“0０01”。多台实验箱组网通信时规定电话号码设立和终端地址设立不能反复。４、打开交流电源。中央控制器指示灯NS、ＦS亮,表白环路同步。5、用示波器测量电话A模拟信号源测试钩２5HZA和BHA（450HＺ)的波形，其中２5HZA为频率２５HZ的方波,BＨＡ(450HＺ)为频率450ＨZ的正弦波,４50HZ正弦波的峰－峰值为1V左右。用示波器测量电话B模拟信号源测试钩25HZB和BHB（４50HZ)的波形，其中２5ＨZＡ为频率２5HZ的方波，BＨA(４50ＨZ）为频率450HZ的正弦波,4５0HZ正弦波的峰-峰值为１V左右。注释：25HZ的方波用合成振铃信号,450HZ的正弦波用来提供拨号音以及合成忙音信号和回铃信号，若其幅度过大，将会在电话接口回路中引起自激现象，严重影响电话话路的通话质量。a、电话的摘机状态及拨号音测试将电话A模块的电话摘机，此时二极管LED309发光。用示波器探头测量A电话模拟信号输入端测试钩VRＡTA的拨号音波形，观测其波形的特点，并进行分析。将该电话挂机,可看见二极管LED3０9不发光。b、电话振铃,回铃信号测试将电话A模块的电话摘机,听到拨号音后,拨打电话Ｂ模块的号码320２,此时观测拨号状态指示灯LＥD３01、LEＤ３02、LED3０3和ＬED304(每拨一个数字，拨号状态将由相应的二进制码指示)。假如电话B没有处在通话占用状态则将会听到响铃声,用示波器探头测量测试钩ZLB的波形,将其记录下来分析;用示波器探头测量测试钩HLA回铃信号的波形，观测其波形的特点，并进行分析;将电话A模块的电话挂机,同时将电话B模块的电话摘机，拨打电话A模块的电话,测量HＬB和ZLＡ的波形,并对其进行分析。注释:ＺLA/ＺLB是用来与25HZ低频信号合成振铃音的控制信号，表现为1秒通４秒断。c、电话话音信号传输功能测试将电话Ａ模块的电话摘机,拨打电话Ｂ模块的电话，并接通。将电话进行按键，同时运用示波器探头来测量VTATA和VRATB、VTAＴB和VＲAＴＡ的波形，对比电话Ａ和电话B之间的接受和发送信号波形，观测不同按键时电话发送信号和接受信号的变化。同时观测两个电话模块的拨号状态,此时显示灯将显示所按号码。ｄ、忙音信号测试将电话A模块的电话摘机,不拨电话号码，过约20s后，测量测试构ＶRATA的波形，并画出其波形。将电话Ａ模块的电话摘机,拨打电话Ｂ模块的电话,拨号期间间歇约5s，测量测试构VRATA的波形，并画出其波形。接通两部电话,将电话A挂机，用示波器测量测试钩VＲＡTB的波形，并画出其波形。e、多种信号音测试测量测试钩VRAＴＡ的波形,分别在振铃（即电话A摘机，电话B挂机)、接通（两部电话通话)和忙音（接通后,电话B挂机）三种状态下测量,记录下其波形。6、关闭交流电源，拆除各个连线,将实验箱还原。 六、实验结果VRATA忙音信号示意图VRATA忙音信号示意图HLA/HLB回铃信号示意图HLA/HLB回铃信号示意图七、思考题答案1、电话接口电路的重要功能是什么,除了ＡＭ7９R7０之外，你还知道那些芯片可以实现用于接口电路的功能?２、测试钩VRATＡ的波形在三种状态下分别不同,其三种波形分别是什么信号的波形？实验八半导体激光器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、ＺY1804I型光纤通信原理实验系统 ﻩ ﻩ1台2、FC接口光功率计 ﻩ ﻩﻩ 1台3、ＦC-ＦC单模光跳线ﻩﻩﻩﻩﻩﻩ ﻩ 1根4、万用表 ﻩﻩﻩﻩ ﻩﻩﻩ ﻩ1台5、连接导线ﻩﻩﻩ ﻩﻩ ﻩ 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规定有如下几个方面:一方面,光源发光的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内,规定材料色散较小。另一方面,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１0万小时以上才干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规定。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,光源应当省电,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，若需具体了解发光原理，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。处在高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模同样的光子,而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模同样,是指发射光子和感应光子不仅频率相同，并且相位、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,并且输出光发散角窄（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）,合用于高比特工作,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，重要涉及阈值电流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tｒ、ｔf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8-1上A段与B段的交点表达开始发射激光，它相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，也即激活介质处在粒子数反转分布,并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。当注入电流增长时，输出光功率也随之增长,在达成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。（8-1）ΔＰ/ΔI就是图8－1激射时的斜率,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8-1LＤ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尽也许小,Itｈ相应P值小,并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(测试方法见实验十二)大,并且不易产生光信号失真。并且规定P－I曲线的斜率适当。斜率太小，则规定驱动信号太大,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。在实验中所用到半导体激光器输出波长为１310ｎm,带尾纤及FC型接口。其典型参数如下表8-1：表8-1本实验半导体激光器的部分参数参考表Parａｍｅｔer参数Symboｌ符号Min最小值Typ典型值Max.最大值Uｎit单位ＣenｔralWaveleｎｇth中心波长12801３101340ｎmSpecｔralＷidthRＭS谱线宽度25ｎmThｒesholdCｕrreｎt阈值电流8１5mAOｐｔiｃaloｕｔputpｏwer输出功率０.20.4ｍWForwardVolｔaｇｅ正向电压Vf1.２1.6VRｉseTｉｍe/FaｌlTimｅ上升/下降时间tr/tf0.5ns………………本实验所涉及的实验框图如图８-2,R9７３（１Ω）与激光器串联。图８-２激光器工作框图电路中的驱动电流在数值上等于R973两端电压与电阻值之比。为了测试更加精确,实验中先用万用表测出R97３的精确值(将BM901、BM90２都拨到中档，用万用表的欧姆档测T904、T905之间的电阻)，计算得出半导体激光器的驱动电流，然后用光功率计测得一定驱动电流下半导体激光器发出激光的功率,从而完毕P-I特性的测试。并可根据P－I特性得出半导体激光器的斜率效率。五、实验环节１、用导线连接中央控制器M和T9０3(13_DIN)。２、将开关BＭ90１拨为１３10nm，将开关Ｋ90２拨为“数字”，将电位器W901逆时针旋转到最小。３、旋开光发端机光纤输出端口防尘帽，用FC－FC光纤跳线将半导体激光器与光功率计输入端连接起来，并将光功率计测量波长调整到１３10nｍ档。4、用万用表测量T9０4（TV+)和Ｔ９０5(TV-)之间的电阻值（电阻焊接在ＰCＢ板的反面），找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系(Ｖ＝IR９73）。注释:在回路中测R97３的电阻值，不准确！所以在测之前要将回路断开。此外,考虑到万用表自身的精度问题，也可不测Ｒ973的电阻值,直接用１Ω来做实验。5、将电位器W907（阈值电流调节）逆时针旋转到底。注释:此时ＬD的直流偏置Ib的值为0。LD的驱动电流仅为调制电流Id。否则因自动光功率的作用,无法测量LD的P－I特性曲线6、打开交流电源。７、用万用表测量T9０4（ＴＶ+)和T905(TＶ-)两端电压(红表笔插T904,黑表笔插T９05)。8、慢慢调节电位器Ｗ９01（数字驱动调节），使所测得的电压为下表中数值,依次测量相应的光功率值,并将测得的数据填入下表１-2,精确到0．１uW。注释：１、实验中半导体激光器的驱动电流不可大于60mA，否则有烧毁激光器的危险。2、实验时不能调节电位器Ｗ9０7,否则将影响实验的结果。9、做完实验后先关闭交流电开关。10、拆下光跳线及光功率计,用防尘帽盖住实验箱半导体激光器光纤输出端口，将实验箱还原。U(mV)22.22.42.62.８33．2３.４3.６I(mA)2.0２.22．4２.６2.８３.03．２３.４３.６P（uW)----－-0.５80.791.99Ｕ(ｍV)3.8４4.5567８9１0I(mA)3.84.0４.55.06.０7．08.０９.010.０P(uW)10．71７．541.262.11０６151１952４１2８６Ｕ(ｍV)12１4１6182022２４26I(mＡ)１2.014.016．01８.02０.02２.０24.0２6．0P（uW)３７4456541６2１7０2７９１９２5９９7LD的Ｐ-I特性测试表六、实验结果以上的数据仅供参考，ＬD的阈值电流Ｉth一般在3~１0ｍA比较正常。由于激光器个体差异会使得输出功率有差异。七、思考题答案1、试说明半导体激光器发光工作原理。答:半导体激光器(ＬD)涉及工作物质、谐振腔和泵浦源三部分。工作物质直接决定了激光器的激射波长，1３10和1５50窗口一般采用ＩｎGaAｓＰ／InP材料。泵浦源一般是采用直接电注入的方法来实现,正向偏置的PN结导带和价带的费米能级发生分离，两准费米能级的差超过禁带宽度时就能实现粒子数反转，光信号通过粒子数反转区域时就能实现放大。谐振腔能实现光反馈,当光信号在谐振腔中来回反射一次获得的增益超过总损耗时，就能建立起稳定的振荡,实现激射。由于谐振腔中存在损耗及端面反射镜的透射损耗，受激发射产生的光子将不断消耗，假如增益并非足够大,则不能补偿这种损耗。只有当增益等于或者大于总损耗时,才干建立起稳定的振荡，这一增益称为阈值增益。为达成阈值增益所规定的泵浦或者注入电流称为阈值电流。２、环境温度的改变对半导体激光器P-Ｉ特性有何影响?答：半导体激光器(LD）对工作环境温度的变化非常敏感,在高温环境下工作会影响它的寿命。对于P-I特性,重要表现在阈值的变化,阈值电流与温度呈指数关系变化：,为温度时的阈值电流，是工作温度，表达器件温度特性的特性温度,较大,表达器件的温度稳定性较好。3、分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中,半导体激光器P－I特性对系统传输性能的影响。答:阈值电流越小，系统工作时的电流就越小,工作稳定性会增长。阈值电流相应的功率越小，光端机输出的光信号的消光比就较大。线性区线性度越好,波形越不容易失真。线性区的P-I曲线斜率要适当。若太小则驱动信号规定太大，给驱动电路带来麻烦;驱动太大的管子会出现光反射噪声及自动光功率控制环路调整困难。实验九发光二极管P-I特性测试曲线一、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、实验内容1、测量发光二极管平均输出光功率和注入电流，并画出P-I关系曲线２、根据Ｐ-I特性曲线,计算发光二极管斜率效率三、实验仪器1、ZY1８０4I型光纤通信原理实验系统ﻩﻩﻩ ﻩﻩ１台2、ＦＣ接口光功率计 ﻩ ﻩﻩ ﻩ 1台３、8５０nm光发端机(ＨFBR-1414T） ﻩ１个４、SＴ－ＦC多模光跳线ﻩﻩ ﻩ 1根5、万用表ﻩﻩ ﻩ ﻩﻩ ﻩ ﻩﻩ1台6、连接导线 ﻩ ﻩﻩ 20根四、实验原理半导体光源重要有半导体发光二极管（ＬED）和半导体激光器(LD）两种。ＬD已经在上一个实验介绍过,本实验重要是介绍LED。半导体发光二极管（LEＤ)是运用半导体Ｐ-N结自发发射原理发光的器件的统称。商品发光二极管种类很多，电信仪表与家电产品的半导体指示灯也是半导体发光二极管。光纤通信专用半导体发光二极管的特点是高亮度、高响应速度，其制造工艺与价格与半导体指示灯有所不同。发光二极管（LED)结构简朴,是一个正向偏置的PN同质结,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（3０~60ｎm)、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,另一方面是受温度影响较小，输出光功率与注入电流的线性关系较好，价格也比较便宜，驱动电路简朴，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,其复合率等于载流子注入率I／P,其中发射电子的复合率决定于内量子效率ηｉnt,光子产生率为(Iηｉｎt/Ｐ)，因此LＥD内产生的光功率为（９-1)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（9-2)图９-1ＬED发光二极管Ｐ-Ｉ曲线示意图ηext亦称为外量子效率。由9－2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。本实验选用的半导体发光二极管是安捷伦公司的HFBＲ0４00系列的ＨＦBR14１4Ｔ。其型号所代表的意思如下：其中心波长为８20nｍ，接头为ST型。实验中发光二极管电流的拟定通过测量串联在电路中R９7３的电压值。电路中的驱动电流在数值上等于Ｒ９７3两端电压与电阻值之比。实验中先用万用表测出R97３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，从而完毕Ｐ－I特性的测试。五、实验环节1、用导线连接中央控制器M和T903（13_DIN)。２、将开关ＢＭ901拨为８5０nm，将开关Ｋ902拨为“数字”,将电位器W9０1逆时针旋转到最小。3、装好850ｎm光发射机（8５０nmＴ），用ST-FC光纤跳线将LED与光功率计输入端连接起来，并将光功率计测量波长调整到85０ｎm档。4、用万用表测量T９04（TV＋）和T905(ＴV-)之间的电阻值（电阻焊接在ＰCB板的反面)，找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（Ｖ＝IR９7３）。注释：在回路中测R973的电阻值，不准确！所以在测之前要将回路断开。此外，考虑到万用表自身的精度问题，也可不测R9７3的电阻值,直接用1Ω来做实验。5、将电位器Ｗ９0７(阈值电流调节)逆时针旋转到底。注释：此时LD的直流偏置Ib的值为0。LＤ的驱动电流仅为调制电流Id。否则因自动光功率的作用，无法测量LD的P-Ｉ特性曲线6、打开交流电源。7、用万用表测量T904（TV+)和T９05(TＶ-）两端电压(红表笔插T９04，黑表笔插T9０５）。8、慢慢调节电位器W90１(数字驱动调节),使所测得的电压为下表中数值,依次测量相应的光功率值，并将测得的数据填入下表,精确到0.1uＷ。注释:1、实验中半导体激光器的驱动电流不可大于６0mA，否则有烧毁激光器的危险。2、实验时不能调节电位器W９0７,否则将影响实验的结果。9、做完实验后先关闭交流电开关。10、拆下光跳线及光功率计，用防尘帽盖住实验箱半导体激光器光纤输出端口，将实验箱还原。U(mV)2４6810１21416１82025I(mA)2.0４.０5.０８.0１０．012.014．016.018.020．025.０P(ｕW)0．97１.１１２．1６3.264．39５.496．637.708.779.6９12.3LEＤ的P-I特性测试表六、实验结果见上表LＥＤ的P-Ｉ特性测试表,以上的数据仅供参考。由于激光器个体差异会使得输出功率有差异。七、思考题答案1、说明发光二极管工作原理，比较分析发光二极管与半导体激光器发光原理的区别。答：发光二极管(LＥD)是以自发发射的形式发射光子。LD是受激辐射过程发射光子。２、环境温度的改变对发光二极管Ｐ-I特性曲线有何影响？答:一般的发光二极管的P-I曲线随着温度的升高而减少。但是不同材料的发光二极管其下降限度不同样。3、发光二极管P-I特性曲线是否严格线性？为什么？答:否。当发光二极管工作于大信号状态（一般８0mA)之后，P－Ｉ曲线会发生弯曲。实验二十七波分复用技术实验一、实验目的１、了解光纤接入网中波分复用原理2、掌握波分复用技术及实现方法二、实验内容1、实现用两种连接方式组成1310nｍ与155０ｎm光纤通信的波分复用系统三、实验仪器1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统 ﻩﻩ ﻩ1台2、20MHz双踪数字示波器 ﻩ ﻩ 1台3、万用表 ﻩﻩﻩ ﻩ ﻩ ﻩﻩ1台4、波分复用器 ﻩ ﻩﻩﻩﻩﻩ 2个5、ＦC-FC适配器 ﻩﻩ ﻩ ﻩﻩ1个6、连接导线ﻩﻩ ﻩﻩﻩﻩ ﻩ ２０根 四、实验原理随着人类社会信息时代的到来,对通信的需求呈现加速增长的趋势。发展迅速的各种新型业务(特别是高速数据和视频业务）对通信网的带宽(或容量）提出了更高的规定。为了适应通信网传输容量的不断增长和满足网络交互性、灵活性的规定,产生了各种复用技术。本实验重点是光的波分复用WDＭ(ＷavelengｔhDivｉsioｎMuｌtｉplexｉng）。光波分复用技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。WDM就是为了充足运用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率(或波长）不同可以将光纤的低损耗窗口划提成若干个信道，把光波作为信号的载波,在发送端采用波分复用器（合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输;在接受端，再由一波分复用器(分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立的(不考虑光纤非线性时）,从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。波分复用系统原理图如图２7-1所示。图27-1波分复用系统原理图Muｘ/DeMux是ＷDM系统使用中不可或缺的两种元件。也就是我们常说的复用，解复用器。ＤWDM使光导纤维网络能同时传送数个波长的信号，而Mｕｘ则是负责将数个波长汇集至一起的元件;DeＭux则是负责将汇集至一起的波长分开的元件。从原理上讲,这种器件是互易的(双向可逆),即只要将解复用器的输出端和输入端反过来使用，就是复用器。光分插复用器(OAＤＭ)是WDM系统中一个重要的应用元件，其作用是在一个光导纤维传送网络中塞入／取出(Ａdｄ-Droｐ）多个波长信道；置OADＭ于网络的结点处，以控制不同波长信道的光信号传至适当的位置。光纤通信系统中通常实用的石英光纤有三个低衰减区,即０.6～0.9ｕm为第一个低衰减区，通常称为短波长低衰减区。1.０~1.35um和1.4５～1.8um为第二、第三个低衰减区。后两者称为长波长低衰减区。本实验运用光纤通信工程应用最广泛的长波长衰减区中131０nm与1５50ｎm光纤通信波长进行波分复用，传输两路信号（一路模拟信号，一路数字信号)。实验原理框图如图38－2。波分复用尚有另一种连接方式,其实验框图如图２7-2所示。这种波分复用连接方式中，同一根光纤中光信号的传输方向相反,由于光波传输的独立性，两个方向的光波传输不会有干扰。通过实验可以验证这一理论。波分复用器波分复用器波分复用器信号甲图27-2波分复用系统实验框图信号乙1310nm1550nm信号甲信号乙1310nm1550nm五、实验环节1、连接数字信号源模块和中央控制器的A1和A2,B1和Ｂ2，C1和Ｃ2;连接中央控制器和数字终端模块的Ａ3和Ａ4，Ｂ3和B4,C3和C4；连接模拟信号源模块2的T6０2和T９07（１３＿AＩN)。连接中央控制器的D_ＯＵT和Ｔ9０1(15_DIN），D_IN和T９02(15_DＯUT)。2、将开关K7０６的值拨为“０1000０００”。将数字信号源拨码开关Ｋ５01,K502和K５０3的值拨为任意值。将中央控制器的开关Ｋ1拨为“主”。３、将开关BM９01拨为１310nm,将开关K９0２拨为“模拟”，将开关BM90２拨为1310nｍ,将开关K９0１拨为“通信。４、旋开光发端和光收端１55０和1310保护帽，将１550光发端机和波分复用器A中标有“155０”光纤接头连接,将1３10光发端机和波分复用器A中标有“1３10”光纤接头连接。将1550光接受机和波分复用器Ｂ中标有“155０”光纤接头连接,将1310光接受机和波分复用器B中标有“13１0”光纤接头连接。用FC-ＦC适配器将波分复用器连接起来。5、打开交流电源。中央控制器指示灯NS、FS亮，表白环路同步。按动开关ＫＢ，使灯LEＤ729由灭变亮，此时将来自数字信号源的数字信号送出。6、用双踪示波器的两个探头同时测量T907和ＴP９02（13OＵT）处的波形，调节电位器W9０５（模拟驱动调节)和Ｗ909（幅值调节)，直到波形相同为止,信号的幅度可以不同。7、用示波器测量T９０1(１５＿ＤIN)和T902(1５_DOUＴ)的波形,观测经波分复用和解复用后的信号是否相同。8、观测数字信号源模块和数字终端的二极管发光的个数与顺序,验证数据光纤传输后的对的性。９、根据以上实验设计两路数字信号波分复用后光纤传输实验。10、实验完毕后，关闭交流电源，拆除各个连线，将所有的开关拨向下,将实验箱还原。六、实验结果七、思考题答案１、说明时分复用与光波分复用的异同点。２、假如采用多个波长进行波分复用,对实验箱和波分复用器有何规定？

实验三十四波分复用器插入损耗和光串扰测试实验一、实验目的１、了解波分复用器的工作原理及其结构2、掌握它们的对的使用方法３、掌握它们重要特性参数的测试方法二、实验内容1、测量波分复用器的插入损耗2、测量波分复用器的光串扰三、实验仪器1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统 ﻩﻩﻩ 1台2、FＣ接口光功率计 ﻩﻩ ﻩ ﻩ ﻩ１台 3、万用表ﻩﻩ ﻩﻩﻩ ﻩﻩﻩﻩﻩ1台4、FＣ-FＣ适配器 ﻩ ﻩ 1个５、波分复用器ﻩ ﻩﻩ 2个6、连接导线 ﻩ ﻩﻩﻩ ２0根四、实验原理波分复用器／解复用器是一种与波长有关的耦合器。波分复用器的功能是把多个不同波长的发射机输出的光信号组合在一起，输出到一根光纤;解复用器是把一根光纤输出的多个不同波长的光信号,分派给不同的接受机。波分复用器是波分复用系统中的重要组成部分，为了保证波分复用系统的性能，对波分复用器的一般规定是：插入损耗小、光串扰小、隔离度大、带内平坦