光纤通信实验二 光发射机与光接收机.docx

实验二光发射机与光接收机实验一、实验目的1. 了解光源的调制的原理2. 学习光发送模块的电路原理3. 了解光接收机的组成4. 了解光收端机灵敏度的指标要求二、实验内容1. 介绍光源的调制方法2. 介绍光发射电路的框图3. 了解光接收机的组成三、实验仪器1. 光纤通信实验系统1台2. 示波器1台3. 光纤跳线1根4. 万用表5. 光功率计四、实验原理1、光发射机、光调制。根据调制与光源的关系，光调制可以分为直接调制和间接调制两大类。直接调制方 法仅适用于半导体光源（LD和LED），这种方法是把要传送的信息转变为电信号注入 LD或LED，从而获得相应的光信号，所以是采用电源调制方法。直接调制后的光波电 场振幅的平方与调制信号成一定比例关系，是一种光强度调制（IM）的方法。间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调 制，这种调制方式既适应于其他类型的激光器。间接调制最常用的外调制的方法，即在 激光形成以后加载调制信号。对某些类型的激光器，间接调制也可以采用内调制的方法， 即在激光器的谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制调制元件的物理性质，将改变谐 振腔的参数，从而改变激光输出特芯以实现其调制。光源的调制方法及所利用的物理效应如下表所示。光源的各种调制方法调制方式调制法所利用的物理效应间接调制电光调制电光效应（普科克效应、克尔效应）磁光调制磁光效应（法拉第电磁场偏转效应）声光调制声光效应（拉曼布拉格衍射效应）其他自由载流子吸收效应、共振吸收效应等直接调制电源调制本实验系统采用的是直接调制的方法。2、模拟信号调制与数字信号调制模拟信号调制是直接用连续的模拟信号（如话音、电视等信号）对光源进行调制从而使LED或LD的输出光功率跟随模拟信号变化，如下图所示：二极管电流LED和LD的模拟调制由于光源，尤其是激光器的非线性比较严重，所以目前模拟光纤通信系统仅仅用于对线性要 求较低的地方，要实现大容量的频分复用还比较困难，仅自一些小系统中使用。对一些容量 较大、通信距离较长的系统，多采用对半导体激光器进行数字调制的方式。p-i特性曲线与波形与LED相比，LD的调制问题要复杂得多。尤其在高速率调制系统中，驱动条件的选择、调 制电路的形成和工艺、激光器的控制等，都对调制性能至关重要。3、光发射机模拟部分与数字部分的实现1310nm和1550nm光发射机具有相同的结构。他们是由模拟光发和数字光发部分组成:1、模拟光发电路的框图如下：模拟信号 输入2、数字光发电路的框图如下:光接收机灵敏度的定义是：在给定误码率或信噪比条件下，光接收机所能接收的最小平均光功率。在测灵敏度时应注意3点:(1在测量光接收机灵敏度时，首先要确定系统所要求的误码率指标。对不同长度和不同应用的光纤数字通信系统，其误码率指标是不一样的。例如，在短距离光纤数字通信系统中， 要求误码率一般为10 一9，而在420km数字段中，则要求每个中继器的误码率为10 一11。对同 一个光接收机来说，当要求的误码率指标不同时，其接收机的灵敏度也就不同。要求误码率 越小，则灵敏度就越低，即要求接收的光功率就越大。因此，必须明确，对某一接收机来说， 灵敏度不是一个固定不变的值，它与误码率的要求有关。测量时，首先要确定系统设计要求 的误码率，然后再测该误码率条件下的光接收机灵敏度的数值。要注意光接收机灵敏度定义中的光功率是指最小平均光功率，而不是指任何一个在达 到系统要求的误码率时所对应的光功率。因此，要特别注意'最小”的概念。所谓“最小”，就 是指当接收的光功率只要小于此值，误码率立即增加而达不到要求。应该指出，对某一接收 机来说，光功率只要在它的动态范围内变化，都能保证系统要求的误码率。但灵敏度只有一 个，即接收机所能接收的最小光功率。(3：灵敏度指的是平均光功率，而不是光脉冲的峰值功率。这样，光接收机的灵敏度就与 传输信号的码型有关。码型不同，占空比不同，平均光功率也不同，即灵敏度不同。在光纤 数字传输系统中常用的2种码型NRZ码和RZ码的占空比分别为100%和50%。当“1”和“0” 码的概率相等时，前者的平均光功率比后者大3db。因此，测试灵敏度时必须选用正确的码 型。五、注意事项1. 在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。2. 不要带电插拔信号连接导线。六、实验步骤A.测量光发射机P-I特性曲线1.关闭系统电源。按以下方式用连信号连接导线连接：数字信号模块（数字信号输出一）P300P1001310数字光发模块（数字光发信号输入）2. 用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计。3. 将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态，第二位拨到OFF状态。4. 将1310nm光发模块的J101设置为“数字”5. 开系统电源。将数字信号源第一路的拨码开关U311全拨到“OFF”状态，即输入到1310nm 数字光发模块的信号始终为“1”。6. 用表测量R101两端的电压（测量方法:先将万用表打到电压档，然后将红表笔插入TP101， 黑表笔插入TP100）。读出万用表读数。，代入公式I=U/R，其中R=51Q，读出光功率记读 数P。B.光接收机灵敏测量1. 关闭系统电源。2. 将误码仪的“发数据”端和1310nm光发模块的P101用信号连接线连接。3. 将误码仪的“发时钟”端和“收时钟”端用信号连接线连接。4. 用光纤跳线连接1310nm光发模块和1310nm光收模块。5. 将1310nm光发模块的J100第一位拨到ON，将第二位拨为OFF，RP100逆时针旋转到最大，J101设置为“数字”。6. 将1310nm光收模块的RP106顺时针旋到最大，RP108逆时针旋到最大。7. 打开系统电源，打开误码仪的电源开关，将误码仪的“速率”设为2048K，“图案”设为215一1，“接口”设为TTL，“显示”设为“误码率”。调节1310nm光收模块的RP107，使误码仪的“失步”、“错码”、“无时钟”、“无数据”这四个指示灯灭。8. 慢慢顺时针旋转RP100，当刚出现误码仪的“错码”指示灯闪烁时，关闭系统电源。9. 将1310nm光收模块的光纤跳线改接为1310nm光发模块和光功率计。打开系统电源，测 量并记录光功率Pmin,Pmin即为1310nm光接收机的灵敏度。七、实验总结本次实验介绍了光发射机和光接收机的原理，在光通信系统中其发射端是用信号直接调制光 载波的强度，接收端是用检测器直接所接收的光信号。光发射机主要研究光源的调制特性， 光接收机是把光纤送来的光信号变换为电信号，经过均衡放大，箝位，电位调整，整形后， 送出相应的模拟或数字信号。还学习了光发送模块的电路原理，了解了光收端机灵敏度的指 标要求。