光纖通信實驗報告

1、光纖通信實驗報告實驗室名稱：實驗日期：2015年10月27日學 院信息科學與工程學院專業(yè)、班級通信工程1303班姓 名陳甜實驗名稱光源的P-I特性、光發(fā)射機消光比測試指 導教 師王瑋教師評語教師簽名： 年 月 日實驗目地 ： 1、了解半導體激光器LD的P-I特性、光發(fā)射機消光比。2、掌握光源P-I特性曲線、光發(fā)射機消光比的測試方法。 3、學習半導體激光器發(fā)光原理和光纖通信中激光光源工作原理。 4、增強動手操作能力，增強對課本內容的理解。實驗內容：1、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，繪制光源P-I特性曲線；2、分析光源P-I特性及光發(fā)射機消光比。實驗器材：1、主控&信號源模塊、2號、25號模塊 各一塊 2

2、、23號模塊（光功率計） 一塊3、FC/PC型光纖跳線、連接線 若干 4、干萬用表 一個實驗原理: 數(shù)字光發(fā)射機的指標包括：半導體光源的P-I特性曲線測試、消光比（EXT）測試和平均光功率的測試。1、半導體光源的P-I特性LD半導體激光器P-I曲線示意圖半導體激光器具有高功率密度和極高量子效率的特點，微小的電流變化會導致光功率輸出變化，是光纖通信中最重要的一種光源，激光二極管可以看作為一種光學振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放大機制，也即啟動介質處于粒子數(shù)反轉分布，而且產(chǎn)生的增益足以抵消所有的損耗。半導體激光器的輸出光功率與驅動電流的關系如上圖所示，該特性有一個轉折點，相應的驅動電流稱為門

3、限電流（或稱閾值電流），用Ith表示。在門限電流以下，激光器工作于自發(fā)輻射，輸出（熒光）光功率很小，通常小于100pW；在門限電流以上，激光器工作于受激輻射，輸出激光功率隨電流迅速上升，基本上成直線關系。激光器的電流與電壓的關系類似于正向二極管的特性。該實驗就是對該線性關系進行測量，以驗證P-I的線性關系。P-I特性是選擇半導體激光器的重要依據(jù)。在選擇時，應選閾值電流Ith盡可能小，沒有扭折點， P-I曲線的斜率適當?shù)陌雽w激光器：Ith小，對應P值就小，這樣的激光器工作電流小，工作穩(wěn)定性高，消光比大；沒有扭折點，不易產(chǎn)生光信號失真；斜率太小，則要求驅動信號太大，給驅動電路帶來麻煩；斜率太大，

4、則會出現(xiàn)光反射噪聲及使自動光功率控制環(huán)路調整困難。2、光發(fā)射機消光比消光比定義為：。式中P00是光發(fā)射機輸入全“0”時輸出的平均光功率即無輸入信號時的輸出光功率。P11是光發(fā)射機輸入全“1”時輸出的平均光功率。從激光器的注入電流（I）和輸出功率（P）的關系，即P-I特性可以清楚地看出消光比的物理概念，如下圖所示。PEXTADPPIN消光比對靈敏度的影響由圖可知，當輸入信號為“0”時，光源的輸出光功率為P00，它將由直流偏置電流Ib來確定。無信號時光源輸出的光功率對接收機來說是一種噪聲，將降低光接收機的靈敏度。所以從接收機角度考慮，希望消光比越小越好。但是，應該指出，當Ib減小時，光源的輸出功率

5、將降低，光源的譜線寬度增加，同時，還會對光源的其它特性產(chǎn)生不良影響，因此，必須全面考慮Ib的影響，一般取Ib = (0.70.9)Ith（Ith為激光器的閾值電流）。在此范圍內，能比較好地處理消光比與其它指標之間的矛盾?？紤]各種因素的影響，一般要求發(fā)送機的消光比不超過-1dB。在光源為LED的條件下，一般不考慮消光比，因為它不加直流偏置電流Ib ，電信號直接加到LED上，無輸入信號時的輸出功率為零。因此，只有以LD作光源的光發(fā)射機才要求測試消光比。實驗步驟：1、關閉系統(tǒng)電源，按如下說明進行連線：（1）用連接線將2號模塊TH7（DoutD）連至25號光收發(fā)模塊的TH2（數(shù)字輸入），并把2號模塊的

6、撥碼開關S4設置為“ON”，使輸入信號為全1電平。（2）用光纖跳線連接25號光收發(fā)模塊的光發(fā)輸出端和光收接入端，并將光收發(fā)模塊的功能選擇開關S1打到“光功率計”。（3）用同軸電纜線將25號光收發(fā)模塊P4（光探測器輸出）連至23號模塊P1（光探測器輸入）。2、將25號光收發(fā)模塊開關J1撥為“10”，即無APC控制狀態(tài)。開關S3撥為“數(shù)字”，即數(shù)字光發(fā)送。3、將25號光收發(fā)模塊的電位器W4和W2順時針旋至底，即設置光發(fā)射機的輸出光功率為最大狀態(tài)； 4、開電，設置主控模塊菜單，選擇主菜單【光纖通信】【光源的P-I特性測試】功能。5、用萬用表測量R7兩端的電壓（測量方法：先將萬用表打到直流電壓檔，然后

7、將紅表筆接TP3，黑表筆接TP2）。讀出萬用表讀數(shù)U，代入公式I=U/R7，其中R7=33, 讀出光功率計讀數(shù)P。調節(jié)功率輸出W4，將測得的參數(shù)填入下表：P(uW)312262145.3101.146.705.5911916u(V)0.620.550.400.360.280.220.15I(A)503.23476.36363.25280.8166.7925.47.9446、將25號光收發(fā)模塊的電位器W4順時針旋至底；設置主控模塊菜單，選擇【光功率計】功能。7、將2號模塊的撥碼開關S4設置為“ON”，使輸入信號為全1電平。測得此時光發(fā)端機輸出的光功率為P11。8、將2號模塊的撥碼開關S4設置為“

8、OFF”，使輸入信號為全0電平。測得此時光發(fā)端機輸出的光功率為P00。9、代入公式，即得光發(fā)射機消光比。10、調節(jié)W4，重復79步驟，并將所測數(shù)據(jù)填入下表。P00(uW)00.20080.45110.61131.1702.6013.058P11(uW)309102.676.7749.812.5502.0052.EXT實驗過程原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形等）：1、半導體光源的P-I特性2、用萬用表測量R7兩端的電壓 。讀出萬用表讀數(shù)U，代入公式I=U/R7，其中R7=33, 讀出光功率計讀數(shù)P。調節(jié)功率輸出W4，將測得的參數(shù)填入下表：P(uW)312262145.3101.146.705.5911

9、916u(V)0.620.550.400.360.280.220.15I(A)503.23476.36363.25280.8166.7925.47.93、調節(jié)W4，并將所測數(shù)據(jù)填入下表。P00(uW)00.20080.45110.61131.1702.6013.058P11(uW)309102.676.7749.812.5502.0052.EXT0-27-23.3-20-3-31.76實驗結果及分析： 有實驗數(shù)據(jù)可以看出，半導體的P-I特性曲線中有一個轉折點，半導體激光器的驅動電流稱為門限電流，在門限電流之下，半導體激光器P-I特性曲線斜率很低，由此可知，此時激光器工作于自發(fā)輻射，發(fā)出的光是熒

10、光，光功率很小，P-I特性曲線的斜率很小，當電流值超過閥值電流，P-I特性曲線的斜率突變成一個較大的值，半導體激光器發(fā)出的光是激光，輸出激光功率隨電流迅速上升。有實驗數(shù)據(jù)可以清楚地看到消光比對功率的影響。 當輸入信號為“0”時，光源的輸出光功率為P00，它將由直流偏置電流Ib來確定。無信號時光源輸出的光功率對接收機來說是一種噪聲，將降低光接收機的靈敏度。所以從接收機角度考慮，希望消光比越小越好。但是，應該指出，當Ib減小時，光源的輸出功率將降低，光源的譜線寬度增加，同時，還會對光源的其它特性產(chǎn)生不良影響，因此，必須全面考慮Ib的影響，一般取Ib = (0.70.9)Ith（Ith為激光器的閾值

11、電流）。在此范圍內，能比較好地處理消光比與其它指標之間的矛盾。 本次實驗進行的很順利，因為我們提前預習了實驗指導書上的內容，所以 實驗有了一個大致的了解，加上實驗的時候細心的操作，很快就完成了實驗，通過這次實驗增強了自己的動手操作能力，并對課本上的知識有了更深一步的了解。在做實驗的過程中，也是因為初次接觸，還有些不習慣，從第一個實驗開始對實驗箱的各個模塊進行熟悉，中間在讀數(shù)的時候，我們測的的數(shù)據(jù)波動很厲害，不能穩(wěn)定的讀數(shù)，所以只能取中間值進行采集。光纖通信實驗報告實驗室名稱：實驗日期：2015年 10月27日學 院信息科學與工程學院專業(yè)、班級通信1303班姓 名陳甜實驗名稱模擬信號光纖傳輸系統(tǒng)

12、指 導教 師王瑋教師評語教師簽名： 年 月 日實驗目的：1、了解模擬信號（正弦波、三角波、方波等）光纖傳輸系統(tǒng)。實驗內容：實驗器材：1、主控&信號源模塊、25號模塊 各一塊2、雙蹤示波器 一臺3、FC型光纖跳線、連接線 若干實驗原理：1、實驗原理框圖模擬信號光纖傳輸系統(tǒng)2、實驗框圖說明主控信號源模塊可輸出正弦波、三角波、方波等模擬信號，信號送入光發(fā)射機的模擬輸入端，經(jīng)過光調制電路轉換成光信號，完成電光轉換；光信號經(jīng)光纖跳線傳輸后，由接收機接收，并完成光電轉換，輸出原始信號。注：由于實驗設備配置模塊情況不同，光收發(fā)模塊的波長類型有所不同，比如1310nm、1550nm等，需根據(jù)實際情況確

13、定。實驗步驟：1、關閉系統(tǒng)電源，用光纖跳線連接25號光收發(fā)模塊的光發(fā)輸出端和光收接入端，并將光收發(fā)模塊的功能選擇開關S1打到“光接收機”。2、將信號源&主控模塊的模擬輸出A-out連接到25號光收發(fā)模塊的模擬信號輸入端TH1。3、把25號光收發(fā)模塊的S3設置為“模擬”。4、將25號光收發(fā)模塊的W5（接收靈敏度的調節(jié)旋鈕，順時針旋轉時輸出信號減?。┠鏁r針旋到最大，適當調節(jié)W6（調節(jié)電平判決電路的門限電壓）。5、打開系統(tǒng)電源開關及各模塊電源開關。在主控模塊中設置實驗參數(shù)主菜單【光纖通信】【模擬信號光纖傳輸系統(tǒng)】6、用示波器觀測模擬信號源模塊的A-out，調節(jié)信號源模塊的“輸出幅度”旋鈕，使

14、信號為適當大?。ūＷC輸出信號最大且不失真）。7、用示波器觀測模擬信號源的A-out和25號光收發(fā)模塊的TH4，適當調節(jié)W5，使得觀測到的兩處波形相同。此時，25號光收發(fā)模塊無失真的傳輸模擬信號（可以通過“主控”模塊中“信號源”進入“模擬信號源”菜單選擇所需波型）。實驗過程原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形等）：（1） 當主信號源提供模塊輸出為模擬方波時，輸入和輸出的波形如下：（2） 當主信號源模塊輸出模擬信號為三角波時，輸入和輸出波形如下：（3） 當主信號源模塊輸出為正弦波時，輸入忽然輸出的關系如下；（4） 當輸出正弦波發(fā)生失真時： 實驗結果及分析：在本次實驗中，遇到了幾個問題，首先是調節(jié)使信號介于失

15、真和不失真中間的過程中，由于信號的峰峰值為2V，所以在實際操作中我們是使輸入信號盡可能的大，但是要保證信號不失真，故實驗中，我們采用微調信號源幅度，其次，剛開始在實驗過程中，為了便捷我們沒有吧上次實驗的過程中的連線完全拆除，只是關掉了相應模塊的電源，后來才發(fā)現(xiàn)這樣的做法對實驗的結果影響是很大的，之后我們再也沒有為了省一點時間而不完全拆除上次實驗的線路了。 光纖通信系統(tǒng)可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號，信息源把用戶信息轉換為原始電信號，電發(fā)射機把基帶電信號轉換為適合信道傳輸?shù)男盘?，不管是模擬系統(tǒng)還是數(shù)字系統(tǒng)，輸入到發(fā)射機帶有信號的電信號，都通過調制轉換成光信號。光發(fā)射機把輸入的電信號專函為光

16、信號，并用耦合把光信號最大化的諸如光纖線路。而光纖線路，則把來自光發(fā)射機的光信號，以盡可能小的失真和衰減傳輸?shù)絼偨邮諜C。光接收機把從線路輸出，產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號轉換為電信號，并經(jīng)過其后的電接收機放大和處理后恢復成基帶信號。 從實驗的結果可以看出，當調節(jié)信號源模塊的輸出幅度時，超過一定的程度，輸出的波形和輸入的波形進行比對就會發(fā)現(xiàn)頂部或者底部會產(chǎn)生失真現(xiàn)象，而當幅度適當時，輸出的波形與輸入的波形就會吻合。光纖通信實驗報告實驗室名稱：實驗日期：2015年 10 月27日學 院信息科學與工程學院專業(yè)、班級通信1303班姓 名陳甜實驗名稱PN序列光纖傳輸系統(tǒng)指 導教 師王瑋教師評語教師簽名：

17、年 月 日實驗目的：1、了解PN序列光纖傳輸系統(tǒng)的原理。實驗內容：1、分析實驗電路的工作原理，簡述其工作過程。 2、觀測并分析實驗過程中的實驗現(xiàn)象。實驗器材：1、主控&信號源模塊、25號模塊 各一塊2、雙蹤示波器 一臺3、FC型光纖跳線、連接線 若干實驗原理：2、實驗框圖說明1、實驗原理框圖PN序列光纖傳輸系統(tǒng)實驗框圖本實驗是了解和驗證數(shù)字序列光纖傳輸系統(tǒng)的原理。由主控信號源模塊提供輸入信號PN序列，PN序列經(jīng)過光發(fā)射機完成電光轉換，送入到光纖媒介中傳輸，最后通過光接收機完成光電轉換以及門限判決，恢復出原始碼元信號。注：由于實驗設備配置模塊情況不同，光收發(fā)模塊的波長類型有所不同，比如1

18、310nm、1550nm等，需根據(jù)實際情況確定。實驗步驟：1、關閉系統(tǒng)電源，用光纖跳線連接25號光收發(fā)模塊的光發(fā)和光收，并將25號光收發(fā)模塊的功能選擇開關S1打到“光接收機”。2、將信號源&主控模塊的數(shù)字信號PN15連接到25號光收發(fā)模塊的數(shù)字信號輸入端TH2。3、把25號光收發(fā)模塊的光發(fā)模式選擇S3設置為“數(shù)字”。4、將25號光收發(fā)模塊中的光發(fā)模塊的J1第一位撥“ON”（數(shù)字光調制的通狀態(tài)），第二位撥“OFF”（自動光功率控制補償電流的斷狀態(tài)），將W5（接收靈敏度的調節(jié)旋鈕，逆時針旋轉時輸出信號減小）順時針旋到最大。5、將輸出光功率旋鈕W4順時針旋轉到最大。6、打開系統(tǒng)電源開關及各模

19、塊電源開關。在主控模塊中設置實驗參數(shù)主菜單【光纖通信】【PN序列光纖傳輸系統(tǒng)】。用示波器觀測25號光收發(fā)模塊的數(shù)字輸入TH2和數(shù)字輸出端TH3，比較二者碼元情況，適當調節(jié)25號光收發(fā)模塊W6（調節(jié)電平判決電路的門限電壓）及W5，使兩路波形相同。實驗過程原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形等）：實驗結果及分析： 通過本次實驗，讓我對PN序列的產(chǎn)生方法有了一定的了解，PN是一種偽隨機碼，同時本次實驗采用的是長線性反饋移位寄存器序列作為偽隨機序列。 分析實驗電路的工作原理，簡述其工作過程：PN序列碼是一種偽隨機序列碼，是一種數(shù)字信號，即構成數(shù)字通信系統(tǒng)。本實驗是了解和驗證數(shù)字序列光纖傳輸系統(tǒng)的原理。由主控信號

20、源模塊提供輸入信號PN序列，PN序列經(jīng)過光發(fā)射機完成電光轉換，送入到光纖媒介中傳輸，最后通過光接收機完成光電轉換以及門限判決，恢復出原始碼元信號。它是通過識別高低電平來接受信號，同時噪聲不累積。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)比模擬光纖通信系統(tǒng)具有更多的優(yōu)點，也更適應社會對通信能力和通信質量越來越高的要求。它的抗干擾能力強，傳輸質量好；可以用再生中繼，延長傳輸距離； 觀測并分析實驗過程中的實驗現(xiàn)象：實驗過程中，全部設置好參數(shù)和接線后，可以用示波器觀測模擬信號源的A-out和25號光收發(fā)模塊的TH4，適當調節(jié)W6以及W5，使得觀測到的兩處波形相同。此時，25號光收發(fā)模塊無失真地傳輸模擬信號。 同時在示

21、波器上得到的波形，可以觀察到，輸入波形（上）的波形當0,1信號出現(xiàn)1時，輸入波形有些許的延遲，而輸出的波形由于是判斷高低電平，波形無延遲上的失真，觀測到的兩處波形基本吻合光纖通信實驗報告實驗室名稱：實驗日期：2015年 10 月27日學 院信息科學與工程學院專業(yè)、班級通信1303班姓 名陳甜實驗名稱CMI碼編譯碼及其光纖傳輸系統(tǒng)指 導教 師王瑋教師評語教師簽名： 年 月 日實驗目的：1、了解和掌握CMI編譯碼原理和用途。2、 了解CMI編譯碼光纖傳輸系統(tǒng)的相關原理。實驗器材：1、主控&信號源模塊、2、8、25號模塊 各一塊2、雙蹤示波器 一臺3、FC型光纖跳線、連接線 若干實驗原理：1

22、、實驗原理框圖實驗原理框圖2、實驗原理說明和數(shù)字電纜通信一樣，通常在數(shù)字光纖通信的傳輸通道中，一般不直接傳輸終端機輸出的數(shù)字信號，而是經(jīng)過碼型變換電路，使之變換成為更適合傳輸通道的線路碼型。在數(shù)字電纜通信中, 電纜中傳輸?shù)木€路碼型通常為三電平的“三階高密度雙極性碼”，即HDB3碼，它是一種傳號以正負極性交替發(fā)送的碼型。在數(shù)字光纖通信中由于光源不可能發(fā)射負的光脈沖，因而不能采用HDB3碼，只能采用“0”“1”二電平碼。但簡單的二電平碼的直流基線會隨著信息流中“0”“1”的不同的組合情況而隨機起伏，而直流基線的起伏對接收端判決不利，因此需要進行線路編碼以適應光纖線路傳輸?shù)囊?。線路編碼還有另外兩個

23、作用：一是消除隨機數(shù)字碼流中的長連“0”和長連“1”碼，以便于接收端時鐘的提取。二是按一定規(guī)則進行編碼后，也便于在運行中進行誤碼監(jiān)測，以及在中繼器上進行誤碼遙測。本實驗CMI編碼中，碼字“0”由“01”表示，碼字“1”由“00”、“11”交替表示。其變換規(guī)則如表所示：輸入碼字CMI碼模式1模式20010110011CMI碼型變換規(guī)則CMI（Coded Mark Inversion）碼是典型的字母型平衡碼之一。CMI在ITU-T G.703建議中被規(guī)定為139.264Mb/s（PDH的四次群）和155.520Mb/s（SDH的STM-1）的物理/電氣界面的碼型。CMI由于結構均勻，傳輸性能好，可

24、以用游動數(shù)字和的方法監(jiān)測誤碼，因此誤碼監(jiān)測性能好。由于它是一種電接口碼型，因此有不少139.264Mb/s的光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)采用CMI碼作為光線路碼型。除了上述優(yōu)點外，它不需要重新變換，就可以直接用四次群復接設備送來的CMI碼的電信號去調制光源器件，在接收端把再生還原的CMI碼的電信號直接送給四次群復用設備，而無須電接口和線路碼型變換/反變換電路。其缺點是碼速提高太大，并且傳送輔助信息的性能較差。實驗步驟：1、關電，按表格所示進行連線。源端口目的端口連線說明信號源：PN15模塊8：TH3(編碼輸入-數(shù)據(jù))基帶信號輸入信號源：CLK模塊8：TH4(編碼輸入-時鐘)提供編碼位時鐘模塊8：TH6(編

25、碼輸出)模塊25：TH2(數(shù)字輸入)信號光纖傳輸輸入模塊25：TH3(數(shù)字輸出)模塊8：TH10(譯碼輸入)信號送入譯碼單元2、用光纖跳線連接光收發(fā)模塊的光發(fā)和光收，并將光收發(fā)模塊的功能選擇開關S1打到“光接收機”。3、把光收發(fā)模塊的S3設置為“數(shù)字”。4、將1310nm光發(fā)模塊的J1第一位撥“ON”（數(shù)字光調制的通狀態(tài)），第二位撥“OFF”（APC自動光功率控制補償電流的斷狀態(tài)），將25號光收發(fā)模塊的W5（接收靈敏度的調節(jié)旋鈕，逆時針旋轉時輸出信號減?。╉槙r針旋到最大。 5、將輸出光功率旋鈕W4順時針旋轉到最大。 6、開電（打開主控&信號源模塊、2、8、25號各模塊電源），設置主菜單【光纖通信】【CMI編譯碼及光纖通信系統(tǒng)】。用示波器觀測信號源模塊的PN15與8號模塊的TH13波形，觀測8號模塊的TH3與8號模塊的TH6波形，觀測25號模塊的TH2與25號模塊的TH3波形，觀測8號模塊的TH10與8號模塊的TH13波形，比較PN序列編解碼過程各段前后的