光纖通信實(shí)驗(yàn)報(bào)告匯總(參考)

1、實(shí)驗(yàn)一 用戶電話接口實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握用戶電話接口電路的主要功能2、 了解實(shí)現(xiàn)用戶接口電路功能芯片Am79R70的主要性能和特點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、掌握用戶線接口電路的主要功能2、了解Am79R70的結(jié)構(gòu)和工作原理3、了解電話接續(xù)的原理及其各種語音控制信號的波形三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY1804I型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 1臺2、20MHz 雙蹤數(shù)字示波器 1臺3、電話機(jī) 2部4、連接導(dǎo)線 20根 四、實(shí)驗(yàn)原理1、用戶線接口電路功能及其作用在現(xiàn)代通信設(shè)備與程控交換中，由于交換網(wǎng)絡(luò)不能通過鈴流、饋電等電流，因而將過去在公用設(shè)備（如繩路）實(shí)現(xiàn)的一些功能放到“用戶電路”來實(shí)現(xiàn)。在程控交換機(jī)中，用戶電路也

2、可稱為用戶線接口電路（Subscriber Line Interface CircuitSLIC）。根據(jù)用戶電話機(jī)的不同，用戶接口電路可分為模擬用戶電話接口電路和數(shù)字用戶電話接口電路。模擬用戶電話接口電路與模擬電話相連，數(shù)字用戶電話接口電路和數(shù)字終端相連（如ISDN），而在此實(shí)驗(yàn)箱中采用模擬用戶電話接口電路。模擬用戶線接口電路在實(shí)現(xiàn)時(shí)最大的壓力應(yīng)是能承受饋電、鈴流和外界干擾等高壓大電流的沖擊，過去都是采用晶體管、變壓器、繼電器等分立元件構(gòu)成，但隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，各種集成的SLIC相繼出現(xiàn)，他們大都采用半導(dǎo)體工藝或是薄膜、厚膜會合工藝，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉，已實(shí)現(xiàn)了通用化。在程控交換機(jī)中模擬用

3、戶接口電路一般要具有B（饋電），R（振鈴），S（監(jiān)視），C（編譯碼），H（混合），T（測試），O（過壓保護(hù)）七項(xiàng)功能。具體含義是：1、饋電（B-Battery feeding）：向用戶話機(jī)饋送直流電流。通常要求饋電電壓為-48V，環(huán)路電流不小于18mA。2、過壓保護(hù)（O-Overvoltage protection）：防止過壓過流沖擊損壞電路和設(shè)備。3、振鈴控制（R-Ringing Control）：向用戶話機(jī)饋送鈴流，通常為25Hz/75Vrms正弦波。4、監(jiān)視（S-Supervision）：監(jiān)視用戶線的狀態(tài)，檢測話機(jī)摘機(jī)、掛機(jī)與撥號脈沖燈信號已送往控制網(wǎng)絡(luò)和交換網(wǎng)絡(luò)。5、編解碼與濾波（C-

4、CODEC/Filter）：在數(shù)字交換中，它完成模擬話音與數(shù)字碼間的轉(zhuǎn)換。編譯碼通常采用PCM碼的方式，其編碼器（Coder）和譯碼器（Decoder）統(tǒng)稱為CODEC。相應(yīng)的防混疊與平滑低通濾波器的帶寬范圍為：300Hz3400Hz，編碼速率為64Kb/s。6、混合（H-Hybird）：完成二線與四線的轉(zhuǎn)換功能，即實(shí)現(xiàn)模擬二線雙向信號與PCM發(fā)送和接收數(shù)字四線信號之間的分離。7、測試（T-Test）：對用戶電路進(jìn)行測試。模擬用戶接口電路的結(jié)構(gòu)如圖所示：圖1-1 模擬用戶接口電路框圖2、用戶線接口電路在本實(shí)驗(yàn)箱中，用戶線接口電路芯片選用Legerity公司生產(chǎn)的模擬用戶線接口芯片Am79R70

5、。Am79R70是一種功能較強(qiáng)的用戶線接口芯片，它除了擁有用戶接口電路常用的7種功能中的6種外，還擁有電流限制、掛機(jī)傳輸、極性反轉(zhuǎn)、tip開路和環(huán)路檢測等功能。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)原理框圖如下：圖1-2 Am79R70內(nèi)部功能模塊圖其中Am79R70需要VCC，VEE，VBAT1，VBAT2四種電源電壓。其中VCC為+5V，VEE為-5V，此電壓可由Am79R70內(nèi)部的負(fù)電壓調(diào)整可得。VBAT2的電壓幅度范圍為-19-48V，VBAT1的電壓幅度范圍為-40-67V，標(biāo)準(zhǔn)值為-48V。振鈴、環(huán)路狀態(tài)檢測的功能主要通過控制字輸入端C3，C2，C1及摘掛機(jī)檢測輸出端/DET來控制，當(dāng)C3C2C1輸入為0

6、01時(shí)，Am79R70處于振鈴模式，當(dāng)C3C2C1輸入不是001時(shí)，Am79R70進(jìn)入其他工作模式，同時(shí)使與其相連的話機(jī)振鈴截止。當(dāng)C3C2C1輸入為010時(shí)，話機(jī)處于通話狀態(tài)。Am79R70的/DET腳的輸出可以指示用戶的摘掛機(jī)狀態(tài)，當(dāng)用戶摘機(jī)時(shí)，Am79R70的/DET腳輸出低電平，掛機(jī)時(shí)輸出高電平。實(shí)驗(yàn)箱中電話間的通信及信號的控制主要由單片機(jī)和FPGA來共同完成，我們稱之為控制處理單元，其工作過程如下：當(dāng)用戶1摘機(jī)時(shí)，與它相連的Am79R70的/DET腳輸出低電平，向控制處理單元指示用戶1已經(jīng)摘機(jī)，同時(shí)摘機(jī)指示燈亮。此時(shí)控制處理單元向用戶1的Am79R70的控制端C3C2C1輸出010使

7、其處于通話連接狀態(tài)，同時(shí)對用戶1的摘機(jī)的信息進(jìn)行處理。在通話連接狀態(tài)下，用戶的信息經(jīng)過Am79R70的兩線接口及信號傳輸模塊可以直接輸出到編解碼芯片和收發(fā)器?？刂铺幚韱卧蛴脩?送撥號音，用戶1聽到此音后撥號。控制處理單元根據(jù)用戶1的所撥的號碼定位到用戶2，并向與用戶2連接的Am79R70的控制端輸出001，以使得用戶2所連接的Am79R70處于振鈴狀態(tài)，同時(shí)向用戶1發(fā)送回鈴音或忙音。在振鈴狀態(tài)下，Am79R70將鈴流電路產(chǎn)生的RV通過RING腳輸入到Am79R70內(nèi)，經(jīng)內(nèi)部放大后通過兩線接口模塊輸出到用戶線，使得用戶2的電話機(jī)振鈴。當(dāng)用戶2摘機(jī)后，它相連的Am79R70的/DET腳輸出低電平

8、，以向控制處理單元指示用戶2已經(jīng)摘機(jī)。此時(shí)控制處理單元向用戶2的Am79R70的控制端C3C2C1輸出010使其處于通話連接狀態(tài)，同時(shí)停止振鈴。這樣，用戶1和用戶2就可以通過Am79R70進(jìn)行通話。 3、用戶接口電路原理圖用戶接口電路和電話接續(xù)實(shí)驗(yàn)將主要完成摘掛機(jī)監(jiān)測、振鈴、回鈴、忙音、電話傳送語音信號測試等功能。此部分實(shí)驗(yàn)需要結(jié)合電話模擬信號源模塊來完成，電話模擬信號源模塊主要用產(chǎn)生忙音、回鈴、振鈴控制等信號來完成電話之間的接續(xù)功能。用戶接口電路的原理圖如下：圖1-3 用戶接口電路原理圖用戶接口模塊的基本原理：用戶接口模塊主要由Am79R70及相應(yīng)的一些外接電路組成，用戶話機(jī)是通過電話接頭內(nèi)

9、的TI、RI（即圖中的B301）與系統(tǒng)相連，二極管LED309主要用來完成摘掛機(jī)的檢測功能，當(dāng)兩部電話中的任何一部電話摘機(jī)時(shí)相應(yīng)的二極管亮表示處于摘機(jī)狀態(tài)。測試鉤VTATA， VRATA主要用來測試本方話機(jī)的輸入和輸出模擬信號。在這里，輸入的信號可以是以下幾種類型的信號：3.1 電話通信中的話音信號。3.2 來自電話模擬信號源模塊的各種音信號（回鈴、振鈴、忙音信號）。 撥號音：450Hz正弦波； 忙音：450Hz正弦波，通斷間隔時(shí)間0.35S； 回鈴音：450Hz的正弦波，每導(dǎo)通1秒后間斷4秒； 25Hz振鈴信：25Hz的低頻周期信號，每導(dǎo)通1秒后間斷4秒；控制處理模塊主要通過對兩部電話的狀態(tài)

10、檢測來產(chǎn)生各種控制信號，如回鈴信號、忙音信號、振鈴信號，以完成兩部電話之間的熱線接續(xù)功能。其中熱線呼叫的流程圖如下：開始 有用戶呼叫嗎？NO呼叫YES被叫閑嗎NOYES來話接續(xù)向主叫送忙音向被叫送振鈴，向主叫送回鈴NONO被叫應(yīng)答嗎？主叫掛機(jī)嗎？應(yīng)答YES停送鈴流，?；剽徱?，接通電路YESNO話端掛機(jī)嗎掛機(jī)拆線（釋放復(fù)原）開始圖1-4 電話呼叫控制流程圖五、實(shí)驗(yàn)步驟1、用連接線連接中央控制器的D_IN和D_OUT，將中央控制器K1撥為“主”，分別接好兩部電話機(jī)。2、將PCM編譯碼模塊的開關(guān)K301，K401，K402，K403和K404分別撥向下。3、將撥碼開關(guān)K703(A機(jī)號碼)的值撥為“0

11、001”， 使A機(jī)號碼為3201；撥碼開關(guān)K704(B機(jī)號碼)的值撥為“0010”， 使B機(jī)號碼為3202。注釋：本實(shí)驗(yàn)箱要求為每一部電話設(shè)置一個(gè)電話號碼，電話號碼為3201到3215，電話號碼前兩位固定為32，后兩位（電話地址）由撥碼開關(guān)K703和K704人為輸入，對應(yīng)兩個(gè)撥碼開關(guān)所撥的二進(jìn)制數(shù)值，例如預(yù)設(shè)A機(jī)電話號碼為3201，則將撥碼開關(guān)K703(A機(jī)號碼)的值撥為“0001”。多臺實(shí)驗(yàn)箱組網(wǎng)通信時(shí)要求電話號碼設(shè)置和終端地址設(shè)置不能重復(fù)。4、打開交流電源。中央控制器指示燈NS、FS亮，表明環(huán)路同步。5、用示波器測量電話A模擬信號源測試鉤25HZA和BHA(450HZ)的波形，其中25HZ

12、A為頻率25HZ的方波，BHA(450HZ)為頻率450HZ的正弦波，450HZ正弦波的峰-峰值為1V左右。用示波器測量電話B模擬信號源測試鉤25HZB和BHB(450HZ)的波形，其中25HZA為頻率25HZ的方波，BHA(450HZ)為頻率450HZ的正弦波，450HZ正弦波的峰-峰值為1V左右。注釋：25HZ的方波用合成振鈴信號，450HZ的正弦波用來提供撥號音以及合成忙音信號和回鈴信號，若其幅度過大，將會在電話接口回路中引起自激現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電話話路的通話質(zhì)量。a、電話的摘機(jī)狀態(tài)及撥號音測試將電話A模塊的電話摘機(jī)，此時(shí)二極管LED309發(fā)光。用示波器探頭測量A電話模擬信號輸入端測試鉤V

13、RATA的撥號音波形，觀察其波形的特點(diǎn)，并進(jìn)行分析。將該電話掛機(jī)，可看見二極管LED309不發(fā)光。b、電話振鈴，回鈴信號測試將電話A模塊的電話摘機(jī)，聽到撥號音后，撥打電話B模塊的號碼3202，此時(shí)觀察撥號狀態(tài)指示燈LED301、LED302、LED303和LED304(每撥一個(gè)數(shù)字，撥號狀態(tài)將由對應(yīng)的二進(jìn)制碼指示)。如果電話B沒有處于通話占用狀態(tài)則將會聽到響鈴聲，用示波器探頭測量測試鉤ZLB的波形，將其記錄下來分析；用示波器探頭測量測試鉤HLA回鈴信號的波形，觀察其波形的特點(diǎn)，并進(jìn)行分析； 將電話A模塊的電話掛機(jī)，同時(shí)將電話B模塊的電話摘機(jī)，撥打電話A模塊的電話，測量HLB和ZLA的波形，并對

14、其進(jìn)行分析。注釋：ZLA/ZLB是用來與25HZ低頻信號合成振鈴音的控制信號，表現(xiàn)為1秒通4秒斷。c、電話話音信號傳輸功能測試將電話A模塊的電話摘機(jī)，撥打電話B模塊的電話，并接通。將電話進(jìn)行按鍵，同時(shí)利用示波器探頭來測量VTATA和VRATB、VTATB和VRATA的波形，對比電話A和電話B之間的接收和發(fā)送信號波形，觀察不同按鍵時(shí)電話發(fā)送信號和接收信號的變化。同時(shí)觀察兩個(gè)電話模塊的撥號狀態(tài)，此時(shí)顯示燈將顯示所按號碼。d、忙音信號測試將電話A模塊的電話摘機(jī)，不撥電話號碼，過約20s后，測量測試構(gòu)VRATA的波形，并畫出其波形。將電話A模塊的電話摘機(jī)，撥打電話B模塊的電話，撥號期間間歇約5s，測量

15、測試構(gòu)VRATA的波形，并畫出其波形。接通兩部電話，將電話A掛機(jī)，用示波器測量測試鉤VRATB的波形，并畫出其波形。e、多種信號音測試測量測試鉤VRATA的波形，分別在振鈴（即電話A摘機(jī)，電話B掛機(jī)）、接通（兩部電話通話）和忙音（接通后，電話B掛機(jī)）三種狀態(tài)下測量，記錄下其波形。6、關(guān)閉交流電源，拆除各個(gè)連線，將實(shí)驗(yàn)箱還原。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 VRATA 忙音信號示意圖HLA/HLB 回鈴信號示意圖七、思考題答案1、電話接口電路的主要功能是什么，除了AM79R70之外，你還知道那些芯片可以實(shí)現(xiàn)用于接口電路的功能? 2、測試鉤VRATA的波形在三種狀態(tài)下分別不同，其三種波形分別是什么信號的波形?實(shí)驗(yàn)八

16、 半導(dǎo)體激光器P-I特性測試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理和光纖通信中激光光源工作原理2、了解半導(dǎo)體激光器平均輸出光功率與注入驅(qū)動電流的關(guān)系3、掌握半導(dǎo)體激光器P（平均發(fā)送光功率）-I（注入電流）曲線的測試方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測量半導(dǎo)體激光器輸出功率和注入電流，并畫出P-I關(guān)系曲線2、根據(jù)PI特性曲線，找出半導(dǎo)體激光器閾值電流，計(jì)算半導(dǎo)體激光器斜率效率三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY1804I型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 1臺2、FC接口光功率計(jì)1臺3、FC-FC單模光跳線 1根4、萬用表1臺5、連接導(dǎo)線 20根四、實(shí)驗(yàn)原理光源是把電信號變成光信號的器件，在光纖通信中占有重要的地位。性能好、壽命長

17、、使用方便的光源是保證光纖通信可靠工作的關(guān)鍵。光纖通信對光源的基本要求有如下幾個(gè)方面：首先，光源發(fā)光的峰值波長應(yīng)在光纖的低損耗窗口之內(nèi)，要求材料色散較小。其次，光源輸出功率必須足夠大，入纖功率一般應(yīng)在10微瓦到數(shù)毫瓦之間。第三，光源應(yīng)具有高度可靠性，工作壽命至少在10萬小時(shí)以上才能滿足光纖通信工程的需要。第四，光源的輸出光譜不能太寬以利于傳輸高速脈沖。第五，光源應(yīng)便于調(diào)制，調(diào)制速率應(yīng)能適應(yīng)系統(tǒng)的要求。第六，電光轉(zhuǎn)換效率不應(yīng)太低，否則會導(dǎo)致器件嚴(yán)重發(fā)熱和縮短壽命。第七，光源應(yīng)該省電，光源的體積、重量不應(yīng)太大。作為光源，可以采用半導(dǎo)體激光二極管（LD，又稱半導(dǎo)體激光器）、半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）

18、、固體激光器和氣體激光器等。但是對于光纖通信工程來說，除了少數(shù)測試設(shè)備與工程儀表之外，幾乎無例外地采用半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體發(fā)光二極管。本實(shí)驗(yàn)簡要地介紹半導(dǎo)體激光器，若需詳細(xì)了解發(fā)光原理，請參看各教材。半導(dǎo)體激光二極管（LD）或簡稱半導(dǎo)體激光器，它通過受激輻射發(fā)光，是一種閾值器件。處于高能級E2的電子在光場的感應(yīng)下發(fā)射一個(gè)和感應(yīng)光子一模一樣的光子，而躍遷到低能級E1，這個(gè)過程稱為光的受激輻射，所謂一模一樣，是指發(fā)射光子和感應(yīng)光子不僅頻率相同，而且相位、偏振方向和傳播方向都相同，它和感應(yīng)光子是相干的。由于受激輻射與自發(fā)輻射的本質(zhì)不同，導(dǎo)致了半導(dǎo)體激光器不僅能產(chǎn)生高功率（10mW）輻射，而且輸出光發(fā)

19、散角窄（垂直發(fā)散角為3050°，水平發(fā)散角為030°），與單模光纖的耦合效率高（約3050），輻射光譜線窄（0.11.0nm），適用于高比特工作，載流子復(fù)合壽命短，能進(jìn)行高速信號（>20GHz）直接調(diào)制，非常適合于作高速長距離光纖通信系統(tǒng)的光源。半導(dǎo)體激光器的特性，主要包括閾值電流Ith、輸出功率P0、微分轉(zhuǎn)換效率、峰值波長p、光束發(fā)散角、脈沖響應(yīng)時(shí)間tr、tf等。除上述特性參數(shù)之外，有時(shí)也把半導(dǎo)體激光器的工作電壓、工作溫度等列入特性參數(shù)。閾值電流是非常重要的特性參數(shù)。圖8-1上A段與B段的交點(diǎn)表示開始發(fā)射激光，它對應(yīng)的電流就是閾值電流Ith。半導(dǎo)體激光器可以看作為一

20、種光學(xué)振蕩器，要形成光的振蕩，就必須要有光放大機(jī)制，也即激活介質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，而且產(chǎn)生的增益足以抵消所有的損耗。將開始出現(xiàn)凈增益的條件稱為閾值條件。一般用注入電流值來標(biāo)定閾值條件，也即閾值電流Ith。P-I特性是半導(dǎo)體激光器的最重要的特性。當(dāng)注入電流增加時(shí)，輸出光功率也隨之增加，在達(dá)到Ith之前半導(dǎo)體激光器輸出熒光，到達(dá)Ith之后輸出激光，輸出光子數(shù)的增量與注入電子數(shù)的增量之比見式8-1。 （8-1）P/I就是圖8-1激射時(shí)的斜率，是普朗克常數(shù)（6.625*10-34 焦耳秒），v為輻射躍遷情況下，釋放出的光子的頻率。圖8-1 LD半導(dǎo)體激光器P-I曲線示意圖 P-I特性是選擇半導(dǎo)體激光

21、器的重要依據(jù)。在選擇時(shí)，應(yīng)選閾值電流Ith盡可能小，Ith對應(yīng)P值小，而且沒有扭折點(diǎn)的半導(dǎo)體激光器。這樣的激光器工作電流小，工作穩(wěn)定性高，消光比（測試方法見實(shí)驗(yàn)十二）大，而且不易產(chǎn)生光信號失真。并且要求P-I曲線的斜率適當(dāng)。斜率太小，則要求驅(qū)動信號太大，給驅(qū)動電路帶來麻煩；斜率太大，則會出現(xiàn)光反射噪聲及使自動光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。在實(shí)驗(yàn)中所用到半導(dǎo)體激光器輸出波長為1310nm，帶尾纖及FC型接口。其典型參數(shù)如下表8-1：表8-1 本實(shí)驗(yàn)半導(dǎo)體激光器的部分參數(shù)參考表Parameter參數(shù)Symbol符號Min最小值Typ典型值Max.最大值Unit單位Central Wavelength中心

22、波長 128013101340nmSpectral Width RMS譜線寬度 25nmThreshold Current閾值電流815mAOptical output power輸出功率0.20.4mWForward Voltage正向電壓Vf1.21.6VRise Time/Fall Time上升/下降時(shí)間tr/tf0.5ns 本實(shí)驗(yàn)所涉及的實(shí)驗(yàn)框圖如圖8-2，R973（1）與激光器串聯(lián)。圖8-2 激光器工作框圖電路中的驅(qū)動電流在數(shù)值上等于R973兩端電壓與電阻值之比。為了測試更加精確，實(shí)驗(yàn)中先用萬用表測出R973的精確值(將BM901、BM902都撥到中檔，用萬用表的歐姆檔測T904、T

23、905之間的電阻)，計(jì)算得出半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電流，然后用光功率計(jì)測得一定驅(qū)動電流下半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光的功率，從而完成P-I特性的測試。并可根據(jù)P-I特性得出半導(dǎo)體激光器的斜率效率。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、用導(dǎo)線連接中央控制器M和T903(13_DIN)。2、將開關(guān)BM901撥為1310nm，將開關(guān)K902撥為“數(shù)字”，將電位器W901逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到最小。3、旋開光發(fā)端機(jī)光纖輸出端口防塵帽，用FC-FC光纖跳線將半導(dǎo)體激光器與光功率計(jì)輸入端連接起來，并將光功率計(jì)測量波長調(diào)整到1310nm檔。4、用萬用表測量T904（TV+）和T905(TV-)之間的電阻值（電阻焊接在PCB板的反面），找出所測電壓與半

24、導(dǎo)體激光器驅(qū)動電流之間的關(guān)系（VIR973）。注釋：在回路中測R973的電阻值，不準(zhǔn)確！所以在測之前要將回路斷開。另外，考慮到萬用表本身的精度問題，也可不測R973的電阻值，直接用1來做實(shí)驗(yàn)。5、將電位器W907（閾值電流調(diào)節(jié)）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底。注釋：此時(shí)LD的直流偏置Ib的值為0。LD的驅(qū)動電流僅為調(diào)制電流Id。否則因自動光功率的作用，無法測量LD的P-I特性曲線6、打開交流電源。7、用萬用表測量T904（TV+）和T905(TV-)兩端電壓（紅表筆插T904，黑表筆插T905）。8、慢慢調(diào)節(jié)電位器W901（數(shù)字驅(qū)動調(diào)節(jié)），使所測得的電壓為下表中數(shù)值，依次測量對應(yīng)的光功率值，并將測得的數(shù)據(jù)填入

25、下表1-2，精確到0.1uW。注釋：1、實(shí)驗(yàn)中半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電流不可大于60mA，否則有燒毀激光器的危險(xiǎn)。 2、實(shí)驗(yàn)時(shí)不能調(diào)節(jié)電位器W907，否則將影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。 9、做完實(shí)驗(yàn)后先關(guān)閉交流電開關(guān)。10、拆下光跳線及光功率計(jì)，用防塵帽蓋住實(shí)驗(yàn)箱半導(dǎo)體激光器光纖輸出端口，將實(shí)驗(yàn)箱還原。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）10.717.541.262.110615

26、1195241286U(mV)1214161820222426I(mA)12.014.016.018.020.022.024.026.0P（uW）374456541621702791925997 LD的P-I特性測試表六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以上的數(shù)據(jù)僅供參考，LD的閾值電流Ith一般在310mA比較正常。由于激光器個(gè)體差異會使得輸出功率有差異。七、思考題答案1、試說明半導(dǎo)體激光器發(fā)光工作原理。答： 半導(dǎo)體激光器（LD）包括工作物質(zhì)、諧振腔和泵浦源三部分。工作物質(zhì)直接決定了激光器的激射波長，1310和1550窗口一般采用InGaAsP/InP材料。泵浦源一般是采用直接電注入的方法來實(shí)現(xiàn)，正向偏置的PN結(jié)導(dǎo)

27、帶和價(jià)帶的費(fèi)米能級發(fā)生分離，兩準(zhǔn)費(fèi)米能級的差超過禁帶寬度時(shí)就能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，光信號通過粒子數(shù)反轉(zhuǎn)區(qū)域時(shí)就能實(shí)現(xiàn)放大。諧振腔能實(shí)現(xiàn)光反饋，當(dāng)光信號在諧振腔中來回反射一次獲得的增益超過總損耗時(shí)，就能建立起穩(wěn)定的振蕩，實(shí)現(xiàn)激射。 由于諧振腔中存在損耗及端面反射鏡的透射損耗，受激發(fā)射產(chǎn)生的光子將不斷消耗，如果增益并非足夠大，則不能補(bǔ)償這種損耗。只有當(dāng)增益等于或者大于總損耗時(shí)，才能建立起穩(wěn)定的振蕩，這一增益稱為閾值增益。為達(dá)到閾值增益所要求的泵浦或者注入電流稱為閾值電流。2、環(huán)境溫度的改變對半導(dǎo)體激光器P-I特性有何影響？答：半導(dǎo)體激光器（LD）對工作環(huán)境溫度的變化非常敏感，在高溫環(huán)境下工作會影響它的

28、壽命。對于P-I特性，主要表現(xiàn)在閾值的變化，閾值電流與溫度呈指數(shù)關(guān)系變化：，為溫度時(shí)的閾值電流，是工作溫度，表示器件溫度特性的特征溫度，較大，表示器件的溫度穩(wěn)定性較好。3、分析以半導(dǎo)體激光器為光源的光纖通信系統(tǒng)中，半導(dǎo)體激光器P-I特性對系統(tǒng)傳輸性能的影響。答：閾值電流越小，系統(tǒng)工作時(shí)的電流就越小，工作穩(wěn)定性會增加。閾值電流對應(yīng)的功率越小，光端機(jī)輸出的光信號的消光比就較大。線性區(qū)線性度越好，波形越不容易失真。線性區(qū)的P-I曲線斜率要適當(dāng)。若太小則驅(qū)動信號要求太大，給驅(qū)動電路帶來麻煩；驅(qū)動太大的管子會出現(xiàn)光反射噪聲及自動光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。19實(shí)驗(yàn)九 發(fā)光二極管P-I特性測試曲線一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

29、1、學(xué)習(xí)發(fā)光二極管的發(fā)光原理2、了解發(fā)光二極管平均輸出光功率與注入電流的關(guān)系3、掌握發(fā)光二極管P（平均發(fā)送光功率）-I（注入電流）曲線的測試二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測量發(fā)光二極管平均輸出光功率和注入電流，并畫出P-I關(guān)系曲線2、根據(jù)PI特性曲線，計(jì)算發(fā)光二極管斜率效率三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY1804I型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 1臺2、FC接口光功率計(jì)1臺3、850nm光發(fā)端機(jī)（HFBR-1414T） 1個(gè)4、ST-FC多模光跳線 1根5、萬用表1臺6、連接導(dǎo)線 20根四、實(shí)驗(yàn)原理半導(dǎo)體光源主要有半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）和半導(dǎo)體激光器（LD）兩種。LD已經(jīng)在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)介紹過，本實(shí)驗(yàn)主要是介紹LED。半導(dǎo)體發(fā)

30、光二極管（LED）是利用半導(dǎo)體P-N結(jié)自發(fā)發(fā)射原理發(fā)光的器件的統(tǒng)稱。商品發(fā)光二極管種類很多，電信儀表與家電產(chǎn)品的半導(dǎo)體指示燈也是半導(dǎo)體發(fā)光二極管。光纖通信專用半導(dǎo)體發(fā)光二極管的特點(diǎn)是高亮度、高響應(yīng)速度，其制造工藝與價(jià)格與半導(dǎo)體指示燈有所不同。發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)簡單，是一個(gè)正向偏置的PN同質(zhì)結(jié)，電子-空穴對在耗盡區(qū)輻射復(fù)合發(fā)光，稱為電致發(fā)光。發(fā)光二極管（LED）發(fā)射的不是激光，輸出功率較小、具有較寬的譜寬（3060nm）、發(fā)射角較大（100°）、與光纖的耦合效率較低。其優(yōu)點(diǎn)是：壽命很長，理論推算可達(dá)108至1010小時(shí)，其次是受溫度影響較小，輸出光功率與注入電流的線性關(guān)系較好，價(jià)

31、格也比較便宜，驅(qū)動電路簡單，不存在模式噪聲等問題。半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）可以做為中短距離、中小容量的光纖通信系統(tǒng)的光源。對于發(fā)光二極管（LED）而言，自發(fā)輻射產(chǎn)生的功率是由正向偏置電壓產(chǎn)生的注入電流提供的，當(dāng)注入電流為I，工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)，電子-空穴對通過輻射和非輻射復(fù)合，其復(fù)合率等于載流子注入率I/P，其中發(fā)射電子的復(fù)合率決定于內(nèi)量子效率int，光子產(chǎn)生率為(Iint/P)，因此LED內(nèi)產(chǎn)生的光功率為 （9-1）式中，為光量子能量。假定所有發(fā)射的光子能量近似相等，并設(shè)從LED逸出的功率內(nèi)部產(chǎn)生功率的份額為，則LED的發(fā)射功率為 （9-2） 圖9-1 LED發(fā)光二極管P-I曲線示意圖ext亦稱

32、為外量子效率。由9-2式可知，LED發(fā)射功率P和注入電流I近似成正比。這說明LED的P-I曲線線性度好，調(diào)制時(shí)動態(tài)范圍大，信號失真小。該實(shí)驗(yàn)測量其電光轉(zhuǎn)換特性（P-I特性），工作電流不同的時(shí)候，輸出功率也不同，基本上是成線性關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)選用的半導(dǎo)體發(fā)光二極管是安捷倫公司的HFBR0400系列的HFBR1414T。其型號所代表的意思如下：其中心波長為820nm，接頭為ST型。實(shí)驗(yàn)中發(fā)光二極管電流的確定通過測量串聯(lián)在電路中R973的電壓值。電路中的驅(qū)動電流在數(shù)值上等于R973兩端電壓與電阻值之比。實(shí)驗(yàn)中先用萬用表測出R973的精確值，計(jì)算得出發(fā)光二極管的驅(qū)動電流，然后用光功率計(jì)測得一定驅(qū)動電流下發(fā)

33、出的光功率，從而完成P-I特性的測試。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、用導(dǎo)線連接中央控制器M和T903(13_DIN)。2、將開關(guān)BM901撥為850nm，將開關(guān)K902撥為“數(shù)字”，將電位器W901逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到最小。3、裝好850nm光發(fā)射機(jī)（850nm T），用ST-FC光纖跳線將LED與光功率計(jì)輸入端連接起來，并將光功率計(jì)測量波長調(diào)整到850nm檔。4、用萬用表測量T904（TV+）和T905(TV-)之間的電阻值（電阻焊接在PCB板的反面），找出所測電壓與半導(dǎo)體激光器驅(qū)動電流之間的關(guān)系（VIR973）。注釋：在回路中測R973的電阻值，不準(zhǔn)確！所以在測之前要將回路斷開。另外，考慮到萬用表本身的精度問題

34、，也可不測R973的電阻值，直接用1來做實(shí)驗(yàn)。5、將電位器W907（閾值電流調(diào)節(jié)）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底。注釋：此時(shí)LD的直流偏置Ib的值為0。LD的驅(qū)動電流僅為調(diào)制電流Id。否則因自動光功率的作用，無法測量LD的P-I特性曲線6、打開交流電源。7、用萬用表測量T904（TV+）和T905(TV-)兩端電壓（紅表筆插T904，黑表筆插T905）。8、慢慢調(diào)節(jié)電位器W901（數(shù)字驅(qū)動調(diào)節(jié)），使所測得的電壓為下表中數(shù)值，依次測量對應(yīng)的光功率值，并將測得的數(shù)據(jù)填入下表，精確到0.1uW。注釋：1、實(shí)驗(yàn)中半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動電流不可大于60mA，否則有燒毀激光器的危險(xiǎn)。 2、實(shí)驗(yàn)時(shí)不能調(diào)節(jié)電位器W907，否則將

35、影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。9、做完實(shí)驗(yàn)后先關(guān)閉交流電開關(guān)。10、拆下光跳線及光功率計(jì)，用防塵帽蓋住實(shí)驗(yàn)箱半導(dǎo)體激光器光纖輸出端口，將實(shí)驗(yàn)箱還原。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特性測試表六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果見上表LED的P-I特性測試表，以上的數(shù)據(jù)僅供參考。由于激光器個(gè)體差異會使得輸出功率有差異。七、思考題答案1、說明發(fā)光二極管工作原理，比較分析發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理的區(qū)別。答：發(fā)光二極管

36、（LED）是以自發(fā)發(fā)射的形式發(fā)射光子。LD是受激輻射過程發(fā)射光子。2、環(huán)境溫度的改變對發(fā)光二極管P-I特性曲線有何影響？答：一般的發(fā)光二極管的P-I曲線隨著溫度的升高而降低。但是不同材料的發(fā)光二極管其下降程度不一樣。3、發(fā)光二極管P-I特性曲線是否嚴(yán)格線性？為什么？答：否。當(dāng)發(fā)光二極管工作于大信號狀態(tài)（一般80mA）之后，P-I曲線會發(fā)生彎曲。實(shí)驗(yàn)二十七 波分復(fù)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解光纖接入網(wǎng)中波分復(fù)用原理2、掌握波分復(fù)用技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)現(xiàn)用兩種連接方式組成1310nm與1550nm光纖通信的波分復(fù)用系統(tǒng)三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY1804I型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 1臺2、20

37、MHz雙蹤數(shù)字示波器 1臺3、萬用表 1臺4、波分復(fù)用器 2個(gè)5、FC-FC適配器 1個(gè)6、連接導(dǎo)線 20根四、實(shí)驗(yàn)原理隨著人類社會信息時(shí)代的到來，對通信的需求呈現(xiàn)加速增長的趨勢。發(fā)展迅速的各種新型業(yè)務(wù)（特別是高速數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)）對通信網(wǎng)的帶寬（或容量）提出了更高的要求。為了適應(yīng)通信網(wǎng)傳輸容量的不斷增長和滿足網(wǎng)絡(luò)交互性、靈活性的要求，產(chǎn)生了各種復(fù)用技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)是光的波分復(fù)用WDM（Wavelength Division Multiplexing）。光波分復(fù)用技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長光信號的一項(xiàng)技術(shù)。WDM 就是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，根據(jù)每一信道光波的頻率

38、（或波長）不同可以將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，把光波作為信號的載波，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器（合波器）將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進(jìn)行傳輸；在接收端，再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開的復(fù)用方式。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨(dú)立的（不考慮光纖非線性時(shí)），從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸。波分復(fù)用系統(tǒng)原理圖如圖27-1所示。圖27-1 波分復(fù)用系統(tǒng)原理圖MuxDeMux是WDM系統(tǒng)使用中不可或缺的兩種元件。也就是我們常說的復(fù)用，解復(fù)用器。DWDM使光導(dǎo)纖維網(wǎng)絡(luò)能同時(shí)傳送數(shù)個(gè)波長的信號，而Mux則是負(fù)責(zé)將數(shù)個(gè)波長匯集至一起的元

39、件；DeMux則是負(fù)責(zé)將匯集至一起的波長分開的元件。從原理上講，這種器件是互易的（雙向可逆），即只要將解復(fù)用器的輸出端和輸入端反過來使用，就是復(fù)用器。光分插復(fù)用器(OADM)是WDM系統(tǒng)中一個(gè)重要的應(yīng)用元件，其作用是在一個(gè)光導(dǎo)纖維傳送網(wǎng)絡(luò)中塞入取出（Add-Drop）多個(gè)波長信道；置OADM于網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)處，以控制不同波長信道的光信號傳至適當(dāng)?shù)奈恢谩９饫w通信系統(tǒng)中通常實(shí)用的石英光纖有三個(gè)低衰減區(qū)，即0.60.9um為第一個(gè)低衰減區(qū)，通常稱為短波長低衰減區(qū)。1.01.35um和1.451.8um為第二、第三個(gè)低衰減區(qū)。后兩者稱為長波長低衰減區(qū)。本實(shí)驗(yàn)利用光纖通信工程應(yīng)用最廣泛的長波長衰減區(qū)中131

40、0nm與1550nm光纖通信波長進(jìn)行波分復(fù)用，傳輸兩路信號（一路模擬信號，一路數(shù)字信號）。實(shí)驗(yàn)原理框圖如圖38-2。波分復(fù)用還有另一種連接方式，其實(shí)驗(yàn)框圖如圖27-2所示。這種波分復(fù)用連接方式中，同一根光纖中光信號的傳輸方向相反，由于光波傳輸?shù)莫?dú)立性，兩個(gè)方向的光波傳輸不會有干擾。通過實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證這一理論。波分復(fù)用器波分復(fù)用器信號甲圖27-2 波分復(fù)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)框圖信號乙1310nm1550nm信號甲信號乙1310nm1550nm五、實(shí)驗(yàn)步驟1、連接數(shù)字信號源模塊和中央控制器的A1和A2，B1和B2，C1和C2；連接中央控制器和數(shù)字終端模塊的A3和A4，B3和B4，C3和C4；連接模擬信號源模塊

41、2的T602和T907(13_AIN)。連接中央控制器的D_OUT和T901(15_DIN)，D_IN和T902(15_DOUT)。2、將開關(guān)K706的值撥為“01000000”。將數(shù)字信號源撥碼開關(guān)K501，K502和K503的值撥為任意值。將中央控制器的開關(guān)K1撥為“主”。3、將開關(guān)BM901撥為1310nm，將開關(guān)K902撥為“模擬”，將開關(guān)BM902撥為1310nm，將開關(guān)K901撥為“通信。4、旋開光發(fā)端和光收端1550和1310保護(hù)帽，將1550光發(fā)端機(jī)和波分復(fù)用器A中標(biāo)有“1550”光纖接頭連接，將1310光發(fā)端機(jī)和波分復(fù)用器A中標(biāo)有“1310”光纖接頭連接。將1550光接收機(jī)和

42、波分復(fù)用器B中標(biāo)有“1550”光纖接頭連接，將1310光接收機(jī)和波分復(fù)用器B中標(biāo)有“1310”光纖接頭連接。用FC-FC適配器將波分復(fù)用器連接起來。5、打開交流電源。中央控制器指示燈NS、FS亮，表明環(huán)路同步。按動開關(guān)KB，使燈LED729由滅變亮，此時(shí)將來自數(shù)字信號源的數(shù)字信號送出。6、用雙蹤示波器的兩個(gè)探頭同時(shí)測量T907和TP902(13OUT)處的波形，調(diào)節(jié)電位器W905（模擬驅(qū)動調(diào)節(jié)）和W909（幅值調(diào)節(jié)），直到波形相同為止，信號的幅度可以不同。7、用示波器測量T901(15_DIN)和T902(15_DOUT)的波形，觀察經(jīng)波分復(fù)用和解復(fù)用后的信號是否相同。8、觀測數(shù)字信號源模塊和

43、數(shù)字終端的二極管發(fā)光的個(gè)數(shù)與順序，驗(yàn)證數(shù)據(jù)光纖傳輸后的正確性。9、根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)兩路數(shù)字信號波分復(fù)用后光纖傳輸實(shí)驗(yàn)。10、實(shí)驗(yàn)完成后，關(guān)閉交流電源，拆除各個(gè)連線，將所有的開關(guān)撥向下，將實(shí)驗(yàn)箱還原。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果七、思考題答案1、說明時(shí)分復(fù)用與光波分復(fù)用的異同點(diǎn)。2、如果采用多個(gè)波長進(jìn)行波分復(fù)用，對實(shí)驗(yàn)箱和波分復(fù)用器有何要求？實(shí)驗(yàn)三十四 波分復(fù)用器插入損耗和光串?dāng)_測試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解波分復(fù)用器的工作原理及其結(jié)構(gòu)2、掌握它們的正確使用方法3、掌握它們主要特性參數(shù)的測試方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測量波分復(fù)用器的插入損耗2、測量波分復(fù)用器的光串?dāng)_三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY1804I型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

44、1臺2、FC接口光功率計(jì)1臺3、萬用表1臺4、FC-FC適配器1個(gè)5、波分復(fù)用器2個(gè)6、連接導(dǎo)線 20根四、實(shí)驗(yàn)原理波分復(fù)用器/解復(fù)用器是一種與波長有關(guān)的耦合器。波分復(fù)用器的功能是把多個(gè)不同波長的發(fā)射機(jī)輸出的光信號組合在一起，輸出到一根光纖；解復(fù)用器是把一根光纖輸出的多個(gè)不同波長的光信號，分配給不同的接收機(jī)。波分復(fù)用器是波分復(fù)用系統(tǒng)中的重要組成部分，為了確保波分復(fù)用系統(tǒng)的性能，對波分復(fù)用器的一般要求是：插入損耗小、光串?dāng)_小、隔離度大、帶內(nèi)平坦，帶外插入損耗變化陡峭、溫度穩(wěn)定性好，復(fù)用路數(shù)多等。本實(shí)驗(yàn)主要用來測試波分復(fù)用器的插入損耗和光串?dāng)_。1、插入損耗插入損耗是指由于增加光波分復(fù)用器/解復(fù)用器而產(chǎn)