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文檔簡(jiǎn)介

1、實(shí)驗(yàn)一用戶電話接口實(shí)驗(yàn)、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的主要性能與特點(diǎn)、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)與工作原理3、了解電話接續(xù)的原理及其各種語音控制信號(hào)的波形三、實(shí)驗(yàn)儀器 TOC o 1-5 h z 1、ZY1804I型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1臺(tái)2、20MHz雙蹤數(shù)字示波器1臺(tái)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

2、電路也可稱為用戶線接口電路(SubscriberLineInterfaceCircuitSLIC)。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與數(shù)字用戶電話接口電路。模擬用戶電話接口電路與模擬電t相連,數(shù)字用戶電話接口電路與數(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)就是能承受饋電、鈴流與外界干擾等高壓大電流的沖擊,過去都就是采用晶體管、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),她們大都采用半導(dǎo)體工藝或就是薄膜、厚膜會(huì)合工藝,性能用I定,價(jià)格低廉,已實(shí)現(xiàn)了通用化。在程控交換機(jī)

3、中模擬用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(cè)試),O(過壓保護(hù))七項(xiàng)功能。具體含義就是:1、饋電(B-Batteryfeeding):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-Overvoltageprotection):防止過壓過流沖擊損壞電路與設(shè)備。3、振鈴控制(R-RingingControl):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(cè)話機(jī)摘機(jī)、掛機(jī)與撥號(hào)脈沖燈信號(hào)已送往控制網(wǎng)絡(luò)與交換網(wǎng)絡(luò)。5、編解碼與濾波(

4、C-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)與譯碼器(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(hào)與PCM發(fā)送與接收數(shù)字四線信號(hào)之間的分離。7、測(cè)試(T-Test):對(duì)用戶電路進(jìn)行測(cè)試。模擬用戶接口電路的結(jié)構(gòu)如圖所示:過壓保護(hù)電路振鈴曲制饋電電路混合電路低通濾法*平衡網(wǎng)絡(luò)二低通濾演編譯碼器VCC VNEC BGND AGND/DGND圖1-1模擬用戶接口

5、電路框圖2、用戶線接口電路在本實(shí)3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。Am79R70就是一種功能較強(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開路與環(huán)路檢測(cè)等功能。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)原理框圖如下:RYOUT1RYERYOUT2D1D2C1C2C3E1/DETRSNVTXRDRINGINRDCRDCRRSGLRSGHB2EN圖1-2Am79R70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Am79

6、R70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(cè)的功能主要通過控制字輸入端C3,C2,C1及摘掛機(jī)檢測(cè)輸出端/DET來控制,當(dāng)C3c2C1輸入為001時(shí),Am79R70處于振鈴模式,當(dāng)C3C2C1輸入不就是001時(shí),Am79R70進(jìn)入其她工作模式,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(hào)的控制主要由單片機(jī)與

7、FPGA來共同完成,我們稱之為控制處理單元淇工作過程如下: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使其處于通話連接狀態(tài),同時(shí)對(duì)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(hào)傳輸模塊可以直接輸出到編解碼芯片與收發(fā)器??刂铺幚韱卧蛴脩?送撥號(hào)音,用戶1聽到此音后撥號(hào)。控制處理單元根據(jù)用戶1的所撥的號(hào)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

8、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)1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,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與用戶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與電話接續(xù)實(shí)驗(yàn)將主要完成摘掛機(jī)監(jiān)測(cè)、振鈴、回鈴、忙音、電話傳送語音信號(hào)測(cè)試等功能。此部分實(shí)驗(yàn)需要結(jié)合電話模擬信號(hào)源模塊來

9、完成,電話模擬信號(hào)源模塊主要用產(chǎn)生忙音、回鈴、振鈴控制等信號(hào)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:B3 0112TIP AR349U3 11R350R INGA3 64 52 71 8C30529IR3142831R31632C3087627C306、D301-48V |-24HJ|C307C3 09-6U3 05RTRIP1RTRIP2A(TIP) HPAHPBB(RING)RYOUT1RYOUT2RYEVBAT1582,C311C3 10D302BGNDVBAT2AGND/DGNDVTATAwR346VCCVCCVNEG-5V1VTAT土R3 40RDR3 18IIRSGHC

10、312R3 19RSGLIIVTXR3 41C3 1321RSNR320R3 42R3 22RDC24R3 23RDCR7U3 06 EB2EN14C112811R39D115U3 06 AU3 06 CT06 INT013DETRINGIN25HZU3 10 BC2C3D2E1LED3 09I- VRATA25HZC3 1520 -C3 14U3 06 D11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)就是通過電話接頭內(nèi)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(cè)功能,當(dāng)兩部電話

11、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(cè)試鉤VTATA,VRATA主要用來測(cè)試本方話機(jī)的輸入與輸出模擬信號(hào)。在這里,輸入的信號(hào)可以就是以下幾種類型的信號(hào):3、1電話通信中的話音信號(hào)。3、2來自電話模擬信號(hào)源模塊的各種音信號(hào)(回鈴、振鈴、忙音信號(hào))。撥號(hào)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(hào),每導(dǎo)通1秒后間斷4秒;控制處理模塊主要通過對(duì)兩部電話的狀態(tài)檢測(cè)來產(chǎn)生各種控制信號(hào),如回鈴信號(hào)、忙音信號(hào)、振鈴信號(hào)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:

12、開始二NO拆線(釋復(fù)原)*4-4-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與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)K301K401K402K403與K404分別撥向下。3、將撥碼開關(guān)K703(A機(jī)號(hào)碼)的值撥為“0001”使A機(jī)號(hào)碼為3201;撥碼開關(guān)K704(B機(jī)號(hào)碼)的值撥為“000”,使B機(jī)號(hào)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(hào)碼,電話號(hào)碼為3201到3215,電話號(hào)碼前兩位固定為32,后兩位(電話地址)由撥碼開關(guān)K703與K704人為輸入,對(duì)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(hào)碼

13、為3201,則將撥碼開關(guān)K703(A機(jī)號(hào)碼)的值撥為“000仁多臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱組網(wǎng)通信時(shí)要求電話號(hào)碼設(shè)置與終端地址設(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(cè)量電話A模擬信號(hào)源測(cè)試鉤25HZA與BHA(450HZ)的波形淇中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。用示波器測(cè)量電話B模擬信號(hào)源測(cè)試鉤25HZB與BHB(450HZ)的波形淇中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

14、鈴信號(hào),450HZ的正弦波用來提供撥號(hào)音以及合成忙音信號(hào)與回鈴信號(hào),若其幅度過大,將會(huì)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(hào)音測(cè)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(cè)量A電話模擬信號(hào)輸入端測(cè)試鉤VRATA的撥號(hào)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),可瞧見二極管LED309不發(fā)光。b、電話振鈴,回鈴信號(hào)測(cè)試將電話A模塊的電話摘機(jī),聽到撥號(hào)音后,撥打電話B模塊的號(hào)碼3202,此時(shí)觀察撥號(hào)狀態(tài)指示燈LED301、LED302、LED303與LED304(每撥一個(gè)數(shù)字,撥號(hào)狀態(tài)將由對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼指示)。如果電話B沒

15、有處于通話占用狀態(tài)則將會(huì)聽到響鈴聲,用示波器探頭測(cè)量測(cè)試鉤ZLB的波形,將其記錄下來分析;用示波器探頭測(cè)量測(cè)試鉤HLA回鈴信號(hào)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(cè)量HLB與ZLA的波形,并對(duì)其進(jìn)行分析。注釋:ZLA/ZLB就是用來與25HZ低頻信號(hào)合成振鈴音的控制信號(hào),表現(xiàn)為1秒通4秒斷。c、電話話音信號(hào)傳輸功能測(cè)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(cè)量VTATA與VRATB、VTATB與VRATA的波形對(duì)比電話A與電話B之間的接收與發(fā)送信號(hào)波形,觀察不同按鍵時(shí)

16、電話發(fā)送信號(hào)與接收信號(hào)的變化。同時(shí)觀察兩個(gè)電話模塊的撥號(hào)狀態(tài),此時(shí)顯示燈將顯示所按號(hào)碼。d、忙音信號(hào)測(cè)試將電話A模塊的電話摘機(jī),不撥電t號(hào)碼,過約20s后,測(cè)量測(cè)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(hào)期間間歇約5s,測(cè)量測(cè)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(cè)量測(cè)試鉤VRATB的波形,并畫出其波形。e、多種信號(hào)音測(cè)試測(cè)量測(cè)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)與忙音(接通后,電話B掛機(jī))三種狀態(tài)下測(cè)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)

17、驗(yàn)結(jié)果VRATA忙音信號(hào)示意圖HLA/HLB 回鈴信號(hào)示意圖七、思考題答案1、電話接口電路的主要功能就是什么,除了AM79R70之外,您還知道那些芯片可以實(shí)現(xiàn)用于接口電路的功能?2、測(cè)試鉤VRATA的波形在三種狀態(tài)下分別不同淇三種波形分別就是什么信號(hào)的波形?實(shí)驗(yàn)八半導(dǎo)體激光器P-I特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)半導(dǎo)體激光器發(fā)光原理與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(dòng)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)-1(注入電流)曲線的測(cè)試方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量半導(dǎo)體激光器輸出功率與注入電流,并畫出P-I關(guān)系曲線2、根據(jù)P-I特性曲線,找出半導(dǎo)體激光器閾值

18、電流,計(jì)算半導(dǎo)體激光器斜率效率三、實(shí)驗(yàn)儀器 TOC o 1-5 h z 1、ZY1804I型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1臺(tái)2、FC接口光功率計(jì)1臺(tái)3、FC-FC單模光跳線1根4、萬用表1臺(tái)5、連接導(dǎo)線20根四、實(shí)驗(yàn)原理光源就是把電信號(hào)變成光信號(hào)的器件,在光纖通信中占有重要的地位。性能好、壽命長(zhǎng)、使用方便的光源就是保證光纖通信可靠工作的關(guān)鍵。光纖通信對(duì)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(zhǎng)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

19、,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,電一光轉(zhuǎn)換效率不應(yīng)太低,否則會(huì)導(dǎo)致器件嚴(yán)重發(fā)熱與縮短壽命。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)體激光器卜半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)、固體激光器與氣體激光器等。但就是對(duì)于光纖通信工程來說,除了少數(shù)測(cè)試設(shè)備與工程儀表之外,幾乎無例外地采用半導(dǎo)體激光器與半導(dǎo)體發(fā)光二極管。本實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要地介紹半導(dǎo)體激光器,若需詳細(xì)了解發(fā)光原理,請(qǐng)參瞧各教材。半導(dǎo)體激光二極管(LD)或簡(jiǎn)稱半導(dǎo)體激光器,它通過受激輻射發(fā)光,就是一種閾值器件。處于高能級(jí)E2的電子在光場(chǎng)

20、的感應(yīng)下發(fā)射一個(gè)與感應(yīng)光子一模一樣的光子,而躍遷到低能級(jí)E1,這個(gè)過程稱為光的受激輻射,所謂一模一樣,就是指發(fā)射光子與感應(yīng)光子不僅頻率相同,而且相位、偏振方向與傳播方向都相同,它與感應(yīng)光子就是相干的。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國(guó)射,而且輸出光發(fā)散角窄(垂直發(fā)散角為3050,水平發(fā)散角為。30),與單模光纖的耦合效率高(約30%50%),輻射光譜線窄(Ak0、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(hào)(20GHz)直接調(diào)制,非常適合于作高速長(zhǎng)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

21、、微分轉(zhuǎn)換效率。峰值波長(zhǎng)入R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)。閾值電流就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(duì)應(yīng)的電流就就是閾值電流Ith。半導(dǎo)體激光器可以瞧作為一種光學(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特性就是半導(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

22、,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。dehv(8-1)AP/A就就是圖8-1激射時(shí)的斜率大就是普朗克常數(shù)(6、625*10-34焦耳g秒),v為輻射躍遷情況下,釋放出的光子的頻率。P-I特性就是選擇半導(dǎo)體激光器的重要依據(jù)。在選擇時(shí),應(yīng)選閾彳1電流Ith盡可能小,Ith對(duì)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(cè)試方法見實(shí)驗(yàn)十二)大,而且不易產(chǎn)生光信號(hào)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(dòng)信號(hào)太大,給驅(qū)動(dòng)電路帶來麻煩;斜率太大,則會(huì)出現(xiàn)光反射噪聲及使自動(dòng)光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。在實(shí)驗(yàn)中所用到半

23、導(dǎo)體?t光器輸出波長(zhǎng)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)參考表驅(qū)動(dòng)電路激光器Parameter參數(shù)Symbol符號(hào)Min最小值Typ典型值Max、取大值Unit單位CentralWavelength中心波長(zhǎng)128013101340nmSpectralWidthRMS譜線寬度25nmThresholdCurrent閾值電流Ith815mAOpticaloutputpower輸出功率P00、20、4mWForwardVoltage正向電壓Vf1、21、6VRiseTime/FallTime上升/下降時(shí)間tr/tf0、5ns本實(shí)驗(yàn)所涉及的實(shí)

24、驗(yàn)框圖如圖8-2,R973(1用激光器串聯(lián)。R973TI-圖8-2激光器工作框圖電路中的驅(qū)動(dòng)電流在數(shù)值上等于R973兩端電壓與電阻值之比。為了測(cè)試更加精確,實(shí)驗(yàn)中先用萬用表測(cè)出R973的精確值(將BM901、BM902都撥到中檔,用萬用表的歐姆檔測(cè)T904、T905之間的電阻力計(jì)算得出半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)電流,然后用光功率計(jì)測(cè)得一定驅(qū)動(dòng)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(cè)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與T903(13DIN)。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

25、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(cè)量波長(zhǎng)調(diào)整到1310nm檔。4、用萬用表測(cè)量T904(TV+)與T905(TV-)之間的電阻值(電阻焊接在PCB板的反面),找出所測(cè)電壓與半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電流之間的關(guān)系(V=IR973)。注釋:在回路中測(cè)R973的電阻值,不準(zhǔn)確!所以在測(cè)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(cè)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(dòng)電流僅為調(diào)制電流Id。否則因自動(dòng)光功率的作用,無法測(cè)

26、量LD的P-I特性曲線6、打開交流電源。7、用萬用表測(cè)量T904(TV+)與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(dòng)調(diào)節(jié),使所測(cè)得的電壓為下表中數(shù)值,依次測(cè)量對(duì)應(yīng)的光功率值,并將測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下表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(dòng)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(m

27、A)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特性測(cè)試表K、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(huì)使得輸出功率有差異。七、思考題答案1

28、、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)、諧振腔與泵浦源三部分。工作物質(zhì)直接決定了激光器的激射波長(zhǎng),1310與1550窗口一般采用InGaAsP/InP材料。泵浦源一般就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)帶與價(jià)帶的費(fèi)米能級(jí)發(fā)生分離,兩準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)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(hào)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(hào)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

29、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(duì)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(duì)工作環(huán)境溫度的變化非常敏感,在高溫環(huán)境下工作會(huì)影響它的壽命。對(duì)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:IthIthoeTT0,Itho為溫度To時(shí)的閾值電流,T就是工作溫度,To表示器件溫度特性的特征溫度,To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(duì)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

30、性會(huì)增加。閾值電流對(duì)應(yīng)的功率越小,光端機(jī)輸出的光信號(hào)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(dòng)信號(hào)要求太大,給驅(qū)動(dòng)電路帶來麻煩;驅(qū)動(dòng)太大的管子會(huì)出現(xiàn)光反射噪聲及自動(dòng)光功率控制環(huán)路調(diào)整困難。實(shí)驗(yàn)九發(fā)光二極管P-I特性測(cè)試曲線一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、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)-1(注入電流)曲線的測(cè)試二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量發(fā)光二極管平均輸出光功率與注入電流,并畫出P-I關(guān)系曲線2、根據(jù)P-I特性曲線,計(jì)算發(fā)光二極管斜率效率三、實(shí)驗(yàn)儀器 TOC o 1-5 h z 1、ZY1

31、804I型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1臺(tái)2、FC接口光功率計(jì)1臺(tái)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(tái)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)與半導(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)主要就是介紹LED。半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)就是利用半導(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)體指示燈也就是半導(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)就是高亮度、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(jiǎn)單,就是一個(gè)正

32、向偏置的PN同質(zhì)結(jié),電子-空穴對(duì)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)射的不就是激光,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)就是:壽命很長(zhǎng),理論推算可達(dá)108至1010小時(shí)淇次就是受溫度影響較小,輸出光功率與注入電流的線性關(guān)系較好,價(jià)格也比較便宜,驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)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(duì)于發(fā)光二極管(LED)而言,自發(fā)輻射產(chǎn)生的功率就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(duì)通過輻射與非輻射復(fù)合,其復(fù)合率等

33、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nt,光子產(chǎn)生率為(IHnt/P),因此LED內(nèi)產(chǎn)生的光功率為Pintint(/q)I(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ext,則LED的發(fā)射功率為PeextPintextint(/q)I(9-2)華義亦稱為外量子效率。由9-2式可知,LED發(fā)射功率P與注入電流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(dòng)態(tài)范圍大,信號(hào)失真小。該實(shí)驗(yàn)測(cè)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,基本上就是成線性關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)選用的半導(dǎo)體發(fā)光二極管就是安

34、捷倫公司的HFBR0400系列的HFBR1414T。其型號(hào)所代表的意思如下:1 = Traiismiaer2 二 Receiver 4 - S20 nm Tivuisiuiitjcr and0 = SMA, Housed= STf Housed= HouwdE = SC, fhujwd口閨un T (TlireadkM Pun Option)Option C (CrnducTA e Port Receiver Option iOption M (Mrfii Pon。腐。n)2 - Tx. SliiniJurd lYiWtr4 = Tx, Hlgti Power2 = Rx. 5 MBcl, T

35、TL Output5 = Rx, 125 MHz, Analog Output其中心波長(zhǎng)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(cè)量串聯(lián)在電路中R973兩端電壓與電阻值之比。實(shí)驗(yàn)中先用萬用表測(cè)出R973的電壓值。電路中的驅(qū)動(dòng)電流在數(shù)值上等于R973的精確值,計(jì)算得出發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流,然后用光功率計(jì)測(cè)得一定驅(qū)動(dòng)電流下發(fā)出的光功率,從而完成P-I特性的測(cè)試。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、用導(dǎo)線連接中央控制器M與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)(850nmT),用ST-FC光纖跳

36、線將LED與光功率計(jì)輸入端連接起來,并將光功率計(jì)測(cè)量波長(zhǎng)調(diào)整到850nm檔。4、用萬用表測(cè)量T904(TV+)與T905(TV-)之間的電阻值(電阻焊接在PCB板的反面),找出所測(cè)電壓與半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電流之間的關(guān)系(V=IR973)。注釋:在回路中測(cè)R973的電阻值,不準(zhǔn)確!所以在測(cè)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(cè)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(dòng)電流僅為調(diào)制電流Id。否則因自動(dòng)光功率的作用,無法測(cè)量LD的P-I特性曲線6、打開交流電源。7、用萬用表測(cè)量T904(T

37、V+)與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(dòng)調(diào)節(jié),使所測(cè)得的電壓為下表中數(shù)值,依次測(cè)量對(duì)應(yīng)的光功率值,并將測(cè)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(dòng)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)246810121416182025I(mA)2、04、05、08、010、012、014、016、018、020、025、0

38、P(uW)0、971、112、163、264、395、496、637、708、779、6912、3LED的P-I特性測(cè)試表K、實(shí)驗(yàn)結(jié)果見上表LED的P-I特性測(cè)試表,以上的數(shù)據(jù)僅供參考。由于激光器個(gè)體差異會(huì)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(LED)就是以自發(fā)發(fā)射的形式發(fā)射光子。LD就是受激輻射過程發(fā)射光子。2、環(huán)境溫度的改變對(duì)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。但就是不同材料的發(fā)光二極管其下降程度不一樣。3、發(fā)光二極管P-I特性曲線就是否嚴(yán)格線性?為什

39、么?答:否。當(dāng)發(fā)光二極管工作于大信號(hào)狀態(tài)(一般80mA)之后,P-I曲線會(huì)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 TOC o 1-5 h z 1、ZY1804I型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1臺(tái)2、20MHz雙蹤數(shù)字示波器1臺(tái)3、萬用表1臺(tái)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(huì)信息時(shí)代的到來,對(duì)通信的需求呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。發(fā)展迅速的各種新型業(yè)務(wù)(特別就是高速數(shù)據(jù)與視頻業(yè)務(wù))對(duì)通信網(wǎng)的帶寬

40、(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(zhǎng)與滿足網(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)就是光的波分復(fù)用WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)。光波分復(fù)用技術(shù)就是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。WDM就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(或波長(zhǎng))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(hào)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(zhǎng)的信號(hào)光載波合并起來送入一根光纖進(jìn)行傳輸;在接U端,再由一波分復(fù)用器(分波器)將這些不同波長(zhǎng)承載不同信號(hào)的光載波分開的復(fù)用

41、方式。由于不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)可以瞧作互相獨(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(hào)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Mux/DeMux就是WDM系統(tǒng)使用中不可或缺的兩種元件。也就就是我們常說的復(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(zhǎng)的信號(hào),而Mux則就是負(fù)責(zé)將數(shù)個(gè)波長(zhǎng)匯集至一起的元件;DeMux則就是負(fù)責(zé)將匯集至一起的波長(zhǎng)分開的元件。從原理上講這種器件就是互易的(雙向可逆,即只要將解復(fù)用器的輸出端與輸入端反過來使用,就就是復(fù)用器。光分插復(fù)用器(OADM)就是WDM系統(tǒng)中一個(gè)重要的應(yīng)用元件,其作用就是在一個(gè)光導(dǎo)纖維傳送網(wǎng)

42、絡(luò)中塞入/取出(Add-Drop)多個(gè)波長(zhǎng)信道;置OADM于網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)處,以控制不同波長(zhǎng)信道的光信號(hào)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(zhǎng)低衰減區(qū)。1、01、35um與1、451、8um為第二、第三個(gè)低衰減區(qū)。后兩者稱為長(zhǎng)波長(zhǎng)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(zhǎng)波長(zhǎng)衰減區(qū)中1310nm與1550nm光纖通信波長(zhǎng)進(jìn)行波分復(fù)用,傳輸兩路信號(hào)(一路模擬信號(hào),一路數(shù)字信號(hào))。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(hào)的傳輸方向相反,由于光

43、波傳輸?shù)莫?dú)立性,兩個(gè)方向的光波傳輸不會(huì)有干擾。通過實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證這一理論。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)端與光收端圖27-2波分復(fù)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)框圖1550與1310保護(hù)帽,將1550光發(fā)端機(jī)與波分復(fù)用器A中標(biāo)有“155優(yōu)纖接頭連接,將1310光發(fā)端機(jī)與波分復(fù)用器A中標(biāo)有“131酰纖接頭連接。將1550光接收機(jī)與波分復(fù)用器B中標(biāo)有“1550光纖接頭連接,將1310光接收機(jī)與波分復(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

44、,表明環(huán)路同步。按動(dòng)開關(guān)KB,使燈LED729由滅變亮,此時(shí)將來自數(shù)字信號(hào)源的數(shù)字信號(hào)送出。6、用雙蹤示波器的兩個(gè)探頭同時(shí)測(cè)量T907與TP902(13OUT)處的波形,調(diào)節(jié)電位器W905(模擬驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié))與W909(幅值調(diào)節(jié)),直到波形相同為止,信號(hào)的幅度可以不同。7、用示波器測(cè)量T901(15_DIN)與T902(15_DOUT)的波形,觀察經(jīng)波分復(fù)用與解復(fù)用后的信號(hào)就是否相同。8、觀測(cè)數(shù)字信號(hào)源模塊與數(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(hào)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

45、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(zhǎng)進(jìn)行波分復(fù)用,對(duì)實(shí)驗(yàn)箱與波分復(fù)用器有何要求?實(shí)驗(yàn)三十四波分復(fù)用器插入損耗與光串?dāng)_測(cè)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(cè)試方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量波分復(fù)用器的插入損耗2、測(cè)量波分復(fù)用器的光串?dāng)_三、實(shí)驗(yàn)儀器 TOC o 1-5 h z 1、ZY1804I型光纖通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1臺(tái)2、FC接口光功率計(jì)1臺(tái)3、萬用表1臺(tái)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)用器就是一種與波長(zhǎng)有關(guān)的耦合器。波分復(fù)用器的功能就是把多個(gè)不同波長(zhǎng)的發(fā)射機(jī)輸出的光信號(hào)組合在一起,輸出到一根光纖;解復(fù)用器就是把一根光纖輸出的多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào),分配給不同的接收機(jī)。波分復(fù)用器就是波分復(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(duì)波分復(fù)用器的一般要求就是: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(cè)試波分復(fù)用器的插入損耗與光串?dāng)_。1、插入損耗插入損耗就是指

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