音頻信號(hào)光纖傳輸技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)

-1 音頻信號(hào)光纖傳輸技術(shù)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求通過(guò)預(yù)習(xí)應(yīng)理解以下幾個(gè)問(wèn)題：.音頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)由那幾個(gè)部分組成、主要器件（LED、SPD和光纖）的工作原理；2.LED調(diào)制、驅(qū)動(dòng)電路工作原理.LED偏置電流和調(diào)制信號(hào)的幅度應(yīng)如何選擇、 ；.測(cè)量SPD光電流的I-V變換電路的工作原理 。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉半導(dǎo)體電光/光電器件基本性能及主要特性的測(cè)試方法；.了解音頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及各主要部件的選配原則；.掌握半導(dǎo)體電光和光電器件在模擬信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)；.學(xué)習(xí)音頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)。實(shí)驗(yàn)原理一.系統(tǒng)的組成音頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)的原理圖如圖 8-1-1所示。它主要包括由LED（光源）及其調(diào)制、驅(qū)動(dòng)電路組成的光信號(hào)發(fā)送器、傳輸光纖和由光 一電轉(zhuǎn)換、I—V變換及功放電路組成的光信號(hào)接收器三個(gè)部分。光源器件LED的發(fā)光中心波長(zhǎng)必須在傳輸光纖呈現(xiàn)低損耗的 0.85（in、1.3科m或1.5⑵附近。本實(shí)驗(yàn)采用中心波長(zhǎng) 0.85（in白GaAs半導(dǎo)體發(fā)光二極管作光源、峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為0.8?0.9⑵的硅光二極管SPD作光電檢測(cè)元件。為了避免或減少諧波失真，要求整個(gè)傳輸系統(tǒng)的頻帶寬度能夠覆蓋被傳信號(hào)的頻譜范圍。對(duì)于音頻信號(hào)，其頻譜在 20Hz?20KHz的范圍內(nèi)。光導(dǎo)纖維對(duì)光信號(hào)具有很寬的頻帶，故在音頻范圍內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)的頻帶寬度主要決定于發(fā)送端調(diào)制放大電路和接收端功放電路的頻率特性。LED調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 光電轉(zhuǎn)換及LED I—V變摭-SV1圖8-1-1 音頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)原理圖二、光纖的結(jié)構(gòu)及傳光原理衡量光纖信道性能好壞有兩個(gè)重要指標(biāo)：一是看它傳輸信息的距離有多遠(yuǎn)，二是看它單位時(shí)間內(nèi)攜帶信息的容量有多大。前者決定于光纖的損耗特性，后者決定于光纖的頻率特性。目前光纖的損耗容易做到每公里零點(diǎn)幾 dB水平。光纖的損耗與工作波長(zhǎng)有關(guān)， 所以在工作波長(zhǎng)的選用上，應(yīng)盡量選用低損耗的工作波長(zhǎng)。光纖通訊最早是用短波長(zhǎng) 0.85 近來(lái)發(fā)展到能用1.3?1.55陽(yáng)1范圍的波長(zhǎng)，在這一波長(zhǎng)范圍內(nèi)光纖不僅損耗低，而且色散”也小。光纖的頻率特性主要決定于光纖的模式性質(zhì)。光纖按其模式性質(zhì)通常可以分成單模光纖和多模光纖。無(wú)論單?；蚨嗄９饫w，其結(jié)構(gòu)均由纖芯和包層兩部分組成。纖芯的折射率較包層折射率大。對(duì)于單模光纖，纖芯直徑只有 5?10皿!，在一定條件下，只允許一種電磁場(chǎng)形態(tài)的光波在纖芯內(nèi)傳播。多模光纖的纖芯直徑為 50或62.5pn,允許多種電磁場(chǎng)形態(tài)的光波傳播。以上兩種光纖的包層直徑均為 125皿1。按其折射率沿光纖截面的徑向分布狀況又分成階躍型和漸變型兩種光纖，對(duì)于階躍型光纖，在纖芯和包層中折射率均為常數(shù)，但纖芯折射率口略大于包層折射率n2。所以對(duì)于階躍型多模光纖，可用幾何光學(xué)的全反射理論解釋它的導(dǎo)光原理。在漸變型光纖中，纖芯折射率隨離開(kāi)光纖軸線距離的增加而逐漸減小，直到在纖芯一包層界面處減到某一值后，在包層的范圍內(nèi)折射率保持這一值不變，根據(jù)光射線在非均勻介質(zhì)中的傳播理論［1］可知：經(jīng)光源耦合到漸變型光纖中的某些光射線，在纖芯內(nèi)是沿周期性地彎向光纖軸線的曲線傳播。本實(shí)驗(yàn)采用階躍型多模光纖作為信道，以下應(yīng)用幾何光學(xué)理論進(jìn)一步說(shuō)明階躍型多模光纖的傳光原理。當(dāng)一光束投射到光纖端面時(shí)，其入射面包含光纖軸線的光線稱為子午射線，這類射線在光纖內(nèi)部的行徑是一條與光纖軸線相交、 呈“Z'字型前進(jìn)的平面折線。若耦合到光纖內(nèi)部的光射線在光纖入射端的入射面不包含光纖軸線，稱為偏射線。 偏射線在光纖內(nèi)部不與光纖軸線相交；其行徑是一條空間折線。以下我們只對(duì)子午射線的傳播特性進(jìn)行分析。參看圖8-1-2,假設(shè)光纖端面與其軸線垂直。對(duì)于子午光射線，根據(jù) smell定律及圖8-1-2所示的幾何關(guān)系有：n0sinR=n1sin^z (8-1-1)其中ez=—-a,所以有2n0sin%=n1cosa (8-1-2)其中n0是光纖入射端面左側(cè)介質(zhì)的折射率。通常，光纖端面處 在空氣介質(zhì)中，故n0=1。由(8-1-2)式可知：如果光線在光纖端面處的入射角 R較小，則它進(jìn)入光纖內(nèi)部后投射到纖芯 -包層界面處的入射角a就會(huì)大于按下式?jīng)Q定的臨界角 ac：ac=arcsin(n2/n1) (8-1-3)在此情形下光射線在纖芯-包層界面處發(fā)生全內(nèi)反射。該射線所攜帶的光功率就被局限在纖芯內(nèi)部而不外溢。滿足這一條件的射線稱為傳導(dǎo)射線。 隨著圖8-1-2中入射角R的增加，u角就會(huì)逐漸減小，直到0=口。時(shí)，子午射線攜帶的光功率均可被局限在纖芯內(nèi)。在此之后，若c繼續(xù)增加田，則口角就會(huì)變得小于口。，這時(shí)子午射線在纖芯-包層界面處的全反射條件受到破壞，致使光射線在纖芯-包層界面處的每次反射均有部分光功率溢出纖芯外，光導(dǎo)纖維再也不能把光功率有效地約束在纖芯內(nèi)部。這類射線稱為漏射線。設(shè)與=ac對(duì)應(yīng)的4為4max,凡是以4max為張角的錐體內(nèi)入射的子午光線， 投射到光纖端面上時(shí)，均能被光纖有效地接收而約束在纖芯內(nèi)。根據(jù)( 8-1-2)式有：

noSinRmax=n〔cos二c其中no表示光纖入射端面空氣一側(cè)的折射率，其值為1,故：2 12 2 212sin^max=11-sin:c）：一門2通常把此式定義為光纖的理論數(shù)值孔徑（NumericalAperture）,用英文字符NA表示，即.. 2 212 12NA=Sindmax=（nI一n2）=5（24） （8-1-4）它是一個(gè)表征光纖對(duì)子午射線捕獲能力的參數(shù)， 其值只與纖芯和包層的折射率 n1和n2有關(guān)，與光纖的半徑a無(wú)關(guān)。在（8-1-4）式中：△=n2-n2/2n2:n1-n2/n1稱為纖芯和包層之間的相對(duì)折射率差， △愈大，光纖的理論數(shù)值孔徑NA愈大，表明光纖對(duì)子午線捕獲的能力愈強(qiáng)，即由光源發(fā)出的光功率更易于耦合到光纖的纖芯內(nèi)。這對(duì)于作傳光

用途的光纖來(lái)說(shuō)是有利的。但對(duì)于通訊用的光纖，數(shù)值孔徑愈大，模式色散也相應(yīng)增加，這不利于傳輸容量的提高。對(duì)于通訊用的多模光纖 △值一般限制在1%左右。由于通信用多模光纖的纖芯折射率】是在1.50附近，故理論數(shù)值孔徑的值在0.21左右。三、半導(dǎo)體發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)、工作原理、特性及驅(qū)動(dòng)、調(diào)制電路光纖通訊系統(tǒng)中對(duì)光源器件在發(fā)光波長(zhǎng)、電光效率、工作壽命、光譜寬度和調(diào)制性能等許多方面均有特殊要求。所以不是隨便哪種光源器件都能勝任光纖通訊任務(wù)。目前在以上各個(gè)方面都能較好滿足要求的光源器件主要有半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）和半導(dǎo)體激光二極管（光纖通訊系統(tǒng)中對(duì)光源器件在發(fā)光波長(zhǎng)、電光效率、工作壽命、光譜寬度和調(diào)制性能等許多方面均有特殊要求。所以不是隨便哪種光源器件都能勝任光纖通訊任務(wù)。目前在以上各個(gè)方面都能較好滿足要求的光源器件主要有半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）和半導(dǎo)體激光二極管（LD）.本實(shí)驗(yàn)采用LED作光源器件.半導(dǎo)體發(fā)光二極管是一個(gè)如圖8-1-3所示的N-p-P三層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，中間層通常是由 GaAsAW十p>9eeeee?NRL IEI圖8-1-3半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及工作原理（神化錢）p型半導(dǎo)體材料組成，稱有源層，其帶隙寬度較窄。兩側(cè)分別由GaAlAs的N型和P型半導(dǎo)體材料組成。與有源層相比，它們都具有較寬的帶隙.具有不同帶隙寬度的兩種半導(dǎo)體單晶之間的結(jié)構(gòu)稱為異質(zhì)結(jié) .在圖8-1-3中，有源層與左側(cè)的N層之間形成的是p—N異質(zhì)結(jié)，而與右側(cè)P層之間形成的是p-P異質(zhì)結(jié)，故這種結(jié)構(gòu)又稱N-p-P雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱DH結(jié)構(gòu)）。當(dāng)給這種結(jié)構(gòu)加上正向偏壓時(shí)，就能使N層向有源層注入導(dǎo)電電子， 這些導(dǎo)電電子一旦進(jìn)入有源層后， 因受到右邊p-P異質(zhì)結(jié)的阻擋作用不能再進(jìn)入右側(cè)的P層，它們只能被限制在有源層內(nèi)與空穴符合。導(dǎo)電電子在有源層與空穴復(fù)合過(guò)程中，其中有不少電子要釋放出能量滿足以下關(guān)系的光子：h=E2-Ei=Ec其中h是普郎克常數(shù)，。是光波的頻率，Ei是有源層內(nèi)導(dǎo)電電子的能量， E2是導(dǎo)電電子與空穴復(fù)合后處于價(jià)健束縛狀態(tài)時(shí)的能量。兩者的差值 Ec與DH結(jié)構(gòu)中各層材料及其組份的選取等多種因素有關(guān)，制做LED時(shí)只要這些材料的選取和組份的控制適當(dāng)， 就可使得LED發(fā)光中心波長(zhǎng)與傳輸光纖低損耗波長(zhǎng)一致。半導(dǎo)體發(fā)光二極管的正向伏安特性如圖 8-1-4示，與普通的二極管相比，正向電壓大于1V以后才開(kāi)始導(dǎo)通。在正常使用情況下，正向壓降為 1.5V左右。半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED的電-光特性如圖8-1-5所示。為了使傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端能夠產(chǎn)生一個(gè)無(wú)非線性失真、而峰一峰值又最大的光彳t號(hào)，使用 LED時(shí)應(yīng)先給它一個(gè)適當(dāng)?shù)钠秒娏?，其值等于電-光特性線性部分中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流值，而調(diào)制電流的峰一峰值應(yīng)盡可能大地處于電-光特性的這一線性范圍內(nèi)。

發(fā)送端LED的驅(qū)動(dòng)和調(diào)制電路如圖8-1-6所示，以BG1為主構(gòu)成的電路是LED的驅(qū)動(dòng)電路，調(diào)節(jié)這一電路中的W2可使LED的偏置電流在0—50mA的范圍內(nèi)變化。音頻信號(hào)由IC1構(gòu)成的音頻放大電路放大后，經(jīng)電容器C4耦合到BG1基極對(duì)LED的工作電流進(jìn)行調(diào)制，從而使LED發(fā)送出光強(qiáng)隨音頻信號(hào)變化的光信號(hào)，并經(jīng)光導(dǎo)纖維把這一信號(hào)傳送到接收端。圖8-1-4LED的正向伏安特性 圖8-1-5LED的電光特性根據(jù)理想運(yùn)放電路開(kāi)環(huán)電壓增益大、同相和反相輸入端輸入阻抗高和虛地等三個(gè)基本性質(zhì)，可以推導(dǎo)出圖8-1-6所示音頻放大電路的閉環(huán)增益為 ：G（j。=Vo/Vi=1+Z2/Z1 （8-1-5）其中Zq乙分別為放大器反饋?zhàn)杩购头聪噍斎攵说慕拥刈杩?。只?C3選得足夠小，C2選得足夠大，則在要求帶寬的中頻范圍內(nèi)， C3的阻抗很大，它所在支路可視為開(kāi)路，而C2的阻抗很小，它可視為短路。在此情況下，放大電路的閉環(huán)增益 G（jQ=1+R3/R1。C3的大小決定了高頻端的截止頻率f2,而C2的值決定著低頻端的截止頻率 f1。故該電路中的R1、R2、R3和C2、C3是決定音頻放大電路增益和帶寬的幾個(gè)重要參數(shù)。圖8-1-6LED圖8-1-6LED的驅(qū)動(dòng)和調(diào)制電路四.半導(dǎo)體光電二極管的結(jié)構(gòu)、工作原理及特性半導(dǎo)體光電二極管與普通的半導(dǎo)體二極管一樣，都具體一個(gè) p-n結(jié),光電二極管在外形結(jié)構(gòu)方面有它自身的特點(diǎn)，這主要表現(xiàn)在光電二極管的管殼上有一個(gè)能讓光射入其光敏區(qū)的窗口.此外，與普通二極管不同，它經(jīng)常工作在反向偏置電壓狀態(tài)（如圖8-1-7a所示）或無(wú)偏壓狀態(tài)（如圖8-1-7b所示）（注：光電二極管的偏置電壓是指無(wú)光照時(shí)二極管兩端所承受的電壓）在反壓工作狀態(tài)下p-n結(jié)的空間電荷區(qū)的勢(shì)壘增高、寬度加大、結(jié)電阻增加、結(jié)電容減小，所有這些均有利于提高光電二極管的高頻響應(yīng)性能。 無(wú)光照時(shí)，反向偏置的p-n結(jié)只有很小的反向漏電流，稱為暗電流。當(dāng)有光子能量大于 p-n結(jié)半導(dǎo)體材料的帶隙寬度Eg的光波照射到光電二極管的光敏區(qū)時(shí)，p-n結(jié)各區(qū)域中的價(jià)電子吸收光子能量后，將掙脫價(jià)鍵的束縛而成為自由電子，與此同時(shí)也產(chǎn)生一個(gè)自由空穴。這些由光照產(chǎn)生的自由電子 -空穴對(duì)，統(tǒng)稱為光生載流子。在遠(yuǎn)離空間電荷區(qū)（亦稱耗盡區(qū)）的p區(qū)和N區(qū)內(nèi)，電場(chǎng)強(qiáng)度很弱，光生載流子只有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，它們?cè)跀U(kuò)散的途中因復(fù)合而被消失掉，故不能形成光電流。形成光電流的主要靠空

間電荷區(qū)的光生載流子，因?yàn)樵诳臻g電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)很強(qiáng)，在此強(qiáng)電場(chǎng)作用下，光生自由電子空穴對(duì)將以很高的速度分別向 N區(qū)和P區(qū)運(yùn)動(dòng)，并很快越過(guò)這些區(qū)域到達(dá)電極，沿外電路閉合形成光電流。光電流的方向是從二極管的負(fù)極流向它的正極 ，并且在無(wú)偏壓的情況下與入射P-9f舟舟6++P-9f舟舟6++N++空間P區(qū)電荷區(qū)N區(qū)RlPeee++N++(b)無(wú)偏置電壓狀態(tài)(a)反向偏置電壓狀態(tài)圖8-1-7光電二極管的結(jié)構(gòu)及工作方式的光功率成正比。在光電二極管的p-n結(jié)中，增加空間電荷區(qū)的寬度對(duì)提高光電轉(zhuǎn)換效率有著密切關(guān)系。為此目的，若在p-n結(jié)的p區(qū)和n區(qū)之間再加一層雜質(zhì)濃度很低以致可近似為本征半導(dǎo)體(用i表示)的i層，就形成了具有p-i-n三層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光電二極管，簡(jiǎn)稱PIN光電二極管，PIN光電二極管的p-n結(jié)除具有較寬空間電荷區(qū)外，還具有很大的結(jié)電阻和很小的結(jié)電容，這些特點(diǎn)使 PIN管在光電轉(zhuǎn)換效率和高頻響應(yīng)特性方面與普通光電二極管相比均得到了很大改善。根據(jù)文獻(xiàn)[2],光電二極管的伏一安特性可用下式表示：I=I01—expqV/kT》+IL (8-1-6)其中Io是無(wú)光照的反向飽和電流， V是二極管的端電壓，q為電子電荷，k為波耳茲曼常數(shù)，T是結(jié)溫，單位為K,Il是無(wú)偏壓狀態(tài)下光照時(shí)的短路電流，它與光照時(shí)的光功率成正比。(8-1-6)式中的I。和Il均是反向電流，即從光電二極管負(fù)極流向正極的電流。根據(jù)( 8-1-6)式，光電二極管的伏一安特性曲線如圖8-1-8所示，對(duì)應(yīng)圖8-1-7a所示的反壓工作狀態(tài)，光電二極管的工作點(diǎn)由負(fù)載線與第三象限的伏 -安特性曲線交點(diǎn)確定。由圖8-1-8可看出：圖8-1-8圖8-1-8光電二極管的伏-安特性曲線及工作點(diǎn)的確定.光電二極管既使在無(wú)偏壓的工作狀態(tài)下，也有反向電流流過(guò)，這與普通二極管只具有單向?qū)щ娦韵啾扔兄举|(zhì)的差別；.反壓工作狀態(tài)下，在外加電壓V和負(fù)載電阻Rl的很大變化范圍內(nèi)，光電流與人照光功率均具有較好的線性關(guān)系；無(wú)偏壓負(fù)載工作狀態(tài)下，只有 Rl較小時(shí)光電流才與入照光功率成正比，Rl增大時(shí)，光電流與光功率呈非線性關(guān)系；無(wú)偏壓短路狀態(tài)下，短路電流與入照光功率具有很好的線性關(guān)系，這一關(guān)系稱為光電二極管的光一電特性，光一電特性在I—P坐標(biāo)系中的斜率:R三AI/AP（科A/越 （8-1-7）定義為光電二極管的響應(yīng)度，它是表征光電二極管光電轉(zhuǎn)換效率的重要參數(shù)。.在光電二極管處于開(kāi)路狀態(tài)情況下， 光照產(chǎn)生的光生載流子不能形成閉合光電流， 它們只能在p-n結(jié)空間電荷區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)作用下，分別堆積在 p-n結(jié)空間電荷區(qū)兩側(cè)的N層和P層內(nèi)，產(chǎn)生外電場(chǎng)，此時(shí)光電二極管表現(xiàn)出具有一定的開(kāi)路電壓。不同光照情況下的開(kāi)路電壓如圖8-1-8所示：伏-安特性曲線與橫坐標(biāo)軸交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓值。 由圖8-1-8可見(jiàn)，光電二極管開(kāi)路電壓與入照光功率也是呈非線性關(guān)系。.反壓狀態(tài)下的光電二極管，由于在很大的范圍內(nèi)光電流與偏壓和負(fù)載電阻幾乎無(wú)關(guān)，故入照光功率一定時(shí)可視為恒流源；而在無(wú)偏壓負(fù)載工作狀態(tài)下光電二極管的光電流隨負(fù)載電阻變化很大，此時(shí)它不具有恒流性質(zhì)，只起光電池作用。光電二極管的響應(yīng)度R值與入照光的波長(zhǎng)有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中采用的硅光電二極管，其光譜響應(yīng)波長(zhǎng)在0.4?1.1之間、峰值響應(yīng)波長(zhǎng)在 0.8?0.9范圍內(nèi)。在峰值響應(yīng)波長(zhǎng)下，響應(yīng)度R的典型值在0.25?0.5科A/科酈J范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)所用儀器由：音頻信號(hào)光纖傳輸實(shí)驗(yàn)儀、示波器和數(shù)字萬(wàn)用表組成。其中音頻信號(hào)光纖傳輸實(shí)驗(yàn)儀采用四川大學(xué)研制的 YOF—C型，它由主機(jī)、光功率計(jì)和光纖信道三部分組成。主機(jī)前面板布局如圖 8-1-9示，其中：D1-直流毫安表；D2-直流電壓表；K1-電源開(kāi)關(guān)；K3-電壓表切換開(kāi)關(guān)；C5-正弦信號(hào)輸出插孔； C1-調(diào)制信號(hào)輸入插孔； W1-輸入衰減調(diào)節(jié)電位器；W2-LED偏流調(diào)節(jié)電位器；L2-LED電流波形監(jiān)測(cè)孔；C2-LED插孔；C4-SPD插孔；C3-光功率計(jì)插孔；K2-SPD切換開(kāi)關(guān)；W3-SPD反壓調(diào)節(jié)電位器；L5-I/V變換輸出電壓測(cè)試孔；L7-地；L6-功放輸出。圖8-1-9YOFC型音頻信號(hào)光纖傳輸技術(shù)實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)面板布局圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容-、LED-一安特性及電一光特性的測(cè)定（一）LED伏一安特性進(jìn)行這項(xiàng)測(cè)量時(shí)首先按以下方式把光纖信道和光功率計(jì)接入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：.把兩頭帶單聲道插頭的電纜線，一頭插入主機(jī)前面板的“ LED插孔”C2,另一頭插入光纖繞線盤上的LED插孔內(nèi)；.把硅光電二極管SPD帶光敏面的一頭插入光纖繞線盤上的光纖出光口、 引出SPD正負(fù)極的電纜插頭插入主機(jī)前面板的“ SPD插孔”C4;.把兩頭帶單聲道插頭的電纜線，一頭插入主機(jī)前面板的“光功率計(jì)插孔” C3,另一頭插入光功率計(jì)面板上的“光電探頭”插孔；.主機(jī)前面板上SPD的“切換開(kāi)關(guān)”K2和電壓表切換開(kāi)關(guān)K3均置于左側(cè)。這樣就使SPD作為光功率的光電探頭使用、直流電壓表就并接在 LED兩端，作測(cè)量LED的端電壓使用。調(diào)節(jié)圖8-1-9中的W2,使指示LED工作電流的直流毫安表D1從零開(kāi)始慢慢增加。當(dāng)D1有不為零的指示出現(xiàn)時(shí)，就表示 LED開(kāi)始導(dǎo)通。繼續(xù)調(diào)節(jié)W2,使D2讀數(shù)增加。從1.1V開(kāi)始，每增加50mV讀取和記錄一次D1讀數(shù)，直到D1的讀數(shù)到50mA時(shí)為止。以D2的讀數(shù)為自變數(shù)，D1的讀數(shù)為因變數(shù)，繪制LED的伏一安特性曲線。（二）LED電一光特性保持以上連線不變。調(diào)節(jié)W2使D1的讀數(shù)為零。在此情況下光功率計(jì)的指示應(yīng)為零，若不為零，調(diào)節(jié)光功率的“調(diào)零電位器”使之為零。然后繼續(xù)調(diào)節(jié) W2使D1的指示從零開(kāi)始增加，每增加5mA讀取和記錄一次光功率計(jì)的讀數(shù)， 直到D1的指示超過(guò)50mA為止。以LED的電流為自變數(shù)，光功率為因變數(shù)，繪制LED的電一光特性，并確定出其線性度較好的線段。二、SPD反向伏安特性及光一電特性的測(cè)定在以上連接不變的基礎(chǔ)上，為了測(cè)量I-V變換電路輸出電壓，需把數(shù)字萬(wàn)用表（直流電壓2V檔）接入主機(jī)前面板的L5和L7插孔。前面板上開(kāi)關(guān)K2和K3應(yīng)打在右側(cè)!。這樣就使SPD作為I-V變換電路的光電探頭和電壓表D2作為測(cè)量SPD反向電壓的電壓表接入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（一）測(cè)量原理按以上方式連接好的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，與圖8-1-10的原理圖對(duì)應(yīng)。在圖8-1-10中，由IC1構(gòu)成的電路是一個(gè)電流一電壓變換電路，它的作用是把流過(guò)光電二極管的光電流 I轉(zhuǎn)換成由IC1C點(diǎn)輸出的電壓Vo,Vo與光電流成正比。整個(gè)測(cè)試電路的工作原理依據(jù)如下：由于IC1的反相輸入端具有很大的輸入阻抗，光電二極管受光照時(shí)產(chǎn)生的光電流 I幾乎全部流過(guò)Rf并在其上產(chǎn)生電壓降Vcb=RfI。另外，又因IC1具有很高的開(kāi)環(huán)電壓增益，反相輸入端具有與同相輸入端相同的地電位，故 IC1的輸出電壓V0=IRf （8-1-8）已知Rf后，就可根據(jù)上式由V。計(jì)算出相應(yīng)的光電流I。圖8-1-10 光電二極管反向伏安特性的測(cè)定（三）測(cè)定（參看圖8-1-9）.調(diào)好光功率計(jì)零點(diǎn)后，在SPD零光照情況下，調(diào)節(jié)反壓調(diào)節(jié)電位器 W3,使D2的讀數(shù)從零開(kāi)始增加，每增加1V讀取和記錄一次數(shù)字萬(wàn)用表的讀數(shù)， 直到D2的讀數(shù)為10V為止。在以上連接不變的基礎(chǔ)上，把K2置于左邊，調(diào)節(jié)W2分別使光功率計(jì)指示為5 1015 20 ,和25仙。光功率計(jì)讀數(shù)每改變一次，就把主機(jī)前面板上 “SPDU換”開(kāi)關(guān)K2倒向右側(cè)一次，重復(fù)一次（三）.1.項(xiàng)測(cè)定。為了完成SPD在以上不同光照下的反向伏一安特性曲線的測(cè)定，開(kāi)關(guān)K2需左、右來(lái)回切換5次。.在斷電情況下，用數(shù)字萬(wàn)用表的電阻擋測(cè)量主機(jī) L4,L5插孔間白^電阻Rf的阻值.以光功率計(jì)的讀數(shù)（包括 P=0）為參數(shù)，SPD反壓為自變數(shù)，SPD光電流I0（I0=數(shù)字萬(wàn)用表電壓讀數(shù)/Rf）為因變數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制不同光照下 SPD的反向伏一安特性曲線和零偏壓情況下SPD的光一電特性曲線，并計(jì)算SPD的響應(yīng)度值。三、LED偏置電流的選擇和無(wú)非線性畸變最大光訊號(hào)的測(cè)定由于LED的伏一安特性及電一光特性曲線均存在著非線性區(qū)域，所以對(duì)于 LED的不同偏置狀態(tài)，能夠獲得的無(wú)非線性畸變的最大光信號(hào)的幅度（或峰一峰值）也是具有不同值。在設(shè)計(jì)音頻信號(hào)光纖傳輸系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)把 LED的偏置電流選擇為電一光特性線性范圍最寬線段的中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流值。測(cè)定最大光信號(hào)幅度的實(shí)驗(yàn)方法如下：用本實(shí)驗(yàn)儀提供的音頻信