光通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用課件

光通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用關(guān)春穎副教授實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤馔ㄐ畔到y(tǒng)的基本構(gòu)成和相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)LED光源的結(jié)構(gòu)及其特性掌握基帶直接強(qiáng)度調(diào)制（DIM）的基本原理學(xué)習(xí)模擬信號(hào)的脈沖頻率調(diào)制（PFM）基本原理了解數(shù)字光纖通信的編解碼原理了解視頻信號(hào)的傳輸過程光纖通信發(fā)展簡(jiǎn)史1966年華裔科學(xué)家高錕博士等人提出從玻璃材料中去除雜質(zhì)可以制成衰減為20dB/km的光導(dǎo)纖維。1970年美國(guó)康寧玻璃公司根據(jù)高氏理論首先制造出衰減為20dB/km的光導(dǎo)纖維，使光導(dǎo)纖維的發(fā)展得到突破。1973年美國(guó)貝爾研究所生產(chǎn)出衰減為1dB/km的低損耗光纖1976年日本電報(bào)電話公司（NTT）制造出0.5dB/km的低損耗光纖1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。1976年在美國(guó)亞特蘭大成功進(jìn)行了碼速率為44.7Mb/s的光通信系統(tǒng)性能試驗(yàn),從此光通信技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化階段。一、光纖通信基本知識(shí)光纖基本類型突變折射率型多模光纖（SIF）：纖芯直徑＝50～60μm，光線以折射形狀沿纖芯軸線方向傳播，存在多條路徑，并有較大的時(shí)延差，因而信號(hào)畸變大。漸變折射率型多模光纖（GIF）：纖芯直徑＝50μm，光線以曲線形狀沿纖芯軸線方向傳播，各條路徑時(shí)延差較小，因而信號(hào)畸變較小。單模光纖（SMF）：纖芯很細(xì)，直徑約10μm，只有一種傳播模式，信號(hào)畸變很小。光纖傳輸特性傳輸損耗色散光纖通信優(yōu)點(diǎn)頻帶寬,通信容量大理論上講一根單模光纖可利用的帶寬達(dá)20THz(1THz=1012Hz)以上,現(xiàn)在最先進(jìn)的光纖通信系統(tǒng)達(dá)400GHz,而一路電話帶寬約占4KHz頻帶,一路彩色電視約占6MHz頻帶。損耗低,中繼距離長(zhǎng)銅纜的損耗特性與纜的結(jié)構(gòu)尺寸及所傳輸信號(hào)的頻率有關(guān),光纜的損耗特性僅與玻璃的純度(或者說透明度)有關(guān),高質(zhì)量望遠(yuǎn)鏡的鏡頭其損耗超過500dB/km,目前通信用光纖的最低損耗達(dá)0.2dB/km。光纖通信優(yōu)點(diǎn)具有抗電磁干擾能力光導(dǎo)纖維是絕緣體材料,不受輸電線,電氣化鐵路及高壓設(shè)備等電器干擾,可以與高壓電線平行架設(shè),還可制成復(fù)合光纜無串話,保密性好通信質(zhì)量高線徑細(xì),重量輕,柔軟可制成大芯數(shù)高密度光纜單芯光纜可安裝在飛機(jī),火箭,潛艇及航天飛機(jī)上節(jié)約有色金屬,原材料資源豐富可節(jié)約大量銅金屬光發(fā)射機(jī)光源：發(fā)光二極管（LED）：自發(fā)輻射，輸出光功率小，譜寬，穩(wěn)定，長(zhǎng)壽命（107），價(jià)低，適用于小容量、短距離傳輸系統(tǒng)。激光二極管（LD）：受激輻射，輸出光功率大，譜窄，波長(zhǎng)穩(wěn)定，長(zhǎng)壽命（105至106），價(jià)高，適用于大容量、長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)。光調(diào)制器：目前采用強(qiáng)度調(diào)制（由于光源頻譜不純，尚未實(shí)現(xiàn)相干光通信）；分內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制，對(duì)于數(shù)字調(diào)制，用光脈沖的有無代表數(shù)字信息（0和1）。光接收機(jī)光檢測(cè)器的功能：光信號(hào)的解調(diào)（O/E）光檢測(cè)器的類型：PIN光電二極管、雪崩光電二極管（APD）光接收機(jī)的靈敏度取決于噪聲特性（包括光檢測(cè)器的噪聲和電放大器的噪聲）和誤碼率指標(biāo)APD是有增益的光電二極管適用于靈敏度要求較高的場(chǎng)合，但需采用復(fù)雜的溫度補(bǔ)償電路，故成本高；在靈敏度要求不高的場(chǎng)合，宜采用PIN管。光接收機(jī)中還有電的放大器、自動(dòng)增益控制電路、均衡再生電路等。實(shí)驗(yàn)儀器主機(jī)、顯示器、攝像頭、麥克風(fēng)、信用多模光纖和數(shù)字示波器組成。光接收機(jī)光接收機(jī)前面板光接收機(jī)后面板數(shù)字示波器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作步驟實(shí)驗(yàn)一LED光源I-P特性研究實(shí)驗(yàn)二模擬信號(hào)的直接強(qiáng)度調(diào)制傳輸實(shí)驗(yàn)三模擬信號(hào)的脈沖頻率調(diào)制(PFM)傳輸實(shí)驗(yàn)四數(shù)字編碼傳輸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五視頻信號(hào)的光纖傳輸實(shí)驗(yàn)偏置電流mA0123456789光功率當(dāng)量偏置電流mA10111213141516171819光功率當(dāng)量偏置電流mA20212223242526272829光功率當(dāng)量偏置電流mA30313233343536373839光功率當(dāng)量偏置電流mA40414243444546474849光功率當(dāng)量偏置電流mA50515253545556575859光功率當(dāng)量偏置電流mA60616263646566676869光功率當(dāng)量1.LED光源I-P特性曲線數(shù)據(jù)表格實(shí)驗(yàn)一LED光源I-P特性研究思考題：為什么要獲得光源的I-P特性曲線？1.LED光源I-P特性曲線數(shù)據(jù)表格實(shí)驗(yàn)二模擬信號(hào)的直接強(qiáng)度調(diào)制什么是直接強(qiáng)度調(diào)制？

直接強(qiáng)度調(diào)制方式就是用基帶信號(hào)直接對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，也就是使光源的光強(qiáng)度直接隨傳輸?shù)男盘?hào)變化。此時(shí)光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬只要滿足信號(hào)帶寬就夠了，其缺點(diǎn)是對(duì)光源的線性度要求高如用普通LD作光源則由于光源的非線性和模式噪聲和模分配噪聲的限制，難以實(shí)現(xiàn)達(dá)到較好的性能指標(biāo)。在這種調(diào)制方式中，通常使用驅(qū)動(dòng)電流—光輸出特性線性較好的LED作光源。實(shí)驗(yàn)三模擬信號(hào)的脈沖頻率調(diào)制(PFM)傳輸脈沖頻率調(diào)制（PFM）方式是目前模擬信號(hào)傳輸中傳輸質(zhì)量較高的一種方式，是信號(hào)進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制之前的一種預(yù)處理過程。信號(hào)經(jīng)過脈沖頻率調(diào)制以后，可以有效避免光源非線性帶來的影響，并以此換取傳輸質(zhì)量的提高。脈沖頻率調(diào)制示意圖

實(shí)驗(yàn)三模擬信號(hào)的脈沖頻率調(diào)制(PFM)傳輸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

記錄PFM調(diào)制的中心頻率思考題如果工作在靜態(tài)工作點(diǎn)沒有在光源的線性區(qū)，會(huì)對(duì)傳輸結(jié)果