实验二 光发射机与光接收机实验.doc

实验二光发射机与光接收机实验
学号：XXX姓名：XXX
实验目的
了解光源的调制的原理
学习光发送模块的电路原理
了解光接收机的组成
了解光收端机灵敏度的指标要求
实验内容
介绍光源的调制方法
介绍光发射电路的框图
了解光接收机的组成
实验仪器
光纤通信实验系统1台
示波器1台
光纤跳线1根
万用表
光功率计
实验原理
1、光发射机、光调制。
根据调制与光源的关系，光调制可以分为直接调制和间接调制两大类。直接调制方法仅适用于半导体光源（LD和LED），这种方法是把要传送的信息转变为电信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，所以是采用电源调制方法。直接调制后的光波电场振幅的平方与调制信号成一定比例关系，是一种光强度调制（IM）的方法。
间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，这种调制方式既适应于其他类型的激光器。间接调制最常用的外调制的方法，即在激光形成以后加载调制信号。对某些类型的激光器，间接调制也可以采用内调制的方法，即在激光器的谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制调制元件的物理性质，将改变谐振腔的参数，从而改变激光输出特芯以实现其调制。
光源的调制方法及所利用的物理效应如下表所示。
光源的各种调制方法
调制方式调制法所利用的物理效应间接调制电光调制电光效应（普科克效应、克尔效应）磁光调制磁光效应（法拉第电磁场偏转效应）声光调制声光效应（拉曼•布拉格衍射效应）其他自由载流子吸收效应、共振吸收效应等直接调制电源调制本实验系统采用的是直接调制的方法。
2、模拟信号调制与数字信号调制
模拟信号调制是直接用连续的模拟信号（如话音、电视等信号）对光源进行调制从而使LED或LD的输出光功率跟随模拟信号变化，如下图所示：
I
P
LD输出光功率
二极管电流
I
P
LED输出光功率
二极管电流
LED和LD的模拟调制

由于光源，尤其是激光器的非线性比较严重，所以目前模拟光纤通信系统仅仅用于对线性要求较低的地方，要实现大容量的频分复用还比较困难，仅自一些小系统中使用。对一些容量较大、通信距离较长的系统，多采用对半导体激光器进行数字调制的方式。
数字调制主要是用数字信号的“1”和“0”来控制激光的“有”和“无”，如下图所示：
I
P
LED
I
P
LD
P－I特性曲线与波形

与LED相比，LD的调制问题要复杂得多。尤其在高速率调制系统中，驱动条件的选择、调制电路的形成和工艺、激光器的控制等，都对调制性能至关重要。
3、光发射机模拟部分与数字部分的实现
1310nm和1550nm光发射机具有相同的结构。他们是由模拟光发和数字光发部分组成：
1、模拟光发电路的框图如下：
模拟信号
输入
隔离放大
驱动电路
光源
法兰盘
光纤

2、数字光发电路的框图如下：

2、光接收机
光接收机是把光纤送来的光信号变换为电信号，经过均衡放大，箝位，电位调整，整形后，送出相应的模拟或数字信号。

光接收机灵敏度的定义是：在给定误码率或信噪比条件下，光接收机所能接收的最小平均光功率。在测灵敏度时应注意3点：
⑴在测量光接收机灵敏度时，首先要确定系统所要求的误码率指标。对不同长度和不同应用的光纤数字通信系统，其误码率指标是不一样的。例如，在短距离光纤数字通信系统中，要求误码率一般为，而在420km数字段中，则要求每个中继器的误码率为。对同一个光接收机来说，当要求的误码率指标不同时，其接收机的灵敏度也就不同。要求误码率越小，则灵敏度就越低，即要求接收的光功率就越大。因此，必须明确，对某一接收机来说，灵敏度不是一个固定不变的值，它与误码率的要求有关。测量时，首先要确定系统设计要求的误码率，然后再测该误码率条件下的光接收机灵敏度的数值。
⑵要注意光接收机灵敏度定义中的光功率是指最小平均光功率，而不是指任何一个在达到系统要求的误码率时所对应的光功率。因此，要特别注意“最小”的概念。所谓“最小”，就是指当接收的光功率只要小于此值，误码率立即增加而达不到要求。应该指出，对某一接收机来说，光功率只要在它的动态范围内变化，都能保证系统要求的误码率。但灵敏度只有一个，即接收机所能接收的最小光功率。
⑶灵敏度指的是平均光功率，而不是光脉冲的峰值功率。这样，光接收机的灵敏度就与传输信号的码型有关。码型不同，占空比不同，平均光功率也不同，即灵敏度不同。在光纤数字传输系统中常用的2种码型NRZ码和RZ码的占空比分别为100%和50%。当“1”和“0”码的概率相等时，前者的平均光功率比后者大3db。因此，测试灵敏度时必须选用正确的码型。
注意事项
在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。
不要带电插拔信号连接导线。
实验步骤
A.测量光发射机P-I特性曲线
1.关闭系统电源。按以下方式用连信号连接导线连接：
数字信号