浙江工业大学光纤实验报告6p.docx

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浙江工业大学光纤实验报告6p

实验1半导体激光器及光无源器件测试3

实验1.1半导体LD光源的P-I曲线绘制实验3

实验1.2光衰减器的性能指标测量6

实验2光纤传输系统及眼图观测9

实验2.1加扰、解扰原理及光传输实验9

实验2.2光纤信道眼图观察15

实验3模拟/数字电话光纤传输系统实验19

实验4数字时分复接系统光通信实验30

实验1半导体激光器及光无源器件测试

实验1.1半导体LD光源的P-I曲线绘制实验

一、实验目的

1．了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系；

2．掌握半导体激光器P-I曲线的测试及绘制方法。

二、实验仪器

1.光纤通信实验箱（激光/探测器性能测试模块）

2.20M双踪示波器

3.光功率计

4.电流表。

5.小平口螺丝刀

6.信号连接线1根

三、实验原理

1．半导体激光器的功率特性示意图：

半导体激光器的输出光功率P与驱动电流I的关系如图2.3.1所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流（或称阀值电流），用Ith表示。

在门限电流以下，激光器工作于自发辐射，输出荧光，功率很小，通常小于100pw；在门限电流以上，激光器工作于受激辐射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。

激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性，但由于双异质结包含两个PN结，所以在正常工作电流下激光器两极间的电压为1.2V。

P-I特性是选择半导体激光器的重要依据，在选择时，应选阀值电流Ith尽可能小，Ith对应P值小的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大，而且不易产生光信号失真。

且要求P-I曲线的斜率适当。

斜率太小。

则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦：

斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。

半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，激光二极管可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。

将开始出现净增益的条件称为阀值条件。

一般用注入电流值来标定，也即阀值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出光，当电流大于Ith时，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系。

该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I的线性关系。

在实验中所用到半导体激光器其输出波长为1310nm,带尾纤及FC型接口。

实验中半导体激光器电流的确定通过测量串联在光端机信号输入电路中电流表的电流值。

四、实验步骤

1.关闭系统电源，按照图2.3.2将激光/探测器性能测试模块、光功率计、电流表连接好。

2．将电流表（直流档）接TP202，TP203，正表笔接TP202，负表笔接TP203，将K02跳线器拔掉。

用尾纤将光功率计与TX1310法兰输出相连。

3．用锚孔连接线将P201信号输入口接地。

4．将K01跳线器拔掉，加电后即可开始实验。

5.按照下表调整W202，达到相应的电流值（顺时针调激光管输入电流减小），测出与电流相对应的光功率。

电流I（mA）

4.6

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

功率P（dB）

电流I（mA）

9.5

10.0

10.5

11.0

11.5

12.0

13.0

13.5

14.0

15.0

功率P（dB）

7．以横轴为为电流I，纵轴为功率P，按照上表画出其相应的P-I曲线。

另外，如果配置了LED扩展模块（选配），可以测试LED光源的P-I曲线。

8．测试完毕后，关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽，插好K01、K02跳线器。

五、实验结果

1.整理P、I数据，绘制P-I曲线。

2.若配置的LED的850nm光传输系统模块，测试LED光源的P-I曲线，对比测试的1310nmLD的P-I曲线有什么不同，得出你的结论。

1、P、I实验数据

电流I（mA）

4.6

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

功率P（dBm）

-53.00

-52.25

-51.37

-50.48

-49.40

-48.26

-47.10

-45.80

-43.70

-38.94

电流I（mA）

9.5

10.0

10.5

11.0

11.5

12.0

13.0

13.5

14.0

15.0

功率P（dBm）

-33.60

-30.42

-28.64

-27.28

-26.18

-25.39

-24.18

-23.69

-23.10

-22.41

电流I（mA）

4.6

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

功率P（uw）

0.0049

0.00575

0.00728

0.00889

0.011

0.0149

0.0195

0.0262

0.0425

0.128

电流I（mA）

9.5

10.0

10.5

11.0

11.5

12.0

13.0

13.5

14.0

15.0

功率P（uw）

0.437

0.94

1.39

1.89

2.39

2.87

3.87

4.38

4.76

5.168

图如下所示

2、

实验1.2光衰减器的性能指标测量

一、实验目的

1.了解光衰减器的指标要求；

2.掌握光衰减器的测试方法。

二、实验仪器

1.光纤通信实验箱

2.20M双踪示波器

3.光功率计（FC-FC单模尾纤）

4.光衰减器（1310nm/1550nm）

5.信号连接线2根

三、基本原理

（一）一般地光衰减器可分为两类，即固定光衰减器和可变光衰减器。

1.固定光衰减器

固定光衰减器是一种可根据工程需要提供不同衰减量的精密器件，可分为在线式和法兰式。

主要的用途是：

（1）调整光中继器之间的增益，以便建立适当的光输出；

（2）光传输系统设备的损耗评价及各种实验测试要求。

2.可变光衰减器

（1）可对光强进行连续可变和步进调节的衰减，主要用途和设计目标：

1评价光纤传输系统中作为误码率函数的信噪比S/N。

2光功率计制造中标志刻度。

3光纤传输设备损耗的评价。

4光端机中作为光接收机接口扩大接收机动态范围。

5用于光纤测量仪器，做光线路试验与测试用。

为此，可变光衰减器应有高的精度和宽的可调衰减范围。

（2）结构与工作原理

可变光衰减器的结构原理图如图3.2.1所示：

图3.2.1可变光衰减器的原理结构图

（二）光固定/可调衰减器测量结构示意图，如下图所示：

图3.2.2平均光功率测试结构示意图

四、实验步骤

1.关闭系统电源，按照前面实验中的图3.1.2（a）将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模尾纤、光功率计连接好，注意收集好器件的防尘帽。

2.打开系统电源，液晶菜单选择“光纤测量实验—平均光发功率”确认，即在P103（P108）铆孔输出32KHZ的31位m序列。

3.示波器测试P103（P108）铆孔波形，确认有相应的波形输出。

4.用信号连接线连接P103（P108）、P203两铆孔，示波器A通道测试TX1550测试点，确认有相应的波形输出，调节W205即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度最大（不超过5V），记录信号电平值。

即将32KHZ的31位m序列电信号送入1550nm光发端机，并转换成光信号从TX1550法兰接口输出。

5.调节光功率计工作波长“1550nm”、单位“mW”，读取此时光功率，即为1550nm光发射端机在正常工作情况下，对于31位m序列的平均光功率，记录光功率P1。

6.关闭系统电源，按照图3.2.2将固定（可调）衰减器串入光发射端机与光功率计之间，注意收集好器件的防尘帽。

7.重复步骤2、4，测得衰减后的光功率P2，按

公式计算即为衰减器的衰减量。

若为固定衰减器，则将测得值与其标注的衰减量进行比较，算出其衰减精度（一般±10%）。

若为可调衰减器，慢慢调节其衰减量，记下P2的变化范围，算出此可调衰减器的衰减范围。

8.关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。

注：

本实验也可选择工作波长为1330nm的LD光发射端机。

五、实验结果

1.通过测试得出待测固定衰减器的衰减量，计算出其衰减精度，标上必要的实验说明。

2.若为可调衰减器，记录其衰减量范围。

3.查找资料,陈述固定衰减器和可变衰减器主要的用途和指标。

加光衰减器之前：

P1= 2.857 uw 

加光衰减器之后：

拧紧：

P2= 2.782 uw      未拧紧：

P2’= 1.532 uw  

 插入损耗：

Li  =10*log（2.781/2.875）= -0.14 dB    

 Li’=10*log（1.532/2.875）= -5.33 dB 

3、作用：

消除通信线路中的过大信号

指标：

衰减量和插入损耗、光衰减器的衰减精度、 回波损耗

实验2光纤传输系统及眼图观测

实验2.1加扰、解扰原理及光传输实验

一、实验目的

1．掌握扰码规则；

2．了解扰码的性能；

3．了解光纤通信中扰码的选码原则。

二、实验仪器

1．光纤通信实验箱

2．20M双踪示波器

3．FC-FC单模光跳线

4．信号连接线2根

三、基本原理

本实验系统主要由两大部分组成：

电端机部分、光信道部分。

电端机又分为电信号发射和电信号接收两子部分，光信道又可分为光发射端机、光纤、光接收端机三个子部分。

在本实验中，涉及的电发射部分有两个功能模块：

8位的自编数据功能和扰码功能。

涉及的电接收部分就是时钟提取和再生功能、相应的解扰功能。

扰码光纤通信基本组成结构如下图所示：

图6.4.1CMI码光纤通信基本组成结构

下面对数字信号加扰码进行分析和讨论：

减少连“0”码（或连“１”码）以保证位定时恢复质量是数字基带信号传输中的一个重要问题。

将二进制数字信息先作“随机化”处理，变为伪随机序列，能限制连“0”码（或连“１”码）的长度。

这种“随机化”处理常称为“扰码”。

扰码虽然“扰乱”了数字信息的原有形式，但这种“扰乱”是有人为规律的，因而是可以解扰的。

在接收端这种解“扰乱”的过程叫“解扰”。

扰码和解扰原理

扰码原理是以线性反馈移位寄存器理论作为基础的。

在图6.4.2线性反馈移位寄存器的反馈逻辑输出与第一级寄存器输入之间引入一个模二和相加电路，以输入数据作为

图6.4.2扰码器的一般形式

模二和的另一个输入端，即可得到图6.4.2所示扰码器一般形式。

分析扰码器的工作原理时引入一个运算符号“D”表示将序列延时一位，DS表示将序列延时K位。

采用延时算符后，可得以下表达式：

这里，求和号∑也是模二和运算，C是线性反馈移位寄存器的特征多项式的系数，上式也可表达为：

以4级移位寄存器构成的扰码器为例，在图6.4.2基础上可得到图6.4.3（a）结构形式的扰码器。

假设各级移位寄存器的初始状态为全0，输入序列为周期性的101010……，则输出序列及各反馈抽头处的序列如下所示；

序号

输出序列11

（a）

（b）

图6.4.3（a）四级移位寄存器构成的扰码器；（b）相应的解扰码器

由上例可知，输入周期性序列经扰码器后变为周期较长的伪随机序列。

不难验证，输