光纤通信实验报告DOC.docx
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光纤通信实验报告DOC
《光纤通信》实验报告
实验室名称：
实验日期：
2015年10月27日
学院
信息科学与工程学院
专业、班级
通信工程1303班
姓名
陈甜
实验名称
光源的P-I特性、光发射机消光比测试
指导
教师
王玮
教师评语
教师签名：
年月日
实验目地：
1、了解半导体激光器LD的P-I特性、光发射机消光比。
2、掌握光源P-I特性曲线、光发射机消光比的测试方法。
3、学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理。
4、增强动手操作能力，增强对课本内容的理解。
实验内容：
1、根据实验数据，绘制光源P-I特性曲线；
2、分析光源P-I特性及光发射机消光比。
实验器材：
1、主控&信号源模块、2号、25号模块各一块
2、23号模块（光功率计）一块
3、FC/PC型光纤跳线、连接线若干4、干万用表一个
实验原理:
数字光发射机的指标包括：
半导体光源的P-I特性曲线测试、消光比（EXT）测试和平均光功率的测试。
1、半导体光源的P-I特性
LD半导体激光器P-I曲线示意图
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，也即启动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。
半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如上图所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流（或称阈值电流），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）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类似于正向二极管的特性。
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。
P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。
在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小，没有扭折点，P-I曲线的斜率适当的半导体激光器：
Ith小，对应P值就小，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大；没有扭折点，不易产生光信号失真；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。
2、光发射机消光比
消光比定义为：
。
式中P00是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。
P11是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。
从激光器的注入电流（I）和输出功率（P）的关系，即P-I特性可以清楚地看出消光比的物理概念，如下图所示。
由图可知，当输入信号为“0”时，光源的输出光功率为P00，它将由直流偏置电流Ib来确定。
无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。
所以从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。
但是，应该指出，当Ib减小时，光源的输出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其它特性产生不良影响，因此，必须全面考虑Ib的影响，一般取Ib=（0.7～0.9）Ith（Ith为激光器的阈值电流）。
在此范围内，能比较好地处理消光比与其它指标之间的矛盾。
考虑各种因素的影响，一般要求发送机的消光比不超过-1dB。
在光源为LED的条件下，一般不考虑消光比，因为它不加直流偏置电流Ib，电信号直接加到LED上，无输入信号时的输出功率为零。
因此，只有以LD作光源的光发射机才要求测试消光比。
实验步骤：
1、关闭系统电源，按如下说明进行连线：
（1）用连接线将2号模块TH7（DoutD）连至25号光收发模块的TH2（数字输入），并把2号模块的拨码开关S4设置为“ON”，使输入信号为全1电平。
（2）用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光功率计”。
（3）用同轴电缆线将25号光收发模块P4（光探测器输出）连至23号模块P1（光探测器输入）。
2、将25号光收发模块开关J1拨为“10”，即无APC控制状态。
开关S3拨为“数字”，即数字光发送。
3、将25号光收发模块的电位器W4和W2顺时针旋至底，即设置光发射机的输出光功率为最大状态；
4、开电，设置主控模块菜单，选择主菜单【光纤通信】→【光源的P-I特性测试】功能。
5、用万用表测量R7两端的电压（测量方法：
先将万用表打到直流电压档，然后将红表笔接TP3，黑表笔接TP2）。
读出万用表读数U，代入公式I=U/R7，其中R7=33Ω,读出光功率计读数P。
调节功率输出W4，将测得的参数填入下表：
P（uW）
312
262
145.3
101.1
46.70
5.59
1．1916
u（V）
0.62
0.55
0.40
0.36
0.28
0.22
0.15
I（A）
503.23
476.36
363.25
280.8
166.79
25.4
7.944
6、将25号光收发模块的电位器W4顺时针旋至底；设置主控模块菜单，选择【光功率计】功能。
7、将2号模块的拨码开关S4设置为“ON”，使输入信号为全1电平。
测得此时光发端机输出的光功率为P11。
8、将2号模块的拨码开关S4设置为“OFF”，使输入信号为全0电平。
测得此时光发端机输出的光功率为P00。
9、代入公式
，即得光发射机消光比。
10、调节W4，重复7~9步骤，并将所测数据填入下表。
P00（uW）
0
0.2008
0.4511
0.6113
1.170
2.601
3.058
P11（uW）
309
102.6
76.77
49.81
2.550
2.005
2.
EXT
实验过程原始记录（数据、图表、波形等）：
1、半导体光源的P-I特性
2、用万用表测量R7两端的电压。
读出万用表读数U，代入公式I=U/R7，其中R7=33Ω,读出光功率计读数P。
调节功率输出W4，将测得的参数填入下表：
P（uW）
312
262
145.3
101.1
46.70
5.59
1．1916
u（V）
0.62
0.55
0.40
0.36
0.28
0.22
0.15
I（A）
503.23
476.36
363.25
280.8
166.79
25.4
7.9
3、调节W4，并将所测数据填入下表。
P00（uW）
0
0.2008
0.4511
0.6113
1.170
2.601
3.058
P11（uW）
309
102.6
76.77
49.81
2.550
2.005
2.
EXT
0
-27
-23.3
-20
-3
-3
1.76
实验结果及分析：
有实验数据可以看出，半导体的P-I特性曲线中有一个转折点，半导体激光器的驱动电流称为门限电流，在门限电流之下，半导体激光器P-I特性曲线斜率很低，由此可知，此时激光器工作于自发辐射，发出的光是荧光，光功率很小，P-I特性曲线的斜率很小，当电流值超过阀值电流，P-I特性曲线的斜率突变成一个较大的值，半导体激光器发出的光是激光，输出激光功率随电流迅速上升。
有实验数据可以清楚地看到消光比对功率的影响。
当输入信号为“0”时，光源的输出光功率为P00，它将由直流偏置电流Ib来确定。
无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。
所以从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。
但是，应该指出，当Ib减小时，光源的输出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其它特性产生不良影响，因此，必须全面考虑Ib的影响，一般取Ib=（0.7～0.9）Ith（Ith为激光器的阈值电流）。
在此范围内，能比较好地处理消光比与其它指标之间的矛盾。
本次实验进行的很顺利，因为我们提前预习了实验指导书上的内容，所以
实验有了一个大致的了解，加上实验的时候细心的操作，很快就完成了实验，通过这次实验增强了自己的动手操作能力，并对课本上的知识有了更深一步的了解。
在做实验的过程中，也是因为初次接触，还有些不习惯，从第一个实验开始对实验箱的各个模块进行熟悉，中间在读数的时候，我们测的的数据波动很厉害，不能稳定的读数，所以只能取中间值进行采集。
《光纤通信》实验报告
实验室名称：
实验日期：
2015年10月27日
学院
信息科学与工程学院
专业、班级
通信1303班
姓名
陈甜
实验名称
模拟信号光纤传输系统
指导
教师
王玮
教师评语
教师签名：
年月日
实验目的：
1、了解模拟信号（正弦波、三角波、方波等）光纤传输系统。
实验内容：
实验器材：
1、主控&信号源模块、25号模块各一块2、双踪示波器一台3、FC型光纤跳线、连接线若干
实验原理：
1、实验原理框图
模拟信号光纤传输系统
2、实验框图说明
主控信号源模块可输出正弦波、三角波、方波等模拟信号，信号送入光发射机的模拟输入端，经过光调制电路转换成光信号，完成电光转换；光信号经光纤跳线传输后，由接收机接收，并完成光电转换，输出原始信号。
注：
由于实验设备配置模块情况不同，光收发模块的波长类型有所不同，比如1310nm、1550nm等，需根据实际情况确定。
实验步骤：
1、关闭系统电源，用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光接收机”。
2、将信号源&主控模块的模拟输出A-out连接到25号光收发模块的模拟信号输入端TH1。
3、把25号光收发模块的S3设置为“模拟”。
4、将25号光收发模块的W5（接收灵敏度的调节旋钮，顺时针旋转时输出信号减小）逆时针旋到最大，适当调节W6（调节电平判决电路的门限电压）。
5、打开系统电源开关及各模块电源开关。
在主控模块中设置实验参数主菜单【光纤通信】→【模拟信号光纤传输系统】
6、用示波器观测模拟信号源模块的A-out，调节信号源模块的“输出幅度”旋钮，使信号为适当大小（保证输出信号最大且不失真）。
7、用示波器观测模拟信号源的A-out和25号光收发模块的TH4，适当调节W5，使得观测到的两处波形相同。
此时，25号光收发模块无失真的传输模拟信号（可以通过“主控”模块中“信号源”进入“模拟信号源”菜单选择所需波型）。
实验过程原始记录（数据、图表、波形等）：
（1）当主信号源提供模块输出为模拟方波时，输入和输出的波形如下：
（2）当主信号源模块输出模拟信号为三角波时，输入和输出波形如下：
（3）当主信号源模块输出为正弦波时，输入忽然输出的关系如下；
（4）当输出正弦波发生失真时：
实验结果及分析：
在本次实验中，遇到了几个问题，首先是调节使信号介于失真和不失真中间的过程中，由于信号的峰峰值为2V，所以在实际操作中我们是使输入信号尽可能的大，但是要保证信号不失真，故实验中，我们采用微调信号源幅度，
其次，刚开始在实验过程中，为了便捷我们没有吧上次实验的过程中的连线完全拆除，只是关掉了相应模块的电源，后来才发现这样的做法对实验的结果影响是很大的，之后我们再也没有为了省一点时间而不完全拆除上次实验的线路了。
光纤通信系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号，信息源把用户信息转换为原始电信号，电发射机把基带电信号转换为适合信道传输的信号，不管是模拟系统还是数字系统，输入到发射机带有信号的电信号，都通过调制转换成光信号。
光发射机把输入的电信号专函为光信号，并用耦合把光信号最大化的诸如光纤线路。
而光纤线路，则把来自光发射机的光信号，以尽可能小的失真和衰减传输到刚接收机。
光接收机把从线路输出，产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经过其后的电接收机放大和处理后恢复成基带信号。
从实验的结果可以看出，当调节信号源模块的输出幅度时，超过一定的程度，输出的波形和输入的波形进行比对就会发现顶部或者底部会产生失真现象，而当幅度适当时，输出的波形与输入的波形就会吻合。
《光纤通信》实验报告
实验室名称：
实验日期：
2015年10月27日
学院
信息科学与工程学院
专业、班级
通信1303班
姓名
陈甜
实验名称
PN序列光纤传输系统
指导
教师
王玮
教师评语
教师签名：
年月日
实验目的：
1、了解PN序列光纤传输系统的原理。
实验内容：
1、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程。
2、观测并分析实验过程中的实验现象。
实验器材：
1、主控&信号源模块、25号模块各一块
2、双踪示波器一台
3、FC型光纤跳线、连接线若干
实验原理：
2、实验框图说明1、实验原理框图
PN序列光纤传输系统实验框图
本实验是了解和验证数字序列光纤传输系统的原理。
由主控信号源模块提供输入信号PN序列，PN序列经过光发射机完成电光转换，送入到光纤媒介中传输，最后通过光接收机完成光电转换以及门限判决，恢复出原始码元信号。
注：
由于实验设备配置模块情况不同，光收发模块的波长类型有所不同，比如1310nm、1550nm等，需根据实际情况确定。
实验步骤：
1、关闭系统电源，用光纤跳线连接25号光收发模块的光发和光收，并将25号光收发模块的功能选择开关S1打到“光接收机”。
2、将信号源&主控模块的数字信号PN15连接到25号光收发模块的数字信号输入端TH2。
3、把25号光收发模块的光发模式选择S3设置为“数字”。
4、将25号光收发模块中的光发模块的J1第一位拨“ON”（数字光调制的通状态），第二位拨“OFF”（自动光功率控制补偿电流的断状态），将W5（接收灵敏度的调节旋钮，逆时针旋转时输出信号减小）顺时针旋到最大。
5、将输出光功率旋钮W4顺时针旋转到最大。
6、打开系统电源开关及各模块电源开关。
在主控模块中设置实验参数主菜单【光纤通信】→【PN序列光纤传输系统】。
用示波器观测25号光收发模块的数字输入TH2和数字输出端TH3，比较二者码元情况，适当调节25号光收发模块W6（调节电平判决电路的门限电压）及W5，使两路波形相同。
实验过程原始记录（数据、图表、波形等）：
实验结果及分析：
通过本次实验，让我对PN序列的产生方法有了一定的了解，PN是一种伪随机码，同时本次实验采用的是长线性反馈移位寄存器序列作为伪随机序列。
分析实验电路的工作原理，简述其工作过程：
PN序列码是一种伪随机序列码，是一种数字信号，即构成数字通信系统。
本实验是了解和验证数字序列光纤传输系统的原理。
由主控信号源模块提供输入信号PN序列，PN序列经过光发射机完成电光转换，送入到光纤媒介中传输，最后通过光接收机完成光电转换以及门限判决，恢复出原始码元信号。
它是通过识别高低电平来接受信号，同时噪声不累积。
数字光纤通信系统比模拟光纤通信系统具有更多的优点，也更适应社会对通信能力和通信质量越来越高的要求。
它的抗干扰能力强，传输质量好；可以用再生中继，延长传输距离；
观测并分析实验过程中的实验现象：
实验过程中，全部设置好参数和接线后，可以用示波器观测模拟信号源的A-out和25号光收发模块的TH4，适当调节W6以及W5，使得观测到的两处波形相同。
此时，25号光收发模块无失真地传输模拟信号。
同时在示波器上得到的波形，可以观察到，输入波形（上）的波形当0,1信号出现1时，输入波形有些许的延迟，而输出的波形由于是判断高低电平，波形无延迟上的失真，观测到的两处波形基本吻合
《光纤通信》实验报告
实验室名称：
实验日期：
2015年10月27日
学院
信息科学与工程学院
专业、班级
通信1303班
姓名
陈甜
实验名称
CMI码编译码及其光纤传输系统
指导
教师
王玮
教师评语
教师签名：
年月日
实验目的：
1、了解和掌握CMI编译码原理和用途。
2、了解CMI编译码光纤传输系统的相关原理。
实验器材：
1、主控&信号源模块、2、8、25号模块各一块
2、双踪示波器一台
3、FC型光纤跳线、连接线若干
实验原理：
1、实验原理框图
实验原理框图
2、实验原理说明
和数字电缆通信一样，通常在数字光纤通信的传输通道中，一般不直接传输终端机输出的数字信号，而是经过码型变换电路，使之变换成为更适合传输通道的线路码型。
在数字电缆通信中,电缆中传输的线路码型通常为三电平的“三阶高密度双极性码”，即HDB3码，它是一种传号以正负极性交替发送的码型。
在数字光纤通信中由于光源不可能发射负的光脉冲，因而不能采用HDB3码，只能采用“0”“1”二电平码。
但简单的二电平码的直流基线会随着信息流中“0”“1”的不同的组合情况而随机起伏，而直流基线的起伏对接收端判决不利，因此需要进行线路编码以适应光纤线路传输的要求。
线路编码还有另外两个作用：
一是消除随机数字码流中的长连“0”和长连“1”码，以便于接收端时钟的提取。
二是按一定规则进行编码后，也便于在运行中进行误码监测，以及在中继器上进行误码遥测。
本实验CMI编码中，码字“0”由“01”表示，码字“1”由“00”、“11”交替表示。
其变换规则如表所示：
输入码字
CMI码
模式1
模式2
0
01
01
1
00
11
CMI码型变换规则
CMI（CodedMarkInversion）码是典型的字母型平衡码之一。
CMI在ITU-TG.703建议中被规定为139.264Mb/s（PDH的四次群）和155.520Mb/s（SDH的STM-1）的物理/电气界面的码型。
CMI由于结构均匀，传输性能好，可以用游动数字和的方法监测误码，因此误码监测性能好。
由于它是一种电接口码型，因此有不少139.264Mb/s的光纤数字传输系统采用CMI码作为光线路码型。
除了上述优点外，它不需要重新变换，就可以直接用四次群复接设备送来的CMI码的电信号去调制光源器件，在接收端把再生还原的CMI码的电信号直接送给四次群复用设备，而无须电接口和线路码型变换/反变换电路。
其缺点是码速提高太大，并且传送辅助信息的性能较差。
实验步骤：
1、关电，按表格所示进行连线。
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
PN15
模块8：
TH3（编码输入-数据）
基带信号输入
信号源：
CLK
模块8：
TH4（编码输入-时钟）
提供编码位时钟
模块8：
TH6（编码输出）
模块25：
TH2（数字输入）
信号光纤传输输入
模块25：
TH3（数字输出）
模块8：
TH10（译码输入）
信号送入译码单元
2、用光纤跳线连接光收发模块的光发和光收，并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光接收机”。
3、把光收发模块的S3设置为“数字”。
4、将1310nm光发模块的J1第一位拨“ON”（数字光调制的通状态），第二位拨“OFF”（APC自动光功率控制补偿电流的断状态），将25号光收发模块的W5（接收灵敏度的调节旋钮，逆时针旋转时输出信号减小）顺时针旋到最大。
5、将输出光功率旋钮W4顺时针旋转到最大。
6、开电（打开主控&信号源模块、2、8、25号各模块电源），设置主菜单【光纤通信】→【CMI编译码及光纤通信系统】。
用示波器观测信号源模块的PN15与8号模块的TH13波形，观测8号模块的TH3与8号模块的TH6波形，观测25号模块的TH2与25号模块的TH3波形，观测8号模块的TH10与8号模块的TH13波形，比较PN序列编解码过程各段前后的波形有何变化。
实验过程原始记录（数据、图表、波形等）：
（1）用示波器观测信号源模块的PN15与8号模块的TH13波形
（2）观测8号模块的TH3与8号模块的TH6波形
（3）观测25号模块的TH2与25号模块的TH3波形
（4）观测8号模块的TH10与8号模块的TH13波形
实验结果及分析：
通过本次实验，让我对CMI码编译原理以及CMI码光纤传输系统有了初步的了解，CMI码即反转码，是一种化两电平不归零码,误码监测性能好。
通过实验认识了CMI码的三大好处，即同步、查错、无直流分量。
对CMI码的认识有了进一步的深入了解。
在实验过程中，由于没有对模块二进行连线接入，故一开始没有开模块二的电源。
因此，我们的实验总是出现问题，在老师的指导下，打开模块二的电源后即可以正常开始实验。
分析实验电力的工作原理，简述其工作过程。
和数字电缆通信一样，通常在数字光纤通信的传输通道中，一般不直接传输终端机输出的数字信号，而是经过码型变换电路，使之变换成为更适合传输通道的线路码型。
故与之前的实验相比，该实验电路增加了8号模块的CMI编码和CMI译码电路的部分。
即在原先实验电路的基础上，通过对输入的电信号进行编码，再传向光发射机，然后再把光接收机输出的电信号通过CMI译码，得到原始传输数据。
观测并分析实验过程中的实验现象。
通过线路编码，随机数字码流中的长连0和长连
1码被消除，便于接收端时钟的提取，也便于误码的检测。
实验首先先得到TH6（编码输出）与TH10（译码输入）的波形，通过光纤传输系统的传输，两波形基本吻合一致，无失真。
第二步测得了TH3（编码输入数据）与TH6（编码输出）的波形，即将输入的数字信号根据上述CMI码型变换规则进行变换后得到的结果。
第三步，得到TH10（译码输入）与TH13（译码输出数据）波形，即将编码后的波形恢复到了原先输入的波形。
最后，再测TH3（编码输入数据）与TH13（译码输出数据）波形，通过观测可以发现，两波形失真微小，但是出现了明显的时延现象
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