《現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)》實驗指導(dǎo)書(2023年)

《現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)》試驗指導(dǎo)書何寧 編信息與通信學(xué)院202312月2概 述信技術(shù)。通信進展過程是以不斷提高載頻頻率來擴大通信容量，光是一種頻率極高的電磁波〔3×1014H引力，是通信進展的必定方向。光纖通信有很多優(yōu)點：首先它有極寬的頻帶。目前我國已完成了10Gbps的光纖通信系統(tǒng)125um115dB/Km10Km1.55um的光纖最低已到達0.2dB/Km的損耗，站間無中繼傳輸可達100Km以上。另外，光纖通信還具有抗—SiO2。高速傳輸。光纖通信將會在光同步數(shù)字體系〔SDH、相干光通信、光纖寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)〔—ISD、用戶光纖網(wǎng)、ATM及全光通信有進一步進展。試驗一 光纖及LD特性測量一．試驗?zāi)康陌盐展饫w的根本構(gòu)造和傳輸特性。了解光纖通信光源的類型及發(fā)光機理。LD有關(guān)特性測量。二．試驗內(nèi)容及要求光纖根本特性及連接技術(shù)測試。LD伏安特性測試。LD電光轉(zhuǎn)換特性測試。LD調(diào)制特性測試。LD光譜特性測試。三．試驗原理2光纖的制造過程是比較簡潔的過程，生產(chǎn)光纖的主要材料為石英〔SiO，其制造流程如圖1所示：2材料提純材料提純預(yù)制棒熔煉拉絲套塑成纜材料分析檢驗預(yù)制棒檢驗光纖測試圖1 光纖光纜制造流程圖光纖的制作過程一般可分為三個主要步驟：1、熔煉常用方法主要有改進的化學(xué)氣相沉積法MCV〕和微波等離子體法PCVD式為：SiCl+O 高溫 SiO+2Cl4 2 2 2GeCl+O高溫 GeO+2Cl4 2 2 22式中SiO2

用于轉(zhuǎn)變石英折射率的摻雜劑。222是將已制作好的預(yù)制棒在高溫下拉成高質(zhì)量的光纖，光纖的幾何尺寸精度必需嚴格把握。3為提高光纖的機械強度，需把經(jīng)一次涂覆的光纖再套上塑料套管。長波長光纖〔1.31um，1.55um〕和超長波長光纖〔2um。按傳輸模式分為單模光纖和多模光纖。光纖接續(xù)有固定連接和活動連接兩種，固定連接一般用于光纜工程上；活動連接一般用于機與線或機與機之間的連接，是可以拆卸的。光纖的焊接最關(guān)鍵的一步是端面處理，它直接影響光纖的接續(xù)損耗，光纖焊接定光纜架設(shè)工程和光纜線路日常維護的一項關(guān)鍵技術(shù)。光纖接續(xù)損耗主要受以下幾個因素的影響，被焊接光纖折射率失配，纖蕊失配，端面的平坦度和干凈程度等。光纖傳輸特性主要有損耗特性和頻帶特性，光纖損耗特性通常用dB/km表示，引起光能量衰減的緣由有吸取損耗、散射損耗和輻射損耗。要降低光纖衰減，可承受純度極高的石英玻璃。光纖頻帶特性通1Km光纖通信系統(tǒng)承受的光源主要有半導(dǎo)體激光器〔LD〕和發(fā)光二極管〔LED〕,依據(jù)制作的材料不同，0.85um、1.3um1.55um三種。LED是非相干光源，是一種直接注入電流的光放射器件，它的放射過程主要對應(yīng)光的自發(fā)輻射過程，是半導(dǎo)體晶體內(nèi)部受激電子從高能級回復(fù)到低能級時，放射出光子的結(jié)果。在發(fā)光二極管的構(gòu)造中，不存在諧振腔，當注入正向電流時，注入的非平衡載流子在集中過程中復(fù)合發(fā)光。因此，發(fā)光二極管不是閾值器件，它的輸出功率根本上與注入電流成正比。激光器的特性主要有光譜特性、伏安特性、電光轉(zhuǎn)換特性和調(diào)制特性。伏安特性是指LD通過正向電流時，發(fā)光二極管兩端所產(chǎn)生的正向壓降，由于正向電阻比較小，故2給出示意圖?！瞐〕伏安特性曲線 〔b〕伏安特性測試電路圖2伏安特性示意圖光譜曲線上發(fā)光強度最大時所對應(yīng)的波長為發(fā)光峰值波長，光譜曲線上兩個半光強點所對應(yīng)的波長差稱為LD的譜線寬度，其值為30～40nm左右,光譜極易受溫度的影響。與一般光源相比，激光光源具有單色性好、亮度高、方向性強和相干性強 等特點，激光的消滅使原有的光譜技術(shù)在靈敏度和區(qū)分率方面得到很大的改善。激光器依據(jù)譜線寬度不同可分為 單縱模和多縱模激光器，其光譜如圖3、圖4和圖5所示。圖3 LED光譜特性 圖4LD光譜特性 圖5LED多縱模光譜LD的光輸出功率與注入電流的關(guān)系，它是LD的重要參數(shù)之一，分為直流輸出LD所發(fā)出的光功率；而脈沖LD發(fā)光面所放射出的光功率。出6所示。6P－ILED調(diào)制特性是指在規(guī)定的直流正向工作電流下，用數(shù)字或模擬信號對LED進展調(diào)制，從而轉(zhuǎn)變7給出其調(diào)制原理圖?！瞐〕模擬調(diào)制 〔b〕數(shù)字調(diào)制圖7調(diào)制特性曲線四．試驗線路4給出了伏安特性、出光特性的具體測試電路，調(diào)整電位器可轉(zhuǎn)變流過二極管的電流，從而轉(zhuǎn)變LD5給出了光調(diào)制電路，a〕LD工作在線性范圍，在無信號輸入時，必需給LD加確定的直流偏置；b〕圖為數(shù)字調(diào)制電路，三極管VT處于零偏置，且在開關(guān)LD有光信號輸出，當輸入信號為低電尋常，三極管截止通，LD無光信號輸出。圖4伏安特性與P－I特性測試電路 圖5調(diào)制電路五．試驗步驟〔一〕觀看生產(chǎn)光纖流程，測量光纖物理尺寸，光纖熔接練習(xí)?！捕矻ED伏安特性測試將電流表串接入LD測試電路，開啟穩(wěn)壓電源〔直流5。LD100mALD兩端對應(yīng)的電壓值。1LD兩端對應(yīng)電壓值。依據(jù)測試數(shù)據(jù)作出LD的正向伏安特性曲線。1電電1流2345678910 20 30 40 50 60 70 80 90 100電壓〔三〕LD出光特性測試5LD的電流。LDLD2中。依據(jù)測試數(shù)據(jù)作出LD的出光特性曲線。2電電5102030405060708090100流功率〔四〕LD調(diào)制特性測試〔模擬調(diào)制〕1KHz100mv的正弦信號，并參與電路輸入端。用示波器測試三極管的輸出調(diào)制波形。用光功率計測試此時LD的光功率值。六．試驗設(shè)備穩(wěn)壓電源 信號源 光功率計七．試驗報告處理試驗數(shù)據(jù)，并畫出相關(guān)特性曲線。說明模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制對線性的要求。試驗體會。

萬用表 雙蹤示波器試驗二： 數(shù)字光纖傳輸測試系統(tǒng)設(shè)計一、試驗?zāi)康?、理解利用光承載電信號的原理，設(shè)計數(shù)字光纖通信傳輸測試系統(tǒng)。2、把握光纖通信系統(tǒng)接收的靈敏度測量及通信距離概算。二、試驗任務(wù)和原理試驗任務(wù)：按給定設(shè)備和器件，設(shè)計構(gòu)建一數(shù)字光纖傳輸光接收靈敏度測試系統(tǒng)，并模擬信道衰減計算系統(tǒng)傳輸距離。試驗原理：光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)信機、光纖傳輸介質(zhì)〔光信道〕和光收信機組成，光發(fā)信機是完成電信號與光信號的轉(zhuǎn)換，即調(diào)制，光波是承載電信號的載波，目前光纖通信中常用的調(diào)制方式主要是直接光強度調(diào)制。光纖是作為光信號的傳輸通道，完成收發(fā)兩端設(shè)備的連接。光電探測器是將接收到的光功率轉(zhuǎn)換成信號電流送到后級進展處理，光纖通信中最常用的光電探測PINAPD光信號經(jīng)過長距離傳輸會產(chǎn)生衰減，它將影響信號的接收質(zhì)量，這就需提高接收機的靈敏度。接收機的靈敏度是在保證接收機的對信號的正常接收狀況下，接收機所需的最小光功率，常承受分貝毫瓦〔dBm〕表示。光纖傳輸系統(tǒng)中繼距離的長短，除了放射機的放射光功率和接收機的靈敏度外，還與光纖傳輸介質(zhì)的損耗有關(guān)，光纖傳輸系統(tǒng)傳輸信道衰減組成及表達式如下：TXTXMcMeRX活動接頭固定接頭光纖傳輸系統(tǒng)信道組成Lmax

P PT

nA MC eAA SMf L CfPT

為放射平均功率，單位dBm; PR

dBm;A 一個活動接頭損耗，單位dB; M 設(shè)備充裕度，單位dBC eA dB/Km;f

AfdB/個；LfM 光纖線路充裕度，dB/Km.C三、系統(tǒng)設(shè)計及技術(shù)要求1、 光接收靈敏敏度測試⑴用調(diào)制光源連續(xù)光〔CW〕狀態(tài)測試活動接頭的衰減量；1KHz0.5mW⑶搭建測試系統(tǒng)，測量給定光接收機的靈敏度。要求：畫出測試系統(tǒng)框圖及測試波形，按“正切靈敏度”測試法和“替代法”測出接收的最小光功率，并計算出光接收機的靈敏度〔dBm。2、 光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)距離概算〔留意活動接頭的個數(shù)〕⑵假設(shè)在靈敏度保持確定時，光放射機功率再增加0.1mW，計算此時間纖信道傳輸距離可增加多少Me＝3dB，0.2dB/Km)。四、試驗儀器及使用調(diào)制光源一臺穩(wěn)壓電源一臺光纖衰減器一臺雙蹤示波器一臺光功率計一臺光接收電路一塊調(diào)制光源是光纖通信完成電光轉(zhuǎn)換的一個重要局部，它可使用內(nèi)部電信號和外部電信號調(diào)制，可輸出連續(xù)光和脈沖光，輸出光功率可進展調(diào)整，通過調(diào)整INT按鍵可轉(zhuǎn)變其工作狀態(tài)，CW為連續(xù)光輸出，