光纖通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要點(diǎn)

1、關(guān)于光纖通訊技術(shù)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告電路圖光發(fā)射模塊受光模塊電子查詢(xún)密碼模組解查詢(xún)密碼模塊實(shí)驗(yàn)1半導(dǎo)體激光器的P-I-V特性曲線試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)測(cè)試LD的p (平均發(fā)射光功率)-I (注入電流)特性曲線和v (偏置電壓)-I特性曲線，校正閾值電流(Ith )和斜率效率，掌握LD半導(dǎo)體激光器的工作特性。二、實(shí)驗(yàn)儀器1.1根光發(fā)射模塊3.1臺(tái)查詢(xún)密碼模塊四、一臺(tái)光功率計(jì)5、一臺(tái)星空衛(wèi)視6、示波器1臺(tái)有幾個(gè)跳線三、實(shí)驗(yàn)原理半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED )是由半導(dǎo)體材料制作的正向偏壓的PN結(jié)電容二極管。 在該發(fā)光反應(yīng)歷程中，當(dāng)向PN結(jié)電容的兩端注入正向電流時(shí)，注入的非平衡載流子(電子-空穴對(duì))在擴(kuò)散過(guò)程中復(fù)合發(fā)

2、光，該發(fā)光過(guò)程主要與光的自發(fā)發(fā)射過(guò)程對(duì)應(yīng)。 半導(dǎo)體發(fā)光二極管具有可靠性高、室溫下連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、光功率電流線性度好等顯著優(yōu)點(diǎn)，并且該技術(shù)比較成熟，因此價(jià)格非常便宜。 但是，LED的發(fā)光機(jī)構(gòu)決定存在輸出小、放射角大、發(fā)射譜線寬度、響應(yīng)速率低等很多不足。所謂半導(dǎo)體激光二極管(LD )或簡(jiǎn)稱(chēng)為半導(dǎo)體激光器是通過(guò)激發(fā)放射而發(fā)光，是閾值解老虎鉗。 處于高能級(jí)E2的電子在光場(chǎng)的感應(yīng)下放出與感應(yīng)光子一模一樣的光子，向低能級(jí)El遷移。 這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為光的感應(yīng)放射，一個(gè)是光子和感應(yīng)光子放射的頻率不僅相同，相位、偏振方向和傳播方向也相同，與感應(yīng)光子有關(guān)。 半導(dǎo)體激光二極管是激光器的一種，同樣必須滿(mǎn)足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和光種

3、子文件背兩方面的要求。 其使用方法是在p型和n型的阻擋層中再摻雜，以PN結(jié)電容的正向偏壓實(shí)現(xiàn)費(fèi)米能級(jí)間隔超過(guò)樂(lè)隊(duì)間隙的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的方法。 用與PN結(jié)電容平面垂直的自然解理面構(gòu)成F-P腔，進(jìn)行光放大，輸出激光。半導(dǎo)體激光器在熱平衡時(shí)，自發(fā)發(fā)射占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 當(dāng)從外部向系統(tǒng)供給能量時(shí)，例如采用電流注入(即電動(dòng)泵)來(lái)打破熱平衡狀態(tài)時(shí)，隨著注入電流的增加，半導(dǎo)體二極管逐漸增加自發(fā)輻射，大量的粒子在高能量水平即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)后，激發(fā)輻射開(kāi)始占主導(dǎo)地位。 光束出射方向上的激發(fā)出射比自發(fā)出射的強(qiáng)度大幾個(gè)。2 .激光半導(dǎo)體的主要特性(1)輸出電壓特性LD和LED都是半導(dǎo)體光電子老虎鉗，其核心部分全部是P-N結(jié)。 因

4、此，如下圖所示，具有與通常的二極管相同的V-I特性曲線。圖1-1激光輸出V-I特性曲線根據(jù)V-I曲線可以計(jì)算LD/LED的總串聯(lián)電阻r和開(kāi)門(mén)電壓VT。(2)輸出光功率特性激光的光功率特性通常用輸出光功率和激勵(lì)電流I的關(guān)系曲線，即p-i曲線來(lái)表示。圖1-2 LD/LED的P-I特性曲線在結(jié)構(gòu)上，LED與LD相比沒(méi)有光學(xué)諧振腔。 因此，LD和LED的功率電流的pi關(guān)系特性曲線大不相同。 LED的P-I曲線基本上是近似的直線。 從圖4可知，LD的P-I曲線開(kāi)始部分的增益較小，當(dāng)達(dá)到某個(gè)條件時(shí)增益變大，將出現(xiàn)該實(shí)際增益的條件稱(chēng)為閾值條件，即閾值電流Ith、輸入電流IIth部分、P-I曲線近似于線性關(guān)系

5、，將p增大的速度、即曲線斜率稱(chēng)為斜率效率， 此時(shí)，LD發(fā)光部為感應(yīng)輻射部，而在IIth中，此時(shí)激光器進(jìn)行線性動(dòng)作，所輸出的光功率的大小變大，所以受光模塊接受光信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，能夠通過(guò)示波器觀察波形變化。圖1-6 Ibias和Imod對(duì)輸出光功率的影響查詢(xún)密碼模塊的查詢(xún)密碼開(kāi)關(guān)S301控制查詢(xún)密碼模塊輸出不同的波形，撥盤(pán)開(kāi)關(guān)控制功能如下所示圖1-7撥號(hào)開(kāi)關(guān)圖像我們主要使用查詢(xún)密碼模塊的撥號(hào)盤(pán)開(kāi)關(guān)的第1、2、6、7、8二進(jìn)制位，其中第2個(gè)二進(jìn)制位控制時(shí)鐘控制信號(hào)的頻率，上側(cè)表示“0”，此時(shí)時(shí)鐘搖滾樂(lè)輸出2MHz的時(shí)鐘控制信號(hào)，下側(cè)表示“1”，此時(shí)輸出4MHz的時(shí)鐘控制信號(hào)。對(duì)于查詢(xún)密碼

6、模塊撥號(hào)開(kāi)關(guān)S301 :1位使能開(kāi)關(guān)、1時(shí)，撥號(hào)開(kāi)關(guān)正常動(dòng)作。第2位是時(shí)鐘選擇開(kāi)關(guān)：若定徑套“0”，則SMA302輸出2.048MHz的時(shí)鐘控制信號(hào)，SMA301讀出PN查詢(xún)密碼數(shù)據(jù)，觸發(fā)器上升沿(低電平讀取)。當(dāng)定徑套“1”時(shí)，SMA302輸出4.096MHz的時(shí)鐘控制信號(hào)，配合SMA301讀出CMI查詢(xún)密碼數(shù)據(jù)，在上升沿進(jìn)行觸發(fā)器(低電平讀取)。依次為第6、第7、第8名：000方波輸出文件SMA301的輸出是1MHz、Vp-p=5V的方波(2MHz二值編碼數(shù)據(jù))。001 PN碼輸出文件SMA301輸出16二進(jìn)制位的PN碼(偽隨機(jī)碼)。010 CMI解查詢(xún)密碼輸出文件SMA301的輸出是從0

7、01狀態(tài)下的PN查詢(xún)密碼轉(zhuǎn)換而來(lái)的CMI查詢(xún)密碼。011 16二進(jìn)制位手動(dòng)CMI查詢(xún)密碼輸出文件SMA301的輸出由撥號(hào)盤(pán)開(kāi)關(guān)(S303和S302 )編輯產(chǎn)品的16二進(jìn)制位CMI查詢(xún)密碼。100 8二進(jìn)制位手動(dòng)查詢(xún)密碼輸出文件SMA301輸出撥號(hào)盤(pán)開(kāi)關(guān)S302創(chuàng)建的8二進(jìn)制位手動(dòng)查詢(xún)密碼。將101 8二進(jìn)制位的手動(dòng)查詢(xún)密碼轉(zhuǎn)換為CMI查詢(xún)密碼輸出文件將100模式的8二進(jìn)制位查詢(xún)密碼轉(zhuǎn)換為CMI通過(guò)SMA301輸出查詢(xún)密碼。110高電平級(jí)SMA301輸出高電平。111低電平級(jí)SMA301輸出低電平。四、實(shí)驗(yàn)程序1.ld的P-I曲線和V-I曲線的測(cè)量：在本實(shí)驗(yàn)中，LD的注入電流由兩部分組成：調(diào)制電

8、流和偏置電流，偏置電流的作用是使LD在適當(dāng)?shù)闹绷髌命c(diǎn)工作，調(diào)制電流的作用是使LD的輸出光信號(hào)具有調(diào)制信息。 進(jìn)行P-I-V曲線測(cè)試時(shí)，由于不需要施加信息，所以先將調(diào)制電流調(diào)整為0，然后調(diào)整偏置電流，記錄不同的偏置電流時(shí)，需要LD的輸出光功率和偏置電壓。(1)通過(guò)電纜連接編碼模塊SMA301和發(fā)光模塊SMA101。(2)從光發(fā)射模塊的LD尾光纖的連接器取出保護(hù)塑料蓋，插入光功率計(jì)，擰緊光纖周邊的螺絲，打開(kāi)光功率計(jì)，設(shè)置光功率計(jì)來(lái)測(cè)量波長(zhǎng)1550nm，測(cè)量到的光功率是光發(fā)送端LD的輸出光功率p。(3)接通查詢(xún)密碼模塊和接通光學(xué)發(fā)射模塊，使得查詢(xún)密碼模塊藍(lán)色撥號(hào)開(kāi)關(guān)S301的第一位置1、第六、7和

9、8二進(jìn)制位撥入111低電平輸出范圍。 此時(shí)，SMA301輸出低電平，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)光學(xué)發(fā)射模塊的音量WMOD直到最后，使得調(diào)制電流等于0 (通過(guò)測(cè)量電阻RU205的左側(cè)的電壓是否到達(dá)0，可以確定調(diào)制電流是否到達(dá)0 )。(4)將電位器WBIAS順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到最后，使流過(guò)LD的偏置電流為0。(5)使卷WBIAS逆時(shí)針緩慢旋轉(zhuǎn)，將偏置電阻RU106的兩端間的電壓(紅色時(shí)校正筆觸T106、黑色時(shí)校正筆觸測(cè)試點(diǎn)T104 )設(shè)為在表1中用Vr表示的大小時(shí)，將Vr的電壓值設(shè)為電阻值RU106(100歐姆)(6)讀出此時(shí)的光功率計(jì)上的數(shù)值并記入表1中的P(mw )，將光功率計(jì)切換為dbm文件，讀出此時(shí)的數(shù)值并記入表

10、1中的P(dbm )。(7)使用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)定紅色時(shí)修正筆連接T104，黑色時(shí)修正筆接觸測(cè)試點(diǎn)T105，所測(cè)定的電壓為激光二極管的偏置電壓u，記載于表1。重復(fù)步驟(5)、(6)和(7)，完成表1，LD的P-I曲線和V-I繪制曲線。注：此處測(cè)量的是P-I和V-I曲線的一部分(功率調(diào)節(jié)范圍約4db )，但為了防止光發(fā)射針織面料燒損，電流I的調(diào)節(jié)范圍有限(電流調(diào)節(jié)范圍約30mA )，并不妨礙P-I曲線整體的測(cè)量表1美國(guó)甲組聯(lián)賽12345678電視機(jī)0.10.20.30.40.50.60.70.8超級(jí)聯(lián)賽0.7540.7980.8520.8480.8680.8850.9030.919寶馬0.00003

11、0.000090.00020.00030.00040.00050.00080.0016數(shù)碼寶貝-46.58-41.31-38.76-36.79-35.07-33.44-31.56-28.20美國(guó)甲組聯(lián)賽910111213141516電視機(jī)0.91.01.11.21.31.41.51.6超級(jí)聯(lián)賽0.9330.9460.9570.9690.9830.9931.0051.016寶馬0.00780.06540.1260.1850.250.310.3540.411數(shù)碼寶貝-21.55-12.64-9.68-8.03-6.74-5.93-5.22-4.57美國(guó)甲組聯(lián)賽17181920電視機(jī)1.71.81.

12、92.0超級(jí)聯(lián)賽1.0291.0411.0521.06寶馬0.4720.5270.5790.632數(shù)碼寶貝-3.97-3.50-3.09-2.72 .觀察在偏置電流為0的情況下調(diào)制電流對(duì)于輸出光信號(hào)的影響：(1)用線纜連接編碼模塊SMA301和光學(xué)發(fā)射模塊SMA101，卸下耳朵皮上的保護(hù)蓋，將光學(xué)發(fā)射模塊LD尾光纖的連接器連接到耳朵皮的一端，將耳朵皮的另一端連接到光學(xué)模塊PD尾光纖連接器。 光接收模塊的測(cè)試點(diǎn)T201連接到示波器。(2)開(kāi)啟查詢(xún)密碼模塊、光學(xué)發(fā)射模塊和光學(xué)接收模塊三個(gè)模塊的電源。(3)查詢(xún)密碼模塊藍(lán)色撥號(hào)開(kāi)關(guān)S301的第一資金頭寸1、第六、第七和第八二進(jìn)制位被撥入111低電平輸

13、出范圍，而此時(shí)，SM(4) A301輸出低電平，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)電位器WMOD直到最后，使調(diào)制電流為0。(5)將卷WBIAS順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到最后，使偏置電流為0 (通過(guò)測(cè)量電阻RU204的電壓值可以判斷是否為0 )。(6)控制查詢(xún)密碼模塊藍(lán)色撥號(hào)開(kāi)關(guān)S301的第一資金頭寸1，以在110高電平輸出范圍撥第六、7和8二進(jìn)制位，并且，在這時(shí)，從SMA301輸出大約5V的CMOS高電平。(調(diào)整光發(fā)射模塊可調(diào)電阻WMOD，以使R106兩端T106和T104之間的電壓值Vr成為表2所示的值，計(jì)算此時(shí)的調(diào)制電流值Imod=Vr/100 )。(8)把查詢(xún)密碼模塊藍(lán)色撥號(hào)盤(pán)開(kāi)關(guān)S301的第1位置1、第6、7、8二進(jìn)制位撥

14、到000位置方波輸出范圍，此時(shí)，SMA301輸出Vp-p=5V的方波。 調(diào)節(jié)示波器，觀察輸出信號(hào)波形的變化，記錄該Imod條件下的Vp-p的大小。(9)重復(fù)步驟(5)、(6)、(7)，改變Imod的大小，在測(cè)試不同的Imod的情況下，波形Vp-p的大小完成表2。表2電視機(jī)2.0001.8001.6001.4001.200機(jī)動(dòng)戰(zhàn)士gundam 00登場(chǎng)機(jī)體列表2018161412美國(guó)職棒聯(lián)盟1.121.00.840.70.56電視機(jī)1.0000.8000.6000.4000.200機(jī)動(dòng)戰(zhàn)士gundam 00登場(chǎng)機(jī)體列表108642美國(guó)職棒聯(lián)盟0.40.250.040.030.03注：設(shè)定調(diào)制電流時(shí)，首先采用5.0V的高電平，調(diào)整音量WMOD，使輸出LD調(diào)制電流變?yōu)镮mod。 之后，輸入Vp-p=5.0V、占空比50%的方波作為調(diào)制電流，但實(shí)際上通過(guò)電壓校正測(cè)量的流過(guò)LD的調(diào)制電流的平均大小應(yīng)該是Imod/2。 該實(shí)驗(yàn)主要用于觀察輸出波形的變化，為方便