光纤通信中的色散补偿实验仿真

摘要：本文介绍了，光纤通信中色散补偿的概念、分类、影响及补偿方法，同时利用Optisystem软件仿真模拟了色散补偿光纤、FBG补偿、啁啾光纤光栅等色散补偿方案。

关键词：光纤通信色散补偿Optisystem仿真

The Dispersion Compensation In Optical Fiber

Communication

Yanlong Yuan

(Beijing Institute of Technology, School of Opto-electronics,

Electronic Science and Technology)

Abstract: This paper introduces, the concept, classification and the influence and the compensation methodsoptical of dispersion compensation in fiber communication, and use Optisystem software simulation the dispersion compensation fiber, FBG compensation, chirp optical fiber grating, the dispersion compensation scheme. Keywords: optical fiber communication dispersion compensation Optisystem simulation

1.概述

目前，光纤线性通信已不能满足现在信息处理传输的要求，因为它存在着三个主要的缺陷：其一是光纤的色散，其二是光纤损耗,其三是非线性。低损耗光纤和掺铒光纤放大器的广泛应用解决了高速光纤通信系统的传输损耗问题。光纤的色散又能有效抑制四波混频等非线性效应，因此，色散问题已成为光纤通信系统进行升级扩容的主要障碍。

受色散的影响，传输速率为10Gbit／s、光脉冲宽度为50ps的系统只能传输40 km。传输速率为80Gbit／s时，传输距离不足2 km。为了兼顾色散和非线性两种要素，人们提出了一种折衷方案，即将光纤的零色散点偏离1．55 u m窗口使之在1．55 u m波长处的色散不为零，约有2～6 ps／km．nm的色散，这就是G．655光纤。当光纤传输的速率较低、距离较短时，采用G、655光纤进行传输的办法是可行的。但是，G．655光纤并没有解决色散问题，高速、长距离传输中仍然需要色散补偿。并且由于其低色散，光纤的非线性效应使通道间距为50GHz的波分复用(WDM)系统很难实现。而G．652光纤在1．55 u m窗口处的大色散可以有效的抑制非线性，通过色散补偿，实现通道间距为50GHz的WDM 系统的传输毫无问题。迄今为止，全世界铺设的光纤干线长达2亿公里以上，其中的80％为G．652光纤。我国的八纵八横主要干线铺设的基本也都是G．652光纤。随着全球信息业务量的迅猛增加，通信网络必然要进一步向高速大容量方向发展，开发已有光通信系统的潜力，在G．652光纤上开通高速系统，关键问题是色散补偿。

近年来，光纤通信正以日新月异的速度发展，高速率，WDM 系统及EDFA 已经商用，实验室中的WDM 光纤通信速率已经达到了1000Gbit/s。在采用级

连EDFA的高速率和WDM 系统中由于EDFA 的出现，基本上解决了光纤损耗的问题，光纤的色散成为系统的重要限制因素。

2.色散及其分类

2.1 色散及其表示

由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。色散简而言之就是不同频率的光在传输媒质中具有不同的群速度。从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起。

（1）模间色散：多模光纤中由于各个导模之间群速度不同造成模间色散。在发送机多个导模同时激励时，各个导模具有不同的群速，到达接收端的时刻不同。

（2）波导色散：这是某个导模在不同波长（光源有一定的谱宽）下的群速度不同引起的色散，它与光纤结构的波导效应有关，又称为结构色散。（3）材料色散：这是由于光纤材料的折射率随光频率呈非线性变化，而光源有一定谱宽，于是不同的波长引起不同的群速度。

（4）偏振模色散：普通单模光纤实际上传输两个相互正交的模式，实际在单模光纤存在各种少量随机的不确定性，不对称性，造成了两个偏振模的群时延不同，导致偏振模色散。

当一束电磁波与电介质的束缚电子相互作用的时候，介质的响应通常与光波的频率ω有关，这种特性称为色散，它表明折射率n(ω) 对频率的依附关系。

光纤的色散效应可以用波矢k或传播常数β与频率的关系来表示，即β(ω) 。在中心频率ω0处将β(ω)展开得到：

式中，,表示介质在中心频率ω0处的传播常数；，等于群速度的倒数:表示群速度色散，和脉冲的展宽有关;β3为三阶色散参量。

2.2 由二阶色散效应引起的脉冲展宽

当不考虑高阶色散效应时，光脉冲在单模光纤传输的NLS方程可表示为：

式中，A为脉冲包络的慢变振幅，T 是随脉冲以群速度g v 移动的参考系中的时间度量。

引入一个对初始脉宽T0 归一化的时间量。同样，引入归一化振幅U，。当L <

图1 光纤由色散所致的高斯脉冲展宽

点线表示z =0时，U(z,T ) 2的图形，实线表示z = 2L D时，U (z,T ) 2的图形，点划线表示z = 4L D时，U (z,T)2的图形。从上图可以看出，随着z 的增加，高斯脉冲在逐渐展宽，其振幅在逐渐减小。另外，脉冲的形状保持不变。

3.色散补偿技术

对于新敷设的高速和WDM 光纤线路，可以采用非零色散位移光纤。这种光纤在1.55 微米处有非零，但很小的色散，既可以是正色散，也可以是负色散，若采用色散管理技术，可以在很长的距离上消除色散的积累，同时，对WDM 系统的四波混频效率较低，有利于抑制非线性效应的影响。

具体的色散补偿方法有以下几种：

3.1色散补偿光纤（DCF）

色散补偿光纤（DCF）开发于20 世纪90 年代中期，它在实现色散补偿任

务中扮演了十分重要的角色。目前，国99% 以上1550nm 外调制光纤干线/超干线仍然使用G.652 标准光纤，因此在每个（或几个）光纤段的输入或输出端可以通过放置DCF色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路上累积的色散接近零，使单信道1550nm 外调制光纤干线/超干线传输光纤的色散得到较好的补偿。

但是，一般的1550nm 外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中所使用光发射机的光波长围较大，可达20nm。此外，随着在1550nm 外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中CWDM 或DWDM 技术的引入，必须考虑光纤对不同波长信道的色散斜度问题。

其基本原理是通过对光纤的芯径及折射率分布的设计，利用光纤的波导色散效应，使其零色散波长大于1.55 微米，即在1.55 微米波长处产生较大的负色散，这样当常规光纤和色散补偿光纤级联使用时，两者将会互相抵消。若用D s 和D c分别表示常规光纤和色散补偿光纤在λ1处的色散系数，L s和L c分别表示常规光纤和色散补偿光纤的传输距离，则当满足

时，群时延色散被补偿，当满足

时，二阶色散被补偿。式中D s1和D c1是D s和D c的微商。

以G.652 光纤1550 nm 窗口为例，光纤的色散明显地随波长而变化，在1530nm 处色散系数约为15.5ps/nm.km，在1565nm 处约为

17.6ps/nm.km，色散斜率（定义为色散系数对波长的微分）约为0.06ps/nm.km。假设宽带色散补偿器件对所有C－band 信号的色散补偿量是一样的，则经多个光纤段传输后，红端信号光（1565nm）所积累的色散将明显大于比蓝端（1530nm），因此，无论对于一般的1550nm 外调制光纤干线/超干线长距离传输系统或CWDM/DWDM1550nm 外调制光纤干线/超干线长距离传输系统，都必需考虑采用斜率补偿型色散补偿光纤组件，用于补偿光纤的色散斜率，将总色散控制在色散容限窗口，使1550nm 外调制光纤干线/超干线长距离传输系统中色散斜率问题得到较好的解决。

斜率补偿型DCF 的优点是带宽不受限制，产品供应商多，稳定性高。目前，斜率补偿DCF 模块已获广泛应用，在全球围，它是1550nm 外调制光纤干线/超干线长距离传输系统实现色散补偿的首选方案。

它的缺点是非线性效应较明显，输入光功率不能过高，插入损耗较大。此外，DCF 制成的DCM 色散量不可调，而且不同类型的光纤需要不同类型的DCF。

图2 用负色散的色散补偿光纤对正色散标准单模光纤的色散进行补偿3.2 啁啾光纤光栅(CFBG)色散补偿

采用适当的光源和光纤增敏技术，几乎可以在各种光纤上不同程度地写入光栅。光纤光栅就是光敏光纤在选定波长光照射后形成的折射率呈固定周期性分布的一种无源光器件。光纤光栅进行色散补偿的示意图如图5所示。光波经过光栅后起到色散均衡的作用，从而实现色散补偿。

其基本原理是：啁啾光纤光栅中，谐振波是位置的函数，因此不同波长的入射光在啁啾光纤光栅的不同位置上反射并具有不同的时延，短波长分量经受的时延长，长波长分量经受的时延短，光栅所引入的时延与光纤中传输时造成的时延正好相反，二者引入的时延差相互抵消，使脉冲宽度得以恢复。图6为光纤光栅的反射谱和时延曲线。可以看到带宽围的时延曲线基本为一条直线，其斜率就是该光纤光栅所能补偿的色散量。

图3 啁啾光纤光栅色散补偿原理

图4 用光环形器将啁啾光栅的反射信号分离出来啁啾光纤光栅与现有光纤系统兼容性好，具有较低的传输损耗和插入损耗，色散补偿量大，能够实现光纤色散和色散斜率的同时补偿，折射率调制可以根据需要来通过不同的曝光过程加以控制，且价格低廉，易于大批量生产。因此，啁啾光纤光栅色散补偿器已被公认为具有很好应用前景的色散解决方案。

目前，光栅的温度漂移、时延纹波、光功率波动和包层模附加损耗大等，是实现光纤光栅色散补偿实用化系统必须解决的几个主要问题。OFC’2003上，有多篇文章谈到了光纤光栅色散补偿补偿器的研究，对以上几个问题都已经提出了多种行之有效的解决方法。

3.3色散支持传输法

这是一种新的传输方式，它也利用激光器的调频特性，采用频移键控的调制方式，先对激光器进行频率调制，当注入电流按二进制NRZ 码变化时，电流的变化引起光功率光频率的变化。不同频率的信号在光纤中的传播速率不同，在

接收端信号产生重叠，控制频率调制深度使Δt =1/B，Δt是延迟的时间，B 是传输的速率，于是，调频信号变成了调幅信号，在接收端采用积分器或低通滤波器和一个判决电路，即可恢复出原始信号。

3.4频谱反转法

频谱反转法也称相位共扼法，它利用光纤中的非线性效应实现频谱反转之后进行二次传输，从而和第一段光纤的色散相抵消，利用此法不仅可以抵消色散，还可以补偿造成的脉冲形状失真的其他因素，如自相位调制等。此法的优点是可以实现大容量长距离的色散补偿，且损耗较小；缺点是设备比较复杂，且对激光器频率的单一性要求比较高。

4.实验仿真

https://www.360docs.net/doc/4715331700.html,pensation of dispersion ideal dispersion compensation(理想色散补偿元件的色散补偿)

如图5所示，利用OptiSystem设计这样的布局对其色散补偿进行仿真和分析。对初始时的脉冲波形，以及经过10km非线性色散光纤或的脉冲波形，以及最后经过FBG色散补偿器后的脉冲波形进行检测和分析，从而设计和改善系统中的色散补偿性能。

图5 理想色散补偿元件的色散补偿布局图

而该布局中的关键元件：FBG色散补偿器的属性设定可参见下图6：

图6 FBG色散补偿器的属性设定图

各元件的参数设定好后，运行模拟，然后我们可得到以下一系列结果。

在40Gb/s码率和0.5 Time Bit Slot的系统中，由Optical Gaussian Pulse Generator产生的初始脉冲宽度约为35ps。（见图7）

产生的光信号入纤传输，经过了10km的单模光纤后其脉冲宽度由于色散

展宽约为160ps。（见图8）其脉宽将近增宽了4倍于初始的宽度。为了对这个色散导致的脉冲失真进行复原和补偿，这里使用了一个FBG色散补偿元件来对脉冲波形进行复原。其中色散补偿值可以调节，这里设为-160ps/nm。经过模拟后，我们可在Optical Time Domain Visualizer中观察经补偿元件后的脉冲波形（图9）可以看到经过补偿后的脉冲宽度复原到初始状态。

图7 入纤前光脉冲的波形图

图8 经过10km后的脉冲波形图

图9 经过色散补偿器的光脉冲波形

可见，模拟出的结果和我们经计算预期的结果相当一致，这也为我们对提供的色散补偿元件的性能做了很好的性能测试和模拟。

4.2 Compensation of dispersion OptiGrating(光栅色散补偿)

脉冲在单模光纤中传输时，由于光纤反常色散的影响，脉冲的前沿频率蓝移，厚颜频率红移。在啁啾光纤光栅中，红移分量在光栅近端被反射，而蓝移分量在远端反射，因此利用啁啾光纤光栅可以进行色散补偿。

如图10所示，用啁啾光纤光栅色散补偿设计这样的布局对其色散补偿进行仿真和分析。对初始时的脉冲波形，以及经过10km非线性色散光纤或的脉冲波形，以及最后经过FBG色散补偿器后的脉冲波形进行检测和分析，从而设计和改善系统中的色散补偿性能。

图10理想色散补偿元件的色散补偿布局图

和上一例区别为将理想色散FBG改为啁啾光栅。

图11 入纤前光脉冲的波形图

图12 经过10km后的脉冲波形图

图13参数设置

图14 经过色散补偿器的光脉冲波形

产生的光信号入纤传输，传输前脉冲波形见图11，经过了10km的单模光纤后其脉冲宽度由于色散展宽（见图8）。其脉宽将近增宽了4倍于初始的宽度。为了对这个色散导致的脉冲失真进行复原和补偿，经过模拟后，我们可在Optical

Time Domain Visualizer中观察经补偿元件后的脉冲波形（图14）可以看到经过补偿后的脉冲宽度大致复原到初始状态。

4.3Dispersion compensation pre post symmetrical（利用DCF进行色散补偿）

图15 利用DCF均匀色散补偿布局图

发送端，发出10Gbit/s的强度调制信号，经的EDFA放大后经过的单模光纤传播，单模光纤的色散系数为17ps/（nm*km）。

图16补偿前的眼图

图17经过DCF补偿后的眼图

由补偿前补偿后的眼图可以比较得出，经过DCF补偿后的眼图效果明显变好，色散补偿效果显著。

参考文献：

[1]王铁军,黄德修.色散补偿技术的最新进展.中国科技核心期刊.2003.9

[2] 原荣.色散补偿技术及其进展.光通信技术.2002.4

[3] 林晓静.色散补偿技术原理及现有解决方案分析.中国科技论文在线.2005.

[4]翟莉.色散补偿技术研究

光纤通信实验报告

计算机与信息技术学院实验报告专业：通信工程年级/班级：2009级 2011—2012学年第一学期课程名称光纤通信指导教师李新源本组成员学号姓名 XXXXXX 实验地点计算机楼501 实验时间 2012年4月6 日项目名称自动光功率控制电路实验类型硬件实验一、实验目的 1.掌握自动功率控制电路的工作原理二、实验内容： 1.学习自动功率控制电路的工作原理 2.测量相关特征测试点的参数三、实验仪器： 1.示波器。 2.光纤通信实验系统。 3.光功率计。 4.万用表。 5.FC/PC 型光纤跳线2根。四、实验原理：激光器输出光功率与温度和老化效应密切相关。保持激光器输出光功率稳定，可以用光反馈来自动调整偏置电流，电路如下图所示： 1 A 3 A 2 A B I

首先，PIN管监测背向光功率，经检出的光电流由A1放大，送入比较器A3的反向输入端，输入的数字信号和直流参考信号经A2比较放大，接到的A3同相输入端。A3和VT3组成恒流源，给激光器加上偏置电流IB的大小，其中信号参考电压是防止控制电路在无输入信号或长连“0”时，使偏流自动上升。这种电路在10°C～50°C温度范围内功率不稳定度ΔP/P可小于5%。五、实验步骤： 1.关闭系统电源。按以下方式用连信号连接导线连接：数字信号模块（数字信号输出一）P300—P100 1310数字光发模块（数字光发信号输入） 2.用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计。 3.将1310nm光发模块的J100，两位都调到ON状态。 4.将1310nm光发模块的J101设置为“数字”。 5.打开系统电源，将数字信源模块第一路的拨码开关U311全拨到OFF状态。这时输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”。 6.用万用表测量R124两端的电压。测量方法：先将万用表打到20V直流电压档。然后，将红表笔插入1310nm数字发光模块的台阶插座TP101黑表笔插入TP102。读出万用表的读数U1，代入公式I1= U1/ R124（R124=51Ω）可得此时自动光功率控制所补偿的电流。观察此时光功率计的读数P1。然后，将1310nm 的拨码开关的右边一位拨到OFF状态，记下光功率计的读数P2。 7.调整手调电位器RP100改变光功率的大小，再重复实验步骤5，将测的实验数据填入下表。 8.关闭系统电源，拆除实验导线。将各实验仪器摆放整齐。六、实验结果和心得： 1 2 3 4 5 6 7 16.31dB 16.17dB 11.90dB 7.62dB 6.62dB 4.59dB 3.40dB 37.31dB 25.58dB 11.88dB 7.62dB 6.63dB 4.59dB 3.42dB 3.14mA 5.88mA 8.43mA 12.75mA 1 4.51mA 19.80mA 24.12mA

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号都有所损耗。给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长已知，它就与信号的脉冲宽度成比例：脉冲宽度越长，背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。在高波长区（超过1500nm），瑞利散射会持续减小，但另外一个叫红外线衰减（或吸收）的现象会出现，增加并导致了全部衰减值的增大。因此，1550nm是最低的衰减波长；这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到oTDR。作为1550nm波长的oTDR，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，oTDR的测试距离就必然受到限制，因为测试设备需要在oTDR轨迹中测出一个尖锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，oTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。 oTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一

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光纤通信实验报告2012301200003

武汉大学电工电子信息学院实验报告电子信息学院通信工程专业2015年 9 月17日实验名称光纤通信的光传输指导教师易本顺姓名徐佑宇年级2012级学号2012301200003成绩一、预习部分 1.实验目的 2.实验基本原理 3.主要仪器设备(含必要的元器件、工具) 一、实验目的 1、通过光传输系统课程设计使学生熟悉常见的几种传输网络的特点及应用场合； 2、了解ZXMP S325的具体硬件结构，加深对于光传输的理解； 3、掌握 ZXMP S325 的组网过程以及网管工具的使用，培养学生在传输组网工程方面的实际应用技能。二、实验设备 1、SDH设备：ZXMP S325； 2、实验用维护终端三、实验原理 SDH技术是目前通信网络的主流技术，它以其突出的技术优势为网络提供优质、高效、可靠的通信业务，能够满足带宽数据及图像视频等多业务的传输需求，自愈功能强。 1、光传输原理及优势 SDH 全称同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy）， SDH 规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型特性，提供了一个国际支持框架，在此基础上发展并建成了一种灵活、可靠、便于管理的世界电信传输网。这种传输网易于扩展，适于新电信业务的开展，并且使不同厂家生产的设备互通成为可能，这正是网络建设者长期以来追求的目标。其优势主要体现在以下几个方面：（1）接口方面 ·电接口：STM-1是SDH的第一个等级，又叫基本传输模块，比特率为155.520Mb/s，STM-N是SDH第N个等级的同步传送模块，比特率是STM-1的N倍（N=4n=1,4,16...）·光接口：仅对电信号扰码，光口信号码型是加扰的NRZ码，采用世界统一的7级扰码。（2）复用方式低速SDH信号以字节间插方式复用进高速SDH帧结构中，位置均匀、有规律，是可预见的

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的一种通信方式。光纤通信使用的波长在近红外区，即波长800～1800nm，可分为短波长波段（850nm）和长波长波段（1310nm和1550nm），这是目前所采用的三个通信窗口。通信发展过程是以不断提高载频频率来扩大通信容量，光是一种频率极高的电磁波（3×1014HZ），因此用光作载波进行通信容量极大，是过去通信方式的千百倍，具有极大的吸引力，是通信发展的必然方向。光纤通信有许多优点：首先它有极宽的频带。目前我国已完成了10Gbps的光纤通信系统，这意味着在125um的光纤中可以传输大约11万路电话。其次，光纤的传输损耗很小，传统的同轴电缆损耗约在5dB/Km以上，站间距离不足10Km；而工作在1.55um的光纤最低已达到0.2dB/Km的损耗，站间无中继传输可达100Km以上。另外，光纤通信还具有抗电磁干扰、抗腐蚀、抗辐射等特点，它。在地球上有取之不尽，用之不竭的光纤原材料—SiO 2 光纤通信可用于市话中继线，长途干线通信，高质量彩色电视传输，交通监控指挥，光纤局域网，有线电视网和共用天线（CATV）系统。波分复用技术（WDM）的出现，使光纤传输技术向更高的领域发展，实现信息宽带、高速传输。光纤通信将会在光同步数字体系（SDH）、相干光通信、光纤宽带综合业务数字网（B—ISDN）、用户光纤网、ATM及全光通信有进一步发展。光纤通信系统主要由三部分组成：光发射机、传输光纤和光接收机。其电/光和光/电变换的基本方式是直接强度调制和直接检波。实现过程如下：输入电信号既可以是模拟信号（如视频信号、电话语音信号、正弦波或三角波信号），也可以是数字信号（如计算机数据、PCM编码信号、数字信号源信号）；调制器将输入的电信号转换成适合驱动光源器件的电流信号并用来驱动光源器件，对光源器件进行直接强度调制，完成电/光变换的功能；光源输出的光信号直接耦合到传输光纤中，经一定长度的光纤传输后送达接收端；在接收端，光电检测器对输入的光信号进行直接检波，将光信号转换成相应的电信号，再经过放大恢复等电信号处理过程，以弥补线路传输过程中带来的信号损伤（如损耗、波形畸变），最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传送过程。根据所使用的光波长、传输信号形式、传输光纤类型和光接收方式的不同，光纤通信系统可分成：

光纤通信实验报告汇总

南京工程学院通信工程学院实验报告课程名称光纤通信_________ 实验项目名称光纤通信实验_______ 实验学生班级通信（卓越）131_____ 实验学生姓名吴振飞_____ _____ 实验学生学号 208130429_________ 实验时间2016.6.15___ 实验地点信息楼C413_______ 实验成绩评定 ______________________ 指导教师签字 ______________________ 2016年 6月 19日

目录实验一半导体激光器P-I特性测试实验 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验仪器 (1) 三、实验原理 (1) 四、实验内容 (2) 五、实验步骤 (2) 六、注意事项 (2) 七、思考题 (3) 实验二光电探测器特性测试实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验仪器 (3) 三、实验原理 (3) 四、实验内容 (4) 五、实验步骤 (4) 六、注意事项 (4) 实验三电话光纤传输系统实验 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验内容 (5) 三、预备知识 (5) 四、实验仪器 (5) 五、实验原理 (5) 六、注意事项 (6) 七、实验步骤 (6) 九、思考题 (6)

实验一半导体激光器P-I特性测试实验一、实验目的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；了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系；掌握半导体激光器 P(平均发送光功率) -I(注入电流) 曲线的测试方法。二、实验仪器 1、ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1 台 2、光功率计1 台 3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根 4、万用表(自带) 1 台 5、连接导线 20 根三、实验原理半导体激光二极管(LD) 或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，(处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。) 是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW) 辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为 30~50°，水平发散角为 0~30° )，与单模光纤的耦合效率高(约 30%~50%)，辐射光谱线窄(Δλ =0.1~1.0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号(>20GHz) 直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为ηω (1-1) Pe=)(2thDIIq ?η其中intintaaamirmirD+=ηη，这里的量子效率ηint，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint接近于 1。 1-1 式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>Ith时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率 dPη2DeqdIηω= (1-2) 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， Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，而且不易产生光信号失真。并且要求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，半导体激光器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阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流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发出的光，当电流大于Ith

光纤通信实验报告

OptiSystem实验一、OptiSystem简介 OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS 和MANS都适用。OptiSystem有一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，并具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，从而成为一系列广泛使用的工具。全面的图形用户界面提供光子器件设计、器件模型和演示。丰富的有源和无源器件库，包括实际的、波长相关的参数。参数扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。OptiSystem满足了急速发展的光子市场对于一个强有力而易于使用的光系统设计工具的需求，深受系统设计者、光通信工程师、研究人员的青睐。 OptiSystem软件允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析，从远距离通讯到MANS和LANS都适用。它可广泛应用下列场合： 1．物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计； 2．CATV或者TDM?WDM网络设计； 3．SONET?SDH的环形设计； 4．传输装置、信道、放大器和接收器的设计； 5．色散图设计； 6．不同接受模式下误码率（BER）和系统代价（Penalty）的评估； 7．放大系统的BER和连接预算计算。实验1 OptiSystem快速入门：以“激光外调制”为例一、实验目的 1、掌握软件的简单操作 2、了解软件的元件库 3、掌握建立新的project（新的工作界面） 4、掌握搭建系统：将元件从元件库中拖入project、连线、搭建系统 5、掌握设置参数 6、掌握软件的运行、观察结果、导出数据二、实验过程 1.建立一个新文件。（File>New） 2.将光学器件从数据库里拖入主窗口进行布局. 3.光标移至有锁链图标出现时，进行连线。（如图1所示） 4．设置连续波激光器参数。（1）点击frequency>mode, 出现下拉菜单，选中script。（2）在value中输入数据并作评估。（3）点击单位，选择“THZ”，点击OK 回主窗口。（如图2所示）

毕业设计100光纤通信+课程设计报告

课程设计报告课程名称光纤通信课题名称通信系统综合实验一、设计内容与设计要求 1、设计内容 1）多路数据＋多路电话光纤综合传输系统的实现 2）多路数据＋多计算机＋单路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现3）*多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现 2、设计目的掌握变速率时分复用的原理、实现方法；学习并掌握计算机RS232通信技术；掌握时分复用技术和波分复用技术的灵活搭配使用；实现数字和语音同时通信。 3、实验仪器与设备 1.光纤通信实验系统2台。 2.示波器1台。 3.波分复用器2个。 4.电话2部。 I

5.FC/FC光纤跳线2根。 6.计算机若干台串口通信电缆若干根。 7.1310nm/1550nm波长波分复用器2个。 8.摄像头1个。 9.监视器1个（或用电话代替）。 4、设计原理《多路数据＋多路电话光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、PCM编译码、波分复用等几个子系统，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十四、实验二十五、实验二十的方法；《多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统》拟实现模拟图像、数据在同一光纤中传输。即在光纤中同时传输数字数据和模拟信号。一种解决方案综合了《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十六、实验二十七、实验十六的知识；《多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、变速率时分复用、解变速率时分复用、位时钟提取（数字锁相环DPLL）原理及实现五个实验，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十三、实验二十四、实验二十五、实验二十六、实验二十七。 5、设计要求掌握结构化系统设计的主体思想，以自下而上逐步完善的方法实现指定的通信系统功能，并按要求测试相关参数、波形等实验数据，以积累一些典型的通信子系统的功能、性能、参数等知识以及系统集成的知识。 (1)在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和记录并进行适当的分析。 (2)按本任务书的要求，编写《课程设计报告》（Word文档格式）。并用A4纸打印并装订； II

光纤通信实验报告

光纤通信实验报告班级：14050Z01 姓名：李傲学号：1405024239

实验一光发射机的设计一般光发送机由以下三个部分组成： 1)光源（Optical Source）：一般为LED和LD。 2)脉冲驱动电路（Electrical Pulse Generator）：提供数字量或模拟量的电信号。 3)光调制器（Optical Modulator）：将电信号（数字或模拟量）“加载”到光波上。以光源和调制器的关系来看，分为光源的内调制（图1.1）和光源的外调制（图1.2）。采用外调制器，让调制信息加到光源的直流输出上，可获得更好的调制特性、更好的调制速率。目前常采用的外调制方法为晶体的电光、声光及磁光效应。图1.2的结构中，光源为频率193.1Thz 的激光二极管，同时我们使用一个Pseudo-Random Bit Sequence Generator模拟所需的数字信号序列，经过一个NRZ脉冲发生器（None-Return-to-Zero Generator）转换为所需要的电脉冲信号，该信号通过一个Mach-Zehnder调制器，通过电光效应加载到光波上，成为最后入纤所需的载有“信息”的光信号。图1.1内调制光发射机图1.2外调制光发射机对于直接强度调制状态下的单纵模激光器，其载流子浓度的变化是随注入电流的变化而变化。这样使有源区的折射率指数发生变化，从而导致激光器谐振腔的光通路长度相应变化，结果致使振荡波长随时间偏移，导致所谓的啁啾现象。啁啾是高速光通讯系统中一个十分重要的物理量，因为它对整个系统的传输距离和传输质量都有关键的影响。内容：铌酸锂（LiNbO3）型Mach-Zehnder调制器中的啁啾（Chirp）分析 1设计目的对铌酸锂Mach-Zehnder调制器中的外加电压和调制器输出信号啁啾量的关系进行模拟和分析，从而决定具体应用中MZ调制器的外置偏压的分布和大小。 2设计布局图外调制器由于激光光源处于窄带稳频模式，可以降低或者消除系统的啁啾量。典型的外调制器是由铌酸锂（LiNO3）晶体构成。本设计中，通过对该晶体外加电压的分析调整而最终减少该光发送机中的啁啾量，其模型的设计布局图如图1.3所示。

光纤通信实验报告全

光纤通信实验报告实验1.1 了解和掌握了光纤的结构、分类和特性参数，能够快速准确的区分单模或者多模类型的光纤。实验1.2 1.关闭系统电源，将光跳线分别连接TX1550、RX1550两法兰接口（选择工作波长为 1550nm的光信道），注意收集好器件的防尘帽。 2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”。确认，即在P101铆孔输出32KHZ的15位m序列。 3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。 4.用信号连接线连接P101、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。即将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.示波器B通道测试光收端机输出电信号的P204试点，看是否有与TX1550测试点一样或类似的信号波形。 6.按“返回”键，选择“码型变换实验—CMI码设置”并确认。改变SW101拨码器设置（往上为1，往下为0），以同样的方法测试，验证P204和TX1550测试点波形是否跟着变化。

7.轻轻拧下TX1550或RX1550法兰接口的光跳线，观测P204测试点的示波器B通道是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。 8.以上实验都是在同一台实验箱上自环测试，如果要求两实验箱间进行双工通信，如何设计连接关系，设计出实验方案，并进行实验。 9.关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。实验2.1 1.关闭系统电源，按照图 2.1.1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（TX1550通过尾纤接到光功率计），注意收集好器件的防尘帽。2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验-- CMI码设置” 确认，即在P101铆孔输出32KHZ的SW101拨码器设置的8比特周期性序列，如10001000。 3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。

光纤通信实验报告汇总(参考)

实验一用户电话接口实验一、实验目的 1、掌握用户电话接口电路的主要功能 2、了解实现用户接口电路功能芯片Am79R70的主要性能和特点二、实验内容 1、掌握用户线接口电路的主要功能 2、了解Am79R70的结构和工作原理 3、了解电话接续的原理及其各种语音控制信号的波形三、实验仪器 1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统1台 2、20MHz 双踪数字示波器1台 3、电话机2部 4、连接导线20根四、实验原理 1、用户线接口电路功能及其作用在现代通信设备与程控交换中，由于交换网络不能通过铃流、馈电等电流，因而将过去在公用设备（如绳路）实现的一些功能放到“用户电路”来实现。在程控交换机中，用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface Circuit—SLIC）。根据用户电话机的不同，用户接口电路可分为模拟用户电话接口电路和数字用户电话接口电路。模拟用户电话接口电路与模拟电话相连，数字用户电话接口电路和数字终端相连（如ISDN），而在此实验箱中采用模拟用户电话接口电路。模拟用户线接口电路在实现时最大的压力应是能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器、继电器等分立元件构成，但随着微电子技术的发展，各种集成的SLIC相继出现，他们大都采用半导体工艺或是薄膜、厚膜会合工艺，性能稳定，价格低廉，已实现了通用化。在程控交换机中模拟用户接口电路一般要具有B（馈电），R（振铃），S（监视），C（编译码），H（混合），T（测试），O（过压保护）七项功能。具体含义是： 1、馈电（B-Battery feeding）：向用户话机馈送直流电流。通常要求馈电电压为-48V，环路电流不小于18mA。 2、过压保护（O-Overvoltage protection）：防止过压过流冲击损坏电路和设备。 3、振铃控制（R-Ringing Control）：向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/75Vrms正弦波。 4、监视（S-Supervision）：监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲灯信号已送往控制网络和交换网络。 5、编解码与滤波（C-CODEC/Filter）：在数字交换中，它完成模拟话音与数字码间的转换。编译码通常采用PCM码的方式，其编码器（Coder）和译码器（Decoder）统称为CODEC。相应的防混叠与平滑低通滤波器的带宽范围为：300Hz~3400Hz，编码速率为64Kb/s。 6、混合（H-Hybird）：完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送和接收数字四线信号之间的分离。 7、测试（T-Test）：对用户电路进行测试。模拟用户接口电路的结构如图所示：

光纤光学大学物理实验讲义

光纤通信实验光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，主要通过在发送端把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。因此构成光纤通信的基本要素是光源、光纤和光检测器。半导体激光器可以作为光纤通信的主要光源，其具有超小型、高效率和高速工作的优异特点，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。光检测器:把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号的器件。【实验目的】 1. 了解和掌握半导体激光器的电光特性和测量阈值电流 2. 了解和掌握光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。 3. 对光纤本身的光学特性进行初步的研究，对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。 4. 了解光纤通信的基本原理。【实验仪器】导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架，专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。【实验原理】一、半导体激光器的电光特性实验采用的光源是半导体激光器，由于它的体积小、重量轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。本实验对半导体激光器进行一些基本的实验研究，以掌握半导体激

光纤通信实验报告思考题

1、不考虑非线性效应，无啁啾的脉冲经过光纤的正常色散区和反常色散区传输后分别具有什么样的啁啾？为什么？答：不考虑非线性效应，无啁啾的脉冲经过光纤的正常色散区后具有正啁啾和反常色散区传输后具有负啁啾。无啁啾的脉冲工作在正常色散区后，低频比高频传播得快，造成脉冲后沿传播速度比前沿传播速度快，从而产生正啁啾。无啁啾的脉冲工作在反常色散区后，高频比低频传播得快，造成脉冲前沿传播速度比后沿传播速度快，从而产生负啁啾。 2、低峰值功率的脉冲（不考虑非线性效应）在什么情况下，经过光纤传输会产生压缩效应？答：脉冲要发生压缩的情形，应满足 2C<0，且。但一般的半导体激光器光源在直接强度调制时产生的光脉冲是负啁啾C<0，因此必须采用β2>0的单模光 1、传输光纤为G.652光纤，工作波长为C波段，如传输系统采用光纤光栅进行色散补偿，则需要什么类型的光纤光栅？其工作原理是什么？传输光纤为G.652光纤，工作波长为C波段，如传输系统采用光纤光栅进行色散补偿，则需要啁啾光纤光栅。啁啾光纤光栅(Chirped FBG)的光栅周期（空间频率）随光纤长度有变化的光纤布拉格光栅，主要用于光纤色散补偿。其工作原理是，普通单模光纤在1550nm波长时为色散值D>0（反常色散区）。光脉冲的高频分量（蓝移）较低频分量（红移）传输得快，导致脉冲展宽。经啁啾光纤光栅传输以后的入射光中的长波长分量（低频）位于脉冲后沿，使其在光栅的起始端就反射，而短波长分量位于脉冲的前沿，使其在光栅的末端才被反射，于是就补偿了色散效应，使脉冲宽度被压缩甚至还原。 1、有两个脉冲，其宽度不同，但峰值功率相同，通过相同的光纤后（不考虑光纤的色散），由自相位调制效应所展宽的光谱是否相同？答：不相同。脉冲频谱的展宽程度还与脉冲形状有关。 2、脉冲在光纤中的自相位调制效应跟什么因素有关系？如何增强自相位调制效应？答：自相位调制效应与输入光功率、传输距离、材料非线性折射率、光纤的型号、信号光的波长、输入脉冲的形状等因素有关。信道设置在非零色散波长附近将有利于增强自相位调制效应的影响；通过增强输入光功率的方法来增加自相位调制效应的影响；增加光纤传输距离来增大自相位调制效应；使用高非线性折射率的材料。

光纤通信实验报告

一、实验目的 1.了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求 2.掌握数字光发端机平均输出光功率的测试方法 3.了解数字光发端机的消光比的指标要求 4.掌握数字光发端机的消光比的测试方法二、实验仪器 1.ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台 2.光功率计1台 3.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根 4.示波器1台 5.850nm光发端机1个 6.ST/PC-FC/PC多模光跳线1根三、实验原理四、实验内容 1.测试数字光发端机的平均光功率 2.测试数字光发端机的消光比 3.比较驱动电流的不同对平均光功率和消光比的影响五、实验步骤Ａ、1550nm数字光发端机平均光功率及消光比测试 1.伪随机码的产生：伪随机码由CPLD下载模块产生，请参看系统简介中的CPLD下载模块。将PCM编译码模块的4.096MH Z时钟信号输出端T661与CPLD下载模块的NRZ信号产生电路的信号输入端T983连接，NRZ信号输出端T980将产生4M速率24－1位的伪随机信号，用示波器观测此信号。将此信号与1550nm光发模块输入端T151连接，作为信号源接入1550nm光发端机。 2.用FC-FC光纤跳线将光发端机的输出端1550T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1550nm信号。 3.用K60、K90和K15接通PCM编译码模块、CPLD模块和光发模块的电源。 4.用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。 5.测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源。用K60接通电源，用用示波器从T504观测此信号，将K511接1、2或2、3可观测到速率的变化，将此信号接到T151，作为伪随机信号接入光发端机。 6.用数字信号源模块的K501、K502、K503将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。 7.将P1，P0代入公式2-1式即得1550nm数字光纤传输系统消光比。Ｂ、1310nm数字发端机平均光功率及消光比测试 8.信号源仍用4M速率24－1位的伪随机信号，与1310nm光发模块输入端T101连接。 9.用FC-FC光纤跳线将1310nm光发模块输出端1310T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1310nm信号。 10.将BM1拨至数字，BM2拨至1310nm。 11.接通PCM编译码模块、CPLD模块和1310nm光发模块(用K10)的电源。 12.用万用表在T103和T104监控R110（阻值为1Ω）两端电压，调节电位器W101，使半导体激光器驱动电流为额定值25mA。 13.用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。 14.测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源，请参看系统简介中的数字信号源模块部分。用示波器从T504观测此信号，连接T504与T101，将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。

光纤通信实验一

实验报告课程名称无源光实验实验项目实验1.1、实验1.2、实验1.3、实验1.4、实验1.5

第一部分无源光实验实验1.1 单模光纤特性测量一、实验目的 1、能够熟练测量光的特性 2、掌握单模光纤特性二、实验仪器 1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台 2、光功率计一台 3、单模光纤跳线一根三、实验原理光纤是光波的传输媒质，按光纤中传输模式的多少，光纤可分为多模光纤和单模光纤两类。在单模光纤中只能传输一个模式，多模光纤则能承载成百上千个模式。一般的光纤通信系统中，对光纤的要求为：（1）低传输损耗；（2）高带宽和高数据传输速率；（3）与系统元件（光源、光检测器等）的耦合损耗低；（4）高的机械稳定性；（5）在工作条件下光和机械性能的退化慢；（6）容易制造。单模光纤的结构、参数和各组成部分的作用与多模光纤是类似的，它们的不同之处在于：单模光纤有模场直径和截止波长两个特殊参数。单模光纤的典型几何参数如表1所示。表1 单模光纤的典型几何参数参数指标模场直径，μm （8.6～10.5）±0.7 包层直径，μm 125±1 芯／包层同心度误差，μm ≤0.8 包层不圆度，％≤2％

单模光纤以其损耗低、频带宽、容量大、成本低、易于扩容等优点，作为一种理想的信息传输介质，得到了广泛的应用。四、实验步骤准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B ”工作方式下（右端：2－3），将5B6B 编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m 序列”工作方式（右端：2－3），KX02设置在“正常”位置；用发送波长为1310nm 和1550nm 的光纤发送器作为光源；并准备好尾纤，为保证测试精度，测量前先用酒精棉将光纤头清洁一下。 1、弯曲损耗测量 (1) 将单模光纤跳线的一端接入光纤收发模块中激光收发器UE01的发送端，然后用光功率计测量该光源的光功率并记录结果。 1310nm ：-8.06dBm 1550nm ：-3.48dBm (2) 人为地抖动跳线，定量地观察光功率值的波动范围。（为什么变化比较小？） 1310nm ：-8.03dBm~-8.12dBm 1550nm ：-3.61dBm~-3.89dBm 因为光纤具有高机械稳定性。 2、不同波长（1310nm 与1550nm ）的光信号在光纤中衰减量的测量（连接方法可参考图1.2） 1310／1550nmLD ZH7002 跳线连接器跳线光功率计图1.2 跳线连接示意图 (1) 将跳线的一端接到光发送波长为1310nm 的激光发送器的输出端，用光功率计测出该点的光功率13p ，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根跳线，测光功率'13p ，计算出差值' 131313d p p =-。（注：此差值中包含有连接器的损耗） 13p =-8.11dBm '13p =-8.79dBm ' 131313d p p =-=0.68dBm (2) 将跳线的一端接到光发送波长为1550nm 的激光发送器的输出端，用光功

光纤通信实验报告

光纤通信实验报告课程名称光纤通信实验实验一光源的P-I特性、光发射机消光比测试一、实验目的 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。二、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、万用表一个三、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 I(mA) 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I th 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I th 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：I th 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：00 11 10lg P EXT P 。式中P 00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。P 11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。

光纤通信实验六报告

光电综合设计报告学号：姓名：一、课题6： 1、课题要求及技术指标 ①课题名称： EDFA 设计 ②课题任务：采取不同结构和泵浦波长设计一个EDFA，结构分为同向泵浦，反向泵浦，双向泵浦三类。 ③技术指标：可选泵浦光源波长为980nm 和1480nm；泵浦光源的功率在10～20dBm，测试输入信号功率为－20dBm。 ④课题要求： 1．在上述条件下要求EDFA 噪声指数小于4.5dB。 2．在满足一定条件下，最大输出功率可达到18dBm，最大增益可达到25dB（两者不要求同时满足）。 3．需要分别比较三种结构下的EDFA 的以下特性，并根据比较结果优化设计：（1）掺铒光纤长度的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证；（2）泵浦光源波长（可选择980nm 和1480nm）的优化，需要从输出功率、噪声指数、增益三个方面验证； 4．给出设计图和性能参数比较图，参数取点不少于10 个，参数应具有合理性和可行性。 2、课题分析及设计思路 ①课题分析：铒纤长度在4～15m 之间取值。仿真模型中，掺铒光纤选用Default/Amplifiers Library/Optical/EDFA/Erbium Doped Fiber；泵浦光源选用Default/Transmitters Library/Optical Sources/Pump Laser；泵浦光耦合器采用Default/WDM Multiplexers Library/Multiplexers/ Ideal Mux。 ②设计思路：设计参考反向泵浦EDFA 结构图，参考图如下：

根据下述实验原理，可知同向EDFA Pump Laser 位于与CW Laser 同向的合波器前，而光纤输出端则不设置。同理，双向EDFA就是两侧均放置了Pump Laser。 ③实验原理：掺铒光纤放大器EDFA 1、EDFA的结构和工作原理图 1 给出了双向EDFA 的原理性光图，其主体是泵浦源和掺铒光纤（EDF）。泵浦源用来提供能量；EDF 作为有源介质，提供反转粒子；波分复用器（WDM）的作用是将泵浦光和信号光混合，然后送入EDF 中，对它的要求是能将信号有效地混合而损耗最小；光隔离器（ISO）的作用是防止反射光对EDFA 的影响，保证系统稳定工作；滤波器的作用是滤除EDFA 的噪声，提高系统的信噪比（SNR），在两级宽带EDFA 中，它还起到增益平坦的作用。EDFA 的泵浦过程需要使用三能级系统（如图 2.3 所示）。实际上基态能级、亚稳态能级和泵浦能级受斯托克斯分裂（Stock Splitting）和热效应的影响，形成了一个近似联系的能带。由于亚稳态能级和基态能级具有一定的宽度，因此EDFA 的放大效应具有一定波长范围。在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3 +离子抽运到激发态，处于激发态的Er3 + 离子又迅速无辐射地转移到亚稳态。由于Er3 +离子在亚稳态能级上寿命较长，因此很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转。当信号光子通过掺铒光纤时，与处于亚稳态的Er3 +离子相互作用发生受激辐射效应，产生大量与自身完全相同的光子，这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多，产生信号放大作用。Er3 + 离子处于亚稳态时，除了发生受激辐射和受激吸收以外，还要产生自发辐射（ASE），它造成EDFA 的噪声。图1为EDFA 双向泵浦结构示意图。