光纤信号传输实验

普通物理实验C

课程论文

题目光纤音频信号传输实验

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光纤音频信号传输实验研究

某某

摘要：光纤俗称玻璃纤维，是由高纯度的玻璃棒经拉丝工艺制成，以其优良的传输特性已经成为信息社会主要的信息传输手段。光纤通信系统是以光为载波，以光纤为传输介质的通信系统，由本实验主要通过研究光纤音频信号的传输来了解光纤通信的基本工作原理，熟悉半导体发光二极管（LED）和光电检测二极管（SPD）的基本性能及主要特性的测试方法，学习分析集成运放电路的基本方法，学习掌握音频信号光纤传输系统的调试技能。其间主要涉及了光电子技术、光纤传输技术、应用电子技术。

关键词：光纤、调制电路、半导体发光二级管（LED）、光电检测二极管（SPD）

１、引言

自1980年代起，光纤通讯系统对于电信工业产生了革命性，同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。光纤通信传输容量大，保密性好等优点。现在已经成为当今最主要的有线通信方式即将需传送的信息在发送端输入到发送机中，将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上，然后将已调制的载波通过传输媒质传送到远处的接收端，由接收机解调出原来的信息。本实验对光纤传输中几个必须环节所用器件给予说明并通过实验进行具体测试。

２、实验原理

２.１光纤音频信号传输系统的组成和原理

光纤音频信号传输系统是由“光信号发送器”“光信号接收器”以及“传输光纤”三个部分组成。其主要原理是由音频信号作为源信号供给“光信号发送器”，从而产生相应的光信号，然后将此信号经光纤传输后送入“光信号接受器”，最终解调出原来的音频信号。如图１所示，为了保证系统的传输损耗低，发光器件LED的发光中心波长必须在传输光纤的低损耗窗口之内，使得材料色散较小。低损耗的波长在850nm，1300nm或1600nm附近。光电检测的峰值响应波长也应与此接近。

为了避免或减少波形失真，要求整个传输系统的频带宽度能覆盖被传输信号的频率范围。对于音频信号，其频谱在300—3400Hz的范围内。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电的幅频特性。

图１．系统结构图

２.２半导体的发光二极管（LED）的结构及工作原理

一般在光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光功率、工作寿命、光谱宽度以及调制性能等方面均有特殊要求，目前在以上各方面都能较好满足要求的器主要有半导体发光二极管（light emitting diode，简称LED）和半导体激光器（Laser Diode，缩写LD）。对于半导体发光二极管，它是代速短距离光通信中常用的非相干光源。是由图所示的N—P—P三层结构的半导体器件，中间层通常是由直接带隙的GaAs砷化镓P型半导体材料组成，称为有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由AlGaAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。肯有不同的带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结，在

中所示，有源层与左侧的N层之间形成的是P—N异质结，而与右侧P层之间形成的是P—P异质结，这种结构又称为N—P—P双异质结构，简称DH结构。

图２．半导体发光二极管的结构及工作原理

当在N—P—P双异质结构两端加上偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到P

—P异质结构的阻档作用将不再能够进入右侧P层，它们只能被限制在有源层内与空穴复合，同时释放能量产生光子，发出的光子满足以下关系：

Hv=E

1—E

其中h是普朗克常量，v指光波频率，E

1是有源层内导电电子的激发态能级，E

是导电

电子与空穴复合后处于价键状态时的束缚能级。两者的差值Eg与D

结构中各层材料及其组份的选取及其组份的选取有等多种因素有关，制作LED时只要求这些材料的选取和组份控制适当，就可以使LED的发光中心波长与传输光纤的低损耗波长一致。从而保证系统的传输损耗低。

半导体发光二极管输出的光功率与其驱动电流的关系称为LED的电光特性。为了避免和减小非线性失真，使用时应给LED一个适当偏置电流I，其值等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值，而调制信号的峰—峰值也应位于电光特性线性范围内。对于非线性失真要求不高的情况下，也可把偏置电流选为LED最大允许工作电流的一半，这时就可使LED 获得无截至畸变幅度最大的调制，这将有利于信号的远距离传输。

2.3 LED的驱动及调制电路

在实验中所采用的半导体发光二极管LED作为光源器件。光纤音频信号传输系统发送端LED的驱动和调制电路如图2所示，以BGI为主构成的电路是LED的驱动电路，调节

这一电路的W2可以使LED的偏置电流发生变化。信号发生器产生的音频信号由ICI为主构成的音频放大电路放大后经电容器耦合到BGI基极，对LED的工作电路进行调制，从而使LED发送出光强随音频信号普化的光信号，并经光纤把这一信号传至接收端。

根据运放电路理论，图2 中音频放大电路的闭环增益为

图３．LED的驱动和调制电路

G（jw）=I+Z

2/Z

其中Z

2、Z

分别为放大器反馈阻抗和反相输入端的接地阻抗，只要C

选得足够小，C

选得足够大，则在要求带宽的中频范围内，C

3的阻抗很大，它所在支路可视为开路，而C

的阻抗很小，它可视为短路，在此情况下，放大电路的闭环增益G（jw）=I+R

3/R

。C

的大

小决定了高频端的截止频率f

2，而C

的值决定着低频端的频率f

，故该电中的R

、R

和C

2、C

是决定音频放大电路增益和带宽的几个重要参数。

２.４光电检测二极管（SPD）的工作原理及特性

本实验的光信号接收采用硅光电二极管（SPD），与普通二极管一样，SPD也是一个Ｐ-

Ｎ结，但SPD的管壳上有一个能让光射入其光敏区窗口，此外，它经常工作在反向偏置电压状态或无偏压状态，因此它的光电特性线性度好。图２右半部是光信号接收器的电路原理图，其中SPD是峰值响应波长与发送端LED光源发光中心波长很接近，它的峰值波长响应度（表征光电二极管光电转换效率的重要参数）为0.25—0.5uA/uW。SPD的任务是把经传输光纤出射端输出的光信号的光功率转变为与之成正比的光电流I

，然后经IC1组成的

I—V转换电路，再把光电流转换成电压V

0输出，V

与I

之间具有以下比例关系

３、实验内容

本实验利用FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪（包括音频信号发生器、光功率计、LED放射器、SPD接收器等）、多模光纤（装于骨架上）、示波器等实验仪器完成以下实验内容：

3.1 LED-----传输光纤组件电光特性的测定

在不加音频信号的情况下，研究通过LED的直流偏置I

D 与LED输出光功率P

之间的关

系，即LED的电光特性。实验时先打开主机电源，将光纤一端接至“LED发射器”中信号输出端，一端接至“SPD接收器”中的信号输入端，将光功率计波段开关打至“测量”档。调节“偏流调节”旋钮，使面板上电流表读数为零，此时将光功率表也调零，然后分别把偏流大小调至5mA、10mA、15mA、20mA、25mA、30mA、35mA、40mA、45mA、50mA，记录对应的

光功率值，并根据所测量的结果描绘LED—传输光纤组件的电光特性曲线，即描绘P

0—I

关系图，并分析其线性范围。

3.2 LED直流偏流与最大不失真调制幅度的关系测定

实验时需要找出在不同的直流偏流I

下电路能加载的不失真调制幅度的大小，同时找到LED发光电路最佳工作点和在此工作点下能加载的最大不失真信号幅度。实验时先接好音频信号通道、光通道，把光功率计打至“实验”档。然后将音频发生器产生信号和LED 调制好信号输入双踪示波器观察。

调节音频信号发生器，使其输出信号峰--峰值为1V，频率为10KHz。接着把偏流加至20mA，调节“LED发射器”中的调节旋钮，使加在电路上的音频信号由小变大，观察调制信号的波形及失真情况。记录偏流为20mA时最大不失真调制幅度的峰—峰值。分析所观察到

的现象，然后决定增大或减小偏流以找到最佳静态工作点I

。实验时可调节音频信号幅度

来检验新的工作点是否为I

，若在示波器上观察到调制信号同时出现截至饱和失真，则此

时正处于最佳工作。记录刚要同时出现两种失真现象时的偏流值I

DQ 和调制信号峰—峰值V

，

则从电路方面考虑，通过LED的最佳工作电流和最大不失真交流幅度分别为I

DQ 和V

/Re(Re

等于50欧)，装置如图所示。

图4.实验2装置示意图

3.3 音频信号光纤传输系统幅频特性的测定

在光信号发送器处于正常工作状态下，研究音频信号光纤的传输系统的幅频特性。

由实验原理与前两个实验内容可知：光信号发送器的正常工作是由LED的电光特性和LED的发光电路工作特性决定。若LED电光线性转化，发光电路信号传输非线性失真，则光信号发送器已处于正常工作状态。利用两个实验测得的实验结果，便可知道在不同直流偏流I

下，要使光信号发送器正常工作，加载在电路中的调制幅度的可取范围。

实验按照内容2接线，实验时先将音频发生器输出信号峰—峰值调为1V，偏流和调制信号幅度调节适当，以确保光信号发送器正常工作。然后将音频信发生器输出信号频率调为100Hz、500Hz、1KHz、5KHz、10KHz、15KHz、20KHz，用示波器观察由光纤传输的光信号转化为音频电信号的波形的峰

—峰值。由观测线果绘出音频信号光纤传输系统的幅频特性曲线。

4 实验数据与分析

４．１ LED 传输光纤组件电光特性的测定

表1 偏置电流与光功率数据记录

graph 1 The data record of bias current and luminous power

根据以上数据作图，得P o -I D 关系图

从上图中可知，直流偏流ID 在15—40mA 的范围内光电转换基本上是线性的。４．２LED 偏置电流与无截止畸变最大调制幅度关系的测定

表2 LED 直流偏流与最大不失真调制幅度的关系

graph 2 The relationship between LED'Dc bias current and the max ofdistortionless modulation amplitude

项目/数值

I D /mA 0.0

10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 P O /U W 1.4 5.4 9.6 14.3 18.8 23.0 27.0 30.9 34.4 37.8

图５. P o -I D 测量关系图

Fig.５ The measuring of P o -I D 项目/数值

直流偏流I D (mA) 20 25 30 35 40 I DQ =44.5 最大不失真调制 1.50 1.68 1.84 1.98 2.12 2.14 信号峰值（V ）

不失真电流范围（mA ）15.8-48.0 24.3-44.7 28.8-44.4 33.8-43.5 39.0-43.1 44.3-45.4

４．３音频信号光纤传输系统幅度特性的测定

利用前两个实验结果，实验时取偏流I D =25mA ，调制信号峰值为0.82V ，此时通过LED

的电流范围是24.3-44.7mA ，光信号发送器正常工作。以下是音频信号光纤传输系统幅频特性：

表 3 光纤传输系统幅频特性关系

Graph 3 The ralationship of optic fiber transmission system ’amplitude-frequency

根据以上数据作图，得幅频特性曲线：

从上图可知，本仪器在音频范围内的频响不错，但低频时幅频特性稍有欠佳。

5、附录：（额外知识补充）

６．1光纤结构

项目/数值图６. 幅频特性曲线

Graph ６ The characteristic of

目前通信用的光纤大多采用石英玻璃(SiO

２

)制成的横截面很小的双层同心圆柱体，外

层玻璃的折射率比内层稍低，折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为n

，直径为2a；

折射率低的外围部分称为包层，其折射率为n

，直径为2b。未经涂覆和套塑时称为裸光纤，如图７所示由纤芯包层两部分组成：

图 7. 光纤基本结构

光纤按其模式性质通常可以分成两大类：（1）单模光纤；（2）多模光纤。对于单模光纤，只允许一种电磁场形态的光波在纤芯内传播.多模光纤允许多种电磁场形态的光波传播；按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤，对于阶跃型

光纤，在纤芯和包层中折射率均为常数，但纤芯折射率n

1略大于包层折射率n

。所以对于

阶跃型多模光纤，可用几何光学的全反射理论解释它的导光原理（这里不做说明）。渐变型光纤中，纤芯折射率随离开光纤轴线距离的增加而逐渐减少。

光纤参数分为几何特性参数（光纤的纤芯直径、包层直径、包层不圆度、芯包同心误差等）；光学特性参数（包括单模光纤的模场直径、截止波长等，多模光纤的折射率分布、数值孔径等）；传输特性参数（包括衰减技术、单模光纤的色散洗漱、多模光纤的带宽等）；机械特性（包括光光纤的抗拉强度、疲劳因子等）；温度特性系数（包括衰减的温度附加损耗、时延温度等）。传输特性的好坏直接影响系统的传输距离和通信容量，传输特性又主要涉及损耗和色散。

６.２调制

调制（modulation）就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，就是使载波随信号而改变的技术。一般来说，信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量，称为基带信号。基带信号往往不能作为传输信号，因此必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的信号以适合于信道传输。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。调制是通过改变高频载波即消息的载体信号的幅度、相位或者频率，使其随着基带信号幅度的变化而变化来实现的。而解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（也称为信宿）处理和理解的过程。

６.３失真

６.３.１非线性失真

非线性失真亦称波形失真、非线性畸变，表现为音响系统输出信号与输入信号不成线性关系，由电子元器特性：曲线的非线性所引起，使输出信号中产生新的谐波成分，改变了原信号频谱，包括谐波失真、瞬态互调失真、互调失真等，非线性失真不仅会破坏音质，还有可能由于过量的高频谐波和直流分量烧毁音箱高音扬声器和低音扬声器。

６.３.２截至饱和失真

饱和失真、截止失真，都是放大器静态工作点设置不当，加上输入信号幅度过大，使放大器进入了输出特性曲线的饱和区或截止区，使输出信号的正半周或负半周最大值附近出现了削波现象，简单理解就是上下同时失真。

６.４偏置电路

偏置电路是保证三极管正常工作而为基极提供适当的电流的电路,一般由电阻组成。三极管不是只能通过直流,而是只能通过单方向的电流。在一定条件下,幅度变化的直流,就是交流信号。

６.５影响信号传输质量的因素

其主要影响因素为传输介质（光纤）和信噪比。

形成光纤损耗的原因很复杂，归结起来主要包括两大类：吸收损耗和散热损耗。吸收损耗就是吸收作用是光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，从而造成光功率的损失；而散射损耗是由于光纤材料、形状、折射指数分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光散射而产生的损耗。色散是信号在光纤中具有不同的频率成分和模式成分造成不同的传播速度，从而引起色散。也可以从波形在时间上展宽角度理解，即光脉冲在通过光纤传播过程中，其波形在时间上发生了展宽，这种现象叫做色散。光纤的色散会使输入脉冲在过程中展开，产生码见干扰，增加误码率，限制通信容量。

信噪比狭义来讲是指放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声电压的比，常常用分贝数表示，设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，声音回放的音质量越高，否则相反。

６.６光电电光转换性能

光电转换电路由三部分构成：光电探测器、输入（偏置）电路、前置放大器。输入（偏置）电路是连接光电探测器件和电信号放大器的中间环节，基本作用是为光电器件提供正常的电路工作条件，进行电参量转变（将电流和电阻转化成电压），同时完成和前置放大器的匹配。前置放大器对光电转换电路起决定性的作用。

是光电转换电路带宽受限的因素即寄生电容和运算放大器的有限带宽影响，本实验采用的是电流放大型。

７、参考文献

［１］唐棣芳．光纤通信．复旦大学出版社．１９９９．２９－３０．

［２］饶云江．光纤技术．科学出版社．２００６．４－１３．

［３］朱世国．纤维光学（原理及实验研究）．四川大学出版社．１９９２.

［４］孙学康，张金菊花．光纤通信技术．北京邮电大学出版社．２００１.５７－５９,１８５［５］苑立波，梁艺军，杨军等．光纤实验技术．哈尔滨工程大学出版社，北京航空航天大学出版社，北京理工大学出版社，西北工业大学出版社．２００５．１４－２１，５８－６９．

［６］黄建群，胡险峰，雍志华等．大学物理师洋．四川大学出版社．２００５．３６６－３７４８、致谢

首先我要感谢我们的小组组员和其他小组成员在实验过程中给予的帮助，我们一起探讨，共同进步，顺利完成实验；其次我要感谢我们的指导老师邓涛老师的学习指导，最后我要感谢那些给我提供参考文献的老师们。

（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。请预览后才下载，期待您的好评与关注！）

音频信号高保真传输条件

音频设备间的匹配及信号传输的高保真前言日常我们在演播厅录制电视节目，常常碰到音频设备间有关阻抗的匹配、传输方式的匹配、动态范围的匹配等问题，有的不注意造成声音失真甚至损坏音频设备，因此正确地了解广播电视音频设备间所接收、传递音频信号的阻抗电子以及动态线路，合理地进行设备间的匹配是十分必要的。一、音频设备间的匹配问题（1）阻抗的匹配阻抗的匹配要求音频前、后级设备彼此的输入、输出阻抗相等或近似，若阻抗值相关太大时，只能用前段设备的低阻抗输出与后段高阻抗输入相配接，切不可用前段的高阻抗输出与后段低阻抗输入相配接。在任何情况下只能是后者（输入）的阻抗高于前者（输出）的阻抗。如：音频频率放大器与音箱（又称扬声器或喇叭）的配接问题如果配接不正确，音频功率放大器就不能高保真地传输出最大功率，这不仅使音箱的声频功率减小产生畸变，而且会损坏音频功率放大器。通常音频功率放大器的额定输出功率至少要等于音箱的额定功率，最大不超过音箱额定功率的2-3倍，一般音频功率放大器的最大输出功率要大于音箱瞬时功率的1.2-2倍。目前国内生产的音箱功率放大器按其输出方式可分为定阻式和定压式两种，一般小功率的声频功率放大器的定阻输出为主，大功率的定压输出为主，因此它们与音箱的配接方式也稍有不同。（2）定阻输出的连接（阻抗匹配）按照前面所述，阻抗匹配的要求是：全部音箱的总阻抗等于或稍大于音频功率放大的输出阻抗。定阻式音频功率放大器的输出阻抗有低阻输出（2Ω、4Ω、8Ω、16Ω、32Ω）和高阻输出（100Ω、250Ω）两种，低阻输出的音频功率放大器可直接与音箱配接。对阻抗、功率不一样的多只音箱，可以用下面串、并联公式计算出它们的总阻抗后，再与音频功率放大器配接。（串）Z总=Z1+Z2+……+Zn （并）1/Z总=1/Z1+1/Z2+……+1/Zn 在实际工作，经常遇到两只音箱的并联情况，这时计算总阻抗 Z总=（Z1×Z2）/（Z1+Z2）若所配音箱的阻抗相等，则其总阻抗为：（n：音箱的只数）（串）Z总=nZ分（并）Z总=Z分/n 串联电路中标称阻抗低的音箱获得的功率低。并联电路中标称阻抗低的音箱获得的功率高。如果阻抗不匹配应使用匹配变压器，其圈数比： Z输出=（Z1÷Z2）2×Z负载 Z1、Z2分别为变压器初级和次级绕组的圈数。定阻式音频功率放大器的负载太轻时，会使音箱的声音产生畸变，音频输出变压器也容易击穿。若负载太重，音频功率放大器的功放模块容易损坏。（3）定压输出的连接（电压匹配）电压匹配要求每个音箱分配的音频功率等于或稍小于组合音箱的标称功率。定压式音频功率放大器的输出电压有20V、30V、120V、240V等几种，为了保证音箱功率的准确分配，音箱的标称阴抗应满足： V =√W×Z V：音箱功率放大器的输出电压 W：音箱额定功率

信号光纤传输技术实验.

音频信号光纤传输技术实验预习要求通过预习应理解以下几个问题： 1．音频信号光纤传输系统由那几个部分组成、主要器件（LED 、SPD 和光纤）的工作原理； 2．LED 调制、驱动电路工作原理 3．LED 偏置电流和调制信号的幅度应如何选择、； 4．测量SPD 光电流的I-V 变换电路的工作原理。实验目的 1．熟悉半导体电光/光电器件基本性能及主要特性的测试方法； 2．了解音频信号光纤传输系统的结构及各主要部件的选配原则； 3．掌握半导体电光和光电器件在模拟信号光纤传输系统中的应用技术； 4．学习音频信号光纤传输系统的调试技术。实验原理一．系统的组成音频信号光纤传输系统的原理图如图8-1-1所示。它主要包括由LED （光源）及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光—电转换、I —V 变换及功放电路组成的光信号接收器三个部分。光源器件LED 的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μｍ、1.3μｍ或1.5μｍ附近。本实验采用中心波长0.85μｍ的GaAs 半导体发光二极管作光源、峰值响应波长为0.8～0.9μｍ的硅光二极管SPD 作光电检测元件。为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带

宽度能够覆盖被传信号的频谱范围。对于音频信号，其频谱在20Hz ～20KHz 的范围内。光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的频率特性。二、光纤的结构及传光原理衡量光纤信道性能好坏有两个重要指标：一是看它传输信息的距离有多远，二是看它单位时间内携带信息的容量有多大。前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于光纤的频率特性。目前光纤的损耗容易做到每公里零点几dB 水平。光纤的损耗与工作波长有关，所以在工作波长的选用上，应尽量选用低损耗的工作波长。光纤通讯最早是用短波长0.85μｍ，近来发展到能用1.3～1.55μｍ范围的波长，在这一波长范围内光纤不仅损耗低，而且“色散”也小。光纤的频率特性主要决定于光纤的模式性质。光纤按其模式性质通常可以分成单模光纤和多模光纤。无论单模或多模光纤，其结构均由纤芯和包层两部分组成。纤芯的折射率较包层折射率大。对于单模光纤，纤芯直径只有5～10μｍ，在一定条件下，只允许一种电磁场形态的光波在纤芯内传播。多模光纤的纤芯直径为50μｍ或62.5μｍ，允许多种电磁场形态的光波传播。以上两种光纤的包层直径均为125μｍ。按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤，对于阶跃型光纤，在纤芯和包层中折射率均为常图8-1-1 音频信号光纤传输系统原理图数，但纤芯折射率n 1略大于包层折射率n 2。所以对于阶跃型多模光纤，可用几何光学的全反射理论解释它的导光原理。在渐变型光纤中，纤芯折射率随离开光纤轴线距离的增加而逐渐减小，直到在纤芯—包层界面处减到某一值后，在包层

光传输实验报告

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实验一SDH 网元基本配置一、实验目的：通过本实验，了解 SDH 光传输的原理和系统组成，了解 ZXMP S325 设备的硬件构成和单板功能，学习ZXONM 300 网管软件的使用方法，掌握 SDH 网元配置的基本操作。二、实验器材： 1、SDH 设备：3 套 ZXMP 325； 2、实验用维护终端。三、实验原理 1、SDH 原理同步数字体制（SDH）是为高速同步通信网络制定的一个国际标准，其基础在于直接同步复用。按照SDH 组建的网络是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络，采用全球统一的接口以实现多环境的兼容，管理操作协调一致，组网与业务调度灵活方便，并且具有网络自愈功能，能够传输所有常见的支路信号，应用于多种领域（如光纤传输，微波和卫星传输等）。 SDH 具有以下特点：（1）接口：接口的规范化是设备互联的关键。SDH 对网络节点接口（NNI）作了统一的规范，内容包括数字信号数率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。电接口： STM-1 是 SDH 的第一个等级，又叫基本同步传送模块，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：采用国际统一标准规范。SDH 仅对电信号扰码，光口信号码型是加扰的 NRZ码，信号数率与SDH 电口标准信号数率相一致。 (2)复用方式 a）低速 SDH----高速 SDH，字节间插； b) 低速 PDH-----SDH，同步复用和灵活的映射。 (3) 运行维护:用于运行维护（OAM）的开销多，OAM 功能强——这也是线路编码不用加冗余的原因. (4)兼容性:SDH 具有很强的兼容性，可传送 PDH 业务，异步转移模式信号（ATM）及其他体制的信号。 (5) SDH 复用映射示意图如图1-1所示图1-1 SDH 复用映射示意图（6） SDH 体制的缺陷 a)频带利用率低 b)指针调整机理复杂，并且产生指针调整抖动 c)软件的大量使用对系统安全性的影响 2、城域传输网的层次基于 SDH 多业务节点设备满足如下图所示从核心层、汇聚层到接入层的所有应用，可为用户提供城域网整体解决方案。

LED可见光音频信号传输系统设计

LED可见光音频信号传输系统设计摘要：LED具有调制特性良好的优点，可以使LED光源在照明的同时传输音频信号，本设计发射端利用三极管将音频信号放大后驱动LED发光，LED 的发光强度受音频的调制，接收端利用光敏二极管接收调制信号，功率放大器进行功率放大，最后将音频信号输出，实现无失真音频传输。标签：LED;调制;放大;音频传输引言 LED具有高亮度、低功耗、灵敏度高、调制特点好等优点，利用这些特性可以实现在照明的同时，把信号调制到LED光中进行传输。实现利用可见光为信息载体，不使用光纤等有线传输介质，在空气中直接传送光信号的通信方式，即可见光通信技术（Visible Light Communication，VLC）利用LED高速调试的特性将音频信号调制到LED可见光上进行信息传输，这传输方式减少了电磁辐射对环境的影响，适合对电磁信号敏感的区域使用。在当前节能和环保两大主题的前提下，随着世界各国对白光照明光源的大力推广，以及其光谱特性、一特性、调制特性等性能的提高，基于白光可见光通信正在逐渐发展起来。 1 系统设计系统整体由发射端和接收端两部分组成，发射端由MP3或音频信号发生器输入音频信号，通过三极管放大电路将音频信号放大，并驱动LED发光。接收端将光信号转化为电信经放大电路放大，再由功率放大器进行功率放大，从扬声器输出。系统框图如图1所示。图1 系统框图 2 电路设计（1）电源设计。电源输入电压为220V工频交流电，三端稳压器采用电子设备中常用的线性稳压集成电路LM7812和LM7912。电路如图2所示，电路图中LM7812和LM7912接有一大一小两个滤波电容，大电容低频滤波，小电容高频滤波。跨接于LM7812和LM7912输入输出端的二极管D4、D5可以保护三端稳压器不被反向浪涌电流的冲击而烧毁。（2）发射端设计。发射端电路如图3所示，当音频信号由A、B端输入，经耦合电容C1的隔直作用后会在三极管的基极加上一组和音频信号一样变化的电流，在由三极管的放大作用，驱动两个LED。因LED的发光强度与电流的大小成正比，所以LED的发光强度与音频信号的幅度大小同步调制，实现音频信

光纤通信optisystem实验

光纤通信大作业 1.选择一个你认为合适的方案供选方案：NRZ、RZ调制格式，直接调制或者外调制，APD管或者PIN管，low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择你认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。答：选择NRZ调制格式，直接调制，APD管，low pass gauss filter。选择这个方案的理由是：为了使得整个系统得到最好的信噪比，并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下：选择NRZ调制格式，因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性，调制和调解结构简单，在10G和一部分40G系统中得到广泛应用，一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式，通过色散管理和终端可调色散补偿技术，NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。选择直接调制，因为直接强度调制是用信号直接调制激光器的驱动电流，使其输出功率随信号变化.这种方式设备相对简单，研究较早，现已成熟并商品化.外调制则常用于要求较高的通信系统。选择APD管，因为由书上的P264页的图8.3可知，PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信，当系统通信数据速率为10G时，PIN灵敏度管不适于应用，我们优选ADP管。选择low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器），因为low pass rectangular filter（低通矩形响应滤波器）是理想的低通滤波器的模型，在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中，如此理想的特性是无法实现的，所有的设计只不过是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter（低通高斯响应滤波器）采用时域法测量有效带宽，具有直观、简便的优点，而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。实验过程：本次实验中，由NRZ调制格式、直接调制、APD管和low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1）.根据实验要求，连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态，必须在系统外围增加监测及显示装置，将系统运行结果显示出来，便于观察和分析。因此，在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件，可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态和运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示：

光纤传输损耗测试实验介绍

华侨大学工学院实验报告课程名称：光通信技术实验实验项目名称：实验1 光纤传输损耗测试学院：工学院专业班级：13光电姓名：林洋学号：1395121026 指导教师：王达成 2016 年05 月日

预习报告一、实验目的 1）了解光纤损耗的定义 2）了解截断法、插入法测量光纤的传输损耗二、实验仪器 20MHz 双踪示波器万用表光功率计电话机光纤跳线一组光无源器件一套（连接器，光耦合器，光隔离器，波分复用器，光衰减器）三、实验原理光纤在波长λ处的衰减系数为()αλ，其含义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km 。当长度为L 时， 10() ()l g (/)(0) P L dB km L P αλ=- （公式1.1） ITU-T G .650、G .651规定截断法为基准测量方法，背向散射法（OTDR 法）和插入法为替代测量方法。本实验采用插入法测量光纤的损耗。（1）截断法：（破坏性测量方法）截断法是一个直接利用衰减系数定义的测量方法。在不改变注入条件下，分别测出长光纤的输出功率2()P λ和剪断后约2m 长度短光纤的输出功率1()P λ，按定义计算出()αλ。该方法测试精度最高。

图1.1 截断法定波长衰减测试系统装置（2）插入法插入法原理上类似于截断法，只不过用带活接头的连接软线代替短纤进行参考测量，计算在预先相互连接的注入系统和接受系统之间（参考条件）由于插入被测光纤引起的功率损耗。显然，功率 1 P 、 2 P 的测量没有截断法直接，而且由于连接的损耗会给测量带来误差，精度比截断法差一些。所以该方法不适用于光纤光缆制造长度衰减的测量。但由于它具有非破坏性不需剪断和操作简便的优点，用该方法做成的便携式仪表，非常适用于中继段长总衰减的测量。图1.2示出了两种参考条件下的测试原理框图。（a ）（b ）图1.2 典型的插入损耗法测试装置

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

实验一音频信号光纤传输技术实验

音频信号光纤传输技术实验 [目的要求] 1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能。 2.了解音频信号光纤传输的结构。 3.学习分析集成运放电路的基本方法。 4.了解音频信号在光纤通信的基本结构和原理 [仪器设备] 1.ZY120FCom13BG3型光纤通信原理实验箱。 2.20MHz双踪模拟示波器。 3.FC/PC-FC/PC 单模光跳线 4.数字万用表。 5.850nm光发端机和光收端机 6.连接导线 7.电话机 [实验原理] 一．半导体发光二极管结构、工作原理、特性及驱动、调制电路光纤通讯系统中，对光源器件在发光波长、电光效率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求。所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯任务，目前在以上各个方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管（LED）、半导体激光二极管（LD），本实验采用LED作光源器件。图 1 半导体发光二极管及工作原理光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图所示的N-P-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由GaAs（砷化镓）p型半导体材料组成，称有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由GaAlAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异结。在图（1）中，有源层与左侧的N层之间形成的是p-N 异质结，而与右侧P层之间形成的是p-P异质结，故这种结构又称N-p-P双异质结构。当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p-P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层与空穴复合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子：

光纤通信optisystem实验

光纤通信大作业 1、选择一个您认为合适的方案供选方案:NRZ、RZ调制格式,直接调制或者外调制,APD管或者PIN管,low pass rectangular filter或者low pass gauss filter。请选择您认为实际中可实现的通信性能最好的一组方案。并给出相应的理由。答:选择NRZ调制格式,直接调制,APD管,low pass gauss filter。选择这个方案的理由就是:为了使得整个系统得到最好的信噪比,并且保证系统误码率在可接受的范围内。具体理由分析如下: 选择NRZ调制格式,因为经NRZ调制的光信号具有紧凑的频谱特性,调制与调解结构简单,在10G与一部分40G系统中得到广泛应用,一直被作为中短距离光纤通信系统中的主要调制格式,通过色散管理与终端可调色散补偿技术,NRZ调制格式在终端传输距离普通光纤获得良好的光传输性能。选择直接调制,因为直接强度调制就是用信号直接调制激光器的驱动电流,使其输出功率随信号变化、这种方式设备相对简单,研究较早,现已成熟并商品化、外调制则常用于要求较高的通信系统。选择APD管,因为由书上的P264页的图8、3可知,PIN管接收灵敏度适用于低数据速率光纤通信,当系统通信数据速率为10G时,PIN灵敏度管不适于应用,我们优选ADP管。选择low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器),因为low pass rectangular filter(低通矩形响应滤波器)就是理想的低通滤波器的模型,在幅频特性曲线上呈现矩形。在现实中,如此理想的特性就是无法实现的,所有的设计只不过就是力图逼近矩形滤波器的特性而已。而low pass gauss filter(低通高斯响应滤波器)采用时域法测量有效带宽,具有直观、简便的优点,而采用时域法能够显著缩短有效带宽测量时间。实验过程: 本次实验中,由NRZ调制格式、直接调制、APD管与low pass gauss filter构成的光纤通信系统。 1)、根据实验要求,连接实验电路。同时为了实时地观察系统的运行状态,必须在系统外围增加监测及显示装置,将系统运行结果显示出来,便于观察与分析。因此,在系统中加入了Eye Diagram Analyzer、BER Analyzer、Optical Time Domain Visualizer、Optical Power Meter、Optical Spectrum Analyzer、Oscilloscope Visualizer。通过这些监测及显示器件,可以较为直观地观察到入纤光功率、调制前后的光信号频谱与时域波形、解调后的信号波形、信号眼图及误码率等系统的运行状态与运行结果。整个光纤通信系统的架构如下图示: 完整的光纤通信系统

光纤通信系统实验指导书

光纤通信系统实验指导书光纤通信系统实验指导书桂林电子科技大学信息科技学院二零零九年三月目录实验一数字光纤传输测试系统实验 (2) 实验二SDH点对点组网2M配置实验 (9)

实验三SDH 链型组网配置实验 (17) 实验四SDH 环形组网配置实验 (27) 实验一数字光纤传输测试系统实验概述光纤通信是利用光波作为载波，以光纤作为传输媒质实现信息传输，是一种最新的通信技术。光纤是光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载频，以光导纤维为传输媒质

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：

光纤传输损耗测试-实验报告

华侨大学工学院实验报告课程名称：光通信技术实验实验项目名称：实验1 光纤传输损耗测试学院：工学院专业班级：13光电姓名：林洋学号：1395121026 指导教师：王达成

2016 年05 月日预习报告一、实验目的 1）了解光纤损耗的定义 2）了解截断法、插入法测量光纤的传输损耗二、实验仪器 20MHz双踪示波器万用表光功率计电话机光纤跳线一组光无源器件一套（连接器，光耦合器，光隔离器，波分复用器，光衰减器）三、实验原理 αλ，其含义为单位长度光纤引起的光纤在波长λ处的衰减系数为()

光功率衰减，单位是dB/km 。当长度为L 时， 10()()lg (/)(0) P L dB km L P αλ=- （公式1.1） ITU-T G.650、G.651规定截断法为基准测量方法，背向散射法（OTDR 法）和插入法为替代测量方法。本实验采用插入法测量光纤的损耗。（1）截断法：（破坏性测量方法）截断法是一个直接利用衰减系数定义的测量方法。在不改变注入条件下，分别测出长光纤的输出功率2()P λ和剪断后约2m 长度短光纤的输出功率1()P λ，按定义计算出()αλ。该方法测试精度最高。偏置电路注入系统光源滤模器包层模剥除器被测光纤检测器放大器电平测量图1.1 截断法定波长衰减测试系统装置（2）插入法插入法原理上类似于截断法，只不过用带活接头的连接软线代替短纤进行参考测量，计算在预先相互连接的注入系统和接受系统之间（参考条件）由于插入被测光纤引起的功率损耗。显然，功率 1 P 、 2 P 的测量没有截断法直接，而且由于连接的损耗会给测量带来误差，精度比截断法差一些。所以该方法不适用于光纤光缆制造长度衰减的测量。但由于它具有非破坏性不需剪断和操作简便的优点，用该方法做成的便携式仪表，非常适用于中继段长总衰减的测量。图1.2示出了两种参考条件下的测试原理框图。

音频信号的光纤传输+实验报告

音频信号光纤传输实验摘要: 实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量，得出了在合适的偏置电流下，其具有线性。验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。 Abstracf The experimental transmission through the LED-fiber components of the electro-optical properties Measuring obtained at the right bias current, with its linear. Verification of the silicon photodiode fiber can transmit a radio-signal output into with the current proportional to the light. 一.前言: 1.实验的历史地位: 光纤自20世纪60年代问世以来，其在远距离信息传输方面的应用得到了突飞猛进的发展，以光纤作为信息传输介质的“光纤通信”技术，是世界新技术革命的重要标志，也是未来信息社会各种信息网的主要传输工具。随着光纤通信技术的发展,一个以微电子技术,激光技术,计算机技术呵现代通信技术为基础的超高速宽带信息网将使远程教育.远程医疗.电子商务.智能居住小区越来越普及.光纤通信以其诸多优点将成为现代通信的主流,未来信息社会的一项基础技术和主要手段. 2.实验目的了解音频信号光纤传输系统的结构熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法了解音频信号光纤传输系统的调试技能 3.待解决的几个主要问题: 声音是一种低频信号，你可能有这样的经历，当你说话的声音较低时，只有你旁边的人可以听见你的声音，要让声音传的远些你必须大声喊。这说明了低频信号的传播受周围环境的影响很大，传播的范围有限。为了解决上述的问题，在通信技术中一般是使用一个高频信号作为载波利用被传输的信号（如音频信号）对载波进行调制。当信号到达传输地点时需要对信号进行解调，也就是将高频载波滤掉，最终得到被传输的音频信号。随着通信容量的增加和信息传递速度的加快，上述传播过程的缺陷也暴露了出来，主要为以下几点： 1信号间的干扰； 2 对接手端和发射端阻抗匹配要求较高； 3 传播速度受到一定的限制。专家们一致认为解决上述问题的关键是利用光作为信号的载体，也就是所说的光纤通信。本实验的目的就是去了解光纤传输系统的结构，以及半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。二. 实验介绍 1.实验原理

数字信号光纤通信技术实验报告

数字信号光纤通信技术实验的报告预习要求通过预习应理解以下几个问题： 1．数字信号光纤传输系统的基本结构及工作过程； 2．衡量数字通信系统有那两个指标？； 3．数字通信系统中误码是怎样产生的？； 4．为什么高速传输系统总是与宽带信道对应？； 5．引起光纤中码元加宽有那些因素？； 6．本实验系统数字信号光-电/电-光转换电路的工作原理； 7．为什么在数字信号通信系统中要对被传的数据进行编码和解码？； 8．时钟提取电路的工作原理。目的要求 1.了解数字信号光纤通信技术的基本原理 2.掌握数字信号光纤通信技术实验系统的检测及调试技术实验原理一、数字信号光纤通信的基本原理数字信号光纤通信的基本原理如图8-2-1示（图中仅画出一个方向的信道）。工作的基本过程如下：语音信号经模/数转换成8位二进制数码送至信号发送电路，加上起始位（低电平）和终止位（高电平）后,在发时钟TxC的作用下以串行方式从数据发送电路输出。此时输出的数码称为数据码，其码元结构是随机的。为了克服这些随机数据码出现长0或长1码元时,使接收端数字信号的时钟信息下降给时钟提取带来的困难，在对数据码进行电/光转换之前还需按一定规则进行编码，使传送至接收端的数字信号中的长1或长0码元个数在规定数目内。由编码电路输出的信号称为线路码信号。线路码数字信号在接收端经过光/电转换后形成的数字电信号一方面送到解码电路进行解码,与此同时也被送至一个高Q值的RLC谐振选频电路进行时钟提取. RLC谐振选频电路的谐振频率设计在线路码的时钟频率处。由时钟提取电路输出的时钟信号作为收时钟RxC,其作用有两个：1.为解码电路对接收端的线路码进行解码时提供时钟信号；2.为数字信号接收电路对由解码电路输出的再生数据码进行码值判别时提供时钟信号。接收端收到的最终数字信号，经过数/模转换恢复成原来的语音信号。图8-2-1 数字信号光纤通信系统的结构框图在单极性不归零码的数字信号表示中,用高电平表示1码元，低电平表示0码元。码元持续时间（亦称码元宽度）与发时钟TxC的周期相同。为了增大通信系统的传输容量，就要求提高收、发时钟的频率。发时钟频率愈高码元宽度愈窄。由于光纤信道的带宽有限,数字信号经过光纤信道传输到接收端后，其码元宽度要加宽。加宽程度由光纤信道的频率特性和传输距离决定。单模光纤频带宽，多模光纤频带窄。因为按光波导理论[1]分析:光纤是一种圆柱形介质波导，光在其中传播时实际上是一群满足麦克斯韦方程和纤芯—包层界面处边界条件的电磁波，每个这样的电磁波称为一个模式。光纤中允许存在的模式的数量与纤芯半径和数字孔径有关。纤芯半径和数字孔径愈大，光纤中参与光信号传输的模式也愈多，这种光纤称为多模光纤（芯径50或62.5μm）。多模光纤中每个模式沿光纤轴线方向的传播速度都不相同。因此，在光纤信道的输入端同时激励起多个模式时，每个模式携带的光功率到达光纤信道终点的时间也不一样，从而引起了数字信号码元的加宽。码元加

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

光纤音频信号传输技术实验

TKGT-1型音信号传输仪器评价报告学院：工业制造学院专业：测控技术与仪器班级：2010级2班报告人：邱兆芳学号：201010114201

光纤音频信号传输技术实验 1．引言随着Internet网络时代的到来，人们对数据通讯的带宽、速度的要求越来越高，光纤通讯具有频带宽、高速、不受电磁干扰影响等一系列优点，正在得到不断发展和应用。通过使用THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪做音频信号光纤传输实验，让学生熟悉了解信号光纤传输的基本原理。同时学生可以了解光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则，初步认识光发送器件LED的电光特性及使用方法，光检测器件光电二极管的光电特性及使用方法，基本的信号调制与解调方法，完成光纤通讯原理基本实验。光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式，由发送电端机将待传送的模拟信号转换成数字信号，再由发送光端机将电信号转换成相应的光信号，并将它送入光纤中传输至接收端。接收光端机将传来的光信号转换成相应的电信号并进行放大，然后通过接收电端机恢复成原来的模拟信号。光纤广泛应用于各种工业控制、分布式数据采集等场合，特别适合电力系统自动化、交通控制等部门。通过本实验的学习，在了解光导纤维的基本结构和光在其中传播规律的基础上，要建立起光导纤维的数值孔径、光纤色散、光纤损耗、集光本领等基本概念。 [实验目的] 1．学习音频信号光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则。 2．熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。 3．训练如何在音频光纤传输系统中获得较好信号传输质量。 [实验仪器] THKGT-1型光纤音频信号传输实验仪，函数信号发生器，双踪示波器。 [实验原理] 光纤传输系统如图1所示，一般由三部分组成：光信号发送端；用于传送光信号的光纤；光信号接收端。光信号发送端的功能是将待传输的电信号经电光转换器件转换为光信号，目前，发送端电光转换器件一般采用发光二极管或半导体激光管。发光二极管的输出光功率较小，信号调制速率相对低，但价格便宜，其输出光功率与驱动电流在一定范围内基本上呈线性关系，比较适宜于短距离、低速、模拟信号的传输；激光二极管输出功率大，信号调制速率高，但价格较高，适宜于远距离、高速、数字信号的传输。光纤的功能是将发送端光信号以尽可能小的衰减和失真传送到光信号接收端，目前光纤一般采用在近红外波段0.84μm、1.31μm、1.55μm有良好透过率的多模或单模石英光纤。光信号接收端的功能是将光信号经光电转换器件还原为相应的电信号，光电转换器件一般采用半导体光电二极管或雪崩光电二极管。组成光纤传输系统光源的发光波长必须与传输光纤呈现低损耗窗口的波段、光电检测器件的峰值响应波段匹配。本实验发送端电光转换器件采用中心发光波长为0.84μm的高亮度近红外半导体发光二极管，传输光纤采用多模石英光纤，接收端光电转换器件采用峰值响应波长为0.8～0.9μm的硅光电二极管。下面对各部分作进一步介绍。

光纤传输实验报告

音频信号光纤传输实验目的： 1、学习音频信号光纤传输系统的基本结构和各部件的选配原则。 2、熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。 3、训练如何在音频信号光纤传输系统中获得较好的信号传输质量。实验仪器 TKGT-1型音频信号光纤传输实验仪信号发生器双踪示波器实验原理光纤，又名光导纤维，是20世纪70年代为光通信而发展起来的一种新型材料，具有损耗低、频带宽、耐高温、绝缘性好、抗电磁干扰、光学特性好等优点。 1970年，美国康宁公司率先研制出了世界上第一根传输衰减损耗小于20dB/km 的石英光纤。目前，普通单模光纤的传输损耗在工作波长为1550纳米窗口损耗小于0.2dB/km ，在1310纳米窗口小于0.3 dB/km 。目前商用光纤制作工艺多为渐变折射率芯层光纤。从传输模式来说，光纤分为单模和多模两种；从结构上来说，分为普通光纤和特殊光纤，普通光纤包括单模和多模光纤，特殊光纤包括保偏光纤、单偏振光纤和塑料光纤等。普通光纤的外径为125微米，单模光纤芯径为5-10微米，多模光纤芯径为50、62.5、80、100微米，加护套总直径约为1毫米。目前通信干线用光纤一般为单模光纤，光纤工作波长为1550纳米。一般光纤的结构是由导光的纤芯和周围包覆的涂层组成。光纤的工作基础是光的全反射。由于纤芯的折射率大于涂层的折射率，当光从纤芯射向涂层，且入射角大于临界角，则射入的光在界面上产生全反射，成“之”字形前进，传播到圆柱形光纤的另一端而发射出去，这就是光纤的传光原理。附：光的全反射原理根据光的反射和折射定律，即11θθ=' 2211s i n n s i n n θθ= 若n1>n2，横线上为2，下为1介质，即光由光密介质射入光疏介质，且入射角大于临界角，即c θθ>时，就发生光的全反射现象。由于在临界状态下， 2 2π θ= ，代入上式，则??? ? ??=12 c n n arcsin θ ，称为全反射临界角。光波在光纤中传输，可以用两种不同的理论来解释。一种是电磁理论，或称模式理论；另一种是几何光学理论，或称为射线理论。 1、光信号的发送（示意图）系统低频响应不大于20赫兹，取决电阻、电容网络。图1 图

音频信号的两种传输方式

音频信号的两种传输方式前言音频信号有两种传输方式，即平衡式（XLR）与非平衡式（RCA）。关于两种传输模式究竟孰优孰劣，这个问题长久以来都有争论。萝卜青菜各有所爱，今天我们就来谈谈这两种传输方式。（如有不同观点，欢迎在文末留言～）在讨论两种传输方式之前，我们先来了解下音频信号，因为你首先得知道你要传输的到底是个什么东西吧？音频信号音频信号是(Audio)带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化信息载体。根据声波的特征，可把音频信息分类为规则音频和不规则声音。其中规则音频是我们熟悉的语音、音乐和音效。规则音频是一种连续变化的模拟信号，可用一条连续的曲线来表示，称为声波。另一种不规则音频就没规律可言了，噪音之类的都是。一.信号的平衡传输（XLR）

平衡传输是一种应用非常广泛的音频信号传输方式。它是利用相位抵消的原理，将音频信号传输过程中所受的其它干扰降至最低。平衡式音源输出（公头）、功放前级输入（母头）端口都是使用三个脚位的连接插件，平衡传输线里的三芯，一芯传输正半波（正相）信号，一芯传输的是负半波（反相）信号，最后一芯是地线。平衡式连接必须注意的问题 1、它需要并列的三根导线来实现，即接地、热端、冷端。所以平衡输入、输出插件必须具有3个脚位，如卡农或大三芯插件（如图）。 2、传输线当然也得是2芯1屏蔽层的线，由于热端信号线和冷端信号线在同一屏蔽层内相对距离很近，所以在传输过程中受到的其他干扰信号也几乎相同。然而被传输的热端信号和冷端信号的相位却相反，所以在下一级设备的输入端把热端信号和冷端信号相减，相同的干扰信号被抵消，被传输信号由于相位相反而不会损失。所以在专业的场合和传输距离比较远的时候通常使用平衡传输方法。 3、器材之间的平衡式连接必须还要注意一个问题，就是美国与欧洲的规格完全不同：三芯中除接地外，正、负两芯美规与欧规是相反的（美规1地2正3负，欧规1地2负3正）。