实验1 模拟信号光调制和光接收

实验一模拟信号光调制和光接收

一实验目的

1、了解发送光端机的发光管特性和光检测器的原理

2、掌握如何在光纤信道中高性能传输模拟信号

3、掌握发送光端机中传输模拟信号驱动电路的设计

二实验仪器

1、ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台

2、20MHz双踪示波器一台

3、低频信号源一台

4、光功率计一台

5、万用表一台

6、光纤跳线一根

三预备知识

1、光端机发光管特性；

2、信道的非线性；

3、光电转换特性；

4、弱信号检测；

四实验原理

1、模拟光纤传输系统的主要技术指标

模拟光纤传输系统有两个关键性的质量指标：

（1）信噪比S/N

（2）信道线性度（非线性失真度）

信噪比S/N与信道线性度分别表达噪声大小和线性好坏，这两个指标的数值依据传输的实际用途而定。一般地说高质量的电视传输（例如演播室图像传输）要求信噪比S/N达到56Db,差分增益△G=0.3dB(差分增益是用于表示在不同输入信号电平上所引起增益的差值，即通道的线性度)。对于数字载波传输系统（模拟信号传输），所需信噪比S/N和通道线性度一般比这要求低，可根据实际系统指标的分配决定。

2、模拟光纤传输系统的噪声来源

噪声问题是模拟光纤传输系统最重要的问题之一，系统的任何组成部分包括有源器件和无源器件都可产生噪声，并叠加在传输信号之上。在模拟传输系统中，主要有光发射机、传输光纤、光接收机和各类连接器所组成。在光接收机中光检测器又由光检二极管和前置放大器组成。

模拟光纤传输链路中的噪声主要来源于以下几个方面：

（1）光发射机中激光器光强的涨落，即相对强度噪声。在模拟光纤系统中，激光器的直流偏置点是至于线性范围的中间，即在高于激光器阈值电流Ith的某一电流I

处。相对强度噪声随着激光器的偏置不同而变化，在阈值附近，其达到最大，随

着偏置增加，即激光器输出功率增加，其会下降。相对强度噪声和激光器的工作

频率亦有关系，一般在低频时较小，而在高频时相对强度噪声则明显增加。

（2）由光纤链路中光纤连接器（活接头）、固定连接点（死接头）、光纤耦合端面产生

反射光以及光纤内部缺陷多次反射（瑞利散射）进入激光器腔内引起干涉强度噪

声。

（3）光接收机中光检测二极管产生的量子噪声。

（4）光接收机中光检测器前置放大器产生的热噪声。

3、模拟光纤传输系统的信号失真

模拟光纤传输系统中非线性失真包括以下几个方面：

（1）激光器进行调制用的驱动放大器失真；

（2）激光器进行调制非线性失真（附加频率限制）；

（3）光纤色散（含光纤传输中的多个分路器、连接器等）引起的非线性失真（与二次失真相似）；

（4）光接收机的光检测二极管光电转换的非线性和接收机内放大器引起的失真等。

在以上因素中，光发射机中激光器调制特性和光纤色散效应是非线性失真的主要原因。

4、激光器电—光特性的非线性

激光器的非线性很大程度上展现在激光器输出光功率（P）和注入电流（I）的关系，即激光器的P-I曲线上。要使系统有好的传输特性，选择P-I曲线线性好的激光器件是很重要的。

从激光器的P-I特性可以看出，在超过门限电流Ith以后，光输出相对于电流是直线叠加，但有逐渐达到饱和的倾向，激光器的工作原理就是利用这一直线段，一般把偏置电流设定于这直线段的中部，利用信号电流进行光强度调制，所以其线性(直线的程度)就显得极为重要。这段直线的倾斜度，即表示驱动电流变化引起光强度变化的比7例，也称为微分效率，以Mw/mA为单位表示，它相当于调制时的调制灵敏度，若离开直线段，就会产生失真，即使在类似直线段内，但只要稍有弯曲，在已调制的光输出信号中，就包含有失真成分。

在模拟信号光纤传输中，由于对线性度具有一定的要求，因而对发光管的偏置及发送信号的大小均有要求。这在电路中通过调整电位器WX01、WX02来实现的。

T303为模拟输入信号的缓冲放大，在输入模拟信号为2Vp-p时，调整电位器WX01使TPX03处的电压为0.3Vp-p。电位器WX02是调整发光管的直流偏置状态，一般调到TPX04、TPX05两端的电流为0.3V。

五实验步骤

1、将光纤跳线与光收发模块相连，一端将激光器UE02发1550nm端口，另一端接光功率计，在插入时应注意方向，不要太过使劲。

2、设置静态工作点：用视频输入模块中的电位器WX02调节发光管的注入电流，使电阻RX09两端（TPX05、TPX06之间的电压）的电压V0约为200mV（测量电压时可用“万用表”进行测量）。

3、模拟信号光调制性能测量：在TPX00（模拟输入）、J004（地）加入由信号发生器产生的一测试正弦信号，信号电平为0.5Vp-p，信号频率为100KHz。测量此时的光功率值，并记录测量数据。

4、同理，按照步骤3的方法测量模拟输入信号电平分别在1Vp-p、1.5Vp-p、2Vp-p、3Vp-p 时激光发送器的输出功率，具体数据记录在表3.1.1中。

表3.1.1

5、也可使输入模拟信号的幅度不变，改变静态工作点电压V0，测量激光发送器的输出光

6、线性度调整：当静态工作点电压约为200mV时，接入测试信号，在测试信号输入端输入100KHz的正弦信号，其幅度为2Vp-p。调整电位器WX01的大小，使TPX03的信号电压达到0.3 Vp-p。在光纤接收模块的TPY03点测量所接收的信号，和测试信号进行比较。

六思考题

如何计算发光管的静态输入电流？