光纤通信实验二 光发射机与光接收机

实验二光发射机与光接收机实验
一、实验目的
1.了解光源的调制的原理
2.学习光发送模块的电路原理
3.了解光接收机的组成
4.了解光收端机灵敏度的指标要求
二、实验内容
1.介绍光源的调制方法
2.介绍光发射电路的框图
3.了解光接收机的组成
三、实验仪器
1.光纤通信实验系统1 台
2.示波器1台
3.光纤跳线1根
4.万用表
5.光功率计
四、实验原理
1、光发射机、光调制。

根据调制与光源的关系，光调制可以分为直接调制和间接调制两大类。

直接调制方法仅适用于半导体光源（LD和LED），这种方法是把要传送的信息转变为电信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，所以是采用电源调制方法。

直接调制后的光波电场振幅的平方与调制信号成一定比例关系，是一种光强度调制（IM）的方法。

间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，这种调制方式既适应于其他类型的激光器。

间接调制最常用的外调制的方法，即在激光形成以后加载调制信号。

对某些类型的激光器，间接调制也可以采用内调制的方法，即在激光器的谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制调制元件的物理性质，将改变谐振腔的参数，从而改变激光输出特芯以实现其调制。

光源的调制方法及所利用的物理效应如下表所示。

2、模拟信号调制与数字信号调制
模拟信号调制是直接用连续的模拟信号（如话音、电视等信号）对光源进行调制从而使LED或LD的输出光功率跟随模拟信号变化，如下图所示：
由于光源，尤其是激光器的非线性比较严重，所以目前模拟光纤通信系统仅仅用于对线性要求较低的地方，要实现大容量的频分复用还比较困难，仅自一些小系统中使用。

对一些容量较大、通信距离较长的系统，多采用对半导体激光器进行数字调制的方式。

数字调制主要是用数字信号的“1”和“0”来控制激光的“有”和“无”，如下图所示：
与LED 相比，LD 的调制问题要复杂得多。

尤其在高速率调制系统中，驱动条件的选择、调制电路的形成和工艺、激光器的控制等，都对调制性能至关重要。

3、光发射机模拟部分与数字部分的实现
1310nm 和1550nm 光发射机具有相同的结构。

他们是由模拟光发和数字光发部分组成： 1、模拟光发电路的框图如下：
2、数字光发电路的框图如下：
LD
输出光功
率
LED
输出光功
率
LED 和LD 的模拟调制
P －I 特性曲线与波形
模拟信号 输入
2、光接收机
光接收机是把光纤送来的光信号变换为电信号，经过均衡放大，箝位，电位调整，整形后，送出相应的模拟或数字信号。

光接收机灵敏度的定义是：在给定误码率或信噪比条件下，光接收机所能接收的最小平均光功率。

在测灵敏度时应注意3点：
⑴在测量光接收机灵敏度时，首先要确定系统所要求的误码率指标。

对不同长度和不同应用的光纤数字通信系统，其误码率指标是不一样的。

例如，在短距离光纤数字通信系统中，要求误码率一般为9
10-，而在420km 数字段中，则要求每个中继器的误码率为11
10
-。

对同
一个光接收机来说，当要求的误码率指标不同时，其接收机的灵敏度也就不同。

要求误码率越小，则灵敏度就越低，即要求接收的光功率就越大。

因此，必须明确，对某一接收机来说，灵敏度不是一个固定不变的值，它与误码率的要求有关。

测量时，首先要确定系统设计要求的误码率，然后再测该误码率条件下的光接收机灵敏度的数值。

⑵要注意光接收机灵敏度定义中的光功率是指最小平均光功率，而不是指任何一个在达到系统要求的误码率时所对应的光功率。

因此，要特别注意“最小”的概念。

所谓“最小”，就是指当接收的光功率只要小于此值，误码率立即增加而达不到要求。

应该指出，对某一接收机来说，光功率只要在它的动态范围内变化，都能保证系统要求的误码率。

但灵敏度只有一个，即接收机所能接收的最小光功率。

⑶灵敏度指的是平均光功率，而不是光脉冲的峰值功率。

这样，光接收机的灵敏度就与传输信号的码型有关。

码型不同，占空比不同，平均光功率也不同，即灵敏度不同。

在光纤数字传输系统中常用的2种码型NRZ 码和RZ 码的占空比分别为100%和50%。

当“1”和“0”码的概率相等时，前者的平均光功率比后者大3db 。

因此，测试灵敏度时必须选用正确的码型。

五、注意事项
1.在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。

2.不要带电插拔信号连接导线。

六、实验步骤
A. 测量光发射机P-I特性曲线
1.关闭系统电源。

按以下方式用连信号连接导线连接：
2.
3.将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态，第二位拨到OFF状态。

4.将1310nm光发模块的J101设置为“数字”
5.开系统电源。

将数字信号源第一路的拨码开关U311全拨到“OFF”状态，即输入到1310nm 数字光发模块的信号始终为“1”。

6.用表测量R101两端的电压（测量方法：先将万用表打到电压档，然后将红表笔插入TP101，黑表笔插入TP100）。

读出万用表读数U，代入公式I=U/R，其中R=51Ω, 读出光功率记读数P。

B. 光接收机灵敏测量
1.关闭系统电源。

2.将误码仪的“发数据”端和1310nm光发模块的P101用信号连接线连接。

3.将误码仪的“发时钟”端和“收时钟”端用信号连接线连接。

4.用光纤跳线连接1310nm光发模块和1310nm光收模块。

5.将1310nm光发模块的J100第一位拨到ON，将第二位拨为OFF，RP100逆时针旋转到最大，J101设置为“数字”。

6.将1310nm光收模块的RP106顺时针旋到最大，RP108逆时针旋到最大。

7.打开系统电源，打开误码仪的电源开关，将误码仪的“速率”设为2048K，“图案”设为152-1，“接口”设为TTL，“显示”设为“误码率”。

调节1310nm光收模块的RP107，使误
码仪的“失步”、“错码”、“无时钟”、“无数据”这四个指示灯灭。

8.慢慢顺时针旋转RP100，当刚出现误码仪的“错码”指示灯闪烁时，关闭系统电源。

9.将1310nm光收模块的光纤跳线改接为1310nm光发模块和光功率计。

打开系统电源，测量并记录光功率Pmin,Pmin即为1310nm光接收机的灵敏度。

七、实验总结
本次实验介绍了光发射机和光接收机的原理，在光通信系统中其发射端是用信号直接调制光载波的强度，接收端是用检测器直接所接收的光信号。

光发射机主要研究光源的调制特性，光接收机是把光纤送来的光信号变换为电信号，经过均衡放大，箝位，电位调整，整形后，送出相应的模拟或数字信号。

还学习了光发送模块的电路原理，了解了光收端机灵敏度的指标要求。