实验 激光接收机
激光接收器
激光接收装置的原理大都相同，激光经过光学透镜校准, 被光敏器件(光电二极管)接收, 光电二极管接收光照后, 随光强不同会产生相应强度的光生电流, 电流经过放大器放大输出电信号.
常见的激光接收装置比如光功率计的原理就是前面提到的，我们小组最先考虑为选择光功率计，可以利用其中的电流的改变，进一步的将脉冲信号直接输入进单片机里，直接进行判断，但经过小组的讨论，我们一致认为在我们所做的装置中，只有一束激光是不行的，我们需要在大范围内拥有相同频率的激光束，但找到两个完全一样的激光发射器是相当困难的，我们请教物理院老师之后，老师给出指导，可以在激光发射器之前加一扩束仪，激光通过扩束仪之后，会大面积形成相同频率的激光区域，这有利于简单我们的装置的单片机的程序。
同时对光功率计进行改造，连接一块面积相当的硅光电池，硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。
它的结构很简单，核心部分是一个大面积的PN 结，把一只透明玻璃外壳的点接触型二极管与一块微安表接成
闭合回路，当二极管的管芯(PN结)受到光照时，你就会看到微安表的表针发生偏转，显示出回路里有电流，这个现象称为光生伏特效应。
硅光电池的PN结面积要比二极管的PN结大得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多。
这样我们就装置好我们所需要的激光接受装置。
激光测距机概述
1、激光测距机概述1.1系统组成及各部分功能、作用激光测距机是指利用射向目标的激光脉冲或连续波激光束测量目标距离的一种距离测量仪。
激光测距机一般由激光发射机、激光接收机和电源三大部分组成。
激光发射机由脉冲激光器、发射光学系统、取样器以及瞄准光学系统组成，其作用是将高峰值功率的激光脉冲射向目标。
激光接收机由接收光学系统、光电探测器和放大器、接收电路和计数显示器组成，其作用是接收从目标漫反射回来的激光脉冲回波并计算和显示目标距离。
激光电源由高压电源和低压电源组成，其作用是提供电能。
1.2工作原理激光测距机的工作原理是利用脉冲激光器向目标发射单次激光脉冲或激光脉冲串，计数器测量激光脉冲到达目标并由目标返回到接收机的往返时间，由此运算目标的距离。
其工作过程是：首先瞄准目标，然后接通激光电源，起动激光器，通过发射光学系统，向瞄准的目标发射激光脉冲信号。
同时，采样器采集发射信号，作为计数器开门的脉冲信号，起动计数器，钟频震荡器向计数器有效地输入钟频脉冲，由目标反射回来的激光回波经过大气传输，进入接收光学系统，作用在光电探测器上，转变为电脉冲信号，经过放大器放大，进入计数器，作为计算器的关门信号，计数器停止计数。
计数器从开门到关门期间，所进入的钟频脉冲个数，经过运算得到目标距离，在显示器上显示出来。
2、历史背景及发展过程激光测距机是激光器在军事上最早应用的项目。
世界上第一台激光测距机诞生在美国休斯飞机公司，称为柯利达1型，之后该公司相继研制成几种实验型军用激光测距机在部队进行试验和鉴定，结果证明激光测距机可作为一种新的测距仪代替原装备的光学测距机。
1971年美国陆军首先装备了AN/GVS-3 ,型红宝石激光测距机，供炮兵前方观察员或观察所使用。
此后，各种型号的侦察用激光测距机相继装备各国的军队。
经过30年的发展，军用激光测距机已更新了两代，研制发展了三代。
第一代激光测距机采用发射0.6943um红外红宝石激光器和光电倍增管探测器，是最早问世的激光测距机，20世纪70年代初期少量装备部队，如美国的AN/GVS-3、日本的70式，因其隐蔽性差、效率低、体积大、重量重、耗电多，很快便被第二代激光测距机取代。
相位式激光测距仪激光接收部分设计
相位式激光测距仪激光接收部分设计激光测距仪是一种测量目标物体距离的工具，其原理是利用激光束在空气中传播的特性，通过测量激光束的往返时间来计算出目标物体与测距仪的距离。
激光接收部分是激光测距仪的核心组成部分之一，其设计的好坏直接影响到测量结果的准确性和稳定性。
在设计激光接收部分时，需要考虑以下几个关键因素：1.激光接收器的选择：激光接收器是接收激光信号的关键部件，其性能直接影响到激光测距仪的灵敏度和测距范围。
常见的激光接收器有光电二极管（PD）和光电效应晶体管（APD）。
PD具有较高的响应速度和较低的噪声，适用于近距离测距场景；APD具有较高的增益和较低的噪声，适用于远距离测距场景。
2.光学系统的设计：光学系统包括透镜、滤波器等光学元件，其作用是将入射的激光束聚焦到激光接收器上。
在设计光学系统时需要考虑激光束的聚焦效果、散斑噪声等因素，以提高测距仪的测量精度和信噪比。
3.信号放大和滤波电路的设计：激光接收器输出的信号很弱，需要经过放大和滤波才能得到可信的测距信号。
放大电路可以采用运算放大器等电路实现，滤波电路可以采用RC滤波器或数字滤波器等实现。
通过合理设计放大和滤波电路，可以提高信号的噪声抑制和动态范围。
4.时间测量电路的设计：激光测距仪是通过测量激光束的往返时间来计算距离的，因此需要设计一个高精度的时间测量电路。
常用的时间测量电路有计数器、时钟等，可以通过采样和比较测量激光脉冲信号的上升沿和下降沿来计算出往返时间。
在设计激光接收部分时，还需考虑以下一些技术细节：5.温度补偿：激光测距仪的测量精度受到温度的影响，尤其是光学元件和电子元件的温度变化。
因此，需要设计温度补偿电路，通过测量环境温度并补偿光学和电子元件的参考值，提高测量精度。
6.光路对齐：激光测距仪的激光发射和接收部分需要在一条直线上对准，才能确保测量结果的准确性。
因此，需要设计一个精密的光路对齐机构，确保激光束的传输方向稳定。
7.防干扰设计：激光测距仪易受到外界光源干扰，导致测量结果偏差。
模拟激光通信实验报告
一、实验目的1. 了解激光通信的基本原理和实验方法；2. 掌握激光通信系统中的关键部件及其功能；3. 通过实验，验证激光通信系统的传输性能。
二、实验原理激光通信是利用激光束进行信息传输的一种通信方式。
其基本原理是：将信息加载到激光束上，通过大气或真空传播，然后在接收端解调出信息。
激光通信系统主要包括以下几部分：1. 激光发射器：产生激光信号，将信息加载到激光束上；2. 激光接收器：接收激光信号，解调出信息；3. 信号调制器：将信息加载到激光束上；4. 信号解调器：解调出信息；5. 光学传输系统：将激光信号传输到接收端。
三、实验仪器与设备1. 激光通信实验平台；2. 激光发射器；3. 激光接收器；4. 信号调制器；5. 信号解调器；6. 光学传输系统；7. 电脑及相关软件。
四、实验步骤1. 连接实验平台，将激光发射器、激光接收器、信号调制器、信号解调器等设备连接到实验平台；2. 打开电脑，运行实验软件；3. 设置实验参数，如激光波长、调制方式、传输距离等；4. 启动实验，观察激光通信系统的传输性能；5. 记录实验数据，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 实验数据（1）激光波长：1550nm；（2）调制方式：QPSK；（3）传输距离：1000m；（4）误码率：1.2×10^-3；（5）信号传输速率：2Gbps。
2. 实验结果分析（1）激光通信系统在1000m的传输距离下，误码率为1.2×10^-3，说明激光通信系统的传输性能较好；（2）实验中使用的激光波长为1550nm，这是光纤通信中常用的波长，具有良好的传输性能；（3）实验中使用的QPSK调制方式，具有较高的传输速率和抗干扰能力。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们了解了激光通信的基本原理和实验方法；2. 掌握了激光通信系统中的关键部件及其功能；3. 验证了激光通信系统的传输性能，为后续激光通信技术研究奠定了基础。
七、实验建议1. 在实验过程中，注意调整激光发射器和激光接收器的位置，以保证最佳传输效果；2. 在实验中，可以尝试不同的调制方式和传输距离，以研究激光通信系统的性能；3. 在实验过程中，注意记录实验数据，为后续分析提供依据。
发射机接收机实习报告
一、实习背景随着科技的不断发展，无线电通信技术在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
为了更好地理解和掌握无线电通信的基本原理和实际操作，我于2023年在XX大学电子工程系进行了为期两周的发射机接收机实习。
本次实习旨在通过实际操作，加深对发射机与接收机工作原理的理解，提高无线电通信设备的调试和维护能力。
二、实习内容本次实习主要包括以下内容：1. 发射机原理及调试2. 接收机原理及调试3. 无线电通信系统测试4. 无线电信号处理技术5. 无线电设备维护与故障排除三、实习过程1. 发射机原理及调试在实习的第一阶段，我们学习了发射机的基本原理。
发射机的主要功能是将信息信号转换为电磁波，并通过天线发射出去。
我们通过实验了解了调制、放大、振荡等基本过程，并掌握了发射机调试的基本步骤。
首先，我们进行了振荡器调试。
振荡器是发射机的核心部分，其作用是产生高频振荡信号。
通过调整振荡器的参数，我们成功实现了振荡信号的输出。
接着，我们进行了放大器调试。
放大器的作用是将振荡信号放大到足够大的功率，以便通过天线发射出去。
我们通过调整放大器的增益，实现了对信号的放大。
最后，我们进行了调制器调试。
调制器的作用是将信息信号与高频振荡信号进行调制，使其能够携带信息。
我们通过实验掌握了调制器的工作原理和调试方法。
2. 接收机原理及调试在实习的第二阶段，我们学习了接收机的基本原理。
接收机的主要功能是接收发射机发射的电磁波，并将其转换为信息信号。
我们通过实验了解了调谐、放大、解调等基本过程，并掌握了接收机调试的基本步骤。
首先，我们进行了调谐器调试。
调谐器的作用是选择特定频率的电磁波，以便后续处理。
我们通过调整调谐器的参数，实现了对接收频率的选择。
接着，我们进行了放大器调试。
放大器的作用是将接收到的微弱信号放大到足够大的功率，以便后续处理。
我们通过调整放大器的增益，实现了对信号的放大。
最后，我们进行了解调器调试。
解调器的作用是将调制后的信号还原为信息信号。
激光探测器工作原理
激光探测器工作原理
激光探测器，也称为激光接收机，是一种用于测量和探测光信号的设备。
其工作原理是基于激光的光电效应，能够将光信号转化为电信号，实现光信号的放大和检测。
激光探测器主要由光电探测器和前置放大器两部分组成。
光电探测器
通常采用半导体器件构成，如硅、锗、InGaAs等，其正/反向电压和/或光照强度的变化能够引起载流子的产生和移动，最终形成电流信号。
前置放大器则起到对电流信号的放大和处理作用，将其转化为需要的
电压或电流信号输出。
具体而言，激光探测器的工作流程可以分为以下几个步骤：
1.激光信号的传输：激光信号经过激光器发射，经过光纤、光路、镜片等光学元件，最终到达光电探测器。
2.光电效应的发生：当激光信号照射到光电探测器的半导体器件表面时，会因为吸收能量而形成一些激发载流子（电子和空穴），这个过程成
为内光电效应。
另外一种成为外光电效应，是通过半导体材料与金属
接触，产生光电子热发射的过程。
3.电流信号的产生：由于激光信号照射到光电探测器产生激发载流子，使半导体器件表面上产生电流，这个电流就代表了激光信号的强度和波形。
4.前置放大器的输出：由于激光探测器产生的电流信号十分微弱，需要经过前置放大器放大和处理之后才能作为有效信号输出。
这个转化和处理的过程可以采用一系列的放大器和滤波器等电路元件实现。
总之，激光探测器的工作原理是基于激光信号的光电效应，将光信号转化为电信号的过程。
其原理简单而可靠，因此应用相当广泛，如在通信、雷达、光刻、医学等领域都有广泛的应用。
里德堡接收机原理
里德堡接收机原理
里德堡接收机是一种用于接收激光信号的光谱分析仪器，它
基于里德堡技术，利用光学原理实现对光信号的频率分析。
里德堡接收机的原理主要基于光谱分析中的里德堡原理。
里
德堡原理是指原子或分子的能级在不同能量的光激发下发生变化，从而产生不同频率的辐射光谱。
而里德堡接收机则利用这
个原理通过光的频率分析来获取激光信号的特征信息。
里德堡接收机的工作原理可以简单描述如下：
1.激光信号进入接收器：被测的激光信号通过光纤或者其他
光学元件进入接收器。
2.激光信号与玻璃腔发生作用：激光信号进入里德堡接收器后，会在一个光学腔体中与其中的玻璃材料发生作用。
玻璃材
料对于不同频率的光具有不同的折射率，因此光的传输速度会
因频率不同而有所差别。
3.光信号通过光纤传输：在接收器中，光信号通过光纤传输，进入一个光电探测器。
4.光电探测器转换为电信号：光电探测器将光信号转换成电
信号，这个过程主要是利用光电效应。
5.信号处理与频率分析：接收到的电信号经过信号处理和放大，然后进入频率分析模块。
频率分析模块可以分析电信号中
包含的不同频率的成分，并将分析结果输出。
6.结果输出：最后，里德堡接收机将分析得到的频率信息通过显示屏、计算机或其他输出设备展示给用户。
总之，里德堡接收机的原理是基于光的频率分析来获取激光信号的特征信息。
通过在光信号中引入玻璃腔体，并利用其对不同频率的光的折射率差异，可以实现对光信号频率的分析和测量。
这种原理使得里德堡接收机在激光信号的频率测量和分析方面应用广泛。
激光传声演示实验报告
激光传声演示实验报告实验报告：激光传声演示一、实验目的本实验旨在通过激光传声演示，说明激光的传导性质，以及如何利用激光实现声音的传输。
二、实验器材1. 一个激光器2. 一个接收器3. 一个音源4. 一台计算机三、实验步骤1. 将激光器和接收器分别连接到计算机，确保能够正常工作。
2. 将音源连接到计算机。
3. 打开计算机上的激光传声演示软件。
4. 调节激光器和接收器的位置，使其之间的光路尽可能稳定。
5. 在激光传声演示软件中选择一个需要传输的声音。
6. 点击开始按钮，观察激光传输的效果。
四、实验原理激光传声演示是通过激光的光束来传输声音信号的一种方法。
在这个实验中，激光器将激光光束作为传输媒介，传输声音信号。
接收器捕获光束上的声音信号，并将其转化为电信号，然后通过计算机进行处理。
激光光束的传导性质决定了声音信号的传输效果。
激光光束具有高度的直线性和方向性，能够准确地传输声音信号。
这种特性使得激光传声可以在远距离传输音频信号，而且传输过程中几乎没有衰减。
在实验中，我们可以看到声音信号被激光传输后的清晰度和传输距离都非常出色。
五、实验结果通过激光传声演示，我们可以观察到声音信号成功地通过激光光束进行传输。
声音在传输过程中没有明显的变形或衰减，保持了原有的清晰度。
我们还可以通过调整激光光束的位置和方向来调整声音的传输方向。
六、实验分析与讨论激光传声演示充分展示了激光光束的传导性质和声音信号的传输效果。
通过这种方法进行声音传输具有很大的潜力，可以应用于广播、通信等领域。
与传统的有线或无线传输方法相比，激光传声无需信号的频率调制和解调，传输效果更为稳定，能够实现更高质量的音频传输。
然而，在实际应用中，激光传声也存在一些问题。
首先，激光传声对环境的要求比较高，需要保证激光光束和接收器之间的光路畅通无阻。
其次，激光光束在大气中会受到散射和吸收的影响，传输距离受到限制。
此外，激光传声还存在安全风险，激光光束对眼睛和皮肤有一定的伤害性，需要采取相应的防护措施。
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实验二激光接收机原理实验
一、实验目的
1.熟悉「光纤通信系统中激光接收模块电路」的原理与量测工作。
2.熟悉「光纤通信系统中激光接收模块电路」中激光探测器的构造、特性、偏压工作架构
以及应用。
3.熟悉「光纤通信系统中激光发射模块电路」中输入光功率灵敏度监测电路的工作原理与
量测调校。
二、实验仪器
DYT3000-GT系列实验平台
1.数字信号源模块（D I G I T A L S O U R C E）D Y T3000-011块
2.激光发射模块（L A S E R D R I V E R）D Y T3000-551块
3.激光接收模块（L A S E R R E C E V E R）D Y T3000-551块
4.万用表1块
5.电流表（选配）1块
6.光功率表(Optical Power Meter) 1块
7.可调式光衰减器(Variable Optical Attenuator) 1个
8.光谱分析仪(Optical Spectrum Analyzer)（选配） 1块
9.20M H z通用双踪示波器1台
三、实验内容
1、了解光接收电路工作原理
2、了解无光告警电路工作原理
3、测量各报警电路工作状态及关键点电压
4、观察各报警输出状态
四、工作原理与电路解析
1、原理分析：
光纤通信系统功能特性的优劣与否，光发射/接收机的设计占了极重的影响比例。
光发射机中由于受到激光二极体(Laser diode)光源组件本身的非线性(Nonlinearity)特性影响，易造成系统「载波三次合成拍差比(Composite Triple Beat，CTB)」参数劣化，故必需在其设计中，加入「预失真处理(Predistortion process)」功能，藉以修正CTB 参数。
光接收机的设计上必需具备信号放大功能，而放大器本身存在一定程度的非线性效应(Nonlinear effect)，对导致系统「载波二次合成拍差比(Composite Second Order，CSO)」参数劣化亦有一定程度上的影响。
事实上，在光接收机的设计上又无可避免地，必需使用「高增益多级放大(High gain & multistage amplification)电路」来将微弱检光信号加以放大，故非常有必要在光接收机的设计上，考虑如何有效优化CSO参数，图1为光接收模块电路之基本架构。
图1 光接收模块电路基本架构
本系统中采用的是「单端输出(Single-ended output)」光接收模块电路架构，如图1所示：监测(Monitoring)电阻Rm仅通过直流，可作为监测光接收机输入光功率大小用，一
般入射光功率值如为0dBm时，监测电路输出端的直流压降应为1Vdc，故可决定其值，约为1K Ω左右；R1为信号的输出负载，调整范围约为1.5KΩ〜5KΩ，即可控制经PIN diode检光后的输出信号值高低；匹配网络(Matched network)主要负责检光(Photo detected)回路和放大电路间阻抗匹配(Impedance match)用；现行光接收机设计制作规范上，均要求其输出信号值至少要能达30dBmV 以上，若以光电转换后最高值(+2dBmV)计算，放大器电路的典型增益值至少必需大于28dB。
欲符合如此高增益要求，大都需以多级串接组态放大(Multistage cascade configuration amplification)的设计以达到要求。
本实验单元的所应用的电路原理图如图2所示。
图2 光接收电路原理图
2、光接收模块「输入光功率值监测与显示电路」之工作原理与调校说明
一般光接收机性能中均会要求具有输入光功率值监测与显示功能，现行实际作法上，「户外搭挂式」光接收机内部具有两个外接端子，其功用为检测光接收机的输入光功率的值是否正常？方法是用万用电表的DCV 檔，量取这两个外接端子之直流电压值是否为1V(通常这代表光接收机输入光功率值为0dBm)。
至于「室内机架式」光接收机则是以液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)配合“单芯片处理技术”来检测并显示光接收机输入光功率值值大小。
本单元实验在光接收机输入光功率值监测与显示功能的设计上采「户外搭挂式」与「室内机架式」两种之间的折衷方式。
应用运算放大器所组成的「差值放大电路」、「比较电路」及「LED 显示驱动电路」组成输入光功率值监测与显示功能，可参考图3电路。
图3 光功率值监测与显示电路
输入光功率值监测与显示电路工作原理说明如下：
在设计生产中，已经将本电路的工作点设定在光功率为XXX dBm，当输入光功率值≧XXX dBm，差值放大的输出恒保持≧2.00V，经U2 (U1-2)比较后，其输出保持为正饱和值，此时D1（绿色LED）被激发导通，代表输入光功率合格；反之，当输入光功率值< XXX dBm，差值放大的输出恒保持<2.00V，经U2（U1-2）比较后，其输出保持为负饱和值，此时D2（红色LED）被激发导通，代表输入光功率不合格。
本文中LED限流电阻会用不同规格电阻值，主要原因是为保持红绿LED之亮度一致。
各电位器的作用如下：
电位器R20：调整差值放大的增益
电位器R27：基准电压调节
电位器R28：分压调节
电位器R9：调整二级放大电路的增益
电位器R10：调整直流偏置电压
3、光接收模块电路性能特性参数的测量
(1)光功率计(Optical Power Meter)
图4 光接收模块特性测量框图
光接收机输入光功率值的调整，借助可调式光衰减器(Variable Optical Attenuator)来实现，并利用光功率表(Optical Power Meter)监测调整其值是否为恰当。
本文实际量测时，光接收机的输入光功率值调整范围为-0.25dBm〜+0.25dBm。
四、实验步骤
本实验相关测试点及输入输出点说明：
数字信号源模块（DIGITAL SOURCE）（DYT3000-01）
●CLK-OUT 时钟信号测试点，输出信号频率为256KHz
●BS-OUT 信源位同步信号输出点/测试点，频率为8KHz
●FS 信源帧同步信号输出点/测试点,频率为333Hz
●RZ-OUT NRZ信号输出点/测试点，码元速率8KHz
●2048K 2.048MHz时钟信号输出点
●1024K 1.024MHz时钟信号输出点
●512K 512KHz时钟信号输出点
●256K 256KHz时钟信号输出点
●128K 512KHz时钟信号输出点
●64K 64KHz时钟信号输出点
●32K 32KHz时钟信号输出点
●16K 16KHz时钟信号输出点
●8K 8KHz时钟信号输出点
激光发射模块（LASER DRIVER）DYT3000-55
●IN 信号输入端口（模拟或数字信号）
激光接收模块（LASER RECEVER）DYT3000-55
●AOUT 模拟信号输出端口
●DOUT 数字信号输出端口
按下述方法进行操作：
1、接上交流电源线；
2、将各实验模块按位插入主板的槽位中，用实验导线连接数字信号源模块的512K输出
点与激光发射模块的IN端口；
3、将电流表挂接在“电流测量”挂钩上，正表笔接正级，负表笔接负级；
4、用光纤将光发输出端口与光功率计连接，打开光功率表(Optical Power Meter)电源，
设置好光功率表(Optical Power Meter)各项参数；
5、打开电源开关，观察各模块电源指示灯是否点亮；
6、用示波器测量激光发射模块的IN端口的波形，是否为正确的512KHz的时钟信号；
7、观察光发模块各状态指示灯的状态是否全为绿色；若不正常,进行调节电位器；
8、调节光发送模拟的“电流调节”电位器，使光功率表(Optical Power Meter)读数
为-8（±1）dBm，电压表的读数为：180mV（±10mV），拆下与光功率计连接的光纤跳线，并接入到激光接收模块（LASER RECEVER）端；
9、观察激光接收模块各状态指示灯的状态是否全为绿色。