实验十一 光通讯试验报告

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1、1 光通讯实验 实验成员：蔡志骏 物理 0903班 学号： U200910207 张文杰 物理 0903班 学号： U200910205 实验一 LED 光源 I-P 特性研究 一、 实验目的： 1、了解 LED 光源的发光机理。 2、学习 LED 光源的光学特性和电学特性。 二、 实验原理： LED 即发光二极管是靠 PN 结附近的电子和空穴对的复合而进行自发辐射发光。当给发光二极管的 PN 结加正向电压时，外加电场将消弱内建电场，使空间电荷区变窄，载流子的扩散运动加强，由于电子迁移率总是远大于空穴的迁移率，因此，电子由 N 区扩散到 P 区是载流子扩散运动的主体。由半导体的能带理论可知，当

2、导带中的电子与价带中的空穴复合时，电子由高能级跃迁到低能级，电子将多余的能量以发射光子的形式释放出来，产生电致发光现象。这就是 LED 的发光机理。 三、 实验仪器 LED 光源（中心波长 850nm）光发射机 光接收机 光纤一根 四、 实验内容和步骤： 1、取一起配套的光纤一根，将其中一段与 LED 光源的插座相连，另一端PIN 探测器的插座相连。 2、接通电源，选择模拟通信方式。光发射机和光接收机均选“光纤传输”。光发射机显示窗上示值为相对偏置电流，单位为 mA，光接收机显示窗上示值为光功率当量。注：偏置电流值与光功率当量均为相对值，与真实数值成线性关系，但并非真实数值，且一起不同可能示值

3、稍有差别。且由于光探测器有一直流偏置，既是没有光输入时光功率当量窗口仍有显示（ 164 左右），数据处理时可将此数值减去。 3、调节光发射机的“输入 ”至“ MIC”档位，调节“调制”至“ DIM”档位。 4、调节光接收机的“模拟”至“ DIM”档位（仅在此档位光功率计示值有效）。 5、调节光发射机上的偏置电流调节按键（上三角键和下三角键），送 0 开始逐渐加大驱动电流，观察接收机上光功率变化，至不明显为止。 6、选择实验起点，每次变化 1mA，对应记下相应光功率当量。 2 7、将所得到的数据电流作为横坐标，光功率当量作为纵坐标，既得到类似下图所示的 LED 驱动电流 I 与光功率输出 P 的

4、关系曲线。 五、 实验数据处理 驱动电流 /ma 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 光功率 171 173 174 176 177 179 180 182 183 185 驱动电流 /ma 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 光功率 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 驱动电流 /ma 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 光功率 196 197 198 198 199 200 200 201 202 202 驱动电流 /ma 40 41 42 43 44 45 46 47 48

5、 49 光功率 203 203 204 204 205 205 206 206 206 207 驱动电流 /ma 50 51 52 53 54 55 56 57 光功率 207 208 208 208 208 208 209 209 实验二 LD 光源 I-P 特性研究 一、 实验目的： 1、了解 LD 光源的光源的发光机理。 2、学习 LD 光源的光学特性和电学特性。 、 二、实验原理： 1601701801902002102200 10 20 30 40 50 60光功率 光功率 3 半导体激光器，也称激光二极管，半导体激光器获得激光输出的的 三个条件是，受激辐射，粒子数反转，谐振腔。受激

6、辐射过程是光放大过程，泵浦园将处于低能态的电子激发或泵浦到较高能态上去；粒子数反转使受激辐射足以克服损耗；谐振腔在激光器中起到共振选模的作用，为出射光子提供正反馈及高的增益，用以维持受激辐射的持续震荡。半导体激光器是利用在有源区中受激而发光的光器件。只有在工作电流超过阈值电流的情况下，才会输出激光，是有阈值的器件。 三、 实验仪器 LD 光源（中心波长 650nm）光发射机 光接收机 带调节架的光源和探测器一套 四 、实验内容： 本实验采用的 LD 光源中心波长为 650nm.，实验步骤如下：取仪器配套的带调节架的光源和探测器一套，分别与光发射机，光接收机相连。 接通电源，选择模拟通信方式。光

7、发射机和光接收机均选“光纤传输”。光发射机显示窗上示指为相对偏置电流值，单位为 mA,光接收机显示窗上示指为光功率当量。 调节光发射机的“输入”至“ MIC”档位，调节“调制”至“ DIM”档位。 调节光接收机的“模拟”至“ DIM”档位。 调节发发射机上的偏置电流调节按键，从 0 开始逐渐加大驱动电流，观察接收机上光功率变化，至变化不明显为止。 选择合适亮度，调节金属调节架上的调节旋钮，使激光束对准探测器。 选择实验起点，每次变化 1mA，对应记下响应光功率当量。 画出 LD 的 I-P 特性曲线 六、 数据处理与结果分析 实验数据 I（ mA） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

8、 11 P 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I（ mA） 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 P 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 I（ mA） 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 P 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 I（ mA） 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 P 12 13 14 15 16 16 17 17 17 18 18 4 LD 光源 I-P 曲线在驱动电流 I 较小时 P 理论上应 为零， 但在本实验中，可能存在某些暗电流，

9、导致其为一，进一步的实验应该予以消除。当电流 增大到某一值（阀值电流）时，继续增大驱动电流 I 时， P 才增大，这是因为：要使激光物质能对光进行放大，必须使物质中受激辐射大于受激吸收，此时物质中原子数出现反转分布，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数，称为粒子反转。 实验三 语音信号的传输 一 . 实验目的 1. 了解语音信号通信的有关知识； 2. 学习语音信号的光纤及激光的传输方式。 二 . 实验仪 LED 光源（中心波长 850nm）光发射机 光接收机 光纤一根 麦克风 示波器 二 . 实验内容与步骤 ： 1.取仪器配套的光纤一根，将其中一端与 LED 光源的插座相连，另一端与 PIN

10、 探测器的插座相连。 2.将仪器配套的麦克风连接至音频输入端子 3.接通电源，选择模拟通信方式 4.通过仪器后面板上的切换开关，选择光纤通信 5.调节光发射机的“输入”至“ MIC”档位，调节“调制”至“ DIM”档位。 6.调节光接收机的“模拟”至“ MIC”档位 7.用示波器观察光发射机 TP1，确定音频信号幅度 -2024681012141618200 10 20 30 40 50P P5 8.根据实验一、实验二的结果，调节光发射机上的偏置电流调节按钮，选择合适的静态工作点 9.用示波器观察光发射机 TP6 TP8，观察经驱动电路调制后音频信号波形 10.用示波器观察光接收机 TP1 T

11、P2，观察经传输线路传输后音频信号波形 11.调节音量调节旋钮，选择合适音量 四 .数据处理与结果分析 五 . 数据处理与结果分析 1.观察光发射机 TP1 2.观察光发射机 TP6 TP8 TP6：信号基本保持不变，幅度比 TP8 大 TP8：信号基本保持不变，幅度比 TP6 小 6 3.观察光接收机 TP1 实验四 空间激光通信的干扰、窃听 一实验目的 1.了解激光通信的有关知识 2.学习 LD 光源的基本调节方法和步骤 二 .实验仪器 LD 光源（中心波长 650nm）光发射机 光接收机 带调节架的光源和探测器一套 分束镜及支架 三 .实验步骤 1.在实验三的基础上，选择空间激光通信组件

12、 2.将分束镜插入通信激光束中，从中即可分出一束激光，而且对原通信质量影响不大 3.来回转动分束镜或插入一块毛玻璃，则通信质量会受到明显干扰。 7 4.使用另一台光通信实验系统的光接收机，将探测器对准窃出的激光束，调节合适音量即可实现窃听 实验五 视频信号的光纤传输实验 一 .实验目的 1.学习全电视信号的组成； 2.学习视频信号的光纤传输。 二 .实验原理 图像信号 携带图像内容 行消隐信号 全电视信号 消隐信号 场消隐信号 行同步信号 同步信号 场同步信号 三 . 实验仪器 LED 光源（中心波长 850nm）光发射机 光接收机 光纤一根 摄像头及视频线 2 根 显示器 示波器 四 .实验

13、步骤 1.取仪器配套的光纤一根，将其中一端与 LED 光源的插座相连，另一端与 PIN 探测器的插座相连。 2.取仪器普通的视频线 2 根，分别连接摄像头和光发射机的视频输入端子、显示器与光接收机的视频输出端子。 3.连接摄像头、显示器、主机电源，按下发射机与接收机的“ VIDEO”。 4.通过仪器后面板上的切换开光，选择光纤通信方式。 5.将示波器拨至视频档位，观察光发射机 TP7 TP8，此时示波器显示为视频信号。 6.观察光接收机的 TP8 波形，比较与发射机有何不同。 7.录观察到的视频信号的大体形状，并指出各部分名称 五 .数据处理与结果分析 8 黄色为光发射机的 TP6 波形，蓝色

14、为光接收机的 TP8 波形 接收机的 TP8 波形与发射机的相比， 两者相同，实现了信号的传输。 实验六 模拟信号的脉冲频率调制（ PFM）传输 一 .实验目的 1.掌握脉冲频率调制的基本原理； 2.学习模拟信号的脉冲频率调制及光纤传输。 二 实验原理 脉冲频率调制的特点：脉冲序列的幅度维持不变，而脉冲的频率随外加低频信号的变化而改变。输出脉冲频率与中心频率的变化量与输入信号的幅度成正比，为了实现对外加信号所包含信息的调制，我们必须将中心频率设置至少大于输入信号的最高频率两倍以上，本实验设置为 50kHz 左右。 三 实验仪器 LED 光源（中心波长 850nm）光发射机 光接收机 光纤一根

15、示波器 四 实验步骤 1.将信号设置到正弦波输入状态，选择调制方式为 PFM，观察输入波形和调制输出波形； 2.正确设置好 LED 的驱动电流，观察 LED 光源两端的调制波形； 3.连接好传输光纤，在接收端将解调方式选择为 PFM； 4.在此调节输入端的 LED 光源驱动电流大小，观察并记录解调输入和解调输出波形。 五 数据处理与结果分析 1.观察输入波形和调制 9 输入波形（蓝色）为正弦波形状，调制后（黄 色）基本呈矩形状，且频率逐渐变大 2.观察 LED 光源两端的调制波形 基本呈矩形状 3.解调输入和解调输出波形 10 蓝色为解调输入波形，呈正弦波形；黄色为解调输出波形，与先前的正弦波一样，实现了信号的传输。 实验七 模拟信号的脉冲宽度调制（ PWM）传输 一 .实验目的 1.掌握脉冲宽度调制及解调的基本原理； 2.学习模拟信号的脉冲频率调制及光纤传输。 二 .实验原理 PWM 的特点：载波脉冲信号的频率和幅度维持不变，而脉冲宽度随外加低频信号的变化而变化。 脉冲宽度调制包含一个震荡器和脉冲控制器。外加的模拟信号控制脉宽控制器改变脉冲宽度，将模拟信号包含的信号编入到脉冲序列中进行传输。 三 实验仪器 LED 光源（中心波长 850nm）光发射机