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1、光纤通信实验报告实验室名称:实验日期:2015年10月27日学 院信息科学与工程学院专业、班级通信工程1303班姓 名陈甜实验名称光源的P-I特性、光发射机消光比测试指 导教 师王玮教师评语教师签名: 年 月 日实验目地 : 1、了解半导体激光器LD的P-I特性、光发射机消光比。2、掌握光源P-I特性曲线、光发射机消光比的测试方法。 3、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。 4、增强动手操作能力,增强对课本内容的理解。实验内容:1、根据实验数据,绘制光源P-I特性曲线;2、分析光源P-I特性及光发射机消光比。实验器材:1、主控&信号源模块、2号、25号模块 各一块 2、23号
2、模块(光功率计) 一块3、FC/PC型光纤跳线、连接线 若干 4、干万用表 一个实验原理: 数字光发射机的指标包括:半导体光源的P-I特性曲线测试、消光比(EXT)测试和平均光功率的测试。1、半导体光源的P-I特性LD半导体激光器P-I曲线示意图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,激光二极管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,也即启动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。半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如上图所示,该特性有一个转折点,相应的驱动电流称为门限电流(
3、或称阈值电流),用Ith表示。在门限电流以下,激光器工作于自发辐射,输出(荧光)光功率很小,通常小于100pW;在门限电流以上,激光器工作于受激辐射,输出激光功率随电流迅速上升,基本上成直线关系。激光器的电流与电压的关系类似于正向二极管的特性。该实验就是对该线性关系进行测量,以验证P-I的线性关系。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,没有扭折点, P-I曲线的斜率适当的半导体激光器:Ith小,对应P值就小,这样的激光器工作电流小,工作稳定性高,消光比大;没有扭折点,不易产生光信号失真;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
4、光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。2、光发射机消光比消光比定义为:。式中P00是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。P11是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。从激光器的注入电流(I)和输出功率(P)的关系,即P-I特性可以清楚地看出消光比的物理概念,如下图所示。PEXTADPPIN消光比对灵敏度的影响由图可知,当输入信号为“0”时,光源的输出光功率为P00,它将由直流偏置电流Ib来确定。无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声,将降低光接收机的灵敏度。所以从接收机角度考虑,希望消光比越小越好。但是,应该指出,当Ib减小时,光源的输出功率将降低,
5、光源的谱线宽度增加,同时,还会对光源的其它特性产生不良影响,因此,必须全面考虑Ib的影响,一般取Ib = (0.70.9)Ith(Ith为激光器的阈值电流)。在此范围内,能比较好地处理消光比与其它指标之间的矛盾。考虑各种因素的影响,一般要求发送机的消光比不超过-1dB。在光源为LED的条件下,一般不考虑消光比,因为它不加直流偏置电流Ib ,电信号直接加到LED上,无输入信号时的输出功率为零。因此,只有以LD作光源的光发射机才要求测试消光比。实验步骤:1、关闭系统电源,按如下说明进行连线:(1)用连接线将2号模块TH7(DoutD)连至25号光收发模块的TH2(数字输入),并把2号模块的拨码开关
6、S4设置为“ON”,使输入信号为全1电平。(2)用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端,并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光功率计”。(3)用同轴电缆线将25号光收发模块P4(光探测器输出)连至23号模块P1(光探测器输入)。2、将25号光收发模块开关J1拨为“10”,即无APC控制状态。开关S3拨为“数字”,即数字光发送。3、将25号光收发模块的电位器W4和W2顺时针旋至底,即设置光发射机的输出光功率为最大状态; 4、开电,设置主控模块菜单,选择主菜单【光纤通信】【光源的P-I特性测试】功能。5、用万用表测量R7两端的电压(测量方法:先将万用表打到直流电压档,然后将红表笔
7、接TP3,黑表笔接TP2)。读出万用表读数U,代入公式I=U/R7,其中R7=33, 读出光功率计读数P。调节功率输出W4,将测得的参数填入下表:P(uW)312262145.3101.146.705.5911916u(V)0.620.550.400.360.280.220.15I(A)503.23476.36363.25280.8166.7925.47.9446、将25号光收发模块的电位器W4顺时针旋至底;设置主控模块菜单,选择【光功率计】功能。7、将2号模块的拨码开关S4设置为“ON”,使输入信号为全1电平。测得此时光发端机输出的光功率为P11。8、将2号模块的拨码开关S4设置为“OFF”
8、,使输入信号为全0电平。测得此时光发端机输出的光功率为P00。9、代入公式,即得光发射机消光比。10、调节W4,重复79步骤,并将所测数据填入下表。P00(uW)00.20080.45110.61131.1702.6013.058P11(uW)309102.676.7749.812.5502.0052.EXT实验过程原始记录(数据、图表、波形等):1、半导体光源的P-I特性2、用万用表测量R7两端的电压 。读出万用表读数U,代入公式I=U/R7,其中R7=33, 读出光功率计读数P。调节功率输出W4,将测得的参数填入下表:P(uW)312262145.3101.146.705.5911916u
9、(V)0.620.550.400.360.280.220.15I(A)503.23476.36363.25280.8166.7925.47.93、调节W4,并将所测数据填入下表。P00(uW)00.20080.45110.61131.1702.6013.058P11(uW)309102.676.7749.812.5502.0052.EXT0-27-23.3-20-3-31.76实验结果及分析: 有实验数据可以看出,半导体的P-I特性曲线中有一个转折点,半导体激光器的驱动电流称为门限电流,在门限电流之下,半导体激光器P-I特性曲线斜率很低,由此可知,此时激光器工作于自发辐射,发出的光是荧光,光功
10、率很小,P-I特性曲线的斜率很小,当电流值超过阀值电流,P-I特性曲线的斜率突变成一个较大的值,半导体激光器发出的光是激光,输出激光功率随电流迅速上升。有实验数据可以清楚地看到消光比对功率的影响。 当输入信号为“0”时,光源的输出光功率为P00,它将由直流偏置电流Ib来确定。无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声,将降低光接收机的灵敏度。所以从接收机角度考虑,希望消光比越小越好。但是,应该指出,当Ib减小时,光源的输出功率将降低,光源的谱线宽度增加,同时,还会对光源的其它特性产生不良影响,因此,必须全面考虑Ib的影响,一般取Ib = (0.70.9)Ith(Ith为激光器的阈值电流)。
11、在此范围内,能比较好地处理消光比与其它指标之间的矛盾。 本次实验进行的很顺利,因为我们提前预习了实验指导书上的内容,所以 实验有了一个大致的了解,加上实验的时候细心的操作,很快就完成了实验,通过这次实验增强了自己的动手操作能力,并对课本上的知识有了更深一步的了解。在做实验的过程中,也是因为初次接触,还有些不习惯,从第一个实验开始对实验箱的各个模块进行熟悉,中间在读数的时候,我们测的的数据波动很厉害,不能稳定的读数,所以只能取中间值进行采集。光纤通信实验报告实验室名称:实验日期:2015年 10月27日学 院信息科学与工程学院专业、班级通信1303班姓 名陈甜实验名称模拟信号光纤传输系统指 导教
12、 师王玮教师评语教师签名: 年 月 日实验目的:1、了解模拟信号(正弦波、三角波、方波等)光纤传输系统。实验内容:实验器材:1、主控&信号源模块、25号模块 各一块2、双踪示波器 一台3、FC型光纤跳线、连接线 若干实验原理:1、实验原理框图模拟信号光纤传输系统2、实验框图说明主控信号源模块可输出正弦波、三角波、方波等模拟信号,信号送入光发射机的模拟输入端,经过光调制电路转换成光信号,完成电光转换;光信号经光纤跳线传输后,由接收机接收,并完成光电转换,输出原始信号。注:由于实验设备配置模块情况不同,光收发模块的波长类型有所不同,比如1310nm、1550nm等,需根据实际情况确定。实验步骤:1
13、、关闭系统电源,用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端,并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光接收机”。2、将信号源&主控模块的模拟输出A-out连接到25号光收发模块的模拟信号输入端TH1。3、把25号光收发模块的S3设置为“模拟”。4、将25号光收发模块的W5(接收灵敏度的调节旋钮,顺时针旋转时输出信号减小)逆时针旋到最大,适当调节W6(调节电平判决电路的门限电压)。5、打开系统电源开关及各模块电源开关。在主控模块中设置实验参数主菜单【光纤通信】【模拟信号光纤传输系统】6、用示波器观测模拟信号源模块的A-out,调节信号源模块的“输出幅度”旋钮,使信号为适当大小(保证输出信号最大且不失真)。7、用示波器观测模拟信号源的A-out和25号光收发模块的TH4,适当调节W5,使得观测到的两处波形相同。此时,25号光收发模块无失真的传输模拟信号(可以通过“主控”模块中“信号源”进入“模拟信号源”菜单选择所需波型)。实验过程原始记录(数据、图表、波形等):(1) 当主信号源提供模块输出为模拟方波时,输入和输出的波形如下:(2) 当主信号源模块输出模拟信号为三角波时,输入和输出波形如下:(3) 当主信号源模块输出为正弦波时,输入忽然输出的关系如下;(4) 当输出正弦波发生失真时: 实验结果及分析: