【精选】光纤通信实验内容

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1、1实验一 模拟信号光纤传输实验一、 实验目的1.了解模拟信号光纤系统的通信原理2.了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构二、 实验仪器1. ZY12OFCom13BG 型光纤通信原理实验箱 1 台2. 20MHz 双踪模拟示波器 1 台3. 万用表 1 台4. FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根5. 850nm 光发端机和光收端机（可选） 1 套6. ST/PC-ST/PC 多模光跳线（可选） 1 根7. 音频线（可选） 1 根8. 外输入语音信号源（可选收音机，单放机，PC 机等） 1 个9. 连接导线 20 根三、 实验原理根据系统传输信号不同，光纤通信系统可分为模拟光纤通信系统

2、和数字光纤通信系统。由于发光二极管和半导体激光器的输出光功率（对激光器来说，是指阈值电流以上线性部分）基本上与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制也呈线性，所以可以直接调制对于半导体激光器和发光二极管来说具有简单、经济和容易实现等优点。进行发光二极管及半导体激光器调制时采用的就是直接调制。从调制信号的形式来看，光调制可分为模拟信号调制和数字信号调制。模拟信号调制直接用连续的模拟信号（如话音、模拟图像信号等）对光源进行调制。图 1-1就是对发光二极管进行模拟调制的原理图。连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，适当地选择直流偏置电流的大小，可以减小光信号的非线性失真。电路实现上，LED

3、的模拟信号调制较为简单，利用其 P-I 的线性关系，可以直接利用电流放大电路进行调制，实验箱模拟信号调制电路如图 1-2 所示。IP图 1-1 发光二极管模拟调制原理图2一般来说，半导体激光器很少用于模拟信号的直接调制，半导体激光器模拟调制要求光源线性度很高。而且要求提高光接收机的信噪比比较高。与发光二极管相比，BG1119013R111R112R113150E111VCC-101 T111TP111TP112W111W112图 1-2 LED 模拟调制电路半导体激光器的 V-I 线性区较小，直接进行模拟调制难度加大，采用图 1-2 调制电路，会产生非线性失真。本实验通过完成各种不同模拟信号的

4、 LED 光纤传输（如正弦波，三角波，外输入音乐信号） ，了解模拟信号的调制过程及调制系统组成。模拟信号光纤通信系统组成如图 1-3 所示。半导体激光器的模拟调制，直接利用图 1-2 所示电路进行调制，比较 LED 直接模拟调制与 LD 直接模拟调制的区别。在 LD 模拟信号调制实验中，采用预失真补偿电路对模拟信号波形进行失真补偿，观察补偿后的传输效果与补偿前的效果。四、 实验内容1.各种模拟信号 LED 模拟调制：三角波，正弦波，语音信号（外输入语音信号）2.各种模拟信号 LD 模拟调制：三角波，正弦波，语音信号（外输入语音信号）五、 实验步骤A、LD 模拟信号调制实验1.连接导线：模拟信号

5、源模块 T303 与光发模块 T111 连接。2.用 FC-FC 光纤跳线将 1310nm 光发端机（1310nmT）与 1310nm 光收端机（1310nmR）连接起来。3.将拨码开关 BM1、BM2 和 BM3 分别拨到模拟、1310nm 和 1310nm。4.接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关 K01，K02 ，五个发光二极管全亮。5.打开模拟信号源模块(K60)、光发模块(K10) 的直流电源。测试端口图 1-3 模拟信号光纤传输系统框图模拟信号源 信号处理单元 光发送器件 光接收器件 信号处理单元光纤36.调节模拟信号源模块电位器 W306，使 TP303 波形幅度为 2V。

6、7.用万用表监控 R110 两端电压（红表笔插 T103，黑表笔插 T104） ，调节半导体激光 器驱动电流（W112） ，使之小于 25mA。8.调节电位器 W111，W112 和 W121，使得 TP121 处波形幅度为 2V 且无明显失真，用示波器观察 TP111，TP112 和 TP121 波形，观察模拟信号光纤传输调制过程。9.根据实验三失真补偿步骤，观察经过失真补偿电路的模拟信号传输。10. 将 T303 换成 T302（三角波）或 T301（方波） ，观察各测试点波形效果。11. 拆除 T111 连接导线，用音频线将电脑语音输出端与实验箱外输入语音信号输入端（T252）连接，T2

7、53 与 T111 连接，T121 与 T261 连接，并使电脑播放音乐。12. 打开语音信号处理模块电源开关，调节音量（W261） ，判断光纤传输音乐信号效果（用示波器观察各测试点波形） 。13. 依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。B、LED 模拟信号调制实验根据 LD 模拟信号调制实验步骤，设计 LED 模拟信号调制步骤，并通过实验实现。六、 实验报告1.记录并画出各模拟信号的波形，对模拟信号光传输前后的波形进行比较。2.简述模拟信号光纤传输过程。3.比较 LD 与 LED 模拟信号调制的效果。七、 注意事项1.正弦波 TP303 是用方波通过带通滤波生

8、成的，所以 TP304 的频率必须在 2KHz/s 左右（可以通过调节 W304 来实现） ，此时 K31 应接中间两脚。2.各模拟信号传输前应先将其幅值调到 2V 左右。3.如果光纤在传输模拟信号时的波形不理想或接收不到信号，可用下面的方法调试系统。1) 将模拟信号源模块中的 TP304 与光发模块中的 TP111 连接，并接通各直流电源，使各模块工作。TP111TP112TP121以正弦波为例 TP111、TP112、TP1221 各点的波形42) 将模拟信号源中的三角波（TP101） ，正弦波（TP102 ，TP103 ）的幅值调到 VP-P=2V 左右。(W302，W303，W304

9、是它们对应的幅值调节电位器 )3) 调节 W111，使 TP112 处波形的幅值 VP-P=0.4V 左右。4) 调节 W121，使 TP121 的幅值 VP-P=2V 左右。八、 思考题1.根据电路图，分析 W111，W112，W121 的作用，并用实验验证。2.此光纤传输系统能否传输数字信号，为什么？3.分析和比较 LD 模拟信号调制与 LED 模拟信号调制的异同点，并指出其优缺点。5实验二 数字信号光纤传输实验一、 实验目的1.了解数字信号光纤传输系统的通信原理2.掌握完整数字光纤通信系统的基本结构二、 实验仪器1.ZY12OFCom13BG 型光纤通信原理实验箱 1 台2.20MHz

10、双踪模拟示波器 1 台3.万用表 1 台4.FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根5.850nm 光发端机和光收端机（可选） 1 套6.ST/PC-ST/PC 多模光跳线（可选） 1 根7.连接导线 20 根三、 实验原理数字信号的光源驱动电路与模拟驱动电路原理有一定区别。半导体激光器是利用其在有源区中受激发射的器件，只有在工作电流超过阈值电流的情况下，才会输出激光（相干光） ，因而是有阈值的器件。图 2-1 为 LD 的 P-I 特性曲线及调制波形，图中的 Ith 为 LD 的阈值电流。由图可见调制 LD 光源器件发光必须是直流偏置电流Ib 和信号电流（即调制电流 Im）的共同作用。本实

11、验利用光纤对各种数字信号进行传输，以了解和熟悉光纤传输数字信号系统的组成。用双踪示波器观察光发模块与光接收模块各点的波形，并进行比较。数字信号有脉冲信号、NRZ 码，CMI 码（关于各种码型概念及编码规则将在实验 15和 16 中详细介绍） 。在电路驱动上，数字驱动电路采用射极耦合驱动电路。所有数字信号先经过电平转换，进行直流偏置后直接幅度调制到激光器中。其驱动电路如图 2-3 所示。IthIb ImIP图 2-1 LD 的 P-I 特性曲线与调制波形6R151R152R153 R155 R156 R154BG151VCCVCC-15VCC1 /AOUT2AOUT3 /AIN4AIN5 /BO

12、UT6BOUT7 VEE8 /BIN 9BIN 10VBB11/CIN 12CIN 13/COUT14COUT 15VCC1 16U1511T151R157BG152TP151R158LDVCC数字信号光纤传输系统组成框图如图 2-2 所示，对原始数字信号产生模块的信号进行各种不同方式的编码和译码，然后通过光纤传输，在测试端口观测输出端的信号波形，并且比较发光二极管的数字驱动与半导体激光器数字驱动效果的异同。四、 实验内容1. 观察各种数字信号在 LD（1310nm）光纤传输系统中的波形2. 观察各种数字信号在 LED（850nm ）光纤传输系统中的波形（可选）五、 实验步骤A、LD 数字信号

13、调制实验1. 用 FC-FC 光纤跳线将 1310nm 光发端机（1310nmT）与 1310nm 光收端机（1310nmR）连接起来，组成 1310nm 光纤传输系统。2. 连接导线：数字信号源 T504 与光发模块 T101 连接，将数字信号源模块 K511 接1，2 脚（接 1，2 脚为 64K 伪随机码， 2，3 脚为 256K 伪随机码） 。 3. 将拨码开关 BM1、BM2 和 BM3 分别拨到数字、1310nm 和 1310nm。4. 接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关 K01，K02 ，五个发光二极管全亮。5. 接通数字信号源模块(K50)、光发模块(K10) 的直流电

14、源。6. 用万用表监控 R110 两端电压（红表笔插 T103，黑表笔插 T104） ，调节半导体激光器驱动电流（W101） ，使之小于 25mA。7. 调节电位器 W121，使得 TP121 处波形幅度大于 3.5V，用示波器观察图 2-3 半导体激光器数字驱动电路测试端口图 2-2 数字信号光纤传输系统组成框图原始信号 信号处理单元 光发端机 光收端机 信号处理单元编码译码光纤7TP101，TP102 和 TP121 波形，观察数字信号光纤传输调制过程。8. 将数字信号源模块 K511 接 2，3 脚（接 1，2 脚为 64K 伪随机码，2，3 脚为256K 伪随机码） ，观察各点波形变化

15、。9. 改变数字信号源模块拨码开关状态，观察各测试点波形变化。10. 改用实验箱中其他码型的数字信号进行上述步骤，观察各种码型的波形（PCM编码信号，CMI 编码信号，脉冲信号等） 。11. 依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。B、LED 数字信号调制实验根据 1310nm 光纤通信系统数字信号调制实验步骤，设计并执行 LED 光纤通信系统数字调试实验步骤。六、 实验报告1. 记录并画出 LD（1310nm）数字信号调制过程中各测试点波形。2. 记录并画出 LED（850nm）数字信号调制过程中各测试点波形。七、思考题1. 画出光纤传输数字信号实验框图，并简述

16、数字信号光纤传输过程。3. 比较 LD 数字光纤传输系统与 LED 数字光纤传输系统传输信号的效果，并分别分析优缺点。TP101TP102TP121以方波为例 TP101、TP102 、TP121 各点的波形示意图8实验三 电话光纤传输系统实验一、 实验目的1.了解电话及语音信号通过光纤传输的全过程2.掌握模拟电话、数字电话光纤传输的工作原理二、 实验仪器1.ZY12OFCom13BG 型光纤通信原理实验箱 1 台2.20MHz 双踪模拟示波器 1 台3.FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根4.电话单机 2 部5.万用表 1 台6.850nm 光发端机和光收端机（可选） 1 套7.ST/PC-ST/PC 多模光跳线（可选） 1 根8.连接导线 20 根三、 实验原理