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1、光 纤 通 信实验指导书电子技术教研室编2009年3月目录实验要求3光纤实验箱使用注意事项4实验一 半导体激光器P-I特性测试实验5实验二 数字光纤通信系统线路码型CMI 编译码实验9实验三 光发射机性能测试实验13实验四 波分复用技术实验17实验五 电话光纤传输系统实验20实验六 光纤通信系统综合实验23实验要求1、 实验前必须充分预习，完成指定的预习任务，预习要求是：1） 认真阅读实验知道书，了解实验任务2） 复习实验中所有各仪器的使用方法及注意事项。2、 使用仪器和学习前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时必须严格遵守。3、 实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，
2、初学或没有把握应经指导老师审查同意后再接通电源。4、 实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导老师。找出原因、排除故障，经指导老师同意后再继续实验。5、 实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。6、 实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录试验结果（数据、波形、现象）。所记录的实验结果经指导教师审阅签字后在拆除实验线路。7、 实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。8、 实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。光纤实验箱使用注意事项光学器件属于昂贵易损器件，所以在实验操作过程中应
3、加倍小心，防止光学器件的损坏，为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项：1、请仔细阅读实验指导书操作步骤后开机实验，实验各测试点、跳线及开关说明请参考附录III，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。2、实验箱使用过程中应有防静电措施，以防静电损坏光学器件。3、光学器件属于昂贵器件，在安装和拆卸过程中请注意轻拿轻放，遇到问题须及时向老师报告。4、实验时不可将光纤输出端对准自己或别人的眼睛，以免损伤眼睛。5、实验箱使用完毕后，请立即将防尘帽盖住光纤输入、输出端口，用光纤端面防尘盖盖住光纤跳线端面，防止灰尘进入光纤端面而影响光信号的传输。6、若不小心把光纤输出端的接口弄脏，需用酒精棉球进行清洗
4、。7、光纤跳线接头应妥善保管，防止磕碰，使用后及时戴上防尘帽。8、不要用力拉扯光纤，光纤弯曲半径一般不小于30mm，否则可能导致光纤折断。9、进行光纤传输实验时，半导体激光器驱动电流不要超过40mA，发光二极管驱动电流不要超过60 mA。10、不要用手触摸激光器和探测器的焊点，以免烧坏激光器与探测器。实验一 半导体激光器P-I特性测试实验一、实验目的1、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2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系3、掌握半导体激光器P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试方法二、实验内容1、测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系
5、曲线2、根据PI特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导体激光器斜率效率三、实验仪器1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱1台2、FC接口光功率计1台3、FC-FC单模光跳线 1根4、万用表1台5、连接导线 20根四、实验原理光源是把电信号变成光信号的器件，在光纤通信中占有重要的地位。性能好、寿命长、使用方便的光源是保证光纤通信可靠工作的关键。光纤通信对光源的基本要求有如下几个方面：首先，光源发光的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内，要求材料色散较小。其次，光源输出功率必须足够大，入纤功率一般应在10微瓦到数毫瓦之间。第三，光源应具有高度可靠性，工作寿命至少在10万小时以上才能
6、满足光纤通信工程的需要。第四，光源的输出光谱不能太宽以利于传输高速脉冲。第五，光源应便于调制，调制速率应能适应系统的要求。第六，电光转换效率不应太低，否则会导致器件严重发热和缩短寿命。第七，光源应该省电，光源的体积、重量不应太大。作为光源，可以采用半导体激光二极管（LD,又称半导体激光器）、半导体发光二极管（LED）、固体激光器和气体激光器等。但是对于光纤通信工程来说，除了少数测试设备与工程仪表之外，几乎无例外地采用半导体激光器和半导体发光二极管。本实验简要地介绍半导体激光器，若需详细了解发光原理，请参看各教材。半导体激光二极管（LD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。处
7、于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（10mW）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为3050，水平发散角为030），与单模光纤的耦合效率高（约3050），辐射光谱线窄（0.11.0nm），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（20GHz）直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。半导体激光器的特性，主要包括阈值电流Ith
8、、输出功率P0、微分转换效率、峰值波长p、光束发散角、脉冲响应时间tr、tf等。除上述特性参数之外，有时也把半导体激光器的工作电压、工作温度等列入特性参数。阈值电流是非常重要的特性参数。图1-1上A段与B段的交点表示开始发射激光，它对应的电流就是阈值电流Ith。半导体激光器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，也即激活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。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith。P-I特性是半导体激光器的最重要的特性。当注入电流增加时，输出光功率也随之增加，在达到Ith之前半导体激光器
9、输出荧光，到达Ith之后输出激光，输出光子数的增量与注入电子数的增量之比见式1-1。 （1-1）P/I就是图1-1激射时的斜率，是普朗克常数（6.625*10-34 焦耳秒），v为辐射跃迁情况下，释放出的光子的频率。图1-1 LD半导体激光器P-I曲线示意图 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，Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器。这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比（测试方法见实验四）大，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。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，则会出现光反射噪声及使自动光功率
10、控制环路调整困难。在实验中所用到半导体激光器输出波长为1310nm，带尾纤及FC型接口。其典型参数如下表1-1：Parameter参数Symbol符号Min最小值Typ典型值Max.最大值Unit单位Central Wavelength中心波长 128013101340nmSpectral Width RMS谱线宽度 25nmThreshold Current阈值电流815mAOptical output power输出功率0.20.61.2mWForward Voltage正向电压Vf1.21.6VRise Time/Fall Time上升/下降时间tr/tf0.30.5ns 表1-1 本实
11、验半导体激光器的部分参数参考表本实验所涉及的实验框图如图1-2，R110（1）与激光器串联。 图1-2 激光器工作框图电路中的驱动电流在数值上等于R110两端电压与电阻值之比。为了测试更加精确，实验中先用万用表测出R110的精确值(将BM1、BM2都拨到中档，用万用表的欧姆档测T103、T104之间的电阻)，计算得出半导体激光器的驱动电流，然后用光功率计测得一定驱动电流下半导体激光器发出激光的功率，从而完成P-I特性的测试。并可根据P-I特性得出半导体激光器的斜率效率。五、实验步骤1、用导线连接电终端模块T68(M)和T94(13_DIN)。2、将开关BM1拨为1310nm,将开关K43拨为“
12、数字”，将电位器W44逆时针旋转到最小。3、旋开光发端机光纤输出端口（1310nm T）防尘帽，用FC-FC光纤跳线将半导体激光器与光功率计输入端连接起来，并将光功率计测量波长调整到1310nm档。4、用万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)之间的电阻值（电阻焊接在PCB板的反面），找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（VIR110）。5、将电位器W46（阈值电流调节）逆时针旋转到底。6、打开交流电源，此时指示灯D4、D5、D6、D7、D8亮7、用万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)两端电压（红表笔插T97，黑表笔插T98）。8、慢慢调节电位器W44（数字驱动调节），使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值，并将测得的数据填入下表1-2，精确到0.1uW。 9、做完实验后先关闭交流电开关。10、拆下光跳线及光功率计，用防尘帽盖住实验箱半导体激光器光纤输出端口，将实验箱还原。U(mV)12345678I(mA)1.02.03.04.05.06.07.08.0P（uW）0.040.1713.535.460.586.1109.7135U(mV)9
