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光纤通信技术实验

光纤通信技术实验. 主讲教师： 陈寿坤 电工电子实验中心. 实验一 模拟信号光纤传输实验 实验二 数字调制原理实验 实验三 光发射机性能测试实验 实验四 光接收机原理实验 实验五 自动光功率控制实验 实验六 用户电话接口实验 实验七 电话光纤传输系统实验. 实验目录. 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 、 ZY11804H1 光纤通信原理实验箱 1 台

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光纤通信技术实验

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  1. 光纤通信技术实验 主讲教师： 陈寿坤 电工电子实验中心

  2. 实验一 模拟信号光纤传输实验 实验二 数字调制原理实验 实验三 光发射机性能测试实验 实验四 光接收机原理实验 实验五 自动光功率控制实验 实验六 用户电话接口实验 实验七 电话光纤传输系统实验 实验目录

  3. 实验一 模拟信号光纤传输实验

  4. 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。

  5. 二、实验仪器 1、ZY11804H1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、连接导线 20根

  6. 三、实验原理 1、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。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呈线性，所以可以直接调制。

  7. 图1-1 发光二极管模拟调制原理图

  8. 2、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。2、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。

  9. 图1-2 LED模拟调制电路

  10. 模拟信号源 信号处理单元 光发送器件 信号处理单元 光接收器件 测试端口 光纤 图1-3 模拟信号光纤传输系统图

  11. 图1-4 模拟信号源电路原理图

  12. 四、实验内容 1、用连接线连接模拟信号源模块1的T10（正弦波）和T96(13_AIN)。 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、将开关BM1拨为1310nm,将开关K43拨为“模拟”，将开关BM2拨为1310nm,将开关K30拨为“通信”，将电位器W44逆时针旋转到最小。 4、打开交流电源开关，电源指示二极管D4，D5，D6，D7，D8亮。

  13. 5、用双踪示波器测量T10处的波形，同时调节“幅度调节”电位器，使得正弦波幅度在4V以下。5、用双踪示波器测量T10处的波形，同时调节“幅度调节”电位器，使得正弦波幅度在4V以下。 6、顺时针调节电位器W9（模拟驱动调节）和W45（幅值调节），使得测试钩TP114处的波形幅度为20V且无明显失真。 7、用双踪示波器的两个探头同时测量TP108（LT）和TP114(13_OUT)处的波形，分别调节电位器W9（模拟驱动调节）和W45（幅值调节），观察模拟信号调制的过程。

  14. 8、将模拟信号源的T10换成T7（三角波）和T96(13_AIN)连接，按照以上步骤6、7做实验观察三角波信号光纤传输时调制过程。8、将模拟信号源的T10换成T7（三角波）和T96(13_AIN)连接，按照以上步骤6、7做实验观察三角波信号光纤传输时调制过程。 9、根据以上实验设计2K正弦波和三角波的传输实验，2K的正弦波和三角波由模拟信号源模块2产生。 10、实验完成后，关闭交流电源，拆除各个连线，将所有的开关拨向下，将实验箱还原。

  15. 五、注意事项 1、上电后不可随意用手碰触芯片，尤其是管脚部分。 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。

  16. 六、预习思考题 1、光纤传输系统能否传输数字信号，为什么？ 2、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。

  17. 七、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；比较LD与LED模拟信号调制的效果。 3、对实验结果以及实验结果的分析正确。

  18. 实验二 数字调制原理实验

  19. 一、实验目的 1、掌握光发送机的组成原理。 2、了解半导体激光器和发光二极管的P-I特性曲 性曲线及其调制信号的波形。 3、掌握几种常见的数字调制电路的原理

  20. 二、实验仪器 1、ZY11804H1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、连接导线 20根

  21. 三、实验原理 1、在数字光纤通信系统中，光源发出的光 可以看作是光频载波，通过驱动电路的调制，使其承载荷信息。数字信号的光调制一般都采用直接光强调制方式进行调制。这种将电信号通过调制使其变为光信号的过程称为数字信号的光调制。

  22. 图2-1 光发送机原理组成框图

  23. 2、LED时利用其有源区中自发辐射的器件，只要给它加电流，就会发出荧光。同时LED具有较好的输出功率随电流工作呈线性变化的特点

  24. 图2-2 LED的P-I特性曲线和调制波形

  25. 3、当输入Si为“0”时，T1截止，VBB为参考电压，T2导通，电流流经LED而发光；Si为“1”时，T2截止，T1导通， LED因无电流流过而不发光。这是一种能满足LED驱动电流的要求的电路，其负载电源稳定，容易调整，便于与LD驱动电路兼容，应用灵活，维护方便。

  26. 图2-3 LED射极耦合驱动电路

  27. 4、LD是利用在其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，因而是有阈值的器件。由图2-4可见，图中的Ith是LD的阀值电流。可见驱动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。

  28. 图2-4 LD的P-I特性曲线和调制波形

  29. 5、图4-4所示的驱动电路为双端信号反向输入，由于T1、T2的基极所加的信号大小相等、相位相反，这样可以进一步提高电路的开关速度。这种驱动电路温度稳定性、抗干扰的性能都比较好。同时由于射极耦合电阻Re的负反馈作用，保证了LD调制电流Im的稳定性。

  30. 图4-4 实用化的LD的驱动电路

  31. 四、实验内容 1、用导线连接电终端模块T68和T94 2、将开关BM1拨为1310nm,将开关K43拨为“数字”，将电位器W44逆时针旋转到最小。 3、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（V＝IR110）。

  32. 4、打开交流电源，此时指示灯D4、D5、D6、D7 D8亮。 5、将电位器W46（阈值电流调节）逆时针旋转 到底。 6、慢慢调节电位器W44（数字驱动调节），用 万用表测量T97（TV+）和T98(TV-)两端电压 使之为25mv。观测此过程中无光告警二极管 观察二极管D11的发光情况。

  33. 7、用示波器测量测试钩TP108(LT)的波形，并记录下来，同时用示波器的另一通道测量输入的数据T94(13_DIN)，经两者进行比较，观察其之间的区别和相同点。7、用示波器测量测试钩TP108(LT)的波形，并记录下来，同时用示波器的另一通道测量输入的数据T94(13_DIN)，经两者进行比较，观察其之间的区别和相同点。 8、调节电位器W46（阈值电流调节），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），观察此时的万用表的读数值的变化。

  34. 9、改变电位器W44和W46的数值，此时重新观察步骤六中两点的电压变化。 10、根据以上实验步骤设计850nm光端机的数字驱动原理实验。 11、实验完成后，关闭交流电源，拆除各个连线，将所有的开关拨向下，将实验箱还原。

  35. 五、注意事项 1、激光器的驱动电流值不能大于60mA,否则由烧毁激光器的危险。 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。

  36. 六、预习思考题 1、在LD器件的驱动电路中，为什么需要直流偏置电流Ib的共同作用？

  37. 七、实验报告 1、根据实验的结果画出激光器条之后的波形，并和输入信号的波形进行比较。 2、分析图4-4中激光器调制电路的原理。

  38. 实验三 光发射机性能测试实验

  39. 一、实验目的 1、了解数字光发端机输出光功率的指标 要求。 2、掌握数字光发端机输出光功率的测试方法。 3、了解数字光发端机的消光比的指标要求。 4、掌握数字光发端机的消光比的测试方法。

  40. 二、实验仪器 1、ZY11804H1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光功率计 　　　　　　　　　１台 5、FC/PC-FC/PC单模光跳线 1根 6、连接导线 20根

  41. 三、实验原理 1 、光发送机 光发送机是数字光纤通信系统中的三大组成部分（光发送机、光纤光缆、光接收机）之一。其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号，并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形从光源器件组件的尾纤发射出去。

  42. 2 、光发送机的指标： 输出光功率是指给光发端机的数字驱动电路送入一伪随机二进制序列作为测试信号，用光功率计直接测试光发端机的光功率，此数值即为数字发送单元的输出光功率。输出光功率必须保持恒定，要求在环境温度变化或LD器件老化的过程中，其输出光功率保持不变。

  43. 3 、消光比 消光比定义式如下式4-1，P0是给光发端机的数字驱动电路发送全“0”码，测得的光功率，P1是给光发端机的数字驱动电路发送全“1”码，测得的光功率，将P0，P1代入公式（1）： 即得到光发端机的消光比。 消光比的值与光源工作电流有一定的关系，一般当发送“0”时，工作电流应在阀值附近，实验时可调节相应的驱动电流值。

  44. 4、本实验采用4M速率的伪随机测试信号作为信号源，伪随机码测试信号为24－1位，通过观察三种不同光纤通信系统（850nm、1310nm和1550nm）传输NRZ码的输出光功率和消光比，比较其输出光功率和消光比异同点及其影响因素，同时观察驱动电流对输出光功率和消光比的影响。

  45. 5、图３－1中是由MC10116和Q8、Q21组成数字驱动电路。MC10116为数字接口电路送出ECL电平的双路信号Q和Q/，Q8、Q21组成差分高速驱动电路。W44为精密可调电位器，通过调节可改变LD131激光器的驱动电流。

  46. 图３－1 数字光驱动电路

  47. 四、实验内容 a、1550nm数字光发端机平均光功率及消光比测试。 1、用导线连接电终端模块T68(M)和T92(15_DIN) 2、将拨码开关K35的值拨为“0000”。 3、用FC-FC光纤跳线将1550T输出端与FC接口光功率计连接，形成输出光功率测试系统。

  48. 4、打开交流电源，此时指示灯D4、D5、D6、 D7、D8亮。 5、将光功率计调至1550波长档，用光功率计 测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的输出光功率。 6、拆除导线T68(M)和T92(15_DIN)，其余连线 不变，连接导线T79(D1_O)与T92(15_DIN)，将数字信号源模块的拨码开关K36拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将拨码开关K36拨为全“0”，测得此时光功率为P0。

  49. 7、将P1，P0代入公式（1）式即得1550nm数字光纤传输系统消光比。7、将P1，P0代入公式（1）式即得1550nm数字光纤传输系统消光比。 8、依次关闭各电源，拆除导线，拆除光纤跳线， 将实验箱还原。

  50. b、1310nm数字发端机输出光功率及消光比测试 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“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连接起来。

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