光纤特性及传输实验

光纤特性及传输实验 【实验目的】 1、 了解光纤通信的原理及基本特性。 2、 测量激光二极管的伏安特性，电光转换特性。 3、 测量光电二极管的伏安特性。 4、 基带(幅度)调制传输实验。 5、 频率调制传输实验。 6、 音频信号传输实验。 7、 数字信号传输实验。 【实验仪器】 光纤特性及传输实验仪，示波器 【实验原理】 1、 光纤 纤芯，直径5,50μm 包层，直径约125μm 防护层，直径约250μm 图1 光纤的基本结构 2、激光二极管(FP-LD) 光通信的光源为半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)，本实验采用半导体激光器。 半导体激光二极管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。当注入电流增加时，输出光功率也随之增加，在达到之前半导体激光器输出荧光，到达IIthth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4.1-1。 ,,,PIeP ,()(),,,dhvehvI, -34 ,,PI就是图4.1-1激射时的斜率，是普朗克常数(6.625*10焦耳,秒)，为辐,h 射跃迁情况下，释放出的光子的频率。 3、光电二极管 光通信接收端由光电二极管完成光电转换与信号解调。 4、光源的调制 对光源的调制可以采用内调制或外调制。内调制用信号直接控制光源的电流，使光源的发光强度随外加信号变化，内调制易于实现，一般用于中低速传输系统。外调制时光源输出功率恒定，利用光通过介质时的电光效应，声光效应或磁光效应实现信号对光强的调制，一般用于高速传输系统。本实验采用内调制。 5、副载波调频调制 对副载波的调制可采用调幅，调频等不同方法。调频具有抗干扰能力强，信号失真小的 优点，本实验采用调频法。 图10是副载波调制传输框图。 基带信号 调频 副载波 光 光纤传输 光 副载波 解调 基带信号 模块 发射 接收 模块 图10 副载波调制传输框图 【实验内容和步骤】 1、 激光二极管的伏安特性与输出特性测量 表1 发光二极管伏安特性与输出特性测量 正向偏压(V) 发射管电流(mA) 0 5 6 8 10 15 20 25 30 35 光功率(mW) 以表1数据作所测激光二极管的伏安特性曲线，输出特性曲线。 讨论所作曲线与图3，图4所描述的规律是否符合。 2、 光电二极管伏安特性的测量 表2 光电二极管伏安特性的测量 反向偏置电压 (伏) 0 1 2 3 4 P=0 光电流(μA) P=0.1mW P=0.2mW 以表2数据，作光电二极管的伏安特性曲线。 讨论所作曲线与图5所描述的规律是否符合。 、 基带(幅度)调制传输实验 3 表3 基带调制传输实验 激光二极管调制电路输入信号 光电二极管光电转换电路输出信号 波形 频率(kHz) 幅度(V) 波形 频率(kHz) 幅度(V) 正弦波 方波 对表3结果作定性讨论。 4、 副载波调制传输实验 (1)观测调频电路的电压频率关系 表4 调频电路的f-V关系 输入电压(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 输出频率f(kHz) V 以输入电压作横坐标，输出角频率ω=2πf为纵坐标在坐标纸上作图。直线与纵轴的交V V 点为副载波的角频率ω，直线的斜率为调频系数k。求出ω与k。 ff (2)副载波调制传输实验 表5 副载波调制传输实验 基带信号 光纤传输后解调的基带信号 幅度(V) 频率(kHz) 幅度(V) 频率(kHz) 信号失真程度 对表5结果作定性讨论。 5、 音频信号传输实验 6、 数字信号传输实验 【实验数据】 表1 发光二极管伏安特性与输出特性测量 正向偏压(V) 0 1.08 1.09 1.10 1.11 1.14 1.17 1.20 1.22 1.25 发射管电流(mA) 0 5.03 6.01 8.01 10.01 14.99 20.01 25.00 30.03 35.01 光功率(mW) 0 0 0 0.032 0.071 0.168 0.265 0.361 0.462 0.554 表2 光电二极管伏安特性的测量 反向偏置电压 (伏) 0 1 2 3 4 5 P=0 0 0 0 0 0 0 光电流(μA) P=0.1mW 100 100 100 100 100 100 P=0.2mW 200 200 200 200 200 200 表3 基带调制传输实验 激光二极管调制电路输入信号 光电二极管光电转换电路输出信号 波形 频率(kHz) 幅度(V) 波形 频率(kHz) 幅度(V) 正弦波 4.157 284 4.156 2.64 方波 4.132 224 4.130 2.08 表4 调频电路的f-V关系 输入电压(V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 输出频率f(kHz) 78.68 77.38 75.67 74.33 72.76 71.25 69.70 68.00 66.40 64.94 V 表5 副载波调制传输实验 基带信号 光纤传输后解调的基带信号 幅度(V) 频率(kHz) 幅度(V) 频率(kHz) 信号失真程度 2.48 2.026 1.32 2.033 3.00 2.294 1.56 2.294 3.64 2.555 1.88 2.551 3.72 3.000 1.92 2.998 【实验数据处理】 1.发光二极管伏安特性与输出特性 2.光电二极管伏安特性 3. 调频电路的f-V关系 可见，k=-7.705 ，ω=2π*78.84(KHz)=495366.3f