【正文】 耗以及光纖在強光場作用下誘發(fā)的受激喇曼散射和受激布里淵散射；（3）由于光纖表面的隨機畸變或粗糙所產(chǎn)生的波導散射損耗；（4）光纖彎曲所產(chǎn)生的輻射損耗；（5）外套損耗。2設計并執(zhí)行 1550nm 和 850nm 光收端機靈敏度測試步驟。2慢慢增大光小可變衰減器衰減，使光收端機接收到的光功率逐漸減小，當誤碼分析儀出現(xiàn)誤碼并為指定要求值（例如 106）時，取出光收端機輸入端光纖，用光功率測得此時的光功率即為最小光功率 Pmin。1將撥碼開關(guān) BMBM2 和 BM3 撥到數(shù)字、1310nm 和 1310nm。1接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān) K01，K02，五個發(fā)光二極管全亮，接通 HDB3編譯碼模塊（K80） ，CPLD 下載模塊（K90）的直流電源開關(guān)。設計并執(zhí)行 1550nm 和 850nm 光收端機靈敏度測試步驟。慢慢調(diào)節(jié)電位器 W101，使驅(qū)動電流小于額定值，即萬用表讀數(shù)小于 25mV，調(diào)節(jié)電位器 W121，使數(shù)字光纖通信系統(tǒng)無誤碼。接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān) K01，K02，五個發(fā)光二極管全亮。若使用誤碼分析儀只有 HDB3碼型輸出（如 YGBERT2M 型誤碼分析儀） ，則可以通過實驗箱中的 HDB3編譯碼模塊實現(xiàn)誤碼測試。光收端機動態(tài)范圍的定義是在保證一定的誤碼率下所允許的最大和最小輸入光功率之比的分貝數(shù)，即由下式計算得到 （6)(lg10minaxdBPD?2）它表示了光收端機對輸入信號變化時的適應能力。根據(jù)這一要求，就可以找到數(shù)字光接收機所接受到的最小光功率作為其性能指標，即接收靈敏度。實驗六 數(shù)字接收單元指標測試實驗一、實驗目的熟悉光收端機靈敏度的概念掌握光收端機靈敏度的測試方法熟悉光收端機動態(tài)范圍的概念二、實驗內(nèi)容測量 1310nm 光收端機的靈敏度測量 1550nm 光收端機的靈敏度測量 850nm 光收端機的靈敏度(選做)三、預備知識在光纖通信系統(tǒng)中，數(shù)字接受單元的指標有哪些？四、實驗儀器ZY12OFCom13BG3 型光纖通信原理實驗箱 1 臺光功率計 1 臺萬用表 1 臺小可變衰減器 1 個誤碼分析儀 1 臺FC/PCFC/PC 單模光跳線 2 根ST/PCFC/PC 多模光跳線 （可選） 2 根850nm 光發(fā)端機和光收端機（可選） 1 套28 / 119FC/PCFC/PC 多模光跳線 （可選） 1 根連接導線 20 根五、實驗原理數(shù)字光接收機在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中的作用就是將經(jīng)過光纖傳輸后被衰減變形的微弱光脈沖信號通過光電變換成為電脈沖信號，并將其放大，均衡與定時再生還原成標準的數(shù)字脈沖信號。依次關(guān)閉各直流電源、交流電源，將 K121 撥到下面，拆除導線，將實驗箱還原。 接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān) K01，K02，五個發(fā)光二極管全亮。響應電流的測定是通過運放，將檢測器的電流信號，放大成電壓信號后得到的，檢測電壓點為 T123，即此測試點與接地點之間的電壓 V。量子效率是能量為 hυ 的每個入射光子所產(chǎn)生的電子空穴載流子對的數(shù)量： （100％） （5hvPe/I＝入 射 到 器 件 上 的 光 子 數(shù)對 數(shù)通 過 結(jié) 區(qū) 的 光 生 載 流 子??2）上式中，e 是電子電荷；υ 為光的頻率。最簡單的光檢測器就是 pn 結(jié)，但它存在許多缺點，光纖通信系統(tǒng)中，較多采用 pin光電二極管（簡稱 PIN 管）及雪崩光電二極管（APD 管） ，都是實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的半導體器件。1依次關(guān)閉各電源，拆除導線，拆除光纖跳線，將實驗箱還原。將光功率計調(diào)至 1310 波長檔，用光功率計測量此時光發(fā)端機的光功率，即為光發(fā)端機的輸出光功率。將撥碼開關(guān) BMBM2 和 BM3 分別撥到數(shù)字、1310nm 和 1310nm。將 P1，P0 代入公式 41 式即得 1550nm 數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)消光比。接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān) K01，K02，五個發(fā)光二極管全亮。對于實驗設備而言，調(diào)制速率較低，不可能上 G，所以第一、第二項指標是本實驗的重點。LD 的輻射波長必須保持恒定當調(diào)制速率高達數(shù) Gbit/s 時，LD 的輻射波長在調(diào)制脈沖的上升沿時向短波長漂移，而22 / 119在脈沖下降沿時則向長波長漂移，這種現(xiàn)象稱為 Chirp 效應。輸出光脈沖無張弛振蕩和自脈動當調(diào)制速率較高時，輸出光脈沖可能會出現(xiàn)張弛振蕩。光通信系統(tǒng)一般要求消光比越大越好，但是不可過大或過小，消光比太大，即預偏置電流太小或沒有，影響通信系統(tǒng)傳輸速率；消光比太小，則調(diào)制深度淺，有用光功率比例減小，影響系統(tǒng)靈敏度。輸出光功率測試連接如圖 41 所示。20 / 119實驗四 數(shù)字發(fā)送單元指標測試實驗一、實驗目的了解數(shù)字光發(fā)端機輸出光功率的指標要求掌握數(shù)字光發(fā)端機輸出光功率的測試方法了解數(shù)字光發(fā)端機的消光比的指標要求掌握數(shù)字光發(fā)端機的消光比的測試方法二、實驗內(nèi)容測試數(shù)字光發(fā)端機的輸出光功率測試數(shù)字光發(fā)端機的消光比比較驅(qū)動電流的不同對輸出光功率和消光比的影響三、預備知識輸出光功率和消光比的概念四、實驗儀器ZY12OFCom13BG3 型光纖通信原理實驗箱 1 臺FC 接口光功率計 1 臺FC/PCFC/PC 單模光跳線 1 根萬用表 1 臺850nm 光發(fā)端機（可選） 1 個ST/PCFC/PC 多模光跳線（可選） 1 根連接導線 20 根五、實驗原理光發(fā)送機是數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中的三大組成部分（光發(fā)送機、光纖光纜、光接受機）之一。1拆除導線及光纖器件，將實驗箱還原，各實驗儀器擺放整齊。 （波形的失真度不能超過 20%，否則無法達到預失真補償效果。接上交流電源線，先開交流開關(guān)，再開直流開關(guān) K01，K02，電源指示燈全亮。K121 開關(guān)撥下。圖 32 預失真補償實驗方框圖未失真信號經(jīng)過失真補償電路后波形變化如圖 33 所示。 18 / 119在實驗實現(xiàn)上，對發(fā)光二極管的非線性失真進行補償，以正弦波傳輸為例，發(fā)光二極管的非線性失真表現(xiàn)為正弦波波峰被“削”掉一部分，經(jīng)過正向失真補償后，正弦波波形達到正常傳輸要求。理想的半導體激光器輸出功率在閾值電流以上是線性的，但是由于激光器制造工藝的限制，實際激光器的 PI 曲線在激射區(qū)并非完全線性的，會發(fā)生失真，這種失真一般與激光器激射模式的改變及激光器內(nèi)部的不均勻性有關(guān)。我們實驗中采用圖 31(a)中所示的電路圖來進行信號幅度預失真補償。預失真法不需要附加任何光器件，信號的幅度和相位的預失真是通過電平調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。上述這些方法對校正電路或光器件的要求都很高，采用這些方法會使本來設備簡單、價格便宜的系統(tǒng)反而變得比較復雜，設備成本也因此而有所提高。一般發(fā)光二極管在不采取任何校正措施的情況下，系統(tǒng)可引起 10～15%左右的 DG 變化和 1～3 度的 DP 變化，這對于高指標傳輸系統(tǒng)來說是不利的。對實驗結(jié)果以及誤差分析正確九、 思考題說明發(fā)光二極管工作原理，比較分析發(fā)光二極管與半導體激光器發(fā)光原理的區(qū)別。并將測得的數(shù)據(jù)填入下表 21，測量精度為 。接好電源，先開交流電源開關(guān)，再開直流電源開關(guān)，即按下 K01，K02 (電源模塊)，這時電源指示燈全亮。撥動雙刀三擲開關(guān)，將 BMBM2 選擇在中間檔，即將 R110 與電路斷開。實驗中先用萬用表測出 R110 的精確值，計算得出發(fā)光二極管的驅(qū)動電流，然后用光功率計測得一定驅(qū)動電流下發(fā)出的光功率，從而完成PI 特性的測試。這說明 LED 的 PI 曲線線性度好，調(diào)制時動態(tài)范圍大，信號失真小。半導體發(fā)光二極管（LED）可以做為中短距離、中小容量的光纖通信系統(tǒng)的光源。發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)簡單，是一個正向偏置的 PN 同質(zhì)節(jié)，電子空穴對在耗盡區(qū)輻射復合發(fā)光，稱為電致發(fā)光。九、思考題試說明半導體激光器發(fā)光工作原理。1根據(jù) P－I 特性曲線，找出半導體激光器閾值電流，計算半導體激光器斜率效率。做完實驗后先關(guān)閉光發(fā)模塊和數(shù)字信號源的直流電源（K10 與 K50） ，然后依次關(guān)掉各直流開關(guān)（電源模塊） ，以及交流電開關(guān)。 連接導線：將 T502 與 T101 連接，將數(shù)字信號碼型撥成10101010，10101010，10101010。撥動雙刀三擲開關(guān)，將 BMBM2 選擇在中間檔，即將 R110 與電路斷開。圖 11 LD 半導體激光器 PI 曲線示意圖在實驗中所用到半導體激光器輸出波長為 1310nm，帶尾纖及 FC 型接口。在選擇時，應選閾值電流 盡可能小，thI對應 P 值小，而且沒有扭折點的半導體激光器。thIPI 特性是半導體激光器的最重要的特性。圖 11 上 A 段與 B 段的交點表示開始發(fā)射激光，它對應的電流就是閾值電流 。由于受激輻射與自發(fā)輻射的本質(zhì)不同，導致了半導體激光器不僅能產(chǎn)生高功率（≥10mW）輻射，而且輸出光發(fā)散角窄（垂直發(fā)散角為 30～50176。9 / 119實驗一 半導體激光器 PI 特性測試實驗一、實驗目的學習半導體激光器發(fā)光原理和光纖通信中激光光源工作原理了解半導體激光器平均輸出光功率與注入驅(qū)動電流的關(guān)系掌握半導體激光器 P（平均發(fā)送光功率）I（注入電流）曲線的測試方法二、實驗內(nèi)容測量半導體激光器輸出功率和注入電流，并畫出 PI 關(guān)系曲線。光纖跳線接頭應妥善保管，防止磕碰，使用后及時戴上防塵帽。光學器件屬于昂貴器件，在安裝和拆卸過程中請注意輕拿輕放，遇到問題須及時向老師報告。1%三角波信號輸出（1）頻率輸出范圍:14HZ～ 300KHZ 連續(xù)可調(diào)（2）幅度：0V～ 5V 連續(xù)可調(diào)數(shù)字、模擬電話（1）話音質(zhì)量要求清晰，只允許有少量的脈沖噪聲二、配件簡介ZY12OFCom13BG3 實驗箱的配件共兩部分：一部分裝在無源器件箱內(nèi)，一部分本身有獨立包裝，則單獨配備。實驗設備的具體性能指標如下：電源模塊輸出：+5V、+12V、5V、12V、48V方波信號輸出（1）時鐘信號：，（2）方波信號：64KHZ，256KHz，14Hz～ 300KHz（3）數(shù)字基帶信號的碼速率分別為：64KHz，256KHz（4）頻率輸出誤差：≤177。實驗系統(tǒng)基本組成方框圖如圖 02 所示：6 / 119圖 02 光纖傳輸實驗系統(tǒng)方框圖實驗系統(tǒng)主要由光發(fā)模塊、光收模塊、光無源器件和輔助通信模塊等組成。CMI 編譯碼模塊：實現(xiàn) CMI 編譯碼功能。電話接口模塊：提供電話接口功能。 光接收模塊：實現(xiàn)光電信號的轉(zhuǎn)換，濾波放大。一、主機箱簡介它包含了光纖通信系統(tǒng)設備中的各個主要組成部分，具體由以下十二個模塊組成。光纖通信系統(tǒng)主要由三部分組成：光發(fā)射機、傳輸光纖和光接收機。如接口電路、復用設備、管理系統(tǒng)以及供電設施等等。EDFA 的應用不僅解決了長途光纖傳輸損耗的放大問題，而且為光源的外調(diào)制、波分復用器件、色散補償元件等提供能量補償，這些網(wǎng)絡元件的應用，又使得光傳輸系統(tǒng)的調(diào)制速率迅速提高，并促成了光3 / 119波分復用技術(shù)的實用化。由多模光纖轉(zhuǎn)向單模光纖，由短波長向長波長轉(zhuǎn)移。各種速率的光纖通信系統(tǒng)如雨后春筍般在世界各地建立起來，顯示出光纖通信優(yōu)越的性能和強大的競爭力，并很快替代電纜通信，成為電信網(wǎng)中重要的傳輸手段。在這個時期，光線通信迅速由 850nm 波段轉(zhuǎn)向 1310nm 波段，由多模光纖傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)向單模光纖傳輸系統(tǒng)。光纖的生產(chǎn)從帶寬較窄的階躍型折射率光纖轉(zhuǎn)向帶寬較大的漸變型折射率光纖；另外，光源的壽命不斷增加，光源和光檢測器件的性能也不斷改善。光纖通信使用的波長在近紅外區(qū)，即波長 800～1800nm，可分為短波長波段（850nm）和長波長波段（1310nm 和 1550nm） ，這是目前所采用的三個通信窗口。光纖通信是以光波為載頻，以光導纖維為傳輸媒質(zhì)的一種通信方式。1972～1973 年，在 850nm 波段，光纖的傳輸損耗已下降到2dB/km 左右；與此同時，光纖的帶寬不斷增加。80 年代是光纖通信大發(fā)展的年代。同時，石英光纖在 1300nm 波段時色度色散為零，這就促使 1300nm 波段單模光纖通信系統(tǒng)的迅速發(fā)展。第二階段（1979～1989 年）：光纖技術(shù)取得進一步突破，光纖損耗降至 下。1989 年摻鉺光纖放大器（EDFA）的問世給光纖通信技術(shù)帶來巨大變革。一個實用的光纖通信系統(tǒng)，要配置各種功能的電路、設備和輔助設施才能投入運行。圖 01 給出了光纖通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，也可稱之為原理模型。根據(jù)所使用的光波長、傳輸信號形式、傳輸光纖類型和光接收方式的不同，光纖通信系統(tǒng)可分成：（1）按光波長劃分可以分為短波長和長波長光纖通信系統(tǒng)類別 特點圖 01 光纖通信系統(tǒng)模型用戶接口電發(fā)射端機輸入接口光發(fā)端機用戶接口電接收端機輸出接口光收端機光纜 光纜光中繼器備用系統(tǒng)輔助系統(tǒng)4 / 119短波長光纖通信系統(tǒng) 工作波長：800nm～900nm；中繼距離：?10km長波長光纖通信系統(tǒng) 工作波長：1000nm～1600nm；中繼距離：100km