《現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)(2023年)

《現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)》試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)何寧 編信息與通信學(xué)院202312月2概 述信技術(shù)。通信進(jìn)展過(guò)程是以不斷提高載頻頻率來(lái)擴(kuò)大通信容量，光是一種頻率極高的電磁波〔3×1014H引力，是通信進(jìn)展的必定方向。光纖通信有很多優(yōu)點(diǎn)：首先它有極寬的頻帶。目前我國(guó)已完成了10Gbps的光纖通信系統(tǒng)125um115dB/Km10Km1.55um的光纖最低已到達(dá)0.2dB/Km的損耗，站間無(wú)中繼傳輸可達(dá)100Km以上。另外，光纖通信還具有抗—SiO2。高速傳輸。光纖通信將會(huì)在光同步數(shù)字體系〔SDH、相干光通信、光纖寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)〔—ISD、用戶光纖網(wǎng)、ATM及全光通信有進(jìn)一步進(jìn)展。試驗(yàn)一 光纖及LD特性測(cè)量一．試驗(yàn)?zāi)康陌盐展饫w的根本構(gòu)造和傳輸特性。了解光纖通信光源的類型及發(fā)光機(jī)理。LD有關(guān)特性測(cè)量。二．試驗(yàn)內(nèi)容及要求光纖根本特性及連接技術(shù)測(cè)試。LD伏安特性測(cè)試。LD電光轉(zhuǎn)換特性測(cè)試。LD調(diào)制特性測(cè)試。LD光譜特性測(cè)試。三．試驗(yàn)原理2光纖的制造過(guò)程是比較簡(jiǎn)潔的過(guò)程，生產(chǎn)光纖的主要材料為石英〔SiO，其制造流程如圖1所示：2材料提純材料提純預(yù)制棒熔煉拉絲套塑成纜材料分析檢驗(yàn)預(yù)制棒檢驗(yàn)光纖測(cè)試圖1 光纖光纜制造流程圖光纖的制作過(guò)程一般可分為三個(gè)主要步驟：1、熔煉常用方法主要有改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法MCV〕和微波等離子體法PCVD式為：SiCl+O 高溫 SiO+2Cl4 2 2 2GeCl+O高溫 GeO+2Cl4 2 2 22式中SiO2

用于轉(zhuǎn)變石英折射率的摻雜劑。222是將已制作好的預(yù)制棒在高溫下拉成高質(zhì)量的光纖，光纖的幾何尺寸精度必需嚴(yán)格把握。3為提高光纖的機(jī)械強(qiáng)度，需把經(jīng)一次涂覆的光纖再套上塑料套管。長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖〔1.31um，1.55um〕和超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖〔2um。按傳輸模式分為單模光纖和多模光纖。光纖接續(xù)有固定連接和活動(dòng)連接兩種，固定連接一般用于光纜工程上；活動(dòng)連接一般用于機(jī)與線或機(jī)與機(jī)之間的連接，是可以拆卸的。光纖的焊接最關(guān)鍵的一步是端面處理，它直接影響光纖的接續(xù)損耗，光纖焊接定光纜架設(shè)工程和光纜線路日常維護(hù)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。光纖接續(xù)損耗主要受以下幾個(gè)因素的影響，被焊接光纖折射率失配，纖蕊失配，端面的平坦度和干凈程度等。光纖傳輸特性主要有損耗特性和頻帶特性，光纖損耗特性通常用dB/km表示，引起光能量衰減的緣由有吸取損耗、散射損耗和輻射損耗。要降低光纖衰減，可承受純度極高的石英玻璃。光纖頻帶特性通1Km光纖通信系統(tǒng)承受的光源主要有半導(dǎo)體激光器〔LD〕和發(fā)光二極管〔LED〕,依據(jù)制作的材料不同，0.85um、1.3um1.55um三種。LED是非相干光源，是一種直接注入電流的光放射器件，它的放射過(guò)程主要對(duì)應(yīng)光的自發(fā)輻射過(guò)程，是半導(dǎo)體晶體內(nèi)部受激電子從高能級(jí)回復(fù)到低能級(jí)時(shí)，放射出光子的結(jié)果。在發(fā)光二極管的構(gòu)造中，不存在諧振腔，當(dāng)注入正向電流時(shí)，注入的非平衡載流子在集中過(guò)程中復(fù)合發(fā)光。因此，發(fā)光二極管不是閾值器件，它的輸出功率根本上與注入電流成正比。激光器的特性主要有光譜特性、伏安特性、電光轉(zhuǎn)換特性和調(diào)制特性。伏安特性是指LD通過(guò)正向電流時(shí)，發(fā)光二極管兩端所產(chǎn)生的正向壓降，由于正向電阻比較小，故2給出示意圖?！瞐〕伏安特性曲線 〔b〕伏安特性測(cè)試電路圖2伏安特性示意圖光譜曲線上發(fā)光強(qiáng)度最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為發(fā)光峰值波長(zhǎng)，光譜曲線上兩個(gè)半光強(qiáng)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)差稱為L(zhǎng)D的譜線寬度，其值為30～40nm左右,光譜極易受溫度的影響。與一般光源相比，激光光源具有單色性好、亮度高、方向性強(qiáng)和相干性強(qiáng) 等特點(diǎn)，激光的消滅使原有的光譜技術(shù)在靈敏度和區(qū)分率方面得到很大的改善。激光器依據(jù)譜線寬度不同可分為 單縱模和多縱模激光器，其光譜如圖3、圖4和圖5所示。圖3 LED光譜特性 圖4LD光譜特性 圖5LED多縱模光譜LD的光輸出功率與注入電流的關(guān)系，它是LD的重要參數(shù)之一，分為直流輸出LD所發(fā)出的光功率；而脈沖LD發(fā)光面所放射出的光功率。出6所示。6P－ILED調(diào)制特性是指在規(guī)定的直流正向工作電流下，用數(shù)字或模擬信號(hào)對(duì)LED進(jìn)展調(diào)制，從而轉(zhuǎn)變7給出其調(diào)制原理圖?！瞐〕模擬調(diào)制 〔b〕數(shù)字調(diào)制圖7調(diào)制特性曲線四．試驗(yàn)線路4給出了伏安特性、出光特性的具體測(cè)試電路，調(diào)整電位器可轉(zhuǎn)變流過(guò)二極管的電流，從而轉(zhuǎn)變LD5給出了光調(diào)制電路，a〕LD工作在線性范圍，在無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，必需給LD加確定的直流偏置；b〕圖為數(shù)字調(diào)制電路，三極管VT處于零偏置，且在開(kāi)關(guān)LD有光信號(hào)輸出，當(dāng)輸入信號(hào)為低電尋常，三極管截止通，LD無(wú)光信號(hào)輸出。圖4伏安特性與P－I特性測(cè)試電路 圖5調(diào)制電路五．試驗(yàn)步驟〔一〕觀看生產(chǎn)光纖流程，測(cè)量光纖物理尺寸，光纖熔接練習(xí)?！捕矻ED伏安特性測(cè)試將電流表串接入LD測(cè)試電路，開(kāi)啟穩(wěn)壓電源〔直流5。LD100mALD兩端對(duì)應(yīng)的電壓值。1LD兩端對(duì)應(yīng)電壓值。依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)作出LD的正向伏安特性曲線。1電電1流2345678910 20 30 40 50 60 70 80 90 100電壓〔三〕LD出光特性測(cè)試5LD的電流。LDLD2中。依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)作出LD的出光特性曲線。2電電5102030405060708090100流功率〔四〕LD調(diào)制特性測(cè)試〔模擬調(diào)制〕1KHz100mv的正弦信號(hào)，并參與電路輸入端。用示波器測(cè)試三極管的輸出調(diào)制波形。用光功率計(jì)測(cè)試此時(shí)LD的光功率值。六．試驗(yàn)設(shè)備穩(wěn)壓電源 信號(hào)源 光功率計(jì)七．試驗(yàn)報(bào)告處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并畫出相關(guān)特性曲線。說(shuō)明模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制對(duì)線性的要求。試驗(yàn)體會(huì)。

萬(wàn)用表 雙蹤示波器試驗(yàn)二： 數(shù)字光纖傳輸測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、試驗(yàn)?zāi)康?、理解利用光承載電信號(hào)的原理，設(shè)計(jì)數(shù)字光纖通信傳輸測(cè)試系統(tǒng)。2、把握光纖通信系統(tǒng)接收的靈敏度測(cè)量及通信距離概算。二、試驗(yàn)任務(wù)和原理試驗(yàn)任務(wù)：按給定設(shè)備和器件，設(shè)計(jì)構(gòu)建一數(shù)字光纖傳輸光接收靈敏度測(cè)試系統(tǒng)，并模擬信道衰減計(jì)算系統(tǒng)傳輸距離。試驗(yàn)原理：光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)信機(jī)、光纖傳輸介質(zhì)〔光信道〕和光收信機(jī)組成，光發(fā)信機(jī)是完成電信號(hào)與光信號(hào)的轉(zhuǎn)換，即調(diào)制，光波是承載電信號(hào)的載波，目前光纖通信中常用的調(diào)制方式主要是直接光強(qiáng)度調(diào)制。光纖是作為光信號(hào)的傳輸通道，完成收發(fā)兩端設(shè)備的連接。光電探測(cè)器是將接收到的光功率轉(zhuǎn)換成信號(hào)電流送到后級(jí)進(jìn)展處理，光纖通信中最常用的光電探測(cè)PINAPD光信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸會(huì)產(chǎn)生衰減，它將影響信號(hào)的接收質(zhì)量，這就需提高接收機(jī)的靈敏度。接收機(jī)的靈敏度是在保證接收機(jī)的對(duì)信號(hào)的正常接收狀況下，接收機(jī)所需的最小光功率，常承受分貝毫瓦〔dBm〕表示。光纖傳輸系統(tǒng)中繼距離的長(zhǎng)短，除了放射機(jī)的放射光功率和接收機(jī)的靈敏度外，還與光纖傳輸介質(zhì)的損耗有關(guān)，光纖傳輸系統(tǒng)傳輸信道衰減組成及表達(dá)式如下：TXTXMcMeRX活動(dòng)接頭固定接頭光纖傳輸系統(tǒng)信道組成Lmax

P PT

nA MC eAA SMf L CfPT

為放射平均功率，單位dBm; PR

dBm;A 一個(gè)活動(dòng)接頭損耗，單位dB; M 設(shè)備充裕度，單位dBC eA dB/Km;f

AfdB/個(gè)；LfM 光纖線路充裕度，dB/Km.C三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及技術(shù)要求1、 光接收靈敏敏度測(cè)試⑴用調(diào)制光源連續(xù)光〔CW〕狀態(tài)測(cè)試活動(dòng)接頭的衰減量；1KHz0.5mW⑶搭建測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)量給定光接收機(jī)的靈敏度。要求：畫出測(cè)試系統(tǒng)框圖及測(cè)試波形，按“正切靈敏度”測(cè)試法和“替代法”測(cè)出接收的最小光功率，并計(jì)算出光接收機(jī)的靈敏度〔dBm。2、 光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)距離概算〔留意活動(dòng)接頭的個(gè)數(shù)〕⑵假設(shè)在靈敏度保持確定時(shí)，光放射機(jī)功率再增加0.1mW，計(jì)算此時(shí)間纖信道傳輸距離可增加多少M(fèi)e＝3dB，0.2dB/Km)。四、試驗(yàn)儀器及使用調(diào)制光源一臺(tái)穩(wěn)壓電源一臺(tái)光纖衰減器一臺(tái)雙蹤示波器一臺(tái)光功率計(jì)一臺(tái)光接收電路一塊調(diào)制光源是光纖通信完成電光轉(zhuǎn)換的一個(gè)重要局部，它可使用內(nèi)部電信號(hào)和外部電信號(hào)調(diào)制，可輸出連續(xù)光和脈沖光，輸出光功率可進(jìn)展調(diào)整，通過(guò)調(diào)整INT按鍵可轉(zhuǎn)變其工作狀態(tài)，CW為連續(xù)光輸出，