光纤通信实验.docx

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光纤通信实验.docx

光纤通信实验

学院名称

太原理工大学学生实验报告

信息工程学院

专业班级

通信工程0802

学号

实验成绩

学生姓名

同组人姓名

实验日期

2011．12

课程名称

光纤通信

实验题目

半导体激光器P-I特性测试实验

实验记录：

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、实验仪器

1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱1台

2、FC接口光功率计1台

3、FC/PC-FC/PC单模光跳线1根

4、万用表1台

5、连接导线20根

三、实验原理

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30～50°，水平发散角为0～30°），与单模光纤的耦合效率高（约30％～50％），辐射光谱线窄（Δλ＝0.1～1.0nm），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。

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

尽可能小，

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控制环路调整困难。

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

。

在实验中所用到半导

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太原理工大学学生实验报告

信息工程学院

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通信工程0802

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实验成绩

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实验日期

2011．12

课程名称

光纤通信

实验题目

半导体激光器P-I特性测试实验

实验记录：

体激光器输出波长为1310nm，带尾纤及FC型接口。

半导体激光器作为光纤通信中应用的主要光源其性能指标直接影响到系统传输质量，因此PI特性曲线的测试了解激光器的性能是非常重要的，半导体激光器驱动电流的确定是通过测量串联在电路中的R110上的电压值。

电路中的驱动电流在数值上等于R110两端电压与电阻之比。

为了测试更加精确，实验中先用万用表测出R110的精确值，计算得出半导体激光器的驱动电流，然后用光功率计测的一定驱动电流下半导体激光器发出激光的功率，从而完成PI特性的测试，并可根据PI特性得出半导体激光器的斜率效率。

图4.1-1LD半导体激光器P-I曲线示意图

四、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关系曲线。

2、根据P－I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。

五、实验步骤

1、将光发模块中的可调电阻W101逆时针旋转到底，使数字驱动电流达到最小值。

2、用万用表测得R110电阻值，找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（V＝IR110）。

3、拨动双刀三掷开关，BM1选择到半导体激光器数字驱动，BM2选择到1310。

4、旋开光发端机光纤输出端口（1310nmT）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。

5、连接导线：

将T502与T101连接。

6、连接好实验箱电源，先开交流电源开关，再开直流电源开关，即按下K01，K02（电源

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2011．12

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光纤通信

实验题目

半导体激光器P-I特性测试实验

实验记录：

六、实验报告

1、根据实验记录数据，算出半导体激光器驱动电流，画出光功率与注入电流的关系曲线。

U（mV）

I（mA）

0.625

1.25

0.625

1.875

3.125

3.75

4.375

P（uW）

0.03

0.258

1.064

1.888

2.608

3.391

4.199

P（dBm）

-55.76

-35.8

-29.7

-25.8

-25.7

-24.7

23.76

U（mV）

I（mA）

5.625

6.25

7.5

8.75

11.25

12.5

13.75

P（uW）

4.970

5.72

7.28

8.91

10.47

12.11

13.62

15.22

P（dBm）

-23.03

-22.40

-21.3

-20.5

-19.8

-19.2

-18.7

-18.2

U（mV）

I（mA）

16.25

17.5

18.75

21.25

22.5

23.75

P（uW）

16.80

18.48

20.01

21.66

22.7

23.62

24.49

25.44

P（dBm）

-17.75

-17.34

-17.0

-16.7

-16.5

-16.3

-16.1

-15.9

LD的P-I特性测试表

P-I曲线图

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学生姓名

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实验日期

2011．12

课程名称

光纤通信

实验题目

半导体激光器P-I特性测试实验

实验记录：

2、根据所画的P-I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流Ith的大小

3、根据P-I特性曲线，求出半导体激光器的斜率效率。

七、注意事项

1、半导体激光器驱动电流不可超过40mA，否则有烧毁激光器的危险。

2、由于光功率计，光跳线,光功率计等光学器件的插头属易损件，使用时应轻拿轻放，切忌用力过大。

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2011．12

课程名称

光纤通信

实验题目

数字光纤通信系统线路编译码实验

实验记录：

一、实验目的

1、了解线路码型在光纤传输系统中的作用

2、掌握线路码型的编译码过程以及电路实现原理

二、实验仪器

1、ZYE430IG型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

三、实验原理

接口码HDB3码虽然有很多优点，如功率中无直流分量，高低频成分少，定时信息丰富，有利于定时提取等，但它不能在光纤中传输，当通过接口码型变换电路将其变换为PCM码后，虽然能在数字光纤系统中传输，但在实际的数字光纤通信系统中并不采用这种码型本实验阐述了适合数字光纤通信系统所采用的三种线路码型：

①伪双极性码；②mBnB码；③附加奇偶位码。

还说明了线路码相对于接口码型的优点，并将一基带信号NRZ码变换为有利于数字光纤通信系统传输的线路码型：

伪双极性码、mBnB码。

由于CMI码有很多优点，它既为我国数字通信标准制式所规定的两种接口码型之一，又是数字光纤通信系统中所采用的线路码型，它既属于伪双极性码又属于mBnB码（1B2B码）。

所以，本实验中的线路码型就采用CMI码。

CMI码为信号反转码（CodeMarkInversion），是一种二电平不归零码，是PCM四次群的线路传输码型，也就是四次群数字光纤通信设备与四次群PCM设备之间的接口码型。

1、CMI码的特点

A、CMI码编译电路简单，便于设计与调试。

B、CMI码的最大连“0”和连“1”都是3个

C、具有误码监测能力，当其编码规则被破坏，就表示有误码产生，便于线路传输中的误码监测。

D、CMI码功率谱中的直流分量恒定，低频分量小，fr（变换前的码速率）频率处有限谱，频带较宽，便于定时提取。

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2011．12

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光纤通信

实验题目

数字光纤通信系统线路编译码实验

实验记录：

E、CMI码的速率是编码前信号速率的两倍。

2、CMI码的编码规则

A、对于二进制“0”被编码成为前后得A1和A2（A1为“0”电平，A2为“1”电平）两种幅值的电平，每种幅值占单位时间间隔的一半（T/2），即在CMI码中为“01”码。

B、对于二进制“1”用幅值电平A1和A2来编码。

A1或A2都占满了一个单位时间间隔（T），即在CMI码流中为“00”或“11”码；对于相继的二进制“1”，这两个电平相互交替。

这也就是前一个二进制“1”编为A1，（即“00”）则后一个二进制“1”就编A2，反之，前一个二进制“1”编为A2，（即“11”）则后一个二进制“1”就编A1，即在CMI码流中以“00”和“11”信号相互交替。

3、CMI码编码电路的方式

CMI编码电路比较简单，CMI码的编码规则是将二值码NRZ序列中的“1”和“0”状态进行分离，然后按各自的编码规则进行编码，最后由这两种状态的编码合成输出就成为CMI码。

4、CMI译码电路

CMI译码不采用CMI编码逆变换，而是采用延时CMI码T/2（即半比特时间）然后相加，时钟读出的方法。

5、mBnB码和伪双极性码

mBnB码是将输入的m比特（Bit）一组码作为一个码字，按变换表，在同样长的时间间隔内，变换成n比特一组的输出码字，因此又称为字变换码。

这里m，n均为正整数，且n>m。

伪双极性码（CMI和DMI）也是一种字变换码，也可以认为它们是1B2B码，这种码保留了电缆数字传输中常用的双极性码（常称AMI码）的优点，如表16.2所示。

用两个比特数字脉冲表示AMI码中的一个码字，“1”码时以“00”和“11”相互交替（对应于AMI码中“1”码以“＋”和“—”电平相互交替），从而使码流中“0”和“1”均等，消除直流基线的影响，连“0”整数和连“1”整数被限制在2或3，同时也可以自检误码。

但这种码型的缺点是冗余度大，仅在基群和二次群系统中使用。

AMI

CMI

DMI

01在“＋”之后，10在“—”之后

﹣

表1AMI码和伪双极性码的变换规则

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2011．12

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光纤通信

实验题目

数字光纤通信系统线路编译码实验

实验记录：

电平码

CMI

DMIDMI

模式1

模式2

模式1

模式2

10（连“0”模式不变）

表2二电平码变为CMI和DMI码的规则

实验中线路编码将数字基带信号NRZ码变换为适合数字光纤通信系统传输的线路码型CMI码，CMI码经光纤传输后，再经线路译码变换为基带信号NRZ码。

实验方框图如图16-1所示。

观察各点波形以理解CMI编译码规则。

四、实验内容

1、验证符合光纤传输系统的线路码型

2、观察线路码型的编译码过程

五、实验步骤

1、连接导线：

数字信号源模块T504与CMI编译码模块T701连接，T502与T702连接，T703与T151连接，T751与T161连接，T752与T502连接。

2、用FC-FC光纤跳线将1550nm光发端机（1550nmT）与1550nm光收端机（1550nmR）连接起来，组成1550nm光纤传输系统。

3、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。

4、接通数字信号源模块（K50）、CMI编译码模块（K70）和光发模块（K15）的直流电源。

5、用示波器观察以下测试点的波形：

实验室名称

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实验日期

2011．12

课程名称

光纤通信

实验题目

数字光纤通信系统线路编译码实验

实验记录：

6、拨动数字信号源模块中的K501、K502、K503，使之产生不同的伪随机码。

7、用示波器观察上述测试点的波形变化，并加以分析，看是否满足CMI码的编码规则。

8、依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。

实验室名称

指导教师签名

学院名称

太原理工大学学生实验报告

信息工程学院

专业班级

通信工程0802

学号

实验成绩

学生姓名

同组人姓名

实验日期

2011．12

课程名称

光纤通信

实验题目

数字光纤通信系统线路编译码实验

实验记录：

图1.TP502图2.TP504

图3.TP753

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实验日期

2011．12

课程名称

光纤通信

实验题目

光纤通信网中的光时分复用技术实验

实验记录：

一、实验目的

1、了解光纤接入网时分复用原理

2、掌握时分复用技术

二、实验仪器

1、ZY12OFCom13BG3型光纤通信原理实验箱1台

2、20MHz双踪模拟示波器1台

3、FC/PC-FC/PC单模光跳线1根

4、连接导线20根

三、实验原理

光时分复用（OTDM）是以光领域的超高速信号处理技术为基础，避免了高速电子器件和半导体激光器直接调制能力的限制，可实现数十Gbit/s乃至数百Gbit/s的高速传输。

所谓时分复用是指将多个通道的数字信息（低速率）以时间分割的方式插入到同一个物理信道中。

复用之后的数字信息成为高速率的数字流，数字流由帧组成。

帧定义了信道上的时间区域，在这个区域内信号以一定的格式传送。

时分复用必须采取同步技术来使远距离的接收端能够识别和恢复这种帧结构。

例如发送端在每帧开始的时候发送一个特殊的码组，而接收端利用检测这个特征码组来进行帧定位。

特征码组（或称帧定位码组）按一定的周期重复出现。

每一帧又包含若干个时间区域，叫做时隙TS，每个时隙在通信时严格地分配给一个信道，即每个信道的数字信息是严格相等且时间上保持严格的同步关系。

光时分复用（OTDM）可分为比特间插和分组间插。

比特间插TDM帧中每个时隙对应一个待复用的支路信息（一个比特），同时有一个帧脉冲信息，形成高速TDM信号，主要用于电路交换业务。

分组间插TDM帧中每个时隙对应一个待复用支路的分组信息（若干个比特区），帧脉冲作为不同分组的界限，主要用于分组交换业务。

本实验将两路不同的模拟信号分别经两个独立的PCM编码电路进行PCM编码，在编码的过程中使这两个编码电路采用不同的编码时隙，然后将这两路PCM信号进行同步复接，即时分复用，再将此信号接入到光发端机数字驱动电路的输入端，经光纤传输后送到PCM译码电路，用各自相应的编码时隙将它们分别恢复为原模拟信号。

实验框图如图1所示。

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实验日期

2011．12

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光纤通信

实验题目

光纤通信网中的光时分复用技术实验

实验记录：

图1时分复用实验框图

光纤通信网中的时分复用技术从电路上来说就是电路的时分复用。

时分复用技术是光纤通信系统中重要组成部分。

四、实验内容

1、将两路模拟信号进行时分复用

2、观察PCM编译码过程及各测试点波形

五、实验步骤

1、用FC-FC光纤跳线将1550nm光发端机（1550nmT）与1550nm光收端机（1550nmR）连接起来，组成1550nm数字光纤传输系统。

2、连接导线：

模拟信号源模块T303（1K正弦波）与PCM编译码模块T601连接，T304（2K正弦波）与T611连接，T621与光发模块T151连接，T161与T631连接。

3、将K601，K602，K603接1，2脚。

4、接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02，五个发光二极管全亮。

5、分别接通光发模块（K150）、模拟信号源模块（K30）、PCM编译码模块（K60）的直流电源。

6、调节两正弦波波形，使得T303波形为1K正弦波，幅度为2V，T304波形为2K正弦波，幅度为2V。

7、用示波器观察时隙0（TP650）、时隙1（TP651）、时隙2（TP652）和PCM编译码中帧同步码（TP653）的波形。

8、观察TP602（模拟信号1模数转换后波形），TP612（模拟信号2模数转换后波形）T621（两路模拟信号经模数转换和时分复用后的波形）。

9、观察和比较TP603与TP601，TP613与TP611。

10、依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。

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同组人姓名

实验日期

2011．12

课程名称

光纤通信

实验题目

光纤通信网中的光时分复用技术实验

实验记录：

图1.TP601图2.TP602

图3.TP611图4.TP612

实验室名称

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实验成绩

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实验日期

2011．12

课程名称

光纤通信

实验题目

光纤通信网中的光时分复用技术实验

实验记录：

图5.TP621图6.TP650

图7.TP651图8.TP652

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实验成绩

学生姓名

同组人姓名

实验日期

2011．12

课程名称

光纤通信

实验题目

光纤通信网中的光时分复用技术实验

实验记录：

图9.TP653图10.TP5021

图11.TP5041图12.TP7031

实验室名称

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