光纤通信实验报告Word文档下载推荐.docx
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该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I的线性关系。
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Ith尽可能小，没有扭折点，P-I曲线的斜率适当的半导体激光器：
Ith小，对应P值就小，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大；
没有扭折点，不易产生光信号失真；
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。
2、光发射机消光比
消光比定义为：
。
式中P00是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。
P11是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。
从激光器的注入电流（I）和输出功率（P）的关系，即P-I特性可以清楚地看出消光比的物理概念，如下图所示。
由图可知，当输入信号为“0”时，光源的输出光功率为P00，它将由直流偏置电流Ib来确定。
无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。
所以从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。
但是，应该指出，当Ib减小时，光源的输出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其它特性产生不良影响，因此，必须全面考虑Ib的影响，一般取Ib=（0.7～0.9）Ith（Ith为激光器的阈值电流）。
在此围，能比较好地处理消光比与其它指标之间的矛盾。
考虑各种因素的影响，一般要求发送机的消光比不超过-1dB。
在光源为LED的条件下，一般不考虑消光比，因为它不加直流偏置电流Ib，电信号直接加到LED上，无输入信号时的输出功率为零。
因此，只有以LD作光源的光发射机才要求测试消光比。
四、实验步骤
1、关闭系统电源，按如下说明进行连线：
（1）用连接线将2号模块TH7（DoutD）连至25号光收发模块的TH2（数字输入），并把2号模块的拨码开关S4设置为“ON”，使输入信号为全1电平。
（2）用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光功率计”。
（3）用同轴电缆线将25号光收发模块P4（光探测器输出）连至23号模块P1（光探测器输入）。
2、将25号光收发模块开关J1拨为“10”，即无APC控制状态。
开关S3拨为“数字”，即数字光发送。
3、将25号光收发模块的电位器W4和W2顺时针旋至底，即设置光发射机的输出光功率为最大状态；
4、开电，设置主控模块菜单，选择主菜单【光纤通信】→【光源的P-I特性测试】功能。
5、用万用表测量R7两端的电压（测量方法：
先将万用表打到直流电压档，然后将红表笔接TP3，黑表笔接TP2）。
读出万用表读数U，代入公式I=U/R7，其中R7=33Ω,读出光功率计读数P。
调节功率输出W4，将测得的参数填入下表：
P（uW）
u（V）
I（A）
6、将25号光收发模块的电位器W4顺时针旋至底；
设置主控模块菜单，选择【光功率计】功能。
7、将2号模块的拨码开关S4设置为“ON”，使输入信号为全1电平。
测得此时光发端机输出的光功率为P11。
8、将2号模块的拨码开关S4设置为“OFF”，使输入信号为全0电平。
测得此时光发端机输出的光功率为P00。
9、代入公式
，即得光发射机消光比。
10、调节W4，重复7~9步骤，并将所测数据填入下表。
P00（uW）
P11（uW）
EXT
5．实验记录及结果分析
401.5
352.6
242.3
182.1
104.7
23.56
0.6341
0.655
0.603
0.471
0.395
0.315
0.21
0.154
0.0198
0.0182
0.0142
0.0119
0.0095
0.0063
0.0046
绘制光源P-I特性曲线：
消光比：
0.0901
387.0
366.7
347.7
322.9
307.7
284.9
266.5
-36.3
-36.1
-35.8
-35.4
-35.3
-35.0
-34.7
220.1
198.6
181.4
156.7
148.4
130.7
-34.3
-33.8
-33.4
-33.0
-32.4
-32.1
-31.6
111.9
95.05
78.34
53.68
33.82
20.08
-30.9
-30.2
-29.3
-27.7
-25.7
-23.4
实验结果及分析：
1.半导体激光器工作原理是：
激励方式，利用半导体物质（既利用电子）在能带间跃迁发光，用半导体晶体的解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。
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，（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
2.环境温度的改变对半导体激光器P-I特性的影响：
随着温度的上升，阈值电流越来越大，功率随电流变化越来越缓慢。
3.以半导体激光器为光源的光纤通信系统中，半导体激光器P-I特性对系统传输性能的影响是：
当注入电流较小时，激活区不能实现粒子束反转，自发发射占主导地位。
，激光器发射普通的荧光。
随着注入电流的增加，激活器里实现了粒子束反转，受激辐射占主导地位。
但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔的增益还不足以克服如介质的吸收、镜面反射不完全等引起的谐振腔的损耗时，不能在腔建立起振荡，激光器只发射较强荧光。
只有当注入电流大于阈值电流时才能产生功率很强的激光。
4.阈值电流随着温度的升高而增大，外微分量子效率减小，输出光功率明显下降。
5.当注入电流较小时，激活区不能实现粒子束反转，自发发射占主导地位。
激光器发射普通的荧光。
6.对于数字脉冲光发射机，消光比这个指标很重要，它定义为全“0”时平均光功率p0和全“1”时平均光功率p1之比，可用EXT表示，定义式如EXT=10lg（p1/p0）（dB）
，
消光比的不足容易引起对码元的误判等一系列问题。
在实际生产中，由于设备及环境差异的问题，消光比很难控制，只能将消光比控制在某一围。
通过本实验，我学习了解半导体激光器发光原理和激光光源工作原理，掌握了半导体激光器P-I曲线的测试方法，同时了解数字光发射机平均输出光功率和消光比的指标要求，通过动手操作，掌握了数字光发射机平均输出光功率和消光比的测试方法，
为以后的学习奠定了基础。
实验二
模拟信号光纤传输系统
1、了解模拟信号（正弦波、三角波、方波等）光纤传输系统。
信号源模块、25号模块各一块
2、双踪示波器一台
3、FC型光纤跳线、连接线若干
1、实验原理框图
2、实验框图说明
主控信号源模块可输出正弦波、三角波、方波等模拟信号，信号送入光发射机的模拟输入端，经过光调制电路转换成光信号，完成电光转换；
光信号经光纤跳线传输后，由接收机接收，并完成光电转换，输出原始信号。
注：
由于实验设备配置模块情况不同，光收发模块的波长类型有所不同，比如1310nm、1550nm等，需根据实际情况确定。
1、关闭系统电源，用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光接收机”。
2、将信号源&
主控模块的模拟输出A-out连接到25号光收发模块的模拟信号输入端TH1。
3、把25号光收发模块的S3设置为“模拟”。
4、将25号光收发模块的W5（接收灵敏度的调节旋钮，顺时针旋转时输出信号减小）逆时针旋到最大，适当调节W6（调节电平判决电路的门限电压）。
5、打开系统电源开关及各模块电源开关。
在主控模块中设置实验参数主菜单【光纤通信】→【模拟信号光纤传输系统】
6、用示波器观测模拟信号源模块的A-out，调节信号源模块的“输出幅度”旋钮，使信号为适当大小（保证输出信号最大且不失真）。
7、用示波器观测模拟信号源的A-out和25号光收发模块的TH4，适当调节W5，使得观测到的两处波形相同。
此时，25号光收发模块无失真的传输模拟信号（可以通过“主控”模块中“信号源”进入“模拟信号源”菜单选择所需波型）。
示波器显示图
正弦波
三角波
方波
1、光纤传输系统能传输数字信号，因为光纤传输的是光能量。
像我们所说的光功率，一台光源发出光信号并有一定的功率可以支持传输到终端，光源或者说这个一定功率的光信号则是一个载体，在传输前需要将数字信号调制进去，也就是附加在光信号上面。
这时数字信号通过光纤进行传播。
当然，传至终端的时候，则需要另一个解调器，将数字信号还原成我们可识别的信息继续进行传播。
3、通过本次实验了解了模拟信号光纤系统的通信原理，了解了完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构。
实验三
PN序列光纤传输系统
1、了解PN序列光纤传输系统的原理。
PN序列光纤传输系统实验框图
本实验是了解和验证数字序列光纤传输系统的原理。
由主控信号源模块提供输入信号PN序列，PN序列经过光发射机完成电光转换，送入到光纤媒介中传输，最后通过光接收机完成光电转换以及门限判决，恢复出原始码元信号。
1、关闭系统电源，用光纤跳线连接25号光收发模块的光发和光收，并将25号光收发模块的功能选择开关S1打到“光接收机”。
主控模块的数字信号PN15连接到25号光收发模块的数字信号输入端TH2。
3、把25号光收发模块的光发模式选择S3设置为“数字”。
4、将25号光收发模块中的光发模块的J1第一位拨“ON”（数字光调制的通状态），第二位拨“OFF”（自动光功率控制补偿电流的断状态），将W5（接收灵敏度的调节旋钮，逆时针旋转时输出信号减小）顺时针旋到最大。
5、将输出光功率旋钮W4顺时针旋转到最大。
6、打开系统电源开关及各模块电源开关。
在主控模块中设置实验参数主菜单【光纤通信】→【PN序列光纤传输系统】。
用示波器观测25号光收发模块的数字输入TH2和数字输出端TH3，比较二者码元情况，适当调节25号光收发模块W6（调节电平判决电路的门限电压）及W5，使两路波形相同。
示波器波形
本次实验的原理就是由主控信号源模块提供输入信号PN序列，PN序列经过光发射机完成电光转换，送入到光纤媒介中传输，最后通过光接收机完成光电转换以及门限判决，恢复出原始码元信号。
第一个波形为信源输入的PN序列，第二个波形为输入信号PN序列，经过光发射机完成电光转换，送入到光纤媒介中传输，最后通过光接收机完成电光转换以及门限判决，恢复出的原始码元信号，基本实现了无失真传输。
本次实验学习了PN序列光纤传输系统的基本知识，主要学习了PN序列的特点和PN序列的产生，了解了PN是一种伪随机码，本次是采用长线性反馈移位寄存器序列作为伪随机序列。
实验四
CMI码编译码及其光纤传输系统
1、了解和掌握CMI编译码原理和用途。
2、了解CMI编译码光纤传输系统的相关原理。
信号源模块、2、8、25号模块各一块
实验原理框图
2、实验原理说明
和数字电缆通信一样，通常在数字光纤通信的传输通道中，一般不直接传输终端机输出的数字信号，而是经过码型变换电路，使之变换成为更适合传输通道的线路码型。
在数字电缆通信中,电缆中传输的线路码型通常为三电平的“三阶高密度双极性码”，即HDB3码，它是一种传号以正负极性交替发送的码型。
在数字光纤通信中由于光源不可能发射负的光脉冲，因而不能采用HDB3码，只能采用“0”“1”二电平码。
但简单的二电平码的直流基线会随着信息流中“0”“1”的不同的组合情况而随机起伏，而直流基线的起伏对接收端判决不利，因此需要进行线路编码以适应光纤线路传输的要求。
线路编码还有另外两个作用：
一是消除随机数字码流中的长连“0”和长连“1”码，以便于接收端时钟的提取。
二是按一定规则进行编码后，也便于在运行中进行误码监测，以及在中继器上进行误码遥测。
本实验CMI编码中，码字“0”由“01”表示，码字“1”由“00”、“11”交替表示。
其变换规则如表所示：
输入码字
CMI码
模式1
模式2
01
1
00
11
CMI码型变换规则
CMI（CodedMarkInversion）码是典型的字母型平衡码之一。
CMI在ITU-TG.703建议中被规定为139.264Mb/s（PDH的四次群）和155.520Mb/s（SDH的STM-1）的物理/电气界面的码型。
CMI由于结构均匀，传输性能好，可以用游动数字和的方法监测误码，因此误码监测性能好。
由于它是一种电接口码型，因此有不少139.264Mb/s的光纤数字传输系统采用CMI码作为光线路码型。
除了上述优点外，它不需要重新变换，就可以直接用四次群复接设备送来的CMI码的电信号去调制光源器件，在接收端把再生还原的CMI码的电信号直接送给四次群复用设备，而无须电接口和线路码型变换/反变换电路。
其缺点是码速提高太大，并且传送辅助信息的性能较差。
1、关电，按表格所示进行连线。
源端口
目的端口
连线说明
信号源：
PN15
模块8：
TH3（编码输入-数据）
基带信号输入
CLK
TH4（编码输入-时钟）
提供编码位时钟
TH6（编码输出）
模块25：
TH2（数字输入）
信号光纤传输输入
TH3（数字输出）
TH10（译码输入）
信号送入译码单元
2、用光纤跳线连接光收发模块的光发和光收，并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光接收机”。
3、把光收发模块的S3设置为“数字”。
4、将1310nm光发模块的J1第一位拨“ON”（数字光调制的通状态），第二位拨“OFF”（APC自动光功率控制补偿电流的断状态），将25号光收发模块的W5（接收灵敏度的调节旋钮，逆时针旋转时输出信号减小）顺时针旋到最大。
6、开电（打开主控&
信号源模块、2、8、25号各模块电源），设置主菜单【光纤通信】→【CMI编译码及光纤通信系统】。
用示波器观测信号源模块的PN15与8号模块的TH13波形，观测8号模块的TH3与8号模块的TH6波形，观测25号模块的TH2与25号模块的TH3波形，观测8号模块的TH10与8号模块的TH13波形，比较PN序列编解码过程各段前后的波形有何变化。
解码前
解码后
通过实验的显示，我们可以看到，信号基本实现了无失真传输，但是会出现延时现象。
经过CMI编码之后只是有少量延时，但是经过整个光纤线路后，延时比较明显。
通过本次实验，让我对CMI编译码原理及CMI码光纤传输系统有了初步的了解，CMI即反转码，是一种两电平不归零码，误码监测性能好。
通过实验认识了CMI的三大好处，即同步、检错、无直流分量，对CMI编码的认识有了进一步的深入了解。
同时进一步加深了对光纤通信传输系统的认识。
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