音频信号光纤传输技术档

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1、实验9音频信号光纤传输技术 声音是一种低频信号，低频信号的传播受周围环境的影响很大，传播的范围有限。在通信中一般是使用一个高频信号作为载波，利用被传输的信号(如音频信号)对载波进行调制。当信号到达传输地点时需对信号进行解调，也就是将高频载波滤掉，最终得到被传输的音频信号。随着通信容量的增加和信息传递速度的加快，电磁通信暴露出一些缺陷，主要有以下几点：(1)信号间的干扰；(2)对接受端和发射端阻抗匹配要求较高，不易达到；(3)由于物理条件的限制造成的与频率相关的损失。解决上述问题的关键是采用光纤通信，即利

2、用光作为信号的载体。【实验目的】1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。2.掌握光功率计的设计思想。3.了解音频信号光纤传输系统的结构及选配各主要部件的原则。4.学习分析音频信号集成运放电路的基本方法。5.训练音频信号光纤传输系统的调试技术。【实验原理】1.系统的组成图1音频信号光纤传输实验系统原理图图(1)式给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图，它主要包括由LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光电二极管伏安特性测试电路和功放电路组成的光信号接收

3、器三个部分。组成该系统时，光源器件LED的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μm、1．3μm或1.5μm附近，本实验采用中心波长0.85μm附近的GaAs半导体发光二极管作光源、峰值响应波长为0.8～0.9μm的硅光二极管(SPD)作光电检测元件。为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带宽度能够覆盖被传信号的频谱范围，对于语音信号，其频谱在300～3400HZ的范围内。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅

4、频特性。2.光导纤维的结构及传光原理衡量光导纤维性能好坏有两条重要指标：一是看它传输信息的距离有多远，二是看它携带信息的容量有多大，前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于光纤的脉冲响应或基带频率特性。光纤的损耗与工作波长有关，所以在工作波长的选用上，应尽量选用低损耗的工作波长，光纤通讯最早是用短波长0.85μm，近来发展至用1.3～1.55μm范围的波长，因为在这一波长范围内光纤不仅损耗低，而且“色散”也小。光纤的脉冲响应或它的基带频率特性又主要决定于光纤的模式性质。光纤按其模式性质通常可以分成两大类：(

5、1)单模光纤；(2)多模光纤。无论单模或多模光纤，其结构均由纤芯和包层两部分组成。纤芯的折射率较包层折射率大，对于单模光纤，纤芯直径只有5～10μm，在一定条件下，只允许一种电磁场形态的光波在纤芯内传播，多模光纤的纤芯直径为50μm或62.5μm，允许多种电磁场形态的光波传播；以上两种光纤的包层直径均为125μm。按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤，对于阶跃型光纤，在纤芯和包层中折射率均为常数，但纤芯折射率略大于包层折射率。所以对于阶跃型多模光纤，可用几何光学的全反射理论解释

6、它的导光原理。在渐变型光纤中，纤芯折射率随离开光纤轴线距离的增加而逐渐减小，直到在纤芯一包层界面处减到某一值后，在包层的范围内折射率保持这一值不变，根据光射线在非均匀介质中的传播理论分析可知：经光源耦合到渐变型光纤中的某些光射线，在纤芯内是沿周期性地弯向光纤轴线的曲线传播。本实验采用阶跃型多模光纤作为信道，现应用几何光学理论进一步说明这种光纤的传光原理。阶跃型多模光纤的结构如图(2)所示，它由纤芯和包层两部分组成，芯子的半径为，折射率为，包层的外径为，折射率为，且>。图3子午传导射线和漏射线图2阶跃型多

7、模光纤的结构示意图当一光束投射到光纤端面时，进入光纤内部的光射线在光纤入射端面处的入射面包含光纤轴线的称为子午射线，这类射线在光纤内部的行径，是一条与光纤轴线相交、呈“Z”字型前进的平面折线；若藕合到光纤内部的光射线在光纤入射端面处的入射面不包含光纤轴线，称为偏射线，偏射线在光纤内部不与光纤轴线相交；其行径是一条空间折线。以下我们只对子午射线的传播特性进行分析。参看图(3)，假设光纤端面与其轴线垂直，如前所述，当一光线射到光纤入射端面时的入射面包含了光纤的轴线，则这条射线在光纤内就会按子午射线的方式传播

8、。根据Snell定律及图(3)所示的几何关系有：n0sinθi=n1sinθz(1)θz=π/2-an0sinθi=n1cosa(2)其中n0是光纤入射端面左侧介质的折射率。通常，光纤端面处于空气介质中，故n0=1。由(2)式可知：如果所论光纤在光纤端面处的入射角θi较小，则它折射到光纤内部后投射到芯子一包层界面处的入射角a有可能大于由芯子和包层材料的折射率n1和n2按下式决定的临结角ac：ac＝arcsin(n2／n1)(3)在此情形下光