原理引入大学物理实验中——激光通信与光纤通信实验.pdf

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1、将光通讯原理引入大学物理实验中——激光通信与光纤通信实验系统简介刘志海，居剑暗尔滨工程大学理学院j5000光纤传感器研究所摘要：本文提出了一个适台于工科大学物理实验教学的光通信实验系统，该系统以简单的实验步骤羊I】通俗易懂的实验原理．演示了当代的遵信科技成就——光通信的工作过程。希望藉此将光通信原理的内容引^大学物理实验教学中，在丰富、扩充大学物理实验教学内容上作了有益的尝试。关键词：光通信：激光通信；光纤浊信：物理实验～、引言众所周知，物理学是近代科学的基础，而物理实验则是科学理论产生和发展的基础和掉泉。随

2、着科学技术的‘E速发展，知识更新的速度空前加快．对大学物理实驻教学的要求也日盏提高，物理实验技术的发展，哺育者近代高技术的成长和发展，箕思想、方法、技术和装置常常是科学研究和工程技术的生长点。2l世纪的高科技人才，应具磐坚实的物理基础、出色的科学实验能力和勇于开创的色4新精神。物理实验是理工科学生进入太学后的第一门实践性课程、无疑在培养学生的这些基本素质}I能力方面有着不可替代的作用。在科技日盏发展的今天，工科物理及物理实验教学担负着将发展中的具有代表意义的现代技术及时引入教学申的使命。本文提出了一个适台于工

3、科大学物理实验教学的光通信实验系统，希望藉此将光通信原理的内容引入大学物理实验教学中．在丰富、扩充大学物理实验教学内容上作了有益的尝试。二，光通信实验系统介绍光通信实验系统是在真宴的光通信系统基础上开艘研制的，主机部分由光发射机和光接收机组成．两部分电路各自独立]作，电源分开。所要传输的信号由光发射机变为光信号后．经过光纤或空间传辅。由光接收机接收井进行解调还原．从而实现了完整意义上的光通信。围I光通信实验系统实物国·272-藤圈2光通信实验系统原理框图1．激光通信发射接收模块和光纤通信发射接收模块容易想象，

4、利用光在空气中直线传播的特点．进行大气侍输光通信，不需任何线路．简单、经济。1960年梅曼(T。H·Maiman)发明了红宝石激光器．产生了单色相干光．使高速的光调制成为可能。美国林肯实验室首先利用氮氖澈光器通过大气传输了一路彩色电视。随后．相继出现了备色各样的大气传输系统实验。后来发现大气传输光通信有许多严重的问题：(1)气候对通信的影响十分严重。大雾时，通信几乎中断。(2)由于大气气温不均匀，使它的密度或折射率不均匀，以及大气湍流的影响，使光线发生漂移和抖动。通信的信噪比变劣，传输不稳定。(3)大气传辅设

5、备要求设在高处，收发两地直线可见。这种地理条件使大气传输光通信的使用范围有局限性。(4)保密性差．只需简单装置就可实现窃听。但在外层空间．激光传输不受大气的影响．采用激光进行通信仍具有巨丈的应用前景。为此本实验系统专门设计了激光通信实验。其示意图如下分束镜三维调节架窃听装置三维调节架圈3激光通信实验系统框图号小型空阈激光通信的关键技术有三个，一是激光发射技术；二是激光接收技术：三是光束控制技术。在光通信实验系统中．光源的驱动电路、光电转换及放丈电路，调制电路和解调电路中都在关键的地方留出了测试点，学生可以通过

6、调节各个电路参数并根据这些测试点所反馈的信息(电压、驱动电流、信号波形等)，了解激光器和探测器的特性以及激光通信的优缺点．三雏调节架用于激光光束的准直。若信号潦为语音信号或视频信号，可分别输出至扬声器或显示器，在通信光路上只要插入普通的分束镜即可实现激光通信的窃听实验，增加了实验的趣味性．从而调动学生的学习积极性。在光纤通信部分，我们采用了HP公司的光通信发射模块和接收模块。在光通信实验系统中，我们应用单片机技术来控制光源的偏置电流．电流值通过教码管显示。调节过程简单、直观、273．牛十可靠。考虑刘在普通物理

7、实验室中一般报少配备光功率计(因为此类设备较专业，而且价格较高)，所以我们在宴验系统的光接收机部分设计了专用的光功率计．可雌实时显示当前的光功率当量。此部分可完成的实验功能有：(1)LED光源特蛙莉试。(2)LD光源特性测试。(3)PIN探测器特性测试。(4)静态工作点的选择及其对通信质量的影嫡。2．光纤在本实验系统中所采用的光纤为美国康宁公司产多模通信光纤，光纤连接器为sT型连接嚣，圈4通信光纤可完成的实验动能是：光纤弯曲损耗对传输质量的影响。3．模拟避信模块和视频传输模块光通信～般适用于数字通信而不是撵拟

8、通信，建成豹高速数字通信系统已经充分说明了这一点。然而从当前的经济和技术条肄上来看，在短时期内建成全数字化的ISDN(练台业务数字网)却不是一件容易的事。这是困为～方面数字通信受到诸多经济和技术条件限制．尤其是图像的传输更是如此：另一方面．目前的通信系统的现状蹩，在积板地实验和建立宽带综台业务数字嗣的同时，现有的模拟通信网仍在运行并将在国民经济中发挥作用。在这种情况下．模拟传输技术就不容忽桃了．特别