《现代光纤通信系统》实验指导书new

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1、光纤及LD特性测量0900210413兰庆良一．实验目的1．掌握光纤的基本结构和传输特性。2．了解光纤通信光源的类型及发光机理。3．掌握光纤及LD有关特性测量。二．实验内容及要求1.光纤基本特性及连接技术测试。2．LD伏安特性测试。3．LD电光转换特性测试。4．LD调制特性测试。5．LD光谱特性测试。三．实验原理光纤的制造过程是比较复杂的过程，生产光纤的主要材料为石英（SiO2），其制造流程如图1所示：拉丝成缆套塑预制棒熔炼材料提纯光纤测试预制棒检验材料分析检验图1光纤光缆制造流程图光纤的制作过程一般可

2、分为三个主要步骤：1、熔炼常用方法主要有改进的化学气相沉积法（MCVD）和微波等离子体法（PCVD），化学反应方程式为：SiCl4+O2高温SiO2+2Cl2GeCl4+O2高温GeO2+2Cl2式中SiO2为石英，GeO2用于改变石英折射率的掺杂剂。2、拉丝是将已制作好的预制棒在高温下拉成高质量的光纤，光纤的几何尺寸精度必须严格控制。3、套塑为提高光纤的机械强度，需把经一次涂覆的光纤再套上塑料套管。光纤按制作材料不同可分为石英光纤，塑料光纤和氧化物光纤。按工作波长分为短波光纤（0.85um），长波长光

3、纤（1.31um，1.55um）和超长波长光纤（2um以上）。按传输模式分为单模光纤和多模光纤。6光纤接续有固定连接和活动连接两种，固定连接一般用于光缆工程上；活动连接一般用于机与线或机与机之间的连接，是可以拆卸的。光纤的焊接最关键的一步是端面处理，它直接影响光纤的接续损耗，光纤焊接定光缆架设工程和光缆线路日常维护的一项关键技术。光纤接续损耗主要受以下几个因素的影响，被焊接光纤折射率失配，纤蕊失配，端面的平整度和干净程度等。光纤传输特性主要有损耗特性和频带特性，光纤损耗特性通常用dB/km表示，引起光能

4、量衰减的原因有吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。要降低光纤衰减，可采用纯度极高的石英玻璃。光纤频带特性通常用兆赫千米来表示，说明1Km光纤所具有的带宽能力，光纤频带特性主要受传光时色散性的影响。光纤通信系统采用的光源主要有半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）,根据制作的材料不同，发光二极管的峰值发射波长有0.85um、1.3um和1.55um三种。LED是非相干光源，是一种直接注入电流的光发射器件，它的发射过程主要对应光的自发辐射过程，是半导体晶体内部受激电子从高能级回复到低能级时，发射出光子的结果。

5、在发光二极管的结构中，不存在谐振腔，当注入正向电流时，注入的非平衡载流子在扩散过程中复合发光。因此，发光二极管不是阈值器件，它的输出功率基本上与注入电流成正比。激光器的特性主要有光谱特性、伏安特性、电光转换特性和调制特性。伏安特性是指LD通过正向电流时，发光二极管两端所产生的正向压降，由于正向电阻比较小，故正向压降较低。图2给出示意图。（a）伏安特性曲线（b）伏安特性测试电路图2伏安特性示意图光谱曲线上发光强度最大时所对应的波长为发光峰值波长，光谱曲线上两个半光强点所对应的波长差称为LD的谱线宽度，其值

6、为30～40nm左右,光谱极易受温度的影响。与普通光源相比，激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等特点，激光的出现使原有的光谱技术在灵敏度和分辨率方面得到很大的改善。激光器根据谱线宽度不同可分为单纵模和多纵模激光器，其光谱如图3、图4和图5所示。6图3LED光谱特性图4LD光谱特性图5LED多纵模光谱电光转换特性是指LD的光输出功率与注入电流的关系，它是LD的重要参数之一，分为直流输出功率和脉冲输出功率。直流输出光功率是指在规定正向直流工作电流下，LD所发出的光功率；而脉冲输出光功率是指在规

7、定幅度、频率和占空比的矩形脉冲电流作用下，LD发光面所发射出的光功率。出光特性曲线如图6所示。图6P－I特性曲线LED调制特性是指在规定的直流正向工作电流下，用数字或模拟信号对LED进行调制，从而改变光功率。光通信中传输速率的大小受调制频率或调制带宽的限制。图7给出其调制原理图。6（a）模拟调制（b）数字调制图7调制特性曲线四．实验线路图4给出了伏安特性、出光特性的具体测试电路，调节电位器可改变流过二极管的电流，从而改变LD的出光功率。图5给出了光调制电路，a）图为模拟调制电路，为了保证LD工作在线性范

8、围，在无信号输入时，必须给LD加一定的直流偏置；b）图为数字调制电路，三极管VT处于零偏置，且在开关状态下工作，当输入信号为高电平时，三极管导通，LD有光信号输出，当输入信号为低电平时，三极管截止通，LD无光信号输出。图4伏安特性与P－I特性测试电路图5调制电路五．实验步骤（一）光纤生产及连接技术观看生产光纤流程，测量光纤物理尺寸，光纤熔接练习。（二）LED伏安特性测试1．将电流表串接入LD测试电路，开启稳压电源（直流5V）。2．调整电位器