光纤信号传输实验

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1、普通物理实验C课程论文题目　光纤音频信号传输实验学院专业年级学号姓名指导教师论文成绩_____________________答辩成绩_____________________年月日11光纤音频信号传输实验研究某某摘要：光纤俗称玻璃纤维，是由高纯度的玻璃棒经拉丝工艺制成，以其优良的传输特性已经成为信息社会主要的信息传输手段。光纤通信系统是以光为载波，以光纤为传输介质的通信系统，由本实验主要通过研究光纤音频信号的传输来了解光纤通信的基本工作原理，熟悉半导体发光二极管（LED）和光电检测二极管（SPD）的基

2、本性能及主要特性的测试方法，学习分析集成运放电路的基本方法，学习掌握音频信号光纤传输系统的调试技能。其间主要涉及了光电子技术、光纤传输技术、应用电子技术。关键词：光纤、调制电路、半导体发光二级管（LED）、光电检测二极管（SPD）１、引言自1980年代起，光纤通讯系统对于电信工业产生了革命性，同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。光纤通信传输容量大，保密性好等优点。现在已经成为当今最主要的有线通信方式即将需传送的信息在发送端输入到发送机中，将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上，然后将已调制的载波通

3、过传输媒质传送到远处的接收端，由接收机解调出原来的信息。本实验对光纤传输中几个必须环节所用器件给予说明并通过实验进行具体测试。２、实验原理２.１光纤音频信号传输系统的组成和原理光纤音频信号传输系统是由“光信号发送器”“光信号接收器”以及“传输光纤”三个部分组成。其主要原理是由音频信号作为源信号供给“光信号发送器”，从而产生相应的光信号，然后将此信号经光纤传输后送入“光信号接受器”，最终解调出原来的音频信号。如图１所示，为了保证系统的传输损耗低，发光器件LED的发光中心波长必须在传输光纤的低损耗窗口之内，

4、使得材料色散较小。低损耗的波长在850nm，1300nm或1600nm附近。光电检测的峰值响应波长也应与此接近。为了避免或减少波形失真，要求整个传输系统的频带宽度能覆盖被传输信号的频率范围。对于音频信号，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的幅频特性。11图１．系统结构图２.２半导体的发光二极管（LED）的结构及工作原理一般在光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光功率、工作寿命、光谱宽度以

5、及调制性能等方面均有特殊要求，目前在以上各方面都能较好满足要求的器主要有半导体发光二极管（lightemittingdiode，简称LED）和半导体激光器（LaserDiode，缩写LD）。对于半导体发光二极管，它是代速短距离光通信中常用的非相干光源。是由图所示的N—P—P三层结构的半导体器件，中间层通常是由直接带隙的GaAs砷化镓P型半导体材料组成，称为有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由AlGaAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。肯有不同的带隙宽度的两种半导体单晶之间的

6、结构称为异质结，在中所示，有源层与左侧的N层之间形成的是P—N异质结，而与右侧P层之间形成的是P—P异质结，这种结构又称为N—P—P双异质结构，简称DH结构。图２．半导体发光二极管的结构及工作原理当在N—P—P双异质结构两端加上偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到P—11P异质结构的阻档作用将不再能够进入右侧P层，它们只能被限制在有源层内与空穴复合，同时释放能量产生光子，发出的光子满足以下关系：Hv=E1—E2=Ek其中h是普朗克常量，v指光波频率，E1是有源层内

7、导电电子的激发态能级，E2是导电电子与空穴复合后处于价键状态时的束缚能级。两者的差值Eg与DH结构中各层材料及其组份的选取及其组份的选取有等多种因素有关，制作LED时只要求这些材料的选取和组份控制适当，就可以使LED的发光中心波长与传输光纤的低损耗波长一致。从而保证系统的传输损耗低。半导体发光二极管输出的光功率与其驱动电流的关系称为LED的电光特性。为了避免和减小非线性失真，使用时应给LED一个适当偏置电流I，其值等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值，而调制信号的峰—峰值也应位于电光特性线性范围内。

8、对于非线性失真要求不高的情况下，也可把偏置电流选为LED最大允许工作电流的一半，这时就可使LED获得无截至畸变幅度最大的调制，这将有利于信号的远距离传输。2.3LED的驱动及调制电路图３．LED的驱动和调制电路在实验中所采用的半导体发光二极管LED作为光源器件。光纤音频信号传输系统发送端LED的驱动和调制电路如图2所示，以BGI为主构成的电路是LED的驱动电路，调节这一电路的W2可以使LED的偏置电流发生变化。信号发生器产生的音频信号由IC