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1、1光纤通信实验讲义实验一 P-I 特性曲线的绘制及光纤熔接机的使用一、实验目的1、 学习半导体激光器发光原理2、 了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系3、 掌握半导体激光器 P-I曲线的测试及绘制方法4、 了解光纤熔接机的操作方法二、实验内容测量半导体激光器功率和注入电流，并画出 P-I关系曲线。使用光纤熔接机实现两根光纤的熔接。三、实验仪器示波器，RC-GT-III 型光纤通信实验系统，光功率计，万用表，光纤熔断器一台。四、基本原理1、 半导体激光器的功率特性及伏安特性图 1-1 激光器的功率特性 图 1-2 激光器的伏安特性半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图 1-1所示

2、，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用 Ith表示。在门限电流以下，激光器工作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于 100puW；在门限电流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性，如图 1-2所示，但由于双异质结包含两个 PN结，所以在正常工作电流下激光器两极间的电压约为 1.2V。阈值条件就是光谐振腔中维持光振荡的条件。2图 1-3 LD半导体激光器 P-I曲线示意图半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源

3、，激光二极管可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流 Ith，当输入电流小于 Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于 LED发出光，当电流大于 Ith时，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证 P-I的线性关系在实验中所用到半导体激光器其输出波长为 1310nm，带尾纤及 FC型接口。实验中半导体激光器电流的确定通过测量串联在电路中的 R516上电压值。由于 R516=1Q，

4、电路中的驱动电流在数值上等于 R516两端电压。五、实验步骤第一部分：P-I 特性曲线的绘制：（以下实验步骤以 1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与其相同）1、电路部分操作：1）关闭系统电源，用实验导线连接模拟信号源的正弦波输出端口和 1310nm光发送模块的模拟信号输入端口。2）将光发送模块中的激光器注入电流可调电阻 R277逆时针旋转到头（即箭头最小端） ，将输入模拟信号衰减调节电阻 R258逆时针旋转到头（即箭头最小端） ，使模拟驱动电流达到最小值及输入信号达到最小值。3）将单刀双掷开关 S200拨向模拟传输方向（右边） ，短接跳线 J200，使光发

5、模块传输模拟信号。2、光路部分操作：1）将跳线帽（J200）拨出，使其处于断开状态，在测量挂片（NS201、NS200）上串接上一电流表。2）在 1310nm TX端用光跳线连接到光功率计，同时打开光功率计电源开关。 （注意操作要小心）3、打开交流电源开关。4、调节电位器 R258到适当位置，送入稳定的模拟信号，以便激光器发送信号。5、 慢慢调节电位器 R277使所测得的电流为下表中数值，依次测量对应的光功率值。并将测得的数据填入下表。3序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16I（mA）P（uW）P（dBm）6、完实验后关掉各交流电开关。7、拆下光跳线

6、及光功率计，拆到实验导线，将实验箱还原。8、将各仪器摆放整齐。第二部分：光纤熔接机的使用：1、 取出光纤熔接机，接上电源。2、 开机1）. 取下监视器的保护盖板2）. 将监视器翻转上来，调整好角度3）. 打开电源开关。使用交流电时开关拨向“-” ；使用直流电时开关拨向“0”。4）. 预热 20分钟5）. 按“清洁”键，观察显示屏3、 选择模式，根据光纤的不同，可选择 SM（单模）和 MM（多模）模式以及OTH（自选模式）4、 制作光纤1）. 将任一光纤用酒精擦拭以后从热缩套管中穿过，用剥线钳除去光纤涂覆层，再次采用酒精擦拭2）. 使用熔接机的光纤切割器进行光纤的切割，以避免光纤断面出现缺口、裂

7、缝、尖角或角度偏差对熔接产生影响。5、 放置光纤1）. 拨动手轮，使 X、Y 微动台处于中间位置。2）. 打开防风罩，打开左右光纤夹板，并检查光纤有没有发生扭曲。3）. 将两根光纤小心放入左右 V型槽底部4）. 关闭防风罩6、 光纤对准1）. 调节 Z向手轮，移动光纤使之进入屏幕中央2）. 检查光纤端面是否垂直、平整。3）. 按“CLEAN”清除灰尘和残留物4）. 移动光纤至打火点，使两端面向距 1-2mm5）. 调节 X,Y测微头，使两根光纤相互靠拢6）. 反复按“X/Y”切换画面，调节 X,Y微测头，使光纤相互靠拢7）. 光纤对准后，观察其端面是否在打火点，并使两光纤的端面间隔在 0.5-

8、1mm之间7、 光纤熔接1）. 按下熔接键，进行光纤的熔接2）. 熔接后进行观察，是否熔接成功六、实验结果41、 分别画出 1310nm激光器和 1550激光器的 P-I曲线，并比较其异同处。2、 整理所有实验数据，参考图 1-1画出 P-I曲线。5实验二 模拟/数字信号电 光、光电转换传输实验一、实验目的1、 了解模拟/数字光纤通信的通信原理2、 掌握模拟/数字信号的传输机理3、 初步了解完整光纤通信系统的基本组成结构二、实验内容4、 用示波器观察各种传输信号的波形5、 使用实验系统中提供的各种信号进行光传输实验三、实验仪器示波器，RC-GT-III 型光纤通信实验系统。四、基本原理本实验主

9、要使用光纤完成模拟信号与数字信号的传输，其原理如图所示模拟信号光纤传输方式数字信号光纤传输框图五、实验步骤（以下实验步骤以 1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与其相同）模拟信号传输部分1、 关闭系统电源，把光跳线分别连接到 1310的 TX和 RX端。2、 将模拟信号源模块的正弦波或三角波、方波连接到光发送模块的模拟信号输入端口（P203） 。3、 把开关 S200拨到模拟传输端，短接跳线 J200。4、 打开系统电源，用示波器在光接受模块的模拟信号输出端口观察输出信号。5、 通过电位器 R257（调节直流分量电平）及 R242（增益调节）得到最佳传输的模

10、拟固定速率数字 信号源模 块信号处理光发送模块光纤光接收模块信号处理测试端口模拟信号源信 号处 理光发送器件光纤光接受器件信 号处 理 测试端口6信号。6、 用示波器观测传输前后的波形数字信号传输部分1、 关闭系统电源，把光跳线分别连接到 1310的 TX和 RX端。2、 将固定速率数字信号源模块的 D1或 D2、D3、FS、BS 连接到光发送模块的数字信号输入端口（P202） 。3、 把开关 S200拨到数字传输端。4、 打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。5、 通过电位器 R257（调节判决直流电平）及 R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。6、 用示波

11、器观测传输前后的两波形。六、实验结果1、 画出模拟信号传输前后的波形2、 画出数字信号传输前后的波形7实验三 固定速率时分复用/解复用实验一、 实验目的1、 掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。2、 掌握固定速率时分复用的同步复接原理。3、 掌握固定速率时分复用的数字分接原理。二、 实验仪器示波器，RC-GT-III 型光纤通信实验系统。三、 基本原理(一) 数字复接的基本组成：在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器( 缩写为 Muldex)。在这里我们首先讨论数字复接器。数字复接器的基本组成如图 1-1 所示。图 1-1 数字复接器的基本

12、组成数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复接方式合并成为单一的合路数字信号。数字复接器由定时、调整和复接单元所组成。定时单元的作用是为设备提供统一的基准时间信号，备有内部时钟，也可以由外部时钟推动。调整单元的作用是对各输入支路数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与本机定时信号完全同步的数字信号。复接单元的作用是对已同步的支路信号进行时间复接以形成合路数字信号。复接方式：将低次群复接成高次群的方法有三种；逐比特复接，按码字复接，按帧复接。在本实验中，由于速率固定，信息流量不大，所以我们所应用的方式为按码字复接，下面我们把这种复接方式作简单介绍。按码字复接：对本实验来说，速率固

13、定，信息结构固定，每 8 位码代表一“码字” 。这种复接方式是按顺序每次复接 1 个信号的 8 位码，输入信息的码字轮流被复接。复接过程8是这样的：首先取第一路信息的第一组“码字” ，接着取第二路信息的第一组“码字” ，再取第三信息的第一组“码字” ，轮流将 3 个支路的第一组“码字”取值一次后再进行第二组“码字”取值，方法仍然是：首先取第一路信息的第二组码，接着取第二路信息的第二组码，再取第三路信息的第二组码，轮流将 3 个支路的第二组码取值一次后再进行第三组码取值，依此类推，一直循环下去，这样得到复接后的二次群序列，这种方式由于是按码字复接，循环周期较长，所需缓冲存储器的容量较大。(二)

14、数字分接的基本组成：在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器( 缩写为 Muldex)。在这里我们继续讨论数字分接器。数字分接器的基本组成如图 1-4 所示。数字分接器的作用是把一个合路数字信号分解为原来支路的数字信号。图 1-3 数字分接器的基本组成(三) 所用实验模块的结构原理：本实验使用固定速率信号源，固定速率时分复用复接端接口及固定速率时分复用分接端接口三个模块。(1) 固定速率信号源此模块产生三路码速率为 64k的单极性不归零码（NRZ） ，数字信号帧长为 8位，其中两路可作为数字信息，每路 8位，另外 8位中的 7位可作为为集中插入帧同步码

15、。通过拨码开关，可以很方便地改变要传送的码信息并由发光二极管显示出来。(2) 固定速率时分复用的复用端接口本实验所用到的模块组合是固定速率时分复用的复用端,这些模块产生三路信号时分复用后的 FY_OUT信号。(3) 固定速率时分复用分接端接口分接端输入单极性非归零信号，由位同步信号提取电路和帧同步信号产生器产生位同步时钟信号（BS）和帧同步信号（FS） ，通过 BS、FS 这把两路数据信号从时分复用信号中分离出来，两个 8位的并行数据信号，两个并行信号驱动 16个发光二极管，左边8个发光二极管显示第一路数据，右边 8个发光二极管显示第二路数据，二极管亮状态表示“1” ，熄灭状态表示“0” 。9

16、四、 实验内容与步骤（以下实验步骤以 1310nm光端机部分讲解，即实验箱左边的模块。1550nm 光端机部分与其相同）1、 关闭系统电源，取三根短实验导线将(固定速率数字信号源模块)的输出端D1、D2、D3、分别对应接到(固定速率时分复用复接端)接口 D_IN1、D_IN2、D_IN3。2、 打开电源，将示波器的 A通道探头接 FS，B 通道探头接 BS，分别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。3、 将示波器的 A通道探头分别接 FS、BS，B 通道探头分别接 D_IN1、D_IN2、D_IN3，分别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。4、 将示波器的 A通道探头接 FY-O

17、UT，B 通道探头分别接 FS、BS，分别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。5、 将示波器的 A通道探头接 FY-OUT，B 通道探头分别接 D_IN1、D_IN2、D_IN3，分别记录示波器双通道的波形，分析它们的对应关系。6、 关闭电源，取出光跳线，把光跳线分别连接到 1310的 TX和 RX端。7、 将 FY_OUT连接到光发送模块的数字信号输入端口（P202） 。8、 把开关 S200拨到数字传输端。9、 打开系统电源，用示波器在光接受模块的数字信号输出端口观察输出信号。10、 通过电位器 R257（调节判决直流电平）及 R242（增益调节）得到最佳传输的数字信号。11、 用

18、一根短实验导线将数字信号输出端口接到接收端固定速率时分复用分接端接口FY_IN。12、 将发送端的 D3端口所对应的八位拨码开关拨成帧同步码（7 位巴克码 1110010） 。13、 观察解复用结果。五、 实验结果用示波器观察波形是否和理论相一致。1、 接上示波器观察 D1、D2、D3 的波形，记录下来。2、 接上示波器观察 FY_OUT的波形3、 接上示波器观察 FS的波形4、 对比复用和单个波形的关系。5、 观察固定速率时分复用分接模块的 LED灯显示的结果是否与固定速率数字信号源模块的 LED灯结果一致。10实验四 波分复用（ WDM）光纤通信系统实验一、实验目的1、 了解光纤接入网波分

19、复用原理。2、 掌握波分复用技术及实现方法。二、实验仪器1、 RC-GT-III光纤通信原理实验箱2、 双踪模拟示波器3、 FC-FC波分复用器两个4、 FC-FC法兰盘一个 三、基本原理WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率(或波长)不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器(合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输；在接收端，再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立的(不考虑光纤非线性时)，从而在一根光

20、纤中可实现多路光信号的复用传输。波分复用系统原理图如图 18-1所示。光 源 A1光 源 2光 源 An分 波 器合 波 器 检 波 A1检 波 2检 波 An信 道信 道信 道信 道信 道信 道图 4-1 WDM 原理图完整的 WDM系统由以下两类部分组成：一类是 WDM分波前后所须的元件，如EDFA、MuxDeMux(MultiplexerDeMultiplexer，合波分波多工器)便属此类；一类是WDM的应用，如 OADM(Optical AddDrop Multiplexer，光塞取多工器)、OXC(Optical Cross Connects，光交换链接器)。EDFA是 WDM系统中

21、最重要的元件之一，不需经光电转换便可放大光能量。在 EDFA的制造上是以常规石英系光纤为母材掺进铒离子，由于铒离子的掺入，提供了一个 1550nm的能带，使得原本的讯号和高功率泵激激光(pumping laser，波长 980nm或 1480nm，功率 101500mW)得以提高光讯号的强度，而不需将光讯号转成电讯号后才得以放大。MuxDeMux 是 WDM系统使用中不可或缺的两种元件。也就是我们常说的复用、解复用器。DWDM使光导纤维网络能同时传送数个波长的讯号，而 Mux则是负责将数个波长汇集至一起的元件；DeMux 则是负责将汇集至一起的波长分开的元件。OADM 是 WDM系统中一个重要的应用元件，其作用是在一个光导纤维传送网络中塞入取出(Add-Drop)多个波长信道；置OADM于网络的结点处，以控制不同波长信道的光讯号传至适当的位置。OXC设置于网络上重要的汇接点，汇集各方不同波长的输入，再将各讯号以适当的波长输送至合适的光导纤维中。它可提供光导纤维切换(Fiber switching，连接不同光导纤维，波长不转换)、波长切换 (Wave length switching，连接不同光导纤维，波长经转换)、