光纤通信原理实验指导.doc

ZY1804I光纤通信原理实验系统简介本实验系统是为配合光纤通信课程的理论教学，结合目前光纤通信工程技术最新进展，为了提高大专院校学生实际操作和动手能力而研制开发的。一、产品的系统特点光纤I型实验系统注重产品的系统和功能组成，产品的设计着重体现系统性、先进性、实用性，并根据市场及客户实际需求，充分考虑工艺外观结构、产品的功能和性价比。整个系统分中央控制器、备用环和光传输三大部分，各自独立又相互关联，所有模块在单独进行实验同时又可系统集联，实验灵活丰富，可设计、可比较、可操作、可观测性强。整个系统采用2.048M传输速率，既有利于实验观测，又可以模拟实际光纤传输时的各种性能。实验紧密结合光通信新技术的发展趋势，将波分复用、光时分复用和SDH传输网等新技术都通过实验演示出来，简单易懂。采用大规模的现场可编程门阵列器件，使得产品的开放性、可升级性强。同时为了实现自愈环（即备用环）功能以及使学生有更大的开发和操作空间，特意制作了二次开发板，并预留大量的I/O扩展口，可在开发板上独立完成二次开发设计。所有实验大多采用开关控制，减小了实验操作时的繁琐性。该实验系统融合了当今的光纤通信技术发展的一些新技术和新器件，并将其融入到光纤通信原理课程当中，同时与通信原理和程控交换课程的部分原理结合，其主要有以下特点：1、实验箱采用“整板+核心板”设计，特殊光器件玻璃罩保护，元器件贴片化，模块元件布局完全对称。所有的测试钩和连接孔均有标识，深蓝色的电路板，白色丝印使得整个电路板层次性强、美观、大方。2、实验箱和光纤通信原理教材紧密结合，实验项目和顺序与教材保持完全同步。通过八个方面全面实验来了解光纤通信的全过程，八个方面分别是：光纤和光缆；通信用光器件（有源器件和无源器件）；光端机(光发、光收端机)；数字光纤通信系统；模拟光纤通信系统；光纤通信新技术；光纤通信测量技术；光纤通信网络。3、系统采用整板上分模块的设计方式，除了核心板中央控制器外，还配置了光发端机、光收端机、模拟信号源、数字信号源、数字终端、电话模块、串口通信模块等。各种系统组建灵活，可根据不同的实验搭建成模拟、数字、计算机、图像、语音、混合光纤传输系统及多台实验箱多部电话组网通信等不同的实验系统。4、电路实现上采用大规模FPGA，使得产品的开放性和可升级的空间加大。专门设计制作了可供学生进行二次开发实验的二次开发板，并预留了大量的I/O口，可以方便的使学校在原有硬件电路的基础上开发新的实验内容。5、同一实验箱中具备通用的三个低损耗光纤通信端口（850nm、1310nm、1550nm）；光发送机和光收端机分模块设计，使得学生可以更加直观地了解激光器的调制和解调，即电-光，光-电的转换原理过程；光发送和光接收分别采用分立元件（1310nm）和集成电路（1550nm）来实现，且电路参数可调，可通过特定的测试点来观测光发送和光接收本质原理的实现过程。6、光发送时加入自动光功率控制电路，使得激光器的输出更加稳定，同时有利于对自动功率控制原理的理解；光接收时在已有前置放大和主放大的基础上，加入了信号的判决和再生，可以通过判决前后眼图的形状的不同深入的理解信号在光纤传输中的衰减特性和光接收的原理。7、5B6B、5B1P、5B1C、CMI、HDB3编译码和扰码解扰码等光纤线路码型的加入，及其各自传输时的不同特性，使得学生可以进一步了解线路码型在光传输过程中的作用；无光告警、寿命检测电路的加入，有利于对光传输进行监测；2M速率信号光纤传输时的不中断法误码监测、误码指示及误码率、误码扩散系数的测量，使得学生更加深一步的了解光纤传输的特性。8、各种光无源器件的使用方法及其特性的测试，使得教学和实际紧密地结合在了一起；波分复用+时分复用技术、电话热线呼叫时交换技术的使用，使得四台实验箱组网完成八部电话的全双工通信成为可能，从而完全模拟实际的电话通信系统；如果在光发和光收之间加入裸光纤，则可以实现四台实验设备几十公里长距离间的传输，语音、图像、计算机数据信号的单光纤传输，使得实验更加完整地体现了光纤发展新技术的要求。9、本实验系统基于SDH设计，参照SDH和E1信号的帧结构制定了适合教学使用的2M伪SDH帧结构，帧结构已申请发明专利，此知识产权为我司独有。实验箱采用2.048M传输速率，时分复用数据和复用方式灵活，使得实验箱的传送方式更加多样，在通过对比的基础上更加深入地了解复用的原理；伪SDH帧结构通信时的通道可自动选择，更加生动、直观的体现了SDH同步传输体制的结构和复用原理；时分解复用时采用终端显示，可直观地通过对比的方式检验复用解复用过程的正确性。10、本系统可以实现多台实验箱间的环网通信，完成数字、语音等信号的多点之间的传输。其中电话语音信号采用1号信令进行控制，与实际设备完全一致。本实验系统可采用双纤通信模式，分为主环和备用环两部分，当主环工作不正常时，整个业务切换到备用环上，当主环恢复工作后，业务又切换回主环，实现通道自愈环保护功能。11、整个实验系统大多采用开关控制，尽量少的使用连线，模块功能清晰，系统结构紧凑，操作方便，并且在设计时加入了大量的保护电路，安全性强。二、主机箱及系统模块简介它包含了光纤通信系统设备中的各个主要组成部分，具体由以下十四个模块组成。其印刷电路板布局图如图0-2所示，每个模块均留出了关键的测试孔和测试钩，利于客户连线做系统实验以及测试用。图0-2 ZY1804I型光纤通信原理实验系统布局图1、电源模块：提供实验箱各模块电源。2、串口通信模块：主要用来实现实验箱与计算机之间的数据通信。3、PCM编译码模块：实现PCM编译码的功能。4、电话模拟信号源模块：实现电话之间的各种信号音功能。5、模拟信号源模块：用于产生系统实验所需的模拟正弦波、三角波信号。6、数字信号源模块：产生系统实验所需的数字信号及24位伪随机码，速率为64KB/s，其中各种数字信号和伪随机码的制可以通过拨码开关来控制。7、数字终端模块：实现终端数字信号值的显示和读出，数据的值通过二极管发光来显示。8、HDB3编译码模块：实现光纤线路接口码型HDB3的编码与译码。9、中央控制器：对接收到的数据进行处理，实现组网通信及数字信号网传输，帧同步码的产生，M序列伪随机信号的产生，不同速率的信号的复用和解复用，多种码型的编译码。10、备用环（二次开发板模块）：主环工作不正常时，所有业务切换到备用环上，实现通信的持续连接；同时预留了大量的I/O扩展口，可独立完成二次开发设计。11、1310nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1310nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用电路来实现）。 12、1550nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1550nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用专用芯片来实现）。 13、1310nm光接收模块：实现1310nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号14、1550nm光接收模块：实现1550nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号客户可以通过上述十四个模块以及相应的配件，灵活组成各种不同光纤通信系统，如：850nm波长光纤通信系统、1310nm波长光纤通信系统、1550nm波长光纤通信系统；同时也可以组成单模光纤通信系统、多模光纤通信系统；模拟光纤通信系统、数字光纤通信系统；时分复用传输系统和波分复用传输系统等光纤通信工程中常用的绝大多数光纤通信系统。实验系统基本组成方框图如图0-3所示：图0-3 光纤传输实验系统方框图实验系统主要由光发模块、光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成。光发端机完成将电信号直接调制至光载波上去，采用强度调制（IM）；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD），属于非相干解调。光载波由半导体光源产生，由半导体光检测器将光信号转换成电信号从而达到传输信号的目的。光纤实验箱使用注意事项光学器件属于昂贵易损器件，所以在实验操作过程中应加倍小心，防止光学器件的损坏，为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项：1、请仔细阅读实验指导书操作步骤后开机实验，实验各测试点、跳线及开关说明请参考附录III，正确连接导线，以免造成光学器件和芯片的损坏。2、上电后不可随意用手碰触芯片，尤其是管脚部分。3、实验箱使用过程中应有防静电措施，以防静电损坏光学器件。4、光学器件属于昂贵器件，在安装和拆卸过程中请注意轻拿轻放，遇到问题须及时向老师报告。5、实验时不可将光纤输出端对准自己或别人的眼睛，以免损伤眼睛。6、实验箱使用完毕后，请把电流调节，幅度调节的开关逆时针旋到最小，请立即将防尘帽盖住光纤输入、输出端口，用光纤端面防尘盖盖住光纤跳线端面，防止灰尘进入光纤端面而影响光信号的传输。7、若不小心把光纤输出端的接口弄脏，需用酒精棉球进行清洗。8、光纤跳线接头应妥善保管，防止磕碰，使用后及时戴上防尘帽。9、不要用力拉扯光纤，光纤弯曲半径一般不小于30mm，否则可能导致光纤折断。10、进行光纤传输实验时，半导体激光器驱动电流不要超过40mA，发光二极管驱动电流不要超过60 mA。11、不要用手触摸激光器和探测器的焊点，以免烧坏激光器与探测器。12、本箱使用的地点应有相应防尘措施，若条件允许则应配套防尘服、防尘鞋等，避免由于灰尘进入实验箱而造成的测量误差和光器件的损坏。实验一 多模光纤损耗测试实验一、实验目的1、了解光纤损耗的定义2、学会用插入法测量多模光纤的损耗二、实验内容1、测量多模光纤的衰减2、测量多模光纤的损耗三、实验仪器1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统 1台2、850nm光发端机 1个3、FC接口光功率计1台4、万用表1台5、ST-FC多模光跳线 1根6、FC-FC多模光跳线 1根7、扰模器1台8、小可变衰减器（或3km光纤）1个9、连接导线 20根四、实验原理1、损耗机理在光纤的传输特性中，衰减是多模光纤和单模光纤共有的最重要的指标之一。它表明了光纤对光能的传输损耗，对光纤通信系统的中继距离有着决定性的影响。损耗的降低依赖于工艺的提高和对石英材料的研究。本实验研究无源器件多模光纤的损耗。对于光纤来说，产生损耗的原因较复杂，光能在光纤中传输时，除了由于吸收、散射而使光能损失外，由于成缆敷设造成的光纤微弯和宏弯曲，光纤的耦合和接续，都会使光能产生附加的损失。归纳起来，产生衰减的原因大致可以分为三大类：吸收损耗，散射损耗，附加损耗，具体如下：（1）纤芯和包层物质的吸收损耗，包括石英材料的本征吸收和杂质吸收；（2）纤芯和包层材料的散射损耗，包括瑞利散射损耗以及光纤在强光场作用下诱发的受激喇曼散射和受激布里渊散射；（3）由于光纤表面的随机畸变或粗糙所产生的波导散射损耗；（4）光纤弯曲所产生的辐射损耗；（5）外套损耗。这些损耗可以分为两种不同的情况：一是石英光纤的固有损耗机理，像石英材料的本征吸收和瑞利散射，这些机理限制了光纤所能达到的最小损耗；二是由于材料和工艺所引起的非固有损耗，它可以通过提纯材料或改善工艺而减小甚至消除其影响，如杂质的吸收、波导散射等。光纤中平均光功率沿长度减少的规律为： （30-1） 其中P(Z)和P(0)分别为轴向距离Z处和Z0处的光功率，为光纤的衰减系数，定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km。当Z=L时， dB/km （30-2）这里表示在波长处的衰减系数。应用上式时，要特别注意两点：（1）假定光纤沿轴向是均匀的 ，即与轴向位置无关。（2）对多模光纤，必须达到平衡模分布。只有满足这样的条件，测得的衰减系数才能线性相加。2、损耗测量测量光纤损耗的方法很多，CCITT建议以剪断法为参考，插入法为第一替代法，背向散射法为第二替代法。多模光纤损耗的测量，注入条件是头等重要的。多模光纤中可以传输成百上千个模，由于耦合条件的不同，各模携带的初始能量亦不同，传播过程中，由于模变换、模耦合和模衰减，各模携带的能量比例不断变化，只有经过很长的传输距离后，各模传输能量的比例才能固定下来。这时才达到了平衡模分布或稳态模分布。也就是说光纤输出端的近场分布和远场分布不再随长度而变化。随着光纤轴向均匀性的差异和光纤所处的状态不同，达到平衡模分布的长度也不一样，一般可从几百米到几千米不等。显然，测量剪断后2m光纤的长度是远远达不到平衡模分布要求的。为了满足测量的要求，必须加速平衡模分布建立的过程，就是说，要人为地控制注入条件和注入技术，使12m长光纤输出端的场分布接近平衡模分布。注入技术采取的措施包括扰模器（scrambler）、滤模器（mode filter）和包层模剥除器（cladding stripper）等。在实验系统测试多模光纤损耗时，采用CCITT推荐的以剪断法为测试方法，用小可变衰减器替代可调衰减的多模光纤，用柱状扰模器形成平衡模分布，测试实验框图如图30-1所示。测试方法为首先用光纤跳线接850nm光发端机，经过扰模器扰模后测试得到A点处光功率P0，取下光功率计，接上待测光纤（小可变衰减器模拟），再用光功率计测试得到B点光功率P1，代入公式30-2即得多模光纤的损耗。光源小可变衰减器（或待测光纤）光功率计P1扰模器P0A图30-1 多模光纤损耗测试实验框图B五、实验步骤1、用连接线连接中央控制器M和T903 (13_DIN)。2、将光终端模块的开关K902打拨到“数字”，BM901打拨到“850nm”。3、安装好850nm光发端机，用一根ST-FC多模光跳线一端接入850nm光发端机经扰模器扰模后与光功率计相连。4、打开交流电源。5、用万用表测量T904和T905两端电压（红表笔插TV+，黑表笔插TV-）。慢慢调节电位器W901(数字驱动调节)，使驱动电流达到额定值，即使V=25mV。6、读出此时光功率计的数值，此数据即为没有加入小可变衰减器前的输入功率P0。7、从光功率计端取下光纤，接入小可变衰减器（或待测光纤），用FC-FC多模光纤跳线与光功率计连接。8、用光功率计测量此时的光功率数值P1。9、将所测得的数值P0、P1和代入式（30-2）计算所得的结果即为多模光纤的损耗。10、实验完成后，关闭交流电源，拆除各个连线，将所有的开关拨向下。六、实验结果略七、思考题1、分析用剪断法测量光纤损耗中扰模器的作用，若不使用扰模器，则会对实验结果有何影响？2、测量光纤损耗时，对光纤稍微用力拉紧，比较此时测得的光纤损耗的变化，并分析其原因。3、查阅相关文献资料，比较插入法测试光纤损耗与剪断法测试光纤损耗的优缺点。实验二 单模光纤弯曲损耗测试实验一、实验目的1、学习单模光纤损耗的定义2、掌握单模光纤弯曲损耗测试方法二、实验内容1、测量单模光纤不同弯曲半径的损耗三、实验仪器1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统 1台2、FC接口光功率计1台3、万用表1台4、FC-FC单模光跳线 1根5、扰模器 1台6、连接导线 20根四、实验原理在单模光纤中只传输LP01模，没有多模光纤中各种模变换、模耦合及模衰减等问题，因此其测量方法也与多模光纤有些不同。对于单模光纤而言，随着波长的增加，其弯曲损耗也相应增大，因此对1550nm波长的使用，要特别注意弯曲损耗的问题。随着光纤通信工程的发展，最低衰减窗口1550nm波长区的通信必将得到广泛的运用。CCITT对G.652光纤和G.653光纤在1550nm波长的弯曲损耗作了明确的规定：对G.652光纤，用半径为37.5mm松绕100圈，在1550nm波长测得的损耗增加应小于1dB；对G.653而言，要求增加的损耗小于0.5dB。图31-1 单模光纤弯曲损耗测试实验框图此处可不用扰模器，用其它东西实现光纤的弯曲也可。弯曲损耗的测量，要求在具有较为稳定的光源条件下，将几十米被测光纤耦合到测试系统中，保持注入状态和接收端耦合状态不变的情况下，分别测出松绕100圈前后的输出光功率P1和P2，弯曲损耗可由下式计算得出。 (31-1） 相同光纤，传输相同波长光波信号，弯曲半径不同时其损耗也必定不同，同样，对于相同光纤，弯曲半径相同时，传输不同光波信号，其损耗也不同。由于按照CCITT标准，光纤的弯曲损耗比较小，在实验中采用减小弯曲半径的办法提高实验效果的明显性。以下是两种绕模器的缠绕方法：(a)弯曲半径R1缠绕方法(b)弯曲半径R2缠绕方法图31-2 扰模器缠绕方法即先测量1550nm光纤通信系统光纤跳线没有进行缠绕时输出光功率P0，再测单模光纤跳线按照图31-2中两种方法进行缠绕时的光功率P1和P2，即可得到单模光纤传输1550nm光波时的相对损耗值；同样，组成1310nm光纤传输系统，重复上述操作即可得到单模光纤传输1310nm光波时的相对损耗值。实验测试框图如图31-1所示。五、实验步骤1、用连接线连接中央控制器M和T901(15_DIN)。2、旋开1550nm光发端机保护帽，利用FC-FC单模光跳线将其和光功率计连接起来。并将光功率计的波长设置为1550nm。3、打开交流电源。4、读出此时光功率计的数值，此数据即为没有加入扰模器前的输入功率P1。5、将光跳线和光功率计连接拆除，按照图31-2（a）的方式将光跳线在扰模器进行缠绕后和光功率计相连，测量此时的光功率数值P2。6、去除步骤5中的跳线缠绕方式，按31-2（b）的方式重新将光跳线在扰模器进行缠绕后和光功率计相连，测量此时的光功率数值P2。 波长(nm)缠绕方法13101550不绕（光功率uW）图31-2a（光功率uW）图31-2b（光功率uW）损耗图31-2a (dB)图31-2b (dB) 表31-1 光纤弯曲损耗比较表注释：此结果因弯曲的圈数不同而异。7、将所测得的数值P1、P2和P2代入式（31-1）计算所得的结果即为单模光纤的弯曲损耗。8、根据以上步骤和原理设计1310nm单模光纤损耗测试实验(注意1310nm光端机驱动电流调节为25mA，同时连接M和T903(13_DIN)。9、实验完成后，关闭交流电源，拆除各个连线，将所有的开关拨向下，将实验箱还原。六、实验结果略七、思考题1、传输相同波长信号时，为什么不同弯曲半径下光纤的损耗不同？2、相同弯曲半径时，为什么光纤传输不同波长信号损耗不同？3、查阅相关文献资料，说明影响单模光纤损耗的因素还有哪些？实验三 半导体激光器P-I特性测试实验一、实验目的1、学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系3、掌握半导体激光器P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试方法二、实验内容1、测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系曲线2、根据PI特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导体激光器斜率效率三、实验仪器1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统 1台2、FC接口光功率计1台3、FC-FC单模光跳线 1根4、万用表1台5、连接导线 20根四、实验原理光源是把电信号变成光信号的器件，在光纤通信中占有重要的地位。性能好、寿命长、使用方便的光源是保证光纤通信可靠工作的关键。光纤通信对光源的基本要求有如下几个方面：首先，光源发光的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内，要求材料色散较小。其次，光源输出功率必须足够大，入纤功率一般应在10微瓦到数毫瓦之间。第三，光源应具有高度可靠性，工作寿命至少在10万小时以上才能满足光纤通信工程的需要。第四，光源的输出光谱不能太宽以利于传输高速脉冲。第五，光源应便于调制，调制速率应能适应系统的要求。第六，电光转换效率不应太低，否则会导致器件严重发热和缩短寿命。第七，光源应该省电，光源的体积、重量不应太大。作为光源，可以采用半导体激光二极管（LD，又称半导体激光器）、半导体发光二极管（LED）、固体激光器和气体激光器等。但是对于光纤通信工程来说，除了少数测试设备与工程仪表之外，几乎无例外地采用半导体激光器和半导体发光二极管。本实验简要地介绍半导体激光器，若需详细了解发光原理，请参看各教材。半导体激光二极管（LD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（10mW）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为3050，水平发散角为030），与单模光纤的耦合效率高（约3050），辐射光谱线窄（0.11.0nm），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（20GHz）直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。半导体激光器的特性，主要包括阈值电流Ith、输出功率P0、微分转换效率、峰值波长p、光束发散角、脉冲响应时间tr、tf等。除上述特性参数之外，有时也把半导体激光器的工作电压、工作温度等列入特性参数。阈值电流是非常重要的特性参数。图8-1上A段与B段的交点表示开始发射激光，它对应的电流就是阈值电流Ith。半导体激光器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。P-I特性是半导体激光器的最重要的特性。当注入电流增加时，输出光功率也随之增加，在达到Ith之前半导体激光器输出荧光，到达Ith之后输出激光，输出光子数的增量与注入电子数的增量之比见式8-1。 （8-1）P/I就是图8-1激射时的斜率，是普朗克常数（6.625*10-34 焦耳秒），v为辐射跃迁情况下，释放出的光子的频率。图8-1 LD半导体激光器P-I曲线示意图 P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小，Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器。这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比（测试方法见实验十二）大，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。在实验中所用到半导体激光器输出波长为1310nm，带尾纤及FC型接口。其典型参数如下表8-1：表8-1 本实验半导体激光器的部分参数参考表Parameter参数Symbol符号Min最小值Typ典型值Max.最大值Unit单位Central Wavelength中心波长 128013101340nmSpectral Width RMS谱线宽度 25nmThreshold Current阈值电流815mAOptical output power输出功率0.20.4mWForward Voltage正向电压Vf1.21.6VRise Time/Fall Time上升/下降时间tr/tf0.5ns 本实验所涉及的实验框图如图8-2，R973（1）与激光器串联。图8-2 激光器工作框图电路中的驱动电流在数值上等于R973两端电压与电阻值之比。为了测试更加精确，实验中先用万用表测出R973的精确值(将BM901、BM902都拨到中档，用万用表的欧姆档测T904、T905之间的电阻)，计算得出半导体激光器的驱动电流，然后用光功率计测得一定驱动电流下半导体激光器发出激光的功率，从而完成P-I特性的测试。并可根据P-I特性得出半导体激光器的斜率效率。五、实验步骤1、用导线连接中央控制器M和T903(13_DIN)。2、将开关BM901拨为1310nm，将开关K902拨为“数字”，将电位器W901逆时针旋转到最小。3、旋开光发端机光纤输出端口防尘帽，用FC-FC光纤跳线将半导体激光器与光功率计输入端连接起来，并将光功率计测量波长调整到1310nm档。4、用万用表测量T904（TV+）和T905(TV-)之间的电阻值（电阻焊接在PCB板的反面），找出所测电压与半导体激光器驱动电流之间的关系（VIR973）。注释：在回路中测R973的电阻值，不准确！所以在测之前要将回路断开。另外，考虑到万用表本身的精度问题，也可不测R973的电阻值，直接用1来做实验。5、将电位器W907（阈值电流调节）逆时针旋转到底。注释：此时LD的直流偏置Ib的值为0。LD的驱动电流仅为调制电流Id。否则因自动光功率的作用，无法测量LD的P-I特性曲线6、打开交流电源。7、用万用表测量T904（TV+）和T905(TV-)两端电压（红表笔插T904，黑表笔插T905）。8、慢慢调节电位器W901（数字驱动调节），使所测得的电压为下表中数值，依次测量对应的光功率值，并将测得的数据填入下表1-2，精确到0.1uW。注释：1、实验中半导体激光器的驱动电流不可大于60mA，否则有烧毁激光器的危险。 2、实验时不能调节电位器W907，否则将影响实验的结果。 9、做完实验后先关闭交流电开关。10、拆下光跳线及光功率计，用防尘帽盖住实验箱半导体激光器光纤输出端口，将实验箱还原。U(mV)22.22.42.62.833.23.43.6I(mA)2.02.22.42.62.83.03.23.43.6P（uW）U(mV)3.844.55678910I(mA)3.84.04.55.06.07.08.09.010.0P（uW）U(mV)1214161820222426I(mA)12.014.016.018.020.022.024.026.0P（uW） LD的P-I特性测试表六、实验结果以上的数据仅供参考，LD的阈值电流Ith一般在310mA比较正常。由于激光器个体差异会使得输出功率有差异。七、思考题1、试说明半导体激光器发光工作原理。2、环境温度的改变对半导体激光器P-I特性有何影响？3、分析以半导体激光器为光源的光纤通信系统中，半导体激光器P-I特性对系统传输性能的影响。18实验四 发光二极管P-I特性测试曲线一、实验目的1、学习发光二极管的发光原理2、了解发光二极管平均输出光功率与注入电流的关系3、掌握发光二极管P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试二、实验内容1、测量发光二极管平均输出光功率和注入电流，并画出P-I关系曲线2、根据PI特性曲线，计算发光二极管斜率效率三、实验仪器1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统 1台2、FC接口光功率计1台3、850nm光发端机（HFBR-1414T） 1个4、ST-FC多模光跳线 1根5、万用表1台6、连接导线 20根四、实验原理半导体光源主要有半导体发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）两种。LD已经在上一个实验介绍过，本实验主要是介绍LED。半导体发光二极管（LED）是利用半导体P-N结自发发射原理发光的器件的统称。商品发光二极管种类很多，电信仪表与家电产品的半导体指示灯也是半导体发光二极管。光纤通信专用半导体发光二极管的特点是高亮度、高响应速度，其制造工艺与价格与半导体指示灯有所不同。发光二极管（LED）结构简单，是一个正向偏置的PN同质结，电子-空穴对在耗尽区辐射复合发光，称为电致发光。发光二极管（LED）发射的不是激光，输出功率较小、具有较宽的谱宽（3060nm）、发射角较大（100）、与光纤的耦合效率较低。其优点是：寿命很长，理论推算可达108至1010小时，其次是受温度影响较小，输出光功率与注入电流的线性关系较好，价格也比较便宜，驱动电路简单，不存在模式噪声等问题。半导体发光二极管（LED）可以做为中短距离、中小容量的光纤通信系统的光源。对于发光二极管（LED）而言，自发辐射产生的功率是由正向偏置电压产生的注入电流提供的，当注入电流为I，工作在稳态时，电子-空穴对通过辐射和非辐射复合，其复合率等于载流子注入率I/P，其中发射电子的复合率决定于内量子效率int，光子产生率为(Iint/P)，因此LED内产生的光功率为 （9-1）式中，为光