GQC_光纤通信特性实验仪实验说明书_2010-07-12.doc

ZKY-GQC
光纤特性及传输实验仪
实验指导及操作说明书

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2010-7-12
光纤特性及传输实验

在现代通信技术中,为了避免信号互相干扰,提高通信质量与通信容量,通常用信号对载波进行调制,用载波传输信号,在接收端再将需要的信号解调还原出来。不管用什么方式调制,调制后的载波要占用一定的频带宽度,如音频信号要占用几千赫兹的带宽,模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。载波的频率间隔若小于信号带宽,则不同信号间要互相干扰。能够用作无线电通信的频率资源非常有限,国际国内都对通信频率进行统一规划和管理,仍难以满足日益增长的信息需求。通信容量与所用载波频率成正比,与波长成反比,目前微波波长能做到厘米量级,在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。光波波长比微波短得多,用光波作载波,其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的,光纤通信就是用光波作载波,用光纤传输光信号的通信方式。
与用电缆传输电信号相比,光纤通信具有通信容量大,传输距离长,价格低廉,重量轻易敷设,抗干扰,保密性好等优点,已成为固定通信网的主要传输技术,帮助我们的社会成功发展至信息社会。
【实验目的】
了解光纤通信的原理及基本特性。
测量激光二极管的伏安特性,电光转换特性。
测量光电二极管的伏安特性。
基带(幅度)调制传输实验。
频率调制传输实验。
音频信号传输实验。
数字信号传输实验。
【实验仪器】
光纤特性及传输实验仪,示波器
【实验原理】
光纤
光纤是由纤芯,包层,防护层组成的同心圆柱体,横截面如图1所示。纤芯与包层材料大多为高纯度的石英玻璃,通过掺杂使纤芯折射率大于包层折射率,形成一种光波导效应,使大部分的光被束缚在纤芯中传输。若纤芯的折射率分布是均匀的,在纤芯与包层的界面处折射率突变,称为阶跃型光纤。若纤芯从中心的高折射率逐渐变到边缘与包层折射率一致,称为渐变型光纤。若纤芯直径小于10μm,只有一种模式的光波能在光纤中传播,称为单模光纤。若纤芯直径50μm左右,有多个模式的光波能在光纤中传播,称为多模光纤。防护层由缓冲涂层,加强材料涂覆层及套塑层组成。通常将若干根光纤与其它保护材料组合起来构成光缆,便于工程上敷设和使用。
衡量光纤性能好坏的主要是它的损耗特性与色散特性。
损耗特性决定光纤传输的中继距离。光在光纤中传输时,由于材料的散射,吸收,会使光信号衰减,当信号衰减到一定程度时,就必需对信号进行整形放大处理,再进行传输,才能保证信号在传输过程中不失真,这段传输的距离叫中继距离,损耗越小,中继距离越长。光纤的损耗与光波长有关,通过研究发现,,,,实用的光纤通信系统光波长都在低损耗窗口区域内。
损耗用损耗系数表示。光在有损耗的介质中传播时,光强按指数规律衰减,在通信领域,损耗系数用单位长度的分贝值(dB)表示,定义为:
(dB/km) (1)
已知损耗系数,可计算光通过任意长度L后的强度:
(2)
上两式中,L是传播距离,P0是入射光强,P1是损耗后的光强。
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,:
,,在1550nm波长测得的损耗增加应小于1dB;,。
图2 单模光纤弯曲损耗测试
此处可不用扰模器,可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。
(3)
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。
ITT标准,光纤的弯曲损耗比较小,在实际测试中可采用减小弯曲半径的办法提高实验效果的明显性。实验测试框图如图3所示。
(a)弯曲半径R1缠绕方法
(b)弯曲半径R2缠绕方法
图3 扰模器缠绕方法
2、激光二极管(FP-LD)
光通信的光源为半导体激光器(LD)或发光二极管(LED),本实验采用半导体激光器。
半导体激光二极管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E