光纤通信实验报告

中南大学《光纤通信》实验报告学院信息科学与工程学院指导教师王玮雷文太专业班级通信学号姓名《光纤通信》实验报告1实验室名称：光纤通信实验室实验日期：2014年12月11日学院信息科学与工程学院专业、班级姓名实验名称光源的P-I特性测试指导教师教师评语教师签名：年月日实验目的：1、了解半导体激光器LD的P-I特性。2、掌握光源P-I特性曲线的测试方法。实验器材：1、实验器材：主控&信号源模块、2号、25号模块各一块2、23号模块（光功率计）一块3、FC/PC型光纤跳线、连接线若干4、万用表一个实验内容：激光器的电流与电压的关系类似于正向二极管的特性。该实验就是通过测量输出功率和电流关系，对该线性关系进行测量，以验证P-I的线性关系。最后根据实验数据，绘出光源P-I特性曲线。实验原理：数字光发射机的指标包括：半导体光源的P-I特性曲线测试、消光比（EXT）测试和平均光功率的测试。接下来的三个实验我们将对这三个方面进行详细的说明。I(mA)P(mW)thILD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，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，也即启动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。半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如上图所示，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，激光器工作于自发辐射，输出（荧光）光功率很小，通常小于100pW；在门限电流以上，激光器工作于受激辐射，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类似于正向二极管的特性。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。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，没有扭折点，P-I曲线的斜率适当的半导体激光器：Ith小，对应P值就小，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大；没有扭折点，不易产生光信号失真；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。实验步骤：1、关闭系统电源，按如下说明进行连线：（1）用连接线将2号模块TH7（DoutD）连至25号光收发模块的TH2（数字输入），并把2号模块的拨码开关S4设置为“ON”，使输入信号为全1电平。（2）用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光功率计”。（3）用同轴电缆线将25号光收发模块P4（光探测器输出）连至23号模块P1（光探测器输入）。2、将25号光收发模块开关J1拨为“10”，即无APC控制状态。开关S3拨为“数字”，即数字光发送。3、将25号光收发模块的电位器W4和W2顺时针旋至底，即设置光发射机的输出光功率为最大状态；4、开电，设置主控模块菜单，选择主菜单【光纤通信】→【光源的P-I特性测试】功能。5、用万用表测量R7两端的电压（测量方法：先将万用表打到直流电压档，然后将红表笔接TP3，黑表笔接TP2）。读出万用表读数U，代入公式I=U/R7，其中R7=33Ω,读出光功率计读数P。调节功率输出W4，将测得的参数填入表格。P(uW)u(V)I(A)实验过程原始记录（数据、图表、波形等）：1、实验过程：实验接线与结果显示图：在主控&信号源模块，选择光纤通信菜单，在其中选择选择第一个实验，光源的P-I特性测试。2实验结果记录测得参数填入表格如下：P(uW)413.7387.0309.6239.8172.597.8413.62u(V)0.640.600.510.430.340.270.16I(A)0.0190.0180.01550.0130.01030.00810.0049P(uW)7.5761.3181.0400.7000.51200.37500.1922u(V)0.150.140.130.120.110.090.05I(A)0.00450.00420.00390.00360.00330.00270.0015最后根据实验测得数据，用Matlab绘出光源P-I特性曲线图如下：02468101214161820050100150200250300350400450I/mAP/uW实验得LD半导体激光器P-I特性曲线Matlab绘制曲线代码如下：x=[19,18,15.5,13,10.3,8.1,4.9,4.5,4.2,3.9,3.6,3.3,2.7,1.5];y=[413.7,387,309.6,239.8,172.5,97.84,13.62,7.576,1.318,1.040,0.700,0.512,0.375,0.1922];plot(x,y)xlabel('I/mA');ylabel('P/uW');title('实验得LD半导体激光器P-I特性曲线')gridon;对实验结果曲线图的阈值电流部分进行局部放大，如图所示：3.844.24.44.64.80510152025I/mAP/uW实验得LD半导体激光器P-I特性曲线(阈值电流部分)实验结果及分析：通过进行了光源的P-I特性测试实验，结合了书本上的知识，我对半导体激光器LD的P-I特性有了进一步的了解，同时也掌握了光源P-I特性曲线的测试方法。首先可以学习到，P和I分别为激光器的输出光功率和驱动电流，I和P都有其阈值。当I小于阈值电流时，激光器发出的是自发辐射光；当I大于阈值电流时，发出的是受激辐射光，光功率随驱动电流的增加而增加。故一般信息的传输采用调制的方法，一般在I大于其阈值电流的线性区间上进行调制。且激光器输出光功率随温度的变化而变化，因为激光器的阈值电流随温度升高而增大，二是外微分量子效率随温度升高而减小，故温度升高时，输出光功率明显下降，达到一定温度时，激光器就不辐射了。P-I特性也是选择半导体激光器的依据，选择的时候，应该选择阈值电流尽可能小，没有扭折点，P-I曲线的斜率适当的半导体激光器。在做实验的过程中，也因为是初次接触，还有些不习惯，从这第一个实验开始对实验箱的每个模块进行熟悉，中间在读数的时候，我们测得的数据波动的很厉害，不能稳定地读数，所以只能取中间值进行采集。在实验的过程中，我们对多组数据进行了测量。我们首先由u=0.05(V)测量至u=0.64(V)，发现了P-I大致的规律，后又估计在u=0.15(V)左右对应有阈值电流，故又在此范围附近多测量了几组，使最终结果更精确。最后根据我们的数据绘出了实验测得的LD光源P-I特性曲线，曲线与理想情况还有些偏差，我认为造成误差的原因，主要可能有实验温度的影响和测量过程中读数与记录的误差等，但在误差允许的范围内，实验结果与理论基本吻合。可以从曲线上看出，阈值电流在4.2mA左右，阈值功率在1.318uW左右。《光纤通信》实验报告2实验室名称：光纤通信实验室实验日期：2014年12月11日学院信息科学与工程学院专业、班级姓名实验名称光发射机消光比测试指导教师教师评语教师签名：年月日实验目的：1、了解数字光发射机的消光比的指标要求。2、掌握数字光发射机的消光比的测试方法。实验内容：通过测量光发射机输入全“0”时输出的平均光功率P00即无输入信号时的输出光功率，以及光发射机输入全“1”时输出的平均光功率P11，计算数字发射机消光比的测试方法。实验器材：1、主控&信号源模块、2号、25号模块各一块2、23号模块（光功率计）一块3、FC/PC型光纤跳线、连接线若干4、实验原理：消光比定义为：001110lgPEXTP。式中P00是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。P11是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。从激光器的注入电流（I）和输出功率（P）的关系，即P-I特性可以清楚地看出消光比的物理概念，如下图所示。由图可知，当输入信号为“0”时，光源的输出光功率为P00，它将由直流偏置电流Ib来确定。无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。所以从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。但是，应该指出，当Ib减小时，光源的输出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其它特性产生不良影响，因此，必须全面考虑Ib的影响，一般取Ib=(0.7～0.9)Ith（Ith为激光器的阈值电流）。在此范围内，能比较好地处理消光比与其它指标之间的矛盾。考虑各种因素的影响，一般要求发送机的消光比不超过0.1。在光源为LED的条件下，一般不考虑消光比，因为它不加直流偏置电流Ib，电信号直接加到LED上，无输入信号时的输出功率为零。因此，只有以LD作光源的光发射机才要求测试消光比。ΔPEXTADPPIN消光比对灵敏度的影响实验步骤：1、关闭系统电源，按如下说明进行连线：（1）用连接线将2号模块TH7（DoutD）连至25号光收发模块的TH2（数字输入）。（2）用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关S1打到“光功率计”。（3）用同轴电缆线将25号光收发模块P4（光探测器输出）连至23号模块P1（光探测器输入）。2、将25号光收发模块开关J1拨为“10”，即无APC控制状态。开关S3拨为“数字”，即数字光发送。3、将25号光收发模块的电位器W4和W2顺时针旋至底，即设置光发射机的输出光功率为最大状态；4、开电，设置主控模块菜单，选择【光功率计】功能。5、将2号模块的拨码开关S4设置为“ON”，使输入信号为全1电平。测得此时光发端机输出的光功率为P11。6、将2号模块的拨码开关S4设置为“OFF”，使输入信号为全0电平。测得此时光发端机输出的光功率为P00。7、代入公式001110lgPEXTP，即得光发射机消光比。8、调节W4，改变各参数，并将所测数据填入下表。P00(uW)P11(uW)EXT实验过程原始记录（数据、图表、波形等）：P00(uW)0.0970.09580.09580.09510.09510.09580.0964P11(uW)405.4369.3231.6156.062.887.5760.512EXT-36.21-35.86-33.83-32.15-28.20-18.98-7.28实验结果及分析：通过本实验，我们了解了数字光发射机的消光比的指标要求，也学习掌握了数字光发射机的消光比的测试方法。首先，由理论上获得了不少的收获。消光的定义为：001110lgPEXTP。由于P00是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率，即无输入信号时的输出光功率。P11是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。所以从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。光源为LED时不考虑消光比，因为它不加直流偏置电流，无输入信号时的输出功率为零。只有LD作为光源的时候，光发射机才要求测试消光比。消光比的不足容易引起对码元的误判等一系列问题。在生产中，由于设备及环境差异的问题，消光比很难控制，只能将消光比控制在某一范围内。由于消光比的决定因素是功率，所以其影响可以从两大方面考虑。第一，温度差异，会导致电路元件参数的改变，影响功率和消光比，第二，光路洁净度差异，会影响光功率的虽好。而由实验结果的角度来看，P00是基本维持在一个数值上不改变的（我们小组的实验过程中，测量结果总是在一定范围内跳变波动，不是很稳定）。P11则是改变幅度值较大的。由此计算得到消光比。《光纤通信》实验报告3实验室名称：光纤通信实验室实验日期：2014年12月11日学院信息科学与工程学院专业、班级姓名实验名称模拟信号光纤传输系统指导教师教师评语教师签名：年月日实验目的：1、了解模拟信号（正弦波、三角波、方波等）光纤传输系统。实验内容：1、分析实验电路的工作原理，简述其工作过程。2、观测并分析实验过程中的实验现象。实验器材：1、主控&信号源模块、25号模块各一块2、双踪示波器一台3