数字信号光纤传输技术实验论文`

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1、数字信号光纤传输技术实验论文摘要:光纤通信现在已经成为重要的通信方式。因为它独有的优势，越来越受到各国的重视。对于光纤特性的研究也成为了光学研究的重要组成部分。对于它的研究也愈发重要。本文描述了作者做光纤技术实验的主要过程以及该实验的相关原理和注意事项，并提出了自己实验过程中遇到的主要问题和对它们的思考。同时，也对该项技术的发展前景提出了一些自己的看法。关键词:光纤特性、信号传输一、实验相关原理1、数字信号光纤通信的基本原理数字信号光纤通信的基本原理如图（图中仅画出一个方向的信道）。工作的基本过程如下：语音信号经模/数转换成8位二进制数码送至信号发送电路，加

2、上起始位（低电平）和终止位（高电平）后,在发时钟TxC的作用下以串行方式从数据发送电路输出。此时输出的数码称为数据码，其码元结构是随机的。为了克服这些随机数据码出现长0或长1码元时,使接收端数字信号的时钟信息下降给时钟提取带来的困难，在对数据码进行电/光转换之前还需按一定规则进行编码，使传送至接收端的数字信号中的长1或长0码元个数在规定数目内。由编码电路输出的信号称为线路码信号。线路码数字信号在接收端经过光/电转换后形成的数字电信号一方面送到解码电路进行解码,与此同时也被送至一个高Q值的RLC谐振选频电路进行时钟提取.RLC谐振选频电路的谐振频率设计在线路码

3、的时钟频率处。由时钟提取电路输出的时钟信号作为收时钟RxC,其作用有两个：1.为解码电路对接收端的线路码进行解码时提供时钟信号；2.为数字信号接收电路对由解码电路输出的再生数据码进行码值判别时提供时钟信号。接收端收到的最终数字信号，经过数/模转换恢复成原来的语音信号。图1数字信号光纤通信的基本原理图2、实验系统的硬件结构实验系统的结构如图2示。其中,光讯号发送部分采用中心波长为0.86μm的半导体发光二极管（LED）作光源器件。传输光纤采用多模光纤。光讯号接收部分采用硅光电二极管（SPD）作光电检测元件。计算机通过RS-232串口控制单片机。单片机再去控制模

4、数转换电路ADC0809、数模转换电路DAC0832和数字信号并串/串并转换电路8251，实现A/D、D/A转换图2实验系统的硬件结构及工作原理和数字信号的并串/串并转换。图中的单片机、ADC0809、DAC0832及8251等部分是集中在实验系统的电端机内，而LED的调制和驱动电路、SPD的光电转换部分是集中在实验系统的光端机内。二、光导纤维的结构及传光原理本实验使用的光纤为阶跃型多模塑料光，其结构如图18-2所示，由纤芯和包层两部分组成。纤芯的半径为a，折射率为n1；包层的外径为b，折射率为n2，且n1＞n2。光在光纤中传播时，可以在纤芯和包层的界面上发

5、生全反射，就可以避免光能的泄漏，大大降低传输的损耗，因此光纤可以应用于长距离低损耗传输。由于光纤制作工艺的提高，目前光纤的损耗已容易做到20dB/Km以下。光纤的损耗与工作波长有关，所以在工作波长的选用上，应尽量选用低损耗的工作波长。光纤通信最早是用短波长0.85μm，近来发展至用1.3～1.55μm范围的波长。光纤按其构造可分为阶跃型和渐变型光纤。在渐变型光纤中，纤芯折射率随离开光纤轴线距离的增加而逐渐减小，直到在纤芯—包层界面处减到某一值后，在包层的范围内折射率保持这一值不变。根据光射线在非均匀介质中的传播理论分析可知，光线在渐变型光纤中是沿周期性地弯向

6、光纤轴线的曲线传播。光纤按其模式性质又可以分成单模光纤和多模光纤。单模光纤的纤芯直径通常只有5～10μm，包层直径约125μm，只允许一种电磁场形态的光波在纤芯内传播。多模光纤的纤芯直径为20～2000μm，包层厚度为3～5μm，允许多种电磁场形态的光波传播。三、半导体发光二极管（LED）的基本工作原理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、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求。目前在以上各个方面都能较好满足要求的光源器件主要有半导体发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。本实验中使用的就是LED。在制做LED时，选择不同的材料组份，

7、就可改变LED的发光中心波长。为了减少损耗，LED发光波长应与传输光纤的低损耗波长一致。LED的调制方式特别简单，只要调制LED的驱动电流，就可以获得经调制的光强。LED的电气特性与普通的半导体二极管一样，具有单向导电性，而且有最大允许电流Imax。工作时，驱动电流必须限制在小于其最大允许电流Imax的范围内。由于LED的允许电流区间为0～Imax，调制信号的电流值如超出这一区间，就会造成削波失真。例如，某LED允许电流区间为0～50mA（图18-3.1）,输入的正弦信号电流范围为-10mA~10mA（图18-3.2中A信号），如果直接作为调制电流输入，信号

8、中只有0～10mA的部分能通过，这就造成信号波谷被削