实验七数字光纤传输技术(改)

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1、实验七数字信号光纤传输技术实验光纤是光纤传输线的简称，是一种传导光波的介质传输线，其核心部分是由圆柱形玻璃纤芯和玻璃包层构成，最外层是一种弹性耐磨的塑料护套，整根光纤呈圆柱形。以光纤作为传输媒质传送光载信息的通信方式，称为光纤通信。光纤通信具有容量大、传输距离远、抗干扰、抗核辐射、抗化学侵蚀、重量轻、节省有色金属等优点。随着科学技术的不断发展，这一科学技术的应用范围越来越广。数字信号的光纤传输技术实验系统集光电子技术，光纤传输技术、模数、数模转换技术及计算机通信与接口技术等多种技术于一体，所以通过这一实验系统进行的各种实

2、验，对于扩大学生知识面和增强他们综合运用多种知识解决实际问题的能力均具有十分重要的作用。【实验目的】1.了解数字信号光纤传输系统的基本结构；2.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及其主要特性的测试方法；3.掌握运用光电变换和电流电压变换技术测量光功率的方法；4.学习数字信号光纤传输系统的调试技术。【实验原理】一、数字光纤通信的基本原理图1光纤通讯系统的结构框图图1中表示了一个目前实用光纤通信系统的结构框图(图中仅画出一个方向的信道)，该系统由以下四部分组成；光信号发送器；传输光缆、光信号接收器和收、发端的电端机。光信号发

3、送器实质上是一个电光调制器，它用电端机(发)送来的电信号对光源进行调制变成光信号，光源一般是半导体激光器和发光二极管，调制方式在目前实用系统中大都采用光强直接调制方式，经调制的光耦合到光纤中后传输到接收端，接收端的光电子检测器件(一般为半导体PIN管和雪崩管)把光信号变成电信号，再经放大、整形处理后送至电端机(收)。以上的系统结构框图对模拟信号和数字信号系统均适用。对模拟信号而言，由电端机(发)送来的是语音或图象信号，要求光信号发送器中的光源器件应具有线性度良好的电光特性，对于数字信号的光纤通信系统，光源器件的非线性对系

4、统性能影响不大。图2示出了数字信号光纤通信系统中的光端机(即光信号)的发送器和接收器的结构示意图。该图中各单元的功能如下：19图2数字信号光纤通讯系统结构示意图极性双单变换单元是把来自电端机的双极性信号变换成单极性码，以便实施对光功率的调制：扰码及线路码变换是为了避免在光纤信道中出现长连的“0”码或长连的“1”码，以利接收端时钟信号的提取和误码率的监测，光发送单元的作用是把数字信号的电脉冲调制成光脉冲，并把光脉冲耦合到光纤信道中去，在接收端经光电检测器和低噪声放大器组成的光信号接收单元把来自光纤输出端的光脉冲转变成电脉冲

5、，经放大后输出。在长距离高速率的光纤通信系统中，由于光纤的各种“色散”效应可能使传至接收端的光脉冲波形产生严重的畸变而引起码间干扰，接收端的均衡器就是为克服这一影响而设置的一个单元；再生单元的作用是把经过判决之后的数字信号进行再生。接收端再生单元以后的各单元与发送端它们所对应的单元相比，具有相反的功能。光纤通信系统中所用的光纤分多模光纤和单模光纤两种，多模光纤主要用于模拟信号传输系统或传输距离不太远、传输数码率不高的数字信号光纤传输系统中；单模光纤用于高速的光纤通信系统中，有关以上两类光纤的结构、性能的详细论述见参考文献

6、。光纤通信系统中常用光源器件，主要是半导体发光二极管LED(发光中心波长0.86)和半导体激光器LD(波长1.3-1.5)，前者具有线性度良好的电光特性，适用于模拟信号光纤传输系统中或传输码率不高的小容量的数字光纤通信系统中；后者出光功率较大，波谱窄，发光中心波长能与光纤信道理论上的“零色散”所要求的波长匹配，故常用于以单模光纤作为信道的高速系统中。光纤通信系统中常用的光电探测器件，主要有PIN光电二极管和雪崩光电二极管，PIN光电二极管与普通的PN结光电二极管相比，不同之处就在于在普通光电二极管P层和N层之间有一层低掺

7、杂的N型半导体，且尺寸较宽，增加的中间层掺杂浓度之低以致可把该层近似为本征半导体，故用“I”表示，在结构上的以上改进就使得PIN结构的光电二极管具有较宽的耗尽区和较小的结电容，从而提高了它的光电转换效率和对高速码率数字信号的响应能力，由硅材料制做的PIN光电二极管响应波谱为0.5～1.0范围，中心响应波长为0.9；这与光纤的一个低损耗波长对应。19雪崩光电二极管APD在结构上使它所用的偏压能够达到较高的值,在这一高反压作用下，使APD内形成一个高电场区，当光信号照射在APD上，光子激发出电子空穴对之后，受高电场区内的电场

8、加速，可以碰撞出二次电子空穴对，形成光电流的倍增，提高了器件的灵敏度，以利于实现远距离的光纤通信。有关光纤通信中采用的上述电光和光电器件的结构、工作原理及性能的详细论述见参考文献。数字信号光纤传输技术实验系统的基本结构如图3所示，它包括了以下几个主要部分：1.光讯号发送部分；图3数字信号光纤传输系统硬件结构框图2．传