《光信息传输技术》实验指导书

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1、《光信息传输技术》实验指导书何宁编信息与通信学院2011年7月10实验一光纤及LD特性测量一．实验目的1．掌握光纤的基本结构和传输特性。2．了解光纤通信光源的类型及发光机理。3．掌握光纤及LD有关特性测量。二．实验内容及要求1.光纤损耗特性及连接技术测试。2．LD伏安特性测试。3．LD电光转换特性测试。4．LD调制特性测试。三．实验原理光纤制造过程是比较复杂的过程，生产光纤的主要材料为石英（SiO2），其制造流程如图1所示：拉丝成缆套塑预制棒熔炼材料提纯光纤测试预制棒检验材料分析检验图1光纤光缆制造流程图光纤的制作过程一般可分为三个主

2、要步骤：熔炼、拉丝、套塑。光纤按制作材料不同可分为石英光纤，塑料光纤和氧化物光纤。按工作波长分为短波光纤（0.85um），长波长光纤（1.31um，1.55um）和超长波长光纤（2um以上）。按传输模式分为单模光纤和多模光纤。光纤接续有固定连接和活动连接两种，固定连接一般用于光缆工程上；活动连接一般用于机与线或机与机之间的连接，是可以拆卸的。光纤接续损耗主要受以下几个因素的影响，被焊接光纤折射率失配，纤蕊失配，端面的平整度和干净程度等。光纤传输特性主要有损耗特性和频带特性，光纤损耗特性通常用dB/km表示，引起光能量衰减的原因有吸收损

3、耗、散射损耗和辐射损耗。要降低光纤衰减，可采用纯度极高的石英玻璃。光纤频带特性通常用兆赫千米来表示，说明1Km光纤所具有的带宽能力，光纤频带特性主要受传光时色散性的影响。光纤的损耗是决定光纤通信系统传输距离的一个很重要的参数，光纤内的吸收、散射和弯曲、微弯以及护套等因素均可引起光纤传输中光功率的衰减，由于精确地计算光纤损耗极为困难，光纤的损耗通常用实验确定，因此，掌握测量光纤损耗的方法十分重要。光纤中光信号的传输可用下式表示：（1）式中是光纤输入功率，是光纤长处的光功率，是功率损耗系数，单位是1/米。在光纤传输系统中，常用分贝/公里（

4、）表示损耗，即损耗系数为：10（）（2）与的关系为：（3）光纤的弯曲损耗都是由于光不满足全反射条件而造成的，现代光纤最大的优点之一就是它的易弯曲性，如果光纤的弯曲曲率半径太小，将引起光传播途径的改变，使光从纤芯渗透到包层，甚至可能穿过包层向外渗漏。在正常情况下，光在纤芯内沿轴向传播的常数应满足，光强分布为中心轴线最强，随着半径的增大而逐渐减弱，到达纤芯的边缘光强等于零，呈高斯分布。光在弯曲部分中传输，要想保持同相位的电场和磁场在一个平面里，则越靠近外侧，其速度就会越大（即越小）。当传到某一位置时，其相速度就会超过光速，即当时，这意味着

5、传导模要变成辐射模，所以，光信号的一部分会损失掉，传输损耗将会增加。图2和图3是光纤特性图。图2光纤损耗特性图3光纤弯曲振荡特性光纤通信系统采用的光源主要有半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）,根据制作的材料不同，发光二极管的峰值发射波长有0.85um、1.3um和1.55um三种。LED是非相干光源，是一种直接注入电流的光发射器件，它的发射过程主要对应光的自发辐射过程，是半导体晶体内部受激电子从高能级回复到低能级时，发射出光子的结果。在发光二极管的结构中，不存在谐振腔，当注入正向电流时，注入的非平衡载流子在扩散过程中复合发光。

6、因此，发光二极管不是阈值器件，它的输出功率基本上与注入电流成正比。发光二极管的结构可分为表面发光型LED和边发光型LED，光纤通信中多采用边发光型LED。发光二极管的特性主要有光谱特性、伏安特性、电光转换特性和调制特性。光谱曲线上发光强度最大时所对应的波长为发光峰值波长，光谱曲线上两个半光强点所对应的波长差称为LED的谱线宽度，其值为30～40nm左右,光谱极易受温度的影响。伏安特性是指LED通过正向电流时，发光二极管两端所产生的正向压降，由于正向电阻比较小，故正向压降较低。图4给出示意图。（a）伏安特性曲线（b）伏安特性测试电路图4

7、伏安特性示意图10光谱曲线上发光强度最大时所对应的波长为发光峰值波长，光谱曲线上两个半光强点所对应的波长差称为LD的谱线宽度，其值为30～40nm左右,光谱极易受温度的影响。与普通光源相比，激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等特点，激光的出现使原有的光谱技术在灵敏度和分辨率方面得到很大的改善。激光器根据谱线宽度不同可分为单纵模和多纵模激光器，其光谱如图5、图6和图7所示。图5LED光谱特性图6LD光谱特性图7LED多纵模光谱电光转换特性是指LED的光输出功率与注入电流的关系，它是LED的重要参数之一，分为直流输出功率和脉

8、冲输出功率。直流输出光功率是指在规定正向直流工作电流下，LED所发出的光功率；而脉冲输出光功率是指在规定幅度、频率和占空比的矩形脉冲电流作用下，LED发光面所发射出的光功率。出光特性曲线如图8所示。图8P－I特性曲线10