光纤通信实验二 光发射器实验

光纤通信实验二光发射器实验
1实验目的
1.1 学习使用光纤通信中的重要器件LED或LD发光原理
1.2 掌握光发送模块电光变换原理
1.3 了解模拟光发送和数字光发送的区别
2实验内容
2.1 实验中，建议学生用一块74LS00 小规模集成电路，设计一个环型振荡器作为数字
信号源。

也可以使用数字信号发生器。

2.2 实验中，模拟信号源取自信号发生器，或摄像机输出的视频信号。

2.3 光源的驱动电流，是通过测量负载电阻上的电压降计算得出，（负载电阻的阻值是
已知的）。

2.4 通过测量，画出LED发出的光功率，与注入正向电流之间的关系曲线。

为了LED
的安全，流过LED的电流必须小于50mA
3LED工作原理
3.1 发光二极管LED是取Light Emitting Diode 英文字头的缩写，主要应用于中小容量
光通信系统中。

半导体激光二极管LD是取Laser Diode的英文字头的缩写。

主要应用于长距离传输的大容量光纤通信系统中。

发光二极管应用非常广泛，我们经常能看到，例如电视机上用于指示电源状态的红色发光管。

然而用于光纤通信中的LED管光谱更窄、工作频率更宽、寿命更长。

为了使管子发的光尽量多的注入到光纤中，LED管的结构又非常精密。

尽管如此，与激光二极管LD相比，LED只能用于几公里范围内的低码速光通信。

目前，光通信中大量使用的都是调制带宽极宽、响应速度快、发光光谱线宽极窄（数nm左右）、发光功率大的激光二极管。

无论LED或者LD要使它门发光最简单的电路如图1。

LED或LD
发光电路图
当开关K闭合，Vcc经过电阻R向光源提供合适的工作电流，得到工作电流以后光源发光，发出的光注入到光纤中并传送到远方。

限流电阻R的取值非常重要，R太大工作电流过小，光器件发出的光功率也小，光传送的距离也短。

R取值太小电流将会加大，光器件发出的光功率也大，一旦电流超过光源所能承受的最大工作电流，价值昂贵的光
器件将立刻烧毁。

同学们做实验的时候宁可保守一些，光器件的工作电流LED不要超过50mA ，LD不要超过15mA 。

如果我们想让LED或LD将连续的TTL方波转换成光信号发射出去，只要将图1中的开关K用一只三极管T代替就可以办到，具体电路如图2所示
图2.2 简单的数字信号光发射电路
上图中TTL高电平时光源发光，TTL低电平时光源不发光。

光源完成了电光转换任务。

我们把这种调制方式称作光强度调制。

如果我们要用LED传送正弦模拟信号，就应该让LED的发光强度随着输入信号的强弱变化而变化。

光源模拟发光原理电路见图2.3 。

可见，该图中的LED发光方式也属于光源强度调制方式。

正弦信号输入
图2.3 模拟信号光发射电原理图
光功率输出
上面的电路同学们曾经在模拟电路中学过，由于集电极负载电阻R3很小只有几十欧姆，LED的动态电阻也很小，这个电路完成的是将电功率转换成光功率输出，与单管放大电路相同的是这个电路也要设置一个合适的静态工做点Q 。

静态工作点的设置原则要保证LED随输入模拟信号的强弱变化而得到最大的线性光功率输出。

4 光源P/I特性曲线的测量
通过上面的分析我们会产生一个想法，当我们拿到一个光源要用于数字或模拟光纤通信中，我们该如何确定光源的正向电流？对模拟传输又应该如何确定光源的正向电流静态工作点？实际工作中，我们从公司买来的光源，都会随同符送一张该器件的特性参数表，通过这张表我们可以了解到诸如器件的频率特性、器件的光学特性及器件的温度特性等参数。

这些参数可以帮助我们设计光源的发光驱动电路。

通过下面的实验，同学们也能得到光源一个非常重要的—P/I特性曲线。

顾名思义，P/I特性曲线告诉我们光源通过的正向电流与发光强度之间的关系。

测得这个曲线，就可以解决上面提出的两个问题。

P/I特性曲线测量电路如下图所示：
RW
500Ω
LED
图2.5 LED P/I曲线测量电路
图中的R 是限流电阻取值62Ω，Rw 是可调电阻取值500Ω，Vcc 取＋5V 。

同学们做实验之前有几个问题先想好了再做：
4.1 电之前是否要检查一下，看看测试电路有没有错误？光器件＋、－极是否接反？ 4.2 通电之前Rw 的阻值调到最大好还是调到最小好？
4.3 正向电流是通过测量限流电阻R 两点电压降VR ，经计算间接得到的，可不可以在电路中串一电流表直接测得？
4.4 假如你打算每隔3mA 做测试点，是事先计算出VR 值好？还是一边测量VR 值一边计算正向电流好？
4.5 通过P/I 特性曲线的测量，还能得到LED 正向电流与正向电压之间的关系曲线，但不允许直接测量LED 两端的电压，你该如何测试？
4.6 测试中估算一下室内的温度，在做好的曲线中要标明温度，这是为什么？ 画曲线时电流用横坐标，光功率和正向电压用纵坐标表示。

附录：实验中使用的电光转换LED 发光二极管和光电转换PIN 组件性能参数如下
LED 发光二极管型号：HFBR-1414T 引脚图：
地视图
第一脚标记
图2.6 HFBER-1414T 外形、引脚定义及性能参数
1.2
1.1
相 1.0
对 0.9
光 0.8
功
0.7
率 0.6 0.5
0.4 0.3 0.2 10 30 50 70 90
工 作 电 流 (mA)
图2.8工作电流与光功率的关系
图2.7 HFBER-1414T 正向电流与正向电压关系图
HFBR1414T 是惠普公司生产的半导体通信光源。

其接口电平为TTL 或ECL 。

工作波长850nm 。

适用于50/125 、62.5/125 、100/140或200μm 光纤。

可用于100M 以太网代替双绞线做信息传输，通信距离小于2000米。

也可用于其它光通信中。

5 实验中使用的仪表：万用表、光功率计、直流稳压电源、示波器 。

6 安全事项 ：不要用眼睛直视光纤的末端，这一点非常重要，否则，眼睛可能永久损伤。

不要用眼睛看光源的输出孔，这一点非常重要。

否则，眼睛可能永久损伤。

必须记住，我们工作中接触的光大多数是不可见光 。

从光谱与颜色对应关系可知850nm 波长的光呈现红色。

观察LED 输出的光可用一块小镜子通过看反射光的办法进行。

7 实验报告要求
7.1 设计数字光发射机电路。

7.2 整理实验记录，画出相应的信号波形。

7.3 通过实验数据，画出给定实验发光器件的P/I 特新曲线图。

7.4 用示波器观察光源非线性失真，并解释产生的原因。

7.5 写出实验步骤，元器件选取的依据，实验中出现的问题及解决方法。