实验一音频信号光纤传输技术实验
信号光纤传输技术实验.
音频信号光纤传输技术实验预习要求通过预习应理解以下几个问题：1．音频信号光纤传输系统由那几个部分组成、主要器件（LED 、SPD 和光纤）的工作原理；2．LED 调制、驱动电路工作原理3．LED 偏置电流和调制信号的幅度应如何选择、；4．测量SPD 光电流的I-V 变换电路的工作原理。
实验目的1．熟悉半导体电光/光电器件基本性能及主要特性的测试方法；2．了解音频信号光纤传输系统的结构及各主要部件的选配原则；3．掌握半导体电光和光电器件在模拟信号光纤传输系统中的应用技术；4．学习音频信号光纤传输系统的调试技术。
实验原理一．系统的组成音频信号光纤传输系统的原理图如图8-1-1所示。
它主要包括由LED （光源）及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光—电转换、I —V 变换及功放电路组成的光信号接收器三个部分。
光源器件LED 的发光中心波长必须在传输光纤呈现低损耗的0.85μｍ、1.3μｍ或1.5μｍ附近。
本实验采用中心波长0.85μｍ的GaAs 半导体发光二极管作光源、峰值响应波长为0.8～0.9μｍ的硅光二极管SPD 作光电检测元件。
为了避免或减少谐波失真，要求整个传输系统的频带宽度能够覆盖被传信号的频谱范围。
对于音频信号，其频谱在20Hz ～20KHz 的范围内。
光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的频率特性。
二、光纤的结构及传光原理衡量光纤信道性能好坏有两个重要指标：一是看它传输信息的距离有多远，二是看它单位时间内携带信息的容量有多大。
前者决定于光纤的损耗特性，后者决定于光纤的频率特性。
目前光纤的损耗容易做到每公里零点几dB 水平。
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。
光纤通讯最早是用短波长0.85μｍ，近来发展到能用1.3～1.55μｍ范围的波长，在这一波长范围内光纤不仅损耗低，而且“色散”也小。
光纤音频信号传输技术实验报告
光纤音频信号传输技术实验报告光纤音频信号传输技术实验报告引言：光纤技术作为一种高速、大容量的信息传输方式，已经在通信领域得到广泛应用。
然而，在音频信号传输方面，光纤技术的应用相对较少。
本实验旨在探究光纤音频信号传输技术的可行性，并对其性能进行评估。
一、实验原理光纤音频信号传输技术是利用光纤的高速传输特性，将音频信号转换为光信号进行传输。
具体实现过程包括：音频信号输入端通过调制电路将音频信号转换为光调制信号，然后通过光纤传输，再经过解调电路将光信号转换为音频信号输出到接收端。
二、实验设备和材料1. 音频信号发生器2. 光调制器3. 光解调器4. 光纤传输线5. 音频信号接收器6. 示波器7. 光源和光探测器三、实验步骤1. 将音频信号发生器与光调制器连接，调节发生器输出音频信号。
2. 将光调制器与光解调器连接，通过光纤传输线连接两者。
3. 将光解调器与音频信号接收器连接。
4. 调节光源和光探测器，使其适应光纤传输。
5. 打开音频信号发生器和音频信号接收器，并调节参数使音频信号传输正常。
6. 使用示波器对传输后的音频信号进行波形分析。
四、实验结果与分析经过实验，我们成功地实现了光纤音频信号的传输。
通过示波器观察到的波形显示，传输后的音频信号与输入信号基本一致，没有明显的失真和衰减。
这证明了光纤音频信号传输技术的可行性。
在实验过程中，我们还注意到了一些问题。
首先，光纤传输线的质量对音频信号的传输质量有很大影响。
如果光纤传输线质量较差，信号衰减较大，可能导致音频信号的失真。
因此，在实际应用中，应选择质量良好的光纤传输线。
其次，光调制器和光解调器的性能也会影响音频信号的传输质量。
如果这两个设备的响应速度较慢，可能会导致音频信号的延迟。
因此，在选择光调制器和光解调器时，应注意其响应速度和性能指标。
最后，光源和光探测器的选用也是影响音频信号传输质量的关键因素。
光源的亮度和光探测器的灵敏度会直接影响信号的传输距离和传输质量。
音频信号光纤传输技术实验报告
光纤广泛应用于各种工业控制、分布式数据采集等场合，特别适合电力系统自动化、交通控制等部门。
在光纤端面上，当光线入射角小于一定值?a时，折射光线在纤芯和包层界面上的入射角Ф才会大于临界角Фm，光线才能在光纤内多次全反射而传递到另一端。在光纤端面上，入射角θ′>θa的那些光线，折射后在界面上的入射角小于临界角Фm，光线将射出界面，如图40-2中光线2。这个入射角θa称为光学纤维的孔径角，它的数值由光学纤维的数值孔径决定。光纤的数值孔径N定义为
如图2所示，在立体角2θmax范围内入射到光纤端面的光线1在光纤内部界面产生全反射而得以传输，在2θmax范围外入射到光纤端面的光线2则在光纤内部界面不产生全反射而是透射到包层而马上被衰减掉。多模光纤具有较大的数值孔径，单模光纤的数值孔径相对较小，所以一般单模光纤需用LED半导体激光器作为其光源。
（2）光纤的损耗：
多模折射率阶跃型光纤由于各模传输的群速度不同而产生模间色散，传输的带宽受到限制。多模折射率渐变型光纤由于其折射率特殊分布使各模传输的群速度一样而增加信号传输的带宽。单模光纤是只传输单种光模式的光纤，单模光纤可传输信号带宽最高，目前长距离光通讯大都采用单模光纤。
光纤是玻璃细丝，性脆、易断，为提高其抗拉强度，保护表面和使用方便，在包层表面又涂履一层硅酮树脂一类的材料，称涂履层。
通过本实验的学习，在了解光导纤维的基本结构和光在其中传播规律的基础上，要建立起光导纤维的数值孔径、光纤色散、光纤损耗、集光本领等基本概念。
音频信号光纤传输技术实验
音频信号光纤传输技术实验[目的要求]1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。
2.了解音频信号光纤传输的结构及选配各主要部件的原则。
3.学习分析集成运放电路的基本方法。
[仪器设备]1.YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪。
2.数字万用表。
[实验原理]一．系统的组成图（1）示给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图，它主要包括由LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光电转换、I—V变换及功放电路组成的光信号接收器的三个部分。
图1 音频信号光纤传输实验系统原理图本实验采用中心波长0.85μm附近的GaAs半导体发光二极管（LED）作光源、峰值响应波长为0.8~0.9μm的硅光二极管（SPD）作光电检测元件。
由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。
二．光导纤维的结构及传光原理光纤按其模式性质通常可以分成两大类①单模光纤②多模光纤。
无论单模或多模光纤，其结构均由纤芯和包层两部分组成。
纤芯的折射率较包层折射率大，对于单模光纤，纤芯直径只有5~10μm，在一定的条件下，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50μm或62.5μm ，允许多种电磁场形态的光波传播；以上两种光纤的包层直径均为125μm 。
按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤，对于阶跃型光纤，在纤芯和包层中折射率均为常数，但纤芯一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：经光源耦合到渐变型光纤中的某些光射线，在纤芯内是沿周期性地弯向光纤轴线的曲线传播。
本实验采用阶跃型多模光纤作为信道，现应用几何光学理论进一步说明这种光纤的传光原理。
阶跃型多模光纤结构如图所示，它由纤芯和包层两部分组成，芯子的半径为a ，折射率为1n ，包层的外径为b ，折射率为2n ,且1n >2n 。
光纤音频信号传输实验报告
光纤音频信号传输实验报告光纤音频信号传输实验报告引言：在现代科技的快速发展下，音频信号传输技术也得到了极大的提升。
光纤作为一种高速、稳定的传输媒介，被广泛应用于音频信号传输领域。
本实验旨在通过搭建光纤音频传输系统，探究其传输效果和特点，并对比传统的电缆传输方式，以期能更好地了解光纤音频传输的优势与局限。
实验步骤：1. 实验器材准备：光纤收发器、音频源、音频放大器、音箱、电缆等。
2. 连接光纤收发器：将音频源与光纤收发器的输入端相连，将光纤收发器的输出端与音频放大器相连。
3. 连接音箱：将音频放大器与音箱相连。
4. 调试系统：打开音频源和音箱，调节音频源的音量和音箱的音量，确保音频信号正常传输。
实验结果：通过实验观察和数据分析，我们得出以下结论：1. 传输质量：光纤音频传输系统具有优异的传输质量，音频信号传输的稳定性和清晰度明显高于传统的电缆传输方式。
光纤传输不受外界电磁干扰的影响，能够减少信号失真和噪音干扰。
2. 传输距离：光纤音频传输系统的传输距离较远，可以达到几百米甚至更远的距离，而电缆传输方式的传输距离相对较短。
3. 安全性：光纤传输不产生电磁辐射和火花，具有较高的安全性，适用于一些对电磁辐射敏感的场所，如医院、实验室等。
4. 抗干扰能力：光纤传输系统具有良好的抗干扰能力，能够有效避免由于电缆传输中的电磁干扰而导致的信号失真和噪音问题。
讨论与分析：光纤音频传输系统相较于传统的电缆传输方式具有明显的优势，但也存在一些局限性。
首先，光纤传输系统的成本较高，需要专门的设备和技术支持。
其次，光纤传输系统对环境的要求较高，如温度、湿度等因素都会对传输质量产生影响。
此外，光纤传输系统在安装和维护上也相对复杂一些。
结论：通过本次实验，我们深入了解了光纤音频传输系统的特点和优势。
光纤传输具有传输质量高、传输距离远、抗干扰能力强等特点，适用于对音频传输质量要求较高的场所。
然而，光纤传输系统也存在一些限制，如成本高、环境要求高等。
音频信号光纤传输实验
音频信号光纤传输实验光纤在通讯领域、传感技术及其他信号传输技术中显示了愈来愈广泛的用途，也显示了其愈来愈重要的地位。
随之而来的电光转换和光电转换技术、耦合技术、光传输技术等，都是光纤传输技术及器件构成的重要成分。
对于不同频率的信号传输和传输的频带宽度，上述各种技术有很大的差异，构成的器件也具有不同的特性。
通过实验了解这些特性及其对信息传输的影响，有助于在科研与工程中恰当地使用这一信号传输技术。
一、实验目的1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。
2.了解音频信号光纤传输的结构及选配各主要部件的原则。
二、实验仪器FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪实验主机（包括音频信号发生器、光功率计、LED放射器、SPD接收器等）、多模光纤（装于骨架上），半导体收音机，示波器组成，如图1所示。
图1 音频信号光纤传输实验仪器装置三、实验原理1. 音频信号光纤传输系统的原理图2给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图整个传输系统由“光信号发送器”、“光信号接受器”和“传输光纤”三部分组成。
其原理主要是：先将待传输的音频信号作为源信号供给“光信号发送器”，从而产生相应的光信号，然后将此光信号经光纤传输后送入“光信号接受器”，最终解调出原来的音频信号。
为了保证系统的传输损耗低，发光器件LED的发光中心波长必须在传输光纤的低损耗窗口之内，使得材料色散较小。
低损耗的波长在850nm，1300nm或1600nm 附近。
本仪器LED发光中心波长为850nm，光信号接受器的光电检测器峰值响应波长也与此接近。
图2 音频信号光纤传输实验系统原理图为了避免或减少波形失真，要求整个传输系统的频带宽度能覆盖被传输信号的频率范围。
由于光纤对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统频带宽度主要决定于发射端的调制信号放大电路和接收端的功放电路的幅频特性。
2. 半导体发光二极管LED 的结构和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，所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯的任务，目前在以上各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（light emitting diode ，缩写LED ）和半导体激光器（Laser Diode ，缩写LD ）。
实验名称音频信号光纤传输技术实验PPT资料优选版
当然这当中会有非线性的影响，但是在大部分数据区域是可行的
功放电路 因此，可以根据毫安表有无变化判断在信号传输过程中调制信号幅度是否过大，也可以判断是否有截止削波失真。
光电二极管的伏安特性及其测定方法
偏置电流Id
BG1 光纤 反向偏压情况下，在很大范围内光电流与偏压和负载电阻几乎无关，故在可视为恒流源。
0.00 3.69 7.00 10.94 14.09 17.56
0.00 3.70 7.02 10.95 14.09 17.59
Part 1 系统组成 取消了反向伏安特性的步骤，只测量SPD的光电曲线
LED偏置电流与无截止畸变最大调制幅度关系的测定
Part 2 LED驱动及调制电路： W1和W2的变化声音音质关系不明显。
因此可以把Po和Uo的关系联系起来。
LED驱动及调制电路
Part 3 光电二极管的伏安特性及其测定方法 YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪
把发送器的调制端接入便携式收录机的音频信号，连接功率放大电路，并接上小音箱，实验整个音频信号光纤传输系统的音响效果。
测定光电二极管的反向伏安特性曲线
Part 4 SPD特性 取消了放大电路幅频曲线的测定
把发送器的调制端接入便携式收录机的音频信号，连接功率放大电路，并接上小音箱，实验整个音频信号光纤传输系统的音响效果。
尝试编排一个适合文科学生的选修实验科目
实验仪器：
YOF-B型音频信号光纤传输技术实验仪 DF1027B低频函数信号发生器 双踪示波器 数字万用表 小型便携式收录机 外接小音箱 信号线﹑导线若干
实验原理：
偏置电流Id 当然这当中会有非线性的影响，但是在大部分数据区域是可行的 加了光功率计设计作为选作步骤 取消了反向伏安特性的步骤，只测量SPD的光电曲线 LED—传输光纤组件电光特性的测定 把发送器的调制端接入便携式收录机的音频信号，连接功率放大电路，并接上小音箱，实验整个音频信号光纤传输系统的音响效果。
音频信号的光纤传输实验报告
音频信号光纤传输实验摘要:实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量，得出了在合适的偏置电流下，其具有线性。
验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。
AbstracfThe experimental transmission through the LED-fiber components of theelectro-optical properties Measuring obtained at the right bias current, with its linear. Verification of the silicon photodiode fiber can transmit a radio-signal output into with the current proportional to the light.一.前言:1.实验的历史地位:光纤自20世纪60年代问世以来，其在远距离信息传输方面的应用得到了突飞猛进的发展，以光纤作为信息传输介质的“光纤通信”技术，是世界新技术革命的重要标志，也是未来信息社会各种信息网的主要传输工具。
随着光纤通信技术的发展,一个以微电子技术,激光技术,计算机技术呵现代通信技术为基础的超高速宽带信息网将使远程教育.远程医疗.电子商务.智能居住小区越来越普及.光纤通信以其诸多优点将成为现代通信的主流,未来信息社会的一项基础技术和主要手段.2.实验目的了解音频信号光纤传输系统的结构熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法了解音频信号光纤传输系统的调试技能3.待解决的几个主要问题:声音是一种低频信号，你可能有这样的经历，当你说话的声音较低时，只有你旁边的人可以听见你的声音，要让声音传的远些你必须大声喊。
这说明了低频信号的传播受周围环境的影响很大，传播的范围有限。
为了解决上述的问题，在通信技术中一般是使用一个高频信号作为载波利用被传输的信号（如音频信号）对载波进行调制。
音频信号光纤传输实验研究性报告
音频信号光纤传输实验研究性报告摘要：光导纤维技术是近40年发展起来的一项新兴技术，是现代信息技术的重要组成部分，其最主要的应用是光纤通信。
光纤通信是目前通信技术中最有发展前途的通信方式之一，它以光载波载送信息，光纤作为传输介质传动关在信息，具有通信容量大，传输质量高，频带宽，保密性好，抗电磁干扰性强等优点。
声音是一种低频信号，低频信号的传播受周围环境影响较大，传播范围有限，使用光纤传输音频信号可方便地解决失真，速度限制等问题，故得到越来越广泛的应用。
本实验目的在于了解光纤通信的基本工作原理，了解音频信号光纤传输系统的结构，熟悉半导体电光-光电器件的基本性能并掌握其主要特性的测试方法，学会音频信号光纤传输调试技能。
关键词：光纤通信；半导体发光二极管（LED）；调制放大电路；硅光电二极管（SPD）中图分类号：文献标识码：AExperimental study of the audio signal optical fiber transmissionexperimentSunXiaoqing（BeiJing University of Posts and Telecommunications BeiJing 100876,China）Abstract: Optical fiber engineering is a new technology developed in recent 40 years. As an important part of modern information technology, it is the most important application of fiber communication. Optical fiber communication is one of the most promising way of communication in communication technology, it takes light carrier to carry information, optical fiber as transmission medium transmission in information, has a large capacity of communication, high quality of transmission ,wide frequency band, good secrecy and strong resistance to electromagnetic interference. Sound is a kind of low frequency signal, which will be greatly influenced by the surrounding so that its transmission range is limited. The use of optical fiber transmission of audio signals can easily solve problems of distortion, speed limited and so on, thus has been accepted more and more widely. The purpose of this experiment is to understand the basic working principle of optical fiber communication, understand the structure of the audio signal optical fiber transmission system, be familiar with the basic properties of the semiconductor lighting-photoelectric device and master the main testing methods and characteristic of institute of audio signal optical fiber transmission debugging skills.Keywords: optical fiber communications; semiconductor light-emitting diode(LED); modulation amplifier circuit; silicon photodiode引言：声音为一种低频信号，以前进行音频信号传输时，通信技术中多使用一个高频信号作为载波，利用被传播音频信号对载波信号进行调频，当信号到达传输地时需进行解调，滤除高频载波。
音频信号光纤传输技术实验
音频信号光纤传输技术实验[目的要求]1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能及主要特性的测试方法。
2.了解音频信号光纤传输的结构及选配各主要部件的原则。
3.学习分析集成运放电路的基本方法。
4.训练音频信号光纤传输系统的测试技术。
[仪器设备]1.YOF—B型音频信号光纤传输技术实验仪。
2.音频信号发生器。
3.示波器。
4.数字万用表。
[实验原理]一．系统的组成图（1）示给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图, 它主要包括由LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光电转换、I—V变换及功放电路组成的光信号接收器的三个部分。
图1 音频信号光纤传输实验系统原理图本实验采用中心波长0.85μm附近的GaAs半导体发光二极管（LED）作光源、峰值响应波长为0.8~0.9μm的硅光二极管（SPD）作光电检测元件。
由于光导纤维对光信号具有很宽的频带, 故在音频范围内, 整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。
二．光导纤维的结构及传光原理光纤按其模式性质通常可以分成两大类①单模光纤②多模光纤。
无论单模或多模光纤, 其结构均由纤芯和包层两部分组成。
纤芯的折射率较包层折射率大, 对于单模光纤, 纤芯直径只有5~10μm, 在一定的条件下, 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50μm或62.5μm, 允许多种电磁场形态的光波传播；以上两种光纤的包层直径均为125μm。
按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤, 对于阶跃型光纤, 在纤芯和包层中折射率均为常数, 但纤芯一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: 经光源耦合到渐变型光纤中的某些光射线, 在纤芯内是沿周期性地弯向光纤轴线的曲线传播。
本实验采用阶跃型多模光纤作为信道, 现应用几何光学理论进一步说明这种光纤的传光原理。
音频信号的光纤传输 实验报告
音频信号的光纤传输实验报告
实验目的：通过实验了解和掌握音频信号的光纤传输原理和方法，培养实验操作和实验设计的能力。
实验原理：光纤传输是一种利用光学的方式携带信息的通讯方式。
当光线由光纤中传播时，在光线与光纤界面上发生反射，波动在光纤的芯和壳之间传递。
光纤传输的优点是可以输送高速数据，同时也可以很好的保障信息的安全性，适用于具有强抗干扰能力要求的音频信号传输场合。
实验仪器：音频采集卡、电脑、光纤接口、光纤线。
实验步骤：
1.将音频采集卡与电脑相连，启动电脑，打开音频采集卡的软件，保证采集卡和电脑连接正常。
2.将光纤接口插入音频采集卡的光纤接口处，将光纤线的一端连至光纤接口，将另一端的光纤线连接音频播放器的音源输出端口。
3.将音频播放器打开，选择要播放的音频文件，将音量调到适当大小。
4.在音频采集卡的软件中，打开音频输入通道的设置框，选择光纤接口，确认连接无误后，闭合设置框。
5.打开音频采集卡的录音控制面板，按下“开始录音按钮”，开始录制音频。
6.在录制过程中，调整音量大小、增益等参数，保证录制的音频质量良好。
7.录制完毕后，停止录制，最后保存文件。
实验结果：经过实验测试，将音源通过光纤线传输到音频采集卡的效果比较理想，音色清晰饱满，无杂音，可达到很好的传输效果，适用于多种音频领域，如电视电影、歌曲音乐等方面。
实验结论：由于光纤传输具有抗干扰强、传输速度快、传输距离长等优点，因此在音频传输领域得到了广泛的应用，能够大大提高音频传输的质量和速度，也是未来音频传输领域的重要发展方向。
物理实验报告音频信号光纤传输技术实验
物理实验报告音频信号光纤传输技术实验实验目的：1.了解音频信号光纤传输的原理和技术；2.掌握音频信号光纤传输的实验方法和步骤；3.研究光纤传输对音频信号的传输质量的影响。
实验器材：1.音源：使用一个音频扬声器；2.音频接口设备：使用一个音频接口设备将音频信号输入到计算机中；3.计算机：用于控制音频接口设备，产生和录制音频信号；4.光纤：选择一段长度较长的光纤；5.光纤传输设备：包括光纤发送器和光纤接收器；6.示波器：用于测量和观察音频信号。
实验原理：1.音频信号光纤传输是利用光纤的优异特性将音频信号通过光的折射传输到远处。
2.音频信号光纤传输系统主要包括光纤发送器和光纤接收器两个主要部分。
光纤发送器将音频信号转化为光信号，并通过光纤传输到光纤接收器，光纤接收器将光信号转换为音频信号。
实验步骤：1.将音源连接到音频接口设备上，通过计算机调节音频信号的频率和振幅。
2.连接光纤发送器和光纤接收器，确保光纤的连接端面干净，并避免光纤的弯曲和拉扯。
3.将音频接口设备的输出接口连接到光纤发送器的输入端，将光纤接收器的输出接口连接到音频接口设备的输入端。
4.打开音频接口设备和光纤传输设备，启动计算机。
5.调节音频信号的频率和振幅，观察光纤发送器的光信号是否正常发出，光纤接收器是否能正确接收到光信号并将之转换为音频信号。
6.使用示波器测量音频信号的频率和幅度，与原始音频信号进行比较，分析光纤传输对音频信号的传输质量的影响。
实验结果：通过实验观察和测量，得到了以下结果：1.音频信号经过光纤传输后，频率和幅度会有一定的损耗；2.光纤传输会引入一定的噪声，使音频信号的质量下降；3.光纤传输的距离会影响音频信号的传输质量，随着距离的增加，信号的损耗和噪声会增加。
实验结论：音频信号光纤传输技术是一种非常有效的传输技术，通过光纤传输可以将音频信号远距离传输，但需要注意传输距离对信号质量的影响。
同时，光纤传输还需要保证光纤连接的质量，避免光纤连接端面的污染和光纤的弯曲拉扯。
音频信号光纤传输实验报告
音频信号光纤传输实验报告音频信号光纤传输实验报告引言：音频信号的传输一直以来都是一个重要的研究领域。
随着科技的进步，传统的电缆传输方式逐渐被光纤传输所取代。
本实验旨在通过光纤传输音频信号，探究其传输效果和优势。
实验设备和方法：实验中使用的设备包括音频发生器、光纤传输装置和音频接收器。
首先，将音频发生器与光纤传输装置相连，再将光纤传输装置与音频接收器相连。
然后，通过调节音频发生器的频率和振幅，观察音频信号在光纤中的传输效果。
实验结果：在实验过程中，我们发现光纤传输音频信号相比传统的电缆传输有以下几个明显的优势。
1. 传输距离远：光纤传输音频信号可以达到几十公里甚至上百公里的传输距离，远远超过了电缆传输的限制。
这使得音频信号可以在更广阔的范围内传输，满足不同场景下的需求。
2. 传输质量高：光纤传输音频信号不受外界干扰的影响，传输质量更加稳定。
相比之下，电缆传输容易受到电磁干扰和信号衰减的影响，导致音频信号质量下降。
3. 带宽大：光纤传输具有较大的带宽，可以同时传输多个音频信号。
这使得光纤传输在多媒体应用中具有更广泛的应用前景。
4. 体积小：光纤传输装置相对于传统的电缆传输设备来说更加小巧轻便。
这使得光纤传输在一些空间有限的场景下更为适用。
讨论与分析：通过本次实验，我们可以得出结论：光纤传输音频信号具有较大的优势，尤其在传输距离远、传输质量高和带宽大等方面。
然而，光纤传输也存在一些挑战和限制。
首先，光纤传输设备的成本较高，相比传统的电缆传输设备来说更加昂贵。
这使得光纤传输在一些经济条件较差的地区应用受限。
其次，光纤传输对于安装和维护的要求较高。
光纤传输装置需要专业的技术人员进行安装和维护，一旦出现故障需要专业人员进行修复。
这增加了光纤传输的使用成本和难度。
此外，光纤传输对于环境的要求也较高。
光纤传输装置需要在干燥、无尘、无腐蚀性气体的环境下运行，以保证传输质量和稳定性。
这对于一些特殊环境下的应用来说可能存在一定的限制。
音频信号光纤实验报告
一、实验目的1. 熟悉音频信号光纤传输系统的基本结构和各部件的选配原则。
2. 掌握光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。
3. 学习如何在音频信号光纤传输系统中获得较好的信号传输质量。
4. 了解光纤通信技术的基本原理和实际应用。
二、实验原理光纤通信技术是利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。
它具有传输速度快、通信容量大、抗干扰能力强等优点。
本实验主要研究音频信号在光纤中的传输过程，包括光源、光纤、光电检测器等部件的工作原理。
1. 光源：本实验采用中心波长为0.85μm的GaAs半导体发光二极管（LED）作为光源。
LED具有高效率、低功耗、体积小等优点，是光纤通信系统中常用的光源。
2. 光纤：本实验使用单模光纤，其芯径为5μm，外径为125μm。
单模光纤具有传输损耗低、频带宽、抗干扰能力强等特点。
3. 光电检测器：本实验采用峰值响应波长为0.8～0.9μm的硅光电二极管（SPD）作为光电检测器。
SPD具有响应速度快、灵敏度高等优点。
三、实验仪器1. LED驱动电源2. 信号发生器3. 双踪示波器4. 单模光纤5. 光电检测器6. 光纤连接器7. 信号放大器四、实验步骤1. 搭建实验系统：将LED驱动电源、信号发生器、单模光纤、光电检测器、光纤连接器等设备连接成音频信号光纤传输系统。
2. 测试系统性能：使用信号发生器产生音频信号，通过示波器观察LED输出光信号和SPD输出电信号的变化。
调整LED偏置电流和SPD光电流，使信号传输质量达到最佳。
3. 分析实验结果：根据实验数据，分析LED输出光信号的幅度、频率、相位等参数，以及SPD输出电信号的幅度、频率、相位等参数。
五、实验结果与分析1. LED输出光信号：实验结果显示，LED输出光信号的幅度随着偏置电流的增加而增加，但超过一定值后，幅度增加缓慢。
这表明LED具有非线性特性。
同时，实验发现，LED输出光信号的频率与输入音频信号的频率基本一致，说明LED具有良好的频率响应。
音频信号光纤传输技术实验
音频信号光纤传输技术实验
五邑大学物理实验中心
什么是光纤通信
本实验就是让学生熟悉了解音频信号光纤传输的基本原理。
由发送电端机将待传送的模拟信号转换成数字信号，再由发送光端机将电信号转 换成相应的光信号，并将它送入光纤中传输至接收端。接收光端机将传来的光信 号转换成相应的电信号并进行放大，然后通过接收电端机恢复成原来的模拟信号。
四、仪器实物
预习与思考
一．光通信的媒介有哪些？
二．光纤可以用于传播红外光和紫 外光吗？
三．LED的伏安特性有什么特点， 用于光纤传输信号时静态工作点 应选择在伏安特性曲线上哪个位 置比较合适？
图3
常用的光探测器是半 导体光电二极管PIN 和雪崩二极管。
半导体光电二极管PIN具有体积小，材料合适、
灵敏度高、响应速度快等特点，在光纤通信系
统中有着十分广泛的应用。其伏安特性
为
。其中I0为无光照时的反向饱和
电流，U为二极管的端电压（正向电压为正，
反向电压为负），q为电子电荷，k为波尔兹曼
常数，T为温度（单位为K），IL为无偏压状态
光波如何在 光纤中传播
分析光纤的导光原理，一般可采用两种方法：
方法一、波动理论法：波动理论法是根据电 磁场理论，用麦氏方程求解光纤的场方程、 特征方程，根据解答式分析其传输特性；
方法二、射线法：射线法是将光波看成是一 条条几何射线，用光射线理论分析光纤的传 输特性。后者比较简单、直观。
光波在两介质交界面的反射和折射
一．光纤通信原理 二．光信号发送端的工作原理 三．光信号接收端的工作原理 四．、光纤传输特性指标 五．、光纤通信的特点
1、光纤通信原理
由发送电端机将待传送的模拟信号转换成数字信号，再由发送光端 机将电信号转换成相应的光信号，并将它送入光纤中传输至接收端。 接收光端机将传来的光信号转换成相应的电信号并进行放大，然后 通过接收电端机恢复成原来的模拟信号。
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音频信号光纤传输技术实验
[目的要求]
1.熟悉半导体电光/光电器件的基本性能。
2.了解音频信号光纤传输的结构。
3.学习分析集成运放电路的基本方法。
4.了解音频信号在光纤通信的基本结构和原理
[仪器设备]
1.ZY120FCom13BG3型光纤通信原理实验箱。
2.20MHz双踪模拟示波器。
3.FC/PC-FC/PC 单模光跳线
4.数字万用表。
5.850nm光发端机和光收端机
6.连接导线
7.电话机
[实验原理]
一．半导体发光二极管结构、工作原理、特性及驱动、调制电路光纤通讯系统中，对光源器件在发光波长、电光效率、工作寿命、光谱宽度和调制性能等许多方面均有特殊要求。
所以不是随便哪种光源器件都能胜任光纤通讯任务，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）、半导体激光二极管（LD），本实验采用LED作光源器件。
图 1 半导体发光二极管及工作原理
光纤传输系统中常用的半导体发光二极管是一个如图所示的N-P-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由GaAs（砷化镓）p型半导体材料组成，称有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由GaAlAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。
具有不同带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异结。
在图（1）中，有源层与左侧的N层之间形成的是p-N 异质结，而与右侧P层之间形成的是p-P异质结，故这种结构又称N-p-P双异质结构。
当给这种结构加上正向偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到右边p-P异质结的阻挡作用不能再进入右侧的P层，它们只能被限制在有源层与空穴复合，导电电子在有源层与空穴复合的过程中，其中有不少电子要释放出能量满足以下关系的光子：
h υ = E 1-E 2 = E g
其中h 上普朗克常数，υ是光波的频率，E 1是有源层内导电电子的能量，E 2是导电电子与空穴复合处于价健束缚状态时的能量。
两者的差值 E g 与DH 结构中各层材料及其组份的选取等多种因素有关，制做LED 时只要这些选取和组份的控制适当，就可便得LED 发光中心波长与传输光纤低损耗波长一致。
图 2 HFRB-1424型LED 的正向伏安特性
本实验采用HFBR-1424型半导体发光二极管的正向特性如图2所示与普通的二极管相比，在正向电压大于1V 以后，才开始导通，在正常使用情况下，正向压降为 1.5V 左右。
半导体发光二极管输出的光功率与其驱动电流的关系称LED 的电光特性。
为了使传输系统的发送端能够产生一个无非线性失真、而峰-峰值又最大的光信号，使用LED 时应先给它一个适当的偏置电流，其值等于这一特性曲线线性部分中点电流值，而调制电流的峰-峰值应尽可能大地处于这电光特性的线性范围内。
音频信号光纤传输系统发送端LED 的驱动和调制电路如图3示，以BG1为主构成的电路是LED 的驱动电路，调节这一电路中的W2可使LED 的偏置电流在0-50mA 的范围内变化。
被传音频信号由IC1为主构成的音频放大电路放大后经电容器C4耦合到基极，对LED 原工作电流进行调制，从而使LED 发送出光强随音频信号变化的光信号，并经光导纤维把这一信号传至接收端。
C 2 ∽ w 1 C 1 R 1 R 2 R 3 C 3 C 4 R 4 W 2 LE
D R e R b mA 光纤 IC1 BG1
根据理想运放电路开环电压增益大（可近似为无限大）、同相和反相输入阻抗大（也可近似为无限大）和虚地等三个基本性质，可以推导出图6所示音频广大闭环增益为：
G(j ω) = v 0/v 1 = 1+Z 2/Z 1
其中Z 1、Z 2分别为放大器反馈阻抗和反相输入端的接地阻抗，只要C 3选得足够小，C 2选得足够大，则在要求带宽的中频范围内，C 3 阻抗很大，它所在支路可视为开路，而C 2的阻抗很小，它可视为短路。
在此情况下，放大电路的闭环增益G （j ω）=1+ R 2/R 1。
C 3 的大小决定了高频端的截止频率f 2,而C 2的值决定着低频端的截止频率f 1。
故该电路中的R 1、 R 2、R 3和C 2、C 3是决定音频放大电路增益和带宽的几个重要参数。
二． 光导纤维的结构及传光原理
光纤按其模式性质通常可以分成两大类①单模光纤②多模光纤。
无论单模或多模光纤，其结构均由纤芯和包层两部分组成。
纤芯的折射率较包层折射率大，对于单模光纤，纤芯直径只有5~10μm ，在一定的条件下，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50μm 或62.5μm ，允许多种电磁场形态的光波传播；以上两种光纤的包层直径均为125μm 。
按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤，对于阶跃型光纤，在纤芯和包层中折射率均为常数，但纤芯一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：经光源耦合到渐变型光纤中的某些光射线，在纤芯内是沿周期性地弯向光纤轴线的曲线传播。
本实验采用阶跃型多模光纤作为信道，现应用几何光学理论进一步说明这种光纤的传光原理。
阶跃型多模光纤结构如图所示，它由纤芯和包层两部分组成，芯子的半径为a ，折射率为1n ，包层的外径为b ，折射率为2n ,且1n >2n 。
图 4 阶型多模光纤的结构示意图
当一光束投射到光纤端面时，进入光纤内部的光射线在光纤入射端面处的入射面包含光纤轴线的称为子午射线，这类射线在光纤内部了行径，是一条与光纤轴线相交、呈“Z ”字型前进的平面折线；若藉合到光纤内部的光射线在光纤入射端面处的入射面不包含光纤轴线，称为偏射线，偏射线在光纤内部不与光纤轴线相交；其行径是一条空间折线。
三． 系统的组成
图（5）示给出了一个音频信号直接光强调制光纤传输系统的结构原理图，它主要包括由LED及其调制、驱动电路组成的光信号发送器、传输光纤和由光电转换、I—V变换及功放电路组成的光信号接收器的三个部分。
图 5 音频信号光纤传输实验系统原理图
本实验采用中心波长0.85μm附近的GaAs半导体发光二极管（LED）作光源、峰值响应波长为0.8~0.9μm的硅光二极管（SPD）作光电检测元件。
由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电路的幅频特性。
[实验内容]
一．音频信号光纤传输实验
1、连接导线：模拟信号源模块T303与光发模块T111连接。
2、用FC-FC光纤跳线1310nm光发端机（1310nmT）与1310nm光收端机（1310nmR）连接起来。
3、将拨码开关BM1,BM2和BM3分别拨至模拟，1310nm和1310nm。
K121拨下。
4、接上交流电源，先开交流开关，再看直流开关K01，K02，五个发光管全亮
5、打开模拟信号源模块（K60）、光发模块（K10）的直流电源。
6、调节模拟信号源模块的电位器W306，使TP303波形幅度为2V.
7、用万用表监控R110两端的电压（红色插T103，黑色插T104）调节半导体激光器驱动电流（W112），使之小于25mA
8、调节电位器W111，W112和W121，使得TP121处波形的幅度为2V且无明显失真，用示波器观察TP111，TP112，TP121波形，观察模拟信号的光纤调制过程
9、将T303换成T302（三角波）或T301（方波），观察各测试点的波形效果。
10、拆除T111连接导线，音频线将电脑语音输出端与实验箱的外语音输入端（T252）连接，T252与T111连接，T121与T261连接，并使电脑播放音乐。
11、打开语音信号处理模块电源开关，调节音量（W261），判断光纤传输音乐信号的效果（用示波器观察测试点波形）。
12、依次关闭直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验
箱放好。
二．模拟电话光纤传输系统实验
1、调节电位器，使1310nm光纤通信系统能够正常传输模拟信号。
2、连接导线：电话用户模块T401与光发模块T111连接，T412与T121连接，T402与T4111连接，并在电话甲、和电话已口上分别接上电话机。
3、用FC-FC光纤跳线1310nm光发端机（1310nmT）与1310nm光收端机（1310nmR）连接起来。
4、将拨码开关BM1,BM2和BM3分别拨至模拟，1310nm和1310nm。
K121拨下。
5、接上交流电源，先开交流开关，再看直流开关K01，K02，五个发光管全亮
6、打开电话用户接口模块（K40，K41）和光发模块（K10）的直流电源。
7、用万用表监控R110两端的电压（红色插T103，黑色插T104）调节半导体激光器驱动电流（W112），使之小于25mA
8、摘机进行俩个人通话实验，用示波器测试并比较TP401，TP402的波形（由于话音信号的波形比较复杂，所以可以选用双音多频信号的按键音来观察测试点的波形），并做好记录。
9、依次关闭直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱放好。
10、根据上述步骤，设计并执行850nm光纤传输系统模拟电话传输实验。
[思考题]
1.根据电路图，分析W111，Ｗ112,W121的作用，并用实验验证。
2.
3.光纤传输系统是否可以传输数字信号，为什么？
4.能否用一个光纤传输两路模拟信号，如果可以，如何实现，如果不行，说
明理由。