光纤通信实验二 光发射机与光接收机
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50mA3LED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 。
光纤通信 实验2实验报告 光发射机平均光功率测试实验
实验名称：实验2光发射机平均光功率测试实验姓名：班级：学号：实验时间：指导教师：得分：序号：42实验2光发射机平均光功率测试实验一、实验目的1、了解数字光发射机平均光功率的指标要求。
2、掌握数字光发射机平均光功率的测试方法。
二、实验器材1、主控&信号源模块2、25 号光收发模块3、23 号光功率计模块三、实验内容光发射机平均光功率测试四、实验原理光发送机的平均输出光功率被定义为当发送机送伪随机序列时，发送端输出的光功率值。
ITU-U 在规范标准光接口时，为使成本最佳，同时适应运行条件变化，并考虑了活动连接器的磨损、制造和测量容差以及老化因素的影响后，给出了一个允许的范围。
其中比较重要的激光器劣化机理是有源层的劣化和横向漏电流的增加所导致的激励电流增加以及光谱特性随时间的变化。
通常，光发送机的发送功率需要有1～1.5 dB 的富余度。
本实验将带领大家测量本实验系统发射光功率。
五、实验步骤注：实验过程中，凡是涉及到测试连线改变时，都需先停止运行仿真，待连线调整完后，再开启仿真进行后续调节测试。
1、登录e-Labsim 仿真系统，创建仿真工作窗口，选择实验所需模块和示波器。
2、按如下说明进行连线及设置：（1）将信号源P N 连至25 号光收发模块的T H2(数字输入)。
（2）连接25 号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关S1 打到“光功率计”。
（3）将25 号模块P4(光探测器输出)连至23 号模块P1（光探测器输入）。
，即数字光发。
将（4）将开关J1 拨为“10”，即无A PC 控制状态。
开关S3 拨为“数字”25 号光收发模块的电位器W4 和W2 顺时针旋至底，即设置光发射机输出光功率为最大状态。
3、运行仿真，开启所有模块的电源开关。
4、设置主控模块菜单，选择【主菜单】【光纤通信】→【光发射机平均光功率测试】，可以进入【光功率计】功能。
记录此时光功率计的读数，即为光发射机的平均光功率。
实验三 光发送机及光接收机实验
实验二 光发送机及光接收机实验一、实验内容1、掌握光发送机及光接收机的结构、原理与使用2、正确连接信号源与光发送模块、光接收模块3、正确使用光功率计测量光接收机输出的光功率4、正确连接信号源与光收发一体模块5、掌握示波器的使用二、工作原理（一）数字信号调制光发送模块输出光功率测试实验框图如下图所示。
具体实验步骤如下：1、用短接线连接信源模块⑦的TP702与光收发模块①的TP101；将模块⑦的地址开关K701-3、 K701-4向上拔，输出方波信号。
2、打开实验箱及模块①、⑦的电源；将按键KS101抬起（LED101灯灭）。
3、取下模块①上光发XS101的保护塑料套，用光纤跳线将XS101与光功率计（或手持式光功率计）连接，此时从光功率计读出的功率就是光端机的平均发送光功率P 。
4、在模块①的RP101上边的左、中两测试点上用万用表测量RP101的电阻及电压，测得的电压值除以电阻值R=R101+RP101, 其中R101是51Ω的固定电阻，求得光发的注入电流I 。
（注：测电阻时必须关掉①号板及实验箱电源）。
5、改变RP101的阻值大小，测量并记录不同阻值条件下的P 、I 值，画出实验的P-I 曲线。
这里需说明的是这里测得的是P-I 曲线的一段（功率调节范围约4个dB ），为了防止烧坏光发送组件，电流I 的调节范围有限，但不妨碍整个P-I 曲线的测量，因为测试方法是一样的，只是多测几组值而已。
注：小心连接光纤跳线与光功率计；细心调节电位器，以免损坏仪器、器件。
若连接信号源与光收发一体模块，用短接线连接信源模块⑦的TP702与光收发模块②的TP201；（二）模拟信号调制光发送模块输出光功率测试实验框图如下图所示。
具体实验步骤参照（一）执行，注意用短接线连接信图1 数字信号调制光发送模块输出光功率测试框图 模数信号源源模块⑦的TP705与光收发模块①的TP102。
（三）光接收模块的输出范围分别输入正弦、方波信号，改变实验箱中RP103的阻值，测量不失真最小和最大信号的幅值，即为光接收模块的输出范围。
光纤通信光发送机与光接收机详解演示文稿
开关键控调制可以采用许多信号格式， 最常用的 为NRZ、 RZ和短脉冲三种格式。 NRZ称为不归零码， 编码“1”对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期， “0”对应无光脉冲出现。如果是连续两个“1”比特， 则光脉冲持续两个比特周期。RZ码称为归零码， “1” 比特对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期的一半， “0”对应无光脉冲出现。短脉冲是由RZ变化而来的， 其“1”比特对应有光脉冲且持续时间为整个比特周期 的很小一部分，“0”对应无光脉冲出现。它们的信号 格式如图6.2所示。
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分组码提高了速率， 因而占用了额外的带宽， 对于 4B5B， 则k=4， n=5， 意味着原来的1 Gb/s 比特率在 编码之后增加到1.25 Gb/s， 就是说要多付出25% 的带 宽开销。
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6.2 直接调制IM光发送机
直接强度调制是光纤通信中最简单、 最经济、 最 容易实现的调制方式， 适用于半导体激光器LD和发光 二极管LED， 这是因为它们的输出功率与注入电流成 正比（LD阈值以上）， 只需通过改变注入电流就可实 现光强度调制。 光功率的变化能够响应注入电流信号 的高速变化。
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6.1.4 线路码（5B/6B、 8B/10B） 另一个解决DC不平衡的方法是采用分组码， 有许
多不同类型的分组码。 二进制的线性分组码的一种形 式为： 将k个比特变换成n个比特， 然后再发送出去， 接收端将n比特再映射成原来的k个比特。 分组码经过 设计可使DC平衡， 能提供足够多的信号交替变化。 这种分组码的典型例子是（8，10）、 （5，6）,表示 为8B10B， 5B6B。
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光滤波
光放大 器
【精选】光发射机、接收机指标测试
实验一 光发射机指标测试一、实验内容：1.测试数字光发端机的平均光功率2.测试数字光发端机的消光比3.绘制数字光发端机的P-I 特性曲线二、实验目的：1.了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求2.掌握数字光发端机平均输出光功率的测试方法3.了解数字光发端机的消光比的指标要求4.掌握数字光发端机的消光比的测试方法三、实验仪器：LTE-GX-02E 型光纤通信实验系统、示波器、光功率计、万用表、FC-FC 光跳线。
四、实验原理：光发射机的指标包括：半导体光源的P-I 特性曲线、消光比（EXT ）和平均光功率。
1.半导激光器的P-I 特性曲线测试半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如下图所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用Ith 表示。
当输入电流小于Ith 时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED 发出光，当电流大于Ith 时 ，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I 的线性关系．图 1 半导体激光器P-I 曲线示意图2．消光比（EXT ）的测试光比定义为： ，式中00P是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。
是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。
当输入信号为“0”时，光源的输出光功率为00P ,它将由直流偏置电流b I 来确定。
无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声，将降低光接收机的灵敏度。
因此，从接收机角度考虑，希望消光比越小越好。
但是，应该指出，当b I 减小时，光源的输出功率将降低，光源的谱线宽度增加，同时，还会对光源的其他特性产生不良影响，因此，必须全面考虑b I 的影响，一般取b I =(0.7～0.9)Ith (Ith 为激光器的阈值电流)。
001110lgP EXT P 11P bI3．平均光功率光发送机的平均输出光功率被定义为当发送机送伪随机序列时，发送端输出的光功率值。
光发射和光接收
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3>.受激辐射：处于高能级 的电子，受到外来光的激发 ( f E2)， 电E1子从高能级到低能级跃迁，发出与入
h
射光频率、相位、偏振方向完全一样的光子（全同光 子）
5
➢ 2.粒子数反转分布
1>.粒子数正常分布：热平衡状态（物质与外界无能量交换，能量处于平
影响光纤的耦合效率
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四.半导体激光二极（LED）
➢1.结构上与LD相似，没有光学谐振腔 ➢2.特点：输出荧光，输出特性线性较好，无阈值
电流，光谱宽度较宽（35－60nm） ➢3.适用于短距离小容量的光纤传输系统
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第2节 光光源发的射调机制和
调制：将电信息变换为光信息，目前采用强度调制 按照光源和调制器的关系分为内调制和外调制 本节主要包括： ➢ 一.内调制（直接调制） ➢ 二.外调制（间接调制） ➢ 三.目前常用的外调制器 ➢ 四.光数字发射机
量子限制激光器(量子阱激光器) 特点:低阈值,窄线谱,高微分增益,温度灵敏度低,调制速度快.
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三.半导体激光器的特性
➢ 1.P-I特性 1>阈值电流Ith:激光器开始产生激光时对应的注入电流 2>输出光功率P,规定注入电流值下(例如I=Ith+20ma)的输出光
功率 3>Ith随温度升高而增加
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➢ 2.光谱特性
P 1
1 2
P
LED
P
P
MLM
P
0dB
-20dB
P
SLM
13
1>中心波长 0，光源的光谱范围内辐射强度最大值所对应的波长
光纤通信LTE-GX-02E实验指导书(新)汇总
目录实验系统概述 (3)第一章光器件认识实验 (11)实验一光纤结构和分类 (11)实验二光纤活动连接器 (16)实验三光耦合器件 (19)实验四光隔离器和光环行器 (25)实验五光衰减器 (28)实验六光开关 (31)实验七激光器与光检测器 (34)第二章光发射机与光接收机实验 (39)实验八光发射机的组成 (39)实验九自动光功率控制电路 (43)实验十无光告警和寿命告警电路 (45)实验十一光发射机指标测试 (48)实验十二光接收机的组成 (53)实验十三光接收机主要技术指标测量及眼图观测 (55)第三章模拟信号光纤传输系统实验 (59)实验十四模拟信号光纤传输系统 (59)（正弦波、三角波、方波） (59)实验十五电话语音光纤传输系统 (61)实验十六图像光纤传输系统 (65)第四章数字信号光纤传输系统实验 (67)实验十七PN序列光纤传输系统 (67)实验十八CMI编译码原理及CMI码光纤传输系统 (69)实验十九扰码和解扰码原理及扰码光纤传输系统 (72)实验二十PCM编译码原理及数字电话光纤传输系统 (74)第五章光纤综合传输系统实验 (81)实验二十一波分复用光纤传输系统（WDM） (81)实验二十二HDB3编译码原理及实现 (85)实验二十三位时钟提取（数字锁相环DPLL） (88)原理及实现 (88)实验二十四固定速率时分复用原理及实现 (93)实验二十五解固定速率时分复用原理及实现 (97)实验二十六变速率时分复用原理及实现 (101)实验二十七解变速率时分复用原理及实现 (106)实验二十八综合实验一：4路数据＋两路电话光纤 (112)综合传输系统实验 (112)实验二十九综合实验二：4路数据＋3台计算机＋1路 (116)图像图像/语音全双工光纤综合传输系统实验 (116)实验三十综合实验三：2台实验箱8台计算机＋2路 (118)图像/语音全双工光纤综合传输系统 (118)第六章二次开发实验 (120)实验三十一pn序列程序设计 (120)实验三十二CMI编译码程序设计 (122)实验三十三5B6B码程序设计 (124)实验三十四4B1P和4B1C程序设计 (129)实验三十五HDB3编译码程序设计 (133)实验三十六扰码、解扰码程序设计 (136)实验三十七数字锁相环（DPLL）程序设计 (138)实验三十八固定速率时分复用程序设计 (140)实验三十九解变速率时分复用程序设计 (143)附录一FPGA管脚分布图 (145)附录二Quartus 4.0 基本操作 (147)附录三Quartus 4.0 使用技巧及程序设计中的关键问题 (161)附录四误码测试仪使用方法 (173)附录五串口调试助手使用说明 (176)参考文献 (177)实验系统概述实验系统的整体框图如下：下面对各个模块进行详细的说明：一、1310nm光发模块：完成电信号到光的转换，包括数字和摸拟光调制。
光纤通信中的光发射机与光接收机
光纤通信原理与设备 一、作用
4.4数字接收机的组成及技术指标
光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、 微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后， 再生成与发送端相同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增 益控制电路（AGC）保证稳定的输出。
光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置 放大器合称光接收机前端。前端性能是决定光接收机的主要因素。
4.2 光线路编码
加扰的NRZ码：SDH光纤通信系统中广泛使用。
形成方法：是利用一定规则对信号码流进行扰码，经过扰码后使线 路码流中的“0”和“1”出现的概率相同，因此码流中不会出现长连“0”或 长连“1”的情况，从而有利于接收端提取时钟信号。
信号序列扰乱方法有： 用一个随机序列与输入信号序列进行逻辑加，这样就能把任何输 入信号序列变换为随机序列，但完全随机的序列不能再现。 用伪随机序列代替完全随机序列进行扰码与解扰。
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光纤通信原理与设备
4.4数字接收机的组成及技术指标
2．放大器 光接收机的放大器包括前置放大器和主放大器两部分。 对前置放大器要求是较低的噪声、较宽的带宽和较高的增 益。 前置放大器的的类型目前有3种：低阻抗前置放大器、高阻 抗前置放大器和跨阻抗前置放大器（或跨导前置放大器）。 主放大器一般是多级放大器，它的功能主要是提供足够高 的增益，把来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的 信号电平。并通过它实现自动增益控制（AGC），以使输入光信 号在一定范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。 主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。
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光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
图3 扰乱器与解扰器的构成
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光纤技术专题实验报告
一、实验目的1. 理解光纤的基本原理和特性。
2. 掌握光纤通信系统的基本结构和工作原理。
3. 学习光纤传感技术的应用及其在各个领域的应用价值。
4. 通过实验，验证光纤传输和传感技术的实际效果。
二、实验原理1. 光纤基本原理：光纤是一种通过光的全反射原理来传输光信号的介质。
光纤主要由纤芯、包层和涂覆层组成。
纤芯具有高折射率，包层具有低折射率，涂覆层则用于保护光纤。
2. 光纤通信系统：光纤通信系统主要由光发射机、光纤传输线路和光接收机组成。
光发射机将电信号转换为光信号，通过光纤传输，光接收机再将光信号转换回电信号。
3. 光纤传感技术：光纤传感技术利用光纤的物理或化学特性，将待测物理量转换为光信号，从而实现对物理量的监测。
光纤传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、可远程传输等优点。
三、实验仪器与材料1. 光纤通信实验箱2. 光发射机3. 光接收机4. 光纤5. 光纤连接器6. 双踪示波器7. 光功率计8. 实验指导书四、实验步骤1. 光纤通信实验（1）搭建光纤通信实验系统，连接光发射机、光纤、光接收机。
（2）使用双踪示波器观察光发射机和光接收机的输出波形。
（3）调整光发射机的功率，观察光接收机的输出功率变化。
（4）改变光纤长度，观察光接收机的输出功率变化。
2. 光纤传感实验（1）搭建光纤传感实验系统，连接光纤传感器、光接收机。
（2）使用光功率计测量传感器在不同温度下的输出功率。
（3）分析光纤传感器的灵敏度、响应时间等性能指标。
五、实验结果与分析1. 光纤通信实验结果通过实验，我们观察到光发射机输出光信号，经过光纤传输后，光接收机能够成功接收并转换为电信号。
随着光纤长度的增加，光接收机的输出功率逐渐减小，说明光纤的传输损耗与长度成正比。
2. 光纤传感实验结果通过实验，我们得到光纤传感器在不同温度下的输出功率。
分析结果表明，光纤传感器的灵敏度较高，响应时间较短，适用于温度监测等领域。
六、实验结论1. 光纤通信技术具有传输速度快、容量大、抗干扰能力强等优点，是现代通信的主要传输工具。
光发射机和光接收机工作原理
光发射机和光接收机工作原理光发射机和光接收机是光通信系统中的重要组成部分，它们通过光信号的发送和接收实现了光通信的功能。
下面我将从工作原理的角度来详细解释光发射机和光接收机的工作原理。
首先，让我们来看看光发射机的工作原理。
光发射机通常由激光二极管或者激光器组成。
当电流通过激光二极管或激光器时，它们会产生光子。
这些光子被激发到一个能量级别，然后被释放出来，形成了光信号。
这个光信号经过光纤或者空气传输到远端的光接收机。
接下来，让我们来看看光接收机的工作原理。
光接收机通常由光探测器组成，光探测器可以是光电二极管或者光电探测器。
当光信号到达光接收机时，光信号被光探测器接收，然后被转换成电信号。
这个电信号经过放大和处理后，就可以被解码成原始的数据信号。
总的来说，光发射机的工作原理是将电信号转换成光信号，而光接收机的工作原理是将光信号转换成电信号。
这样就实现了光通信系统中的信号发送和接收功能。
这种光通信系统具有传输速度快、抗干扰能力强等优点，因此在现代通信系统中得到了广泛的应用。
除此之外，光发射机和光接收机的工作原理还涉及到光学器件的选择、电路设计、信号处理等方面的知识。
例如，光发射机需要考虑激光二极管或激光器的工作参数选择，光接收机则需要考虑光探测器的灵敏度和带宽等参数。
同时，光通信系统中的光纤传输、光信号调制解调等技术也是光发射机和光接收机工作原理的重要组成部分。
综上所述，光发射机和光接收机是光通信系统中的重要组成部分，它们通过光信号的发送和接收实现了光通信的功能。
光发射机将电信号转换成光信号，而光接收机将光信号转换成电信号，从而实现了光通信系统中的信号发送和接收功能。
希望这个回答能够全面地解释了光发射机和光接收机的工作原理。
通信光纤实验报告
一、实验目的1. 理解光纤通信的基本原理和系统组成。
2. 掌握光纤的特性及其在通信中的应用。
3. 熟悉光纤通信实验仪器的操作方法。
4. 通过实验验证光纤通信系统的性能。
二、实验原理光纤通信是利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。
光纤具有损耗低、频带宽、抗干扰能力强等优点，是现代通信的主要传输介质。
光纤通信系统主要由光发射机、光纤、光接收机和信号处理单元组成。
光发射机将电信号转换为光信号，通过光纤传输到接收端，光接收机将光信号转换为电信号，信号处理单元对信号进行处理。
三、实验仪器与设备1. 光纤通信实验仪2. 光纤跳线3. 光功率计4. 光频谱分析仪5. 光电探测器6. 示波器四、实验内容1. 光纤特性测试（1）测试光纤的损耗使用光功率计测量光纤在1550nm波长的损耗，并与理论值进行比较。
（2）测试光纤的带宽使用光频谱分析仪测量光纤的带宽，并与理论值进行比较。
2. 光发射机测试（1）测试光发射机的输出功率使用光功率计测量光发射机的输出功率，并与理论值进行比较。
（2）测试光发射机的调制频率使用示波器观察光发射机的调制波形，确定其调制频率。
3. 光接收机测试（1）测试光接收机的灵敏度使用光电探测器测量光接收机的灵敏度，并与理论值进行比较。
（2）测试光接收机的非线性失真使用示波器观察光接收机的输出波形，分析其非线性失真。
4. 光纤通信系统测试（1）搭建光纤通信系统使用光纤跳线将光发射机、光纤和光接收机连接起来，形成一个完整的通信系统。
（2）测试通信系统的性能使用光功率计和示波器测量通信系统的输出功率、调制频率、灵敏度、非线性失真等参数，并与理论值进行比较。
五、实验结果与分析1. 光纤损耗测试实验测得光纤在1550nm波长的损耗为0.25dB/km，与理论值0.2dB/km基本一致。
2. 光纤带宽测试实验测得光纤的带宽为20GHz，与理论值20GHz基本一致。
3. 光发射机测试实验测得光发射机的输出功率为10dBm，与理论值10dBm基本一致。
3光接收机与光发射机2
DFB激光器通过在有源区形成光栅，用于对波长进行选择，可以得到稳定 的单模输出，即便在10Gb/s或更高的调制速率下，仍然能保持高效的单 模运转。
DFB激光器与F-P激光器比较
4
LD的方向特性
LD的方向性是指LD输出光束的空间发散程度。
输出自发光
N层 P层 （a）正面发光二极管SLED
N层
输出自发光
P层
（b）侧面发光二极管ELED
侧面发光型LED驱动电流较大，输出光功率较小，但由于光束辐射角 较小，与光纤的耦合效率较高，因而入纤光功率比正面发光型LED大。
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发光二极管的工作特性
P-I特性
在低注入电流范围内其线性程度比LD好，且不存在阈值，所以LED 适合用在光纤模拟通信系统中 。
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发光二极管总述
尽管发光二极管的输出光功率较低，光 谱较宽，但由于使用简单、寿命长等优 点，因此，在中、低速率短距离光纤数 字通信系统和光纤模拟信号传输系统中， 还是得到了广泛应用。
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激光器的种类
激光器
气体激光器
固体激光器
半导体激光器
染料激光器
CO2
He-Ne 氩离子 Nd:host 红宝石 GaAlAs InGaAsP
P e I hf
P
Pth
d hf
e
(I
Ith )
P和I：激光器的输出光功率和驱动电流； Pth和Ith分别为相应的阈值； hf和e分别为光子能量和电子电荷。
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温度特性
激光器输出光功率随温度而变化 如图所示。
变化规律产生有两个原因：一是 激光器的阈值电流随温度升高而 增大，二是外微分量子效率随温 度升高而减小。
光纤通信第6章 光发送机与光接收机2
（6.17）
如果假设放大器的输出端只有信号与自发辐射差
( RGP ) 2 SNRo 4 R 2 PG (G 1)nsp hfBe
（6.18）
第6章 光发送机与光接收机
则放大器的噪声因子为
SNRi Fn 2nsp SNRo
（6.19）
第6章 光发送机与光接收机
在最理想情况下即粒子数完全反转时， nsp=1， 这 时噪声因子为3 dB。 而实际的放大器总是有较高的噪 声系数， 典型值为4～7 dB， 这还是假设放大器与输 入/输出光纤之间不存在耦合损耗的情况下的值。 要大。 如 果考虑与输入光纤之间的耦合损耗， 那么噪声因子还
第6章 光发送机与光接收机
实现调频的器件是电吸收MQW调制器或DFB半导 体激光器。 当注入电流改变时， 它们输出光波的频率 发生偏移。 小的注入电流（1 mA）就会使光波的频率 改变约1 GHz。 DFB激光器是高调制效率、 高调制速 率的很好的相干FSK光源。
第6章 光发送机与光接收机
6.4 光 接 收 机
目前， IM/DD系统的解调方案的框图如图6.9所示, 它属于非相干解调。 光检测器接收光信号并将其转换 成与光功率成正比的光生电流信号。 前置放大器将微 弱的电流信号放大到所需的电平， 如果是数字信号， 还要送后续的判决电路完成数字信号的再生， 其具体 的电路形式由上面讨论的不同的编码和调制方案决定。 光放大器放置在光检测器前作为前置光放大器。 必要 时可在前置光放大器前加光滤波器， 用来选择所需的 通道信号。
第6章 光发送机与光接收机
光滤波
光放大器 光 检测器 前置 放大器 判决 电路
图6.9 数字光接收机（DD解调）框图
第6章 光发送机与光接收机
光发射机与光接收机
高速调制技术
01
02
03
外调制技术
利用外部调制器对光信号 进行调制，实现高速率、 高效率的光信号传输。
直接调制技术
通过直接改变光源的驱动 电流或电压来实现光信号 的调制，具有简单、易实 现的优点。
先进调制格式
采用高阶调制格式如 QAM、OFDM等，提高 光信号的频谱效率和传输 性能。
灵敏度提升技术
移动通信
在5G和未来的6G移动通信网络 中，光发射机和光接收机可用于 实现高速、大容量的数据传输，
提升网络性能。
数据中心互联
随着云计算、大数据等技术的快 速发展，数据中心之间需要大容 量、低时延的数据传输，光发射 机和光接收机是实现这一目标的
关键技术之一。
广播电视领域应用
有线电视网络
光发射机和光接收机可用于有线 电视网络中的信号传输和接收， 提供高清、稳定的电视信号。
光接收机的灵敏度、动态范围等性能对接收到的 光信号进行准确解调至关重要。
光发射机与光接收机需相互匹配，以确保信号在 传输过程中的稳定性和可靠性。
性能指标对比
光发射机主要性能指标
输出光功率、消光比、光谱宽度、波 长稳定性等。
光接收机主要性能指标
灵敏度、动态范围、误码率、接收带 宽等。
04
关键技术与挑战
工作过程
光信号接收
光电转换
信号放大与处理
时钟提取与数据再 生
输出电信号
光接收机首先接收来自 光纤的光信号。
光信号经过光电转换器 件转换为电流信号。
电流信号经过前置放大 器和主放大器进行放大 ，以提高信号的幅度和 信噪比。同时，可能还 需要进行波形整形、均 衡等处理，以优化信号 质量。
从经过处理的信号中提 取时钟信息，并用于数 据再生，以确保数据的 准确性和可靠性。
光纤通信实验_实验报告(3篇)
第1篇实验名称：光纤通信实验实验课程：光电工程实训实验日期：2023年X月X日实验目的：1. 了解光纤通信的基本原理和系统组成。
2. 掌握光纤通信中信号的调制与解调技术。
3. 学习光纤通信系统中的传输性能参数的测量方法。
4. 通过实验验证光纤通信系统的实际应用效果。
实验原理：光纤通信是利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。
它具有传输速率高、传输距离远、抗干扰能力强、信号传输质量高等优点。
光纤通信系统主要由光发射机、光纤、光接收机和信号处理单元组成。
在实验中，我们将通过以下步骤来验证光纤通信的基本原理和性能：1. 光发射机：将电信号转换为光信号。
2. 光纤：作为传输介质，将光信号传输到远方。
3. 光接收机：将光信号转换为电信号。
4. 信号处理单元：对电信号进行放大、整形、解调等处理。
实验设备：1. 光发射机2. 光纤3. 光接收机4. 光功率计5. 信号发生器6. 示波器7. 光纤连接器实验步骤：一、光纤通信系统搭建1. 将光发射机的输出端连接到光纤的一端。
2. 将光纤的另一端连接到光接收机的输入端。
3. 将信号发生器输出的信号连接到光发射机的输入端。
二、光发射机测试1. 将信号发生器输出一个频率为1MHz的正弦波信号。
2. 利用示波器观察光发射机的输出波形，确保输出光信号的稳定性和幅度。
三、光纤传输性能测试1. 利用光功率计测量光发射机输出端的光功率。
2. 在光纤的另一端，利用光功率计测量接收到的光功率。
3. 计算光信号的传输损耗。
四、光接收机测试1. 利用示波器观察光接收机的输出波形，确保输出电信号的稳定性和幅度。
2. 利用信号发生器输出一个频率为1MHz的正弦波信号，通过光接收机解调后，观察解调后的电信号。
五、信号处理单元测试1. 将解调后的电信号输入到信号处理单元。
2. 利用示波器观察信号处理单元的输出波形，确保输出信号的稳定性和幅度。
实验结果与分析：1. 光发射机输出光信号稳定，频率为1MHz，幅度为1V。
光纤通信实验二 光发射机与光接收机
实验二光发射机与光接收机实验一、实验目的1.了解光源的调制的原理2.学习光发送模块的电路原理3.了解光接收机的组成4.了解光收端机灵敏度的指标要求二、实验内容1.介绍光源的调制方法2.介绍光发射电路的框图3.了解光接收机的组成三、实验仪器1.光纤通信实验系统1 台2.示波器1台3.光纤跳线1根4.万用表5.光功率计四、实验原理1、光发射机、光调制。
根据调制与光源的关系，光调制可以分为直接调制和间接调制两大类。
直接调制方法仅适用于半导体光源（LD和LED），这种方法是把要传送的信息转变为电信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，所以是采用电源调制方法。
直接调制后的光波电场振幅的平方与调制信号成一定比例关系，是一种光强度调制（IM）的方法。
间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，这种调制方式既适应于其他类型的激光器。
间接调制最常用的外调制的方法，即在激光形成以后加载调制信号。
对某些类型的激光器，间接调制也可以采用内调制的方法，即在激光器的谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制调制元件的物理性质，将改变谐振腔的参数，从而改变激光输出特芯以实现其调制。
光源的调制方法及所利用的物理效应如下表所示。
2、模拟信号调制与数字信号调制模拟信号调制是直接用连续的模拟信号（如话音、电视等信号）对光源进行调制从而使LED或LD的输出光功率跟随模拟信号变化，如下图所示：由于光源，尤其是激光器的非线性比较严重，所以目前模拟光纤通信系统仅仅用于对线性要求较低的地方，要实现大容量的频分复用还比较困难，仅自一些小系统中使用。
对一些容量较大、通信距离较长的系统，多采用对半导体激光器进行数字调制的方式。
数字调制主要是用数字信号的“1”和“0”来控制激光的“有”和“无”，如下图所示：与LED 相比，LD 的调制问题要复杂得多。
尤其在高速率调制系统中，驱动条件的选择、调制电路的形成和工艺、激光器的控制等，都对调制性能至关重要。
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实验二光发射机与光接收机实验
一、实验目的
1.了解光源的调制的原理
2.学习光发送模块的电路原理
3.了解光接收机的组成
4.了解光收端机灵敏度的指标要求
二、实验内容
1.介绍光源的调制方法
2.介绍光发射电路的框图
3.了解光接收机的组成
三、实验仪器
1.光纤通信实验系统1 台
2.示波器1台
3.光纤跳线1根
4.万用表
5.光功率计
四、实验原理
1、光发射机、光调制。
根据调制与光源的关系，光调制可以分为直接调制和间接调制两大类。
直接调制方法仅适用于半导体光源（LD和LED），这种方法是把要传送的信息转变为电信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，所以是采用电源调制方法。
直接调制后的光波电场振幅的平方与调制信号成一定比例关系，是一种光强度调制（IM）的方法。
间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，这种调制方式既适应于其他类型的激光器。
间接调制最常用的外调制的方法，即在激光形成以后加载调制信号。
对某些类型的激光器，间接调制也可以采用内调制的方法，即在激光器的谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制调制元件的物理性质，将改变谐振腔的参数，从而改变激光输出特芯以实现其调制。
光源的调制方法及所利用的物理效应如下表所示。
2、模拟信号调制与数字信号调制
模拟信号调制是直接用连续的模拟信号（如话音、电视等信号）对光源进行调制从而使LED或LD的输出光功率跟随模拟信号变化，如下图所示：
由于光源，尤其是激光器的非线性比较严重，所以目前模拟光纤通信系统仅仅用于对线性要求较低的地方，要实现大容量的频分复用还比较困难，仅自一些小系统中使用。
对一些容量较大、通信距离较长的系统，多采用对半导体激光器进行数字调制的方式。
数字调制主要是用数字信号的“1”和“0”来控制激光的“有”和“无”，如下图所示：
与LED 相比，LD 的调制问题要复杂得多。
尤其在高速率调制系统中，驱动条件的选择、调制电路的形成和工艺、激光器的控制等，都对调制性能至关重要。
3、光发射机模拟部分与数字部分的实现
1310nm 和1550nm 光发射机具有相同的结构。
他们是由模拟光发和数字光发部分组成： 1、模拟光发电路的框图如下：
2、数字光发电路的框图如下：
LD
输出光功
率
LED
输出光功
率
LED 和LD 的模拟调制
P －I 特性曲线与波形
模拟信号 输入
2、光接收机
光接收机是把光纤送来的光信号变换为电信号，经过均衡放大，箝位，电位调整，整形后，送出相应的模拟或数字信号。
光接收机灵敏度的定义是：在给定误码率或信噪比条件下，光接收机所能接收的最小平均光功率。
在测灵敏度时应注意3点：
⑴在测量光接收机灵敏度时，首先要确定系统所要求的误码率指标。
对不同长度和不同应用的光纤数字通信系统，其误码率指标是不一样的。
例如，在短距离光纤数字通信系统中，要求误码率一般为9
10-，而在420km 数字段中，则要求每个中继器的误码率为11
10
-。
对同
一个光接收机来说，当要求的误码率指标不同时，其接收机的灵敏度也就不同。
要求误码率越小，则灵敏度就越低，即要求接收的光功率就越大。
因此，必须明确，对某一接收机来说，灵敏度不是一个固定不变的值，它与误码率的要求有关。
测量时，首先要确定系统设计要求的误码率，然后再测该误码率条件下的光接收机灵敏度的数值。
⑵要注意光接收机灵敏度定义中的光功率是指最小平均光功率，而不是指任何一个在达到系统要求的误码率时所对应的光功率。
因此，要特别注意“最小”的概念。
所谓“最小”，就是指当接收的光功率只要小于此值，误码率立即增加而达不到要求。
应该指出，对某一接收机来说，光功率只要在它的动态范围内变化，都能保证系统要求的误码率。
但灵敏度只有一个，即接收机所能接收的最小光功率。
⑶灵敏度指的是平均光功率，而不是光脉冲的峰值功率。
这样，光接收机的灵敏度就与传输信号的码型有关。
码型不同，占空比不同，平均光功率也不同，即灵敏度不同。
在光纤数字传输系统中常用的2种码型NRZ 码和RZ 码的占空比分别为100%和50%。
当“1”和“0”码的概率相等时，前者的平均光功率比后者大3db 。
因此，测试灵敏度时必须选用正确的码型。
五、注意事项
1.在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。
2.不要带电插拔信号连接导线。
六、实验步骤
A. 测量光发射机P-I特性曲线
1.关闭系统电源。
按以下方式用连信号连接导线连接：
2.
3.将1310nm数字光发模块的拨码开关J100第一位拨到ON状态，第二位拨到OFF状态。
4.将1310nm光发模块的J101设置为“数字”
5.开系统电源。
将数字信号源第一路的拨码开关U311全拨到“OFF”状态，即输入到1310nm 数字光发模块的信号始终为“1”。
6.用表测量R101两端的电压（测量方法：先将万用表打到电压档，然后将红表笔插入TP101，黑表笔插入TP100）。
读出万用表读数U，代入公式I=U/R，其中R=51Ω, 读出光功率记读数P。
B. 光接收机灵敏测量
1.关闭系统电源。
2.将误码仪的“发数据”端和1310nm光发模块的P101用信号连接线连接。
3.将误码仪的“发时钟”端和“收时钟”端用信号连接线连接。
4.用光纤跳线连接1310nm光发模块和1310nm光收模块。
5.将1310nm光发模块的J100第一位拨到ON，将第二位拨为OFF，RP100逆时针旋转到最大，J101设置为“数字”。
6.将1310nm光收模块的RP106顺时针旋到最大，RP108逆时针旋到最大。
7.打开系统电源，打开误码仪的电源开关，将误码仪的“速率”设为2048K，“图案”设为152-1，“接口”设为TTL，“显示”设为“误码率”。
调节1310nm光收模块的RP107，使误
码仪的“失步”、“错码”、“无时钟”、“无数据”这四个指示灯灭。
8.慢慢顺时针旋转RP100，当刚出现误码仪的“错码”指示灯闪烁时，关闭系统电源。
9.将1310nm光收模块的光纤跳线改接为1310nm光发模块和光功率计。
打开系统电源，测量并记录光功率Pmin,Pmin即为1310nm光接收机的灵敏度。
七、实验总结
本次实验介绍了光发射机和光接收机的原理，在光通信系统中其发射端是用信号直接调制光载波的强度，接收端是用检测器直接所接收的光信号。
光发射机主要研究光源的调制特性，光接收机是把光纤送来的光信号变换为电信号，经过均衡放大，箝位，电位调整，整形后，送出相应的模拟或数字信号。
还学习了光发送模块的电路原理，了解了光收端机灵敏度的指标要求。