FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验使用说明(070903)资料

仪器使用说明

TEACHER'S GUIDEBOOK

FD-OFT-A

音频信号光纤传输实验仪

中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd.

FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪使用说明

一、概述

光纤俗称玻璃纤维，是由高纯度的玻璃棒经拉丝工艺制成，又称光导纤维它以其优良的传输特性已经成为信息社会主要的信息传输手段。随着光纤通信技术的发展，一个以微电子技术，激光技术，计算机技术和现代通信技术为基础的高速宽带信息网将是远程教育，远程医疗，电子商务，智能居住小区越来越普及。光纤通信以及诸多优点将成为现代通信的主流，未来通信的一项通信技术和手段。本仪器通过实验让学生了解光纤通信的基本工作原理，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。

我公司研制的FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪具有以下优点：

1.该仪器为一体式仪器，音频信号发生器、光功率计、LED放射器、SPD接收器全部整合在壹

台主机中，这样用户购买该仪器后，不用另配光功率计以及信号发生器即可以完成实验。

2.该实验仪是集光电子技术、光纤传输技术、应用电子技术于一体的综合实验教学仪器，对

于扩大学生知识面和培养学生综合运用已学知识解决实际问题的能力十分有益。

3.该仪器实验内容丰富、实验数据稳定可靠，通过该仪器可以让学生了解光波是怎样被调制、

传输和解调的，使学生对光纤通信有一个初步的认识。

该仪器不仅可以用于基础物理实验以及设计性研究性实验，也可以用于高等院校光电子、通讯、信息专业的专业实验。

二、技术指标

1．电源输入 220V 50Hz

2．音频信号发生器频率调节范围 100Hz-10KHz 连续调节，10KHz-20KHz 连续调节

幅度调节范围 0V－3V（峰－峰值）连续调节

3．光功率计量程 0－200.0uW

分辨率 0.1uW

4．LED驱动电流 50mA

三、仪器装置

FD-OFT-A型音频信号光纤传输实验仪主要由实验主机（包括音频信号发生器、光功率计、LED发射器、SPD接收器等）、多模光纤（装于骨架上），半导体收音机组成。如图1所示.

图1 音频信号光纤传输实验仪装置

四、实验项目

1. 了解音频信号光纤传输系统的结构。

2. 熟悉半导体发光二极管（LED）和光电二极管（SPD）的基本性能及主要特性的测试方法。

3. 学习掌握音频信号光纤传输系统的调试技能。

五、使用注意事项

1．光纤出厂前已经固定在骨架上，学生实验时务必小心，不要随意弯曲，以免光纤折断，更不要将光纤全部从骨架上取下来。

2．实验开始前以及实验结束时，应把LED发射器中的“幅度调节”和“偏流调节”电位器逆时针旋至最小。

3．实验中，光纤与发射器以及光纤与接收器接头插拔时应该注意不要用力过猛，以免损坏。

音频信号光纤传输实验

【实验目的】

1. 了解音频信号光纤传输的方法、结构及各主要部件的作用。

2. 熟悉半导体发光二极管（LED）和光电检测二极管（SPD）的基本性能及主要特性的测试方法。3．学习分析集成运放电路的基本方法。

3. 学习掌握音频信号光纤传输系统的调试技能。

【实验原理】

1. 音频信号光纤传输系统的原理

音频信号光纤传输系统由“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。

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）。以下主要介绍发光二极管。

半导体发光二极管是低速短距离光通信中常用的非相干光源，它是如图2所示的N-P-P三层结构的半导体器件，中间层通常是由直接带隙的GaAs砷化镓P型半导体材料组成，称为有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由AlGaAs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质结，在图2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，所以这种结构又称为

N-P-P 双异质结构，简称DH 结构。

当在N-P-P 双异质结两端加上偏压时，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P-P 异质结的的阻挡作用不能再进入右侧P 层，它们只能被限制在有源层内与空穴复合，同时释放能量产生光子，发出的光子满足以下关系：

g E E E h =-=21ν

其中h 是普朗克常数，ν是光波频率，1E 是有源层内导电电子的激发态能级，2E 是导电电子与空穴复合后处于价键状态时的束缚态能级。两者的差值g E 与DH 结构中各层材料及其组份的选取等多种因素有关，制作LED 时只要这些材料的选取和组份的控制适当，就可以使LED 的发光中心波长与传输光纤的低损耗波长一致。

图1 半导体发光二极管的结构及工作原理

3．LED 的驱动及调制电路

本实验采用半导体发光二极管LED 作为光源器件，音频信号光纤传输系统发送端LED 的驱动和调制电路如图2所示，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可以使LED 的偏置电流发生变化。信号发生器产生的音频信号由IC1为主构成的音频放大电路放大后经电容器耦合到BG1基极，对LED 的工作电流进行调制，从而使LED 发送出光强随音频信号变化的光信号，并经光纤把这一信号传至接收端。半导体发光二极管输出的光功率与其驱动电流的关系称为LED 的电光特性。为了避免和减小非线性失真，使用时应给LED 一个适当偏置电流I ，其值等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值，而调制信号的峰-峰值也应位于电光特性线性范围内。对于非线性失真要求不高的情况下，也可把偏置电流选为LED 最大允许工作电流的一半，这