光电子技术实验报告

《光电子技术实验》实验报告

光纤通信系统设计

王浩然无112011011202

1实验目的

∙掌握光纤传输系统的组成和性能测试方法；

∙设计并搭建点到点的光纤传输系统，测量发射光功率和接收机灵敏度，计算可传输的最远距离；

∙将EDFA用于光纤传输系统，了解EDFA的功率补偿在系统中的作用。

2实验原理

2.1光纤传输系统的组成

基本的光纤传输系统包括发射机、接收机和光纤传输部分。发射机把待传输的电信号转换为光信号，接收机把接收到的光信号转换为电信号，光纤传输部分把发射机发出的光信号传输到接收机。

发射机部分主要由光源、驱动器和调制器组成。光源要求有一定的输出功率和较小的谱线宽度。调制器有两种调制方式，一种是半导体光源的直接强度调制，即用电信号对光源的注入电流进行调制，使其输出光波的强度随调制信号变化，其基本原理如下图所示；另一种调制方式为间接调制，或称为外调制，如电光调制、声光调制等。间接调制具有调制速度高，调制对光源的工作不产生影响，但设备较复杂。本次实验中，我们采用直接调制。

图1:直接调制原理

光接收的主要部分是光电探测器。从光纤中传输过来的已调光信号入射到光电探测器的光敏面上，光电探测器将光信号解调为电信号，然后进行电放大处理，时钟提取与信号判决，还原出原来的信号。

光纤传输部分由光纤和中继器组成。长距离传输时，要求每隔一定的距离就加入一个中继器。当前的光纤通信技术中，光放大器EDFA已经实用化，可以直接对衰减的光信号进行放大，继续向前传输以达到长距离通信的目的。

2.2EDF A的功率补偿作用

今天EDFA已经大量应用于各类光纤传输系统。除了增大中继距离，实现长距离传输，延

长WDM的系统传输距离，EDFA还能有效的补偿光功率分配损耗，扩大覆盖范围以及降低成本造价。

EDFA在光纤通信系统中应用时，根据其所处位置和作用，可分为功率放大、前置放大、光中继放大等。光功率放大器放在系统发射端，可提高系统发射功率；光纤放大器放在系统接收端，可放大传输后的小信号，提高接收机灵敏度；光放大器放在系统光纤线路中间，可以替代光电再生中继。

2.3眼图

当用示波器测量信号波形时，由于示波器荧光余辉所呈现的图形是若干个周期重叠后的图案，当速率很低时，直接测量波形调整触发电平到合适高度就可以的得到眼图。一个典型眼图如下图所示：

图2:眼图

其典型参数如下：

1.眼图张开最大处是接受波形的最佳抽样时刻，眼睛张开的顶端与信号电平的最大值之间的垂直距离表示最大失真

2.在抽样时刻，眼睛张开高度表示噪声容限或抗噪声能力，噪声容限定义为

噪声容限=V1

V2

×100%

3实验步骤

实验步骤如下：

1.使用光功率计，测量激光器的P−I曲线。

2.调整激光器的偏置电流为阈值电流加5mA，使得从误码测试仪的伪随机信号发生器输出的双极性非归零码能正确调制到光信号上。

3.按照如下图所示搭建光纤传输系统，观察光发射机输出光信号的眼图及远距离传输后接收端的眼图信号；分别用眼图和误码测试仪测量接收机灵敏度，计算最大传输距离。

图3:光纤传输系统

4.按照如下图所示搭建含EDFA 的光纤传输系统，调整第一个可调光衰减器使得输入EDFA 的光信号使其增益最大，分别用示波器观察眼图和用误码测试仪的方法测量接收机灵敏度，计算最大传输距离

。

图4:含EDFA 的光纤传输系统

4实验步骤

采用光功率计测量光发射机的激光器的P −I 曲线，测得的数据可以绘制曲线如下：

图5:光发射机激光器P −I 曲线

从图中容易看出，激光器的阈值电流为11mA ，因此在采用误码测试仪的伪随机信号发生器输出的双极性非归零码对激光器的输入电流进行调制时，设置激光器的直流偏置点为16mA 。

此时，分别用眼图和误码仪测系统的接收机灵敏度，测量眼图闭合和误码仪开始出现误码时的接收机灵敏度如下表：

测量方式发射机功率接收机功率传输距离

眼图 4.57dBm-34.70dBm150.65km

误码仪 4.57dBm-43.18dBm193.05km

表1:接收机灵敏度与传输距离

图6:眼图

图7:闭合的眼图

加入EDFA后，为了使系统传输距离最大，调节第一个可调衰减器使得输入EDFA的光功率位于EDFA的增益最大的水平区，此时调节第二个可调光衰减器使得误码仪出现误码。用光功率计测得的接收机灵敏度，第一个可调光衰减器的衰减，第二个可调光衰减器的衰减，以及系统的传输距离如下表：

EDFA输入功率接收机灵敏度第一段衰减第二段衰减传输距离

-30.07dBm-18.81dBm25.50dB12.87dB191.85km

-32.51dBm-18.04dBm27.94dB10.71dB193.25km

-35.10dBm-17.13dBm30.53dB7.32dB189.25km

表2:加入EDFA后接收机灵敏度与传输距离

由表中易知，加入EDFA后并没有增大系统的传输距离，原因主要是加入EDFA后会导致接收机灵敏度下降，这主要与EDFA引入的自发辐射噪声有关。由于自发辐射噪声是宽谱的，在加入滤波器后会滤除带外的自发辐射噪声功率，但由于滤波器的非理想特性以及带内的噪声的影响，最终导致接收机灵敏度恶化，因此加入EDFA后并没有增大系统的传输距离。

5实验体会

最初进行实验的时候，我在搭建含有EDFA的光纤传输系统的时候，把滤波器接在EDFA 之后，而把第二个可调光衰减器放在滤波器之后，这样测量第二段光衰减时直接测量第二个可调光衰减器的输入与输出光功率，后来发现这种方法不太正确。对于滤波器的位置，在实际的波分复用的系统中，由于在EDFA中放大的为多个频率的光，因此滤波器应位于接收机前端。由于经过EDFA之后光变为宽谱，对于不同的频率的光，光纤在单位长度上的衰减不同，因此测量传输距离时应将第二个可调光衰减器接到激光器的输出端测量其衰减。