光通信实验

光通信实验
王帅
（哈尔滨工程大学13-3班75号，黑龙江省哈尔滨市 150001）
摘要：通过光通信实验系统了解光通信系统的基本知识；学习LED光源的结构及其特性；掌握基带直接强度调制(DIM)的基本原理；学习模拟信号的脉冲频率调制(PFM)基本原理；了解数字光纤通信的基本组成；观察光纤视频传输现象。

关键词：光通信；基带直接强度调制；脉冲频率调制
Optical Communication Experiment
Wang shuai
（Harbin Engineering University, Harbin,150001,Chnia）
Abstract：Through optical communication experiment system to understand the basic knowledge of optical communication system; To study the structure of the LED light source and its characteristics; Master the principle of baseband directly intensity modulation (DIM); Study the principle of analog signal pulse frequency modulation (PFM); Understand the basic component of digital optical fiber communication; Observed phenomenon of optical fiber video transmission.
Key words：optical communication; direct base-band intensity modulation; pulse frequency modulation
0引言
1966年，美籍华人高锟博士根据介质波导理论，首次提出光导纤维可以用于光通信的理论。

1976年，美国亚特兰大的贝尔实验室首先研制成世界上第一个光纤通信系统。

20世纪80年代末，横跨太平洋、长达8300km以及横跨大西洋、长达6300km的海底光缆线路，先后建成并投入使用。

1993年美国政府提出信息高速公路的构想，把光纤通信推进到一个新阶段。

现在以光纤为主体的网络已遍布全世界。

光纤通信以其传输损耗小、容量大、成本低、抗电磁场干扰、质量轻等方面的优点，成为现代通信的主流和信息社会中信息传输与交换的主要手段。

1实验原理
光通信实验系统是由光缆、光发射机和光接收机组成，两部分电路各自独立工作，电源分开，所要传输的信号由光发射机变为光信号后，经过光纤或空间传输，由光接收机接收并进行解调还原，从而实现了完整意义上的光通信。

系统采用数控技术调整光源的偏置电流，电流值通过数码管显示，调节过程简单、直观、可靠。

在实验系统的光接收机部分设计了专门的光功率计，可以实时显示当前的光功率当量。

光通信实验系统原理框图
2实验方法
2.1 实验仪器
实验仪器：光通信电路系统、光纤、示波器。

2.2 实验内容和步骤
2.2.1 LED光源I-P特性研究
本实验采用的LED光源，其中心波长为850nm。

为获得LED的驱动电流I与输出光功率P之间的特性曲线，作如下操作：
（1）链接光纤，一端与LED光源的插座相连，另一端与PIN探测器的插座相连。

（2）通过“通信方式”键将发光机和接收机通信方式设定为模拟通信方式。

（3）光发射机通过“调制”键将调制方式切换至“DIM”档位。

光接收机通过“模拟”键讲解调方式设定至“DIM”档位。

此时光通信实验系统工作在模拟信号的直接强度调制方式。

（4）调制光发射机的“输入”至“MIC”，按下光发射机的“光源接入”键，并利用“光源选择”按键将光发射机光源选为LED光源，光接收机用“探测器选择”键将探测器选为“PET”。

（5）调节光发射机上的偏置电流调节键，从0mA开始逐渐加大驱动电流，每次变化1mA，将对应的响应光功率当量进行记录，不超过69nA。

（6）将光源的偏置电流降回到零附近，准备下一个实验。

2.2.2 模拟信号的直接强度调制（DIM）传输
（1）链接光纤，一端与LED光源的插座相连，另一端与PIN探测器的插座相连。

（2）通过“通信方式”键将发光机和接收机通信方式设定为模拟通信方式。

（3）光发射机通过“调制”键将调制方式切换至“DIM”档位。

光接收机通过“模拟”键讲解调方式设定至“DIM”档位。

此时光通信实验系统工作在模拟信号的直接强度调制方式。

（4）调节光发射机的“输入”键至“正弦波”，按下光发射机的“光源接入”键，并利用“光源选择”将光发射机光源选择为LED光源，光接收机用“探测器选择”将探测器选择为“PET”。

（5）通过光发射机面板上的测试点TP2，测量信号原始波形，此信号即为信号1。

记录信号正弦波的频率和峰—峰值。

（6）通过光接收机面板上的测试点TP2，观察信号经过光纤传输后，由探测器直接探测到的波形和经过主放大器放大后的波形，此时的波形为不完整的正弦波。

（7）增加光发射机中光源偏置电流，使光接收机测试点TP2接收到的信号刚好无失真，记录当前偏置电流值，即为不失真时对应的偏置电流。

（8）通过发射机AM旋钮增加信号1振幅，直到示波器显示的接收机解调出的信号又出现失真为止。

将改变后的信号作为信号2记录信号2的频率和振幅，并找到信号2对应的不失真偏置电流。

2.2.3 模拟信号的脉冲频率调制（PFM）传输
（1）链接光纤，一端与LED光源的插座相连，另一端与PIN探测器的插座相连。

（2）通过“通信方式”键将发光机和接收机通信方式设定为模拟通信方式。

（3）光发射机通过“调制”键将调制方式切换至“PFM”档位。

光接收机通过“模拟”键讲解调方式设定至“PFM”档位。

此时光通信实验系统工作在模拟信号的直接强度调制方式。

（4）调节光发射机的“输入”键至“MIC”，按下光发射机的“光源接入”键，并利用“光源选择”将光发射机光源选择为LED光源，光接收机用“探测器选择”将探测器选择为“PET”。

（5）观察光发射机TP4，记录下波形的频率，此频率既为PFM调制的中心频率。

（6）将光发射机的信号输入设置为“正弦波”状态，观察光接收机TP1、TP3处波形，分别为探测器直接输出波形及解调后波形。

（7）改变光发射机的偏置电流，观察光接收机TP1、TP3处波形，体会偏置电流的变化对传输质量有无明显影响。

2.2.4数字编码传输试验
（1）链接光纤，一端与LED光源的插座相连，另一端与PIN探测器的插座相连。

（2）通过“通信方式”键将发光机和接收机通信方式设定为数字通信方式；通过“数字”键选择“CMI”档位，此时光发射机发出的为经CMI编码后的数据。

（3）用示波器观察光发射机TP6输出系统时钟信号。

（4）用示波器观察光发射机TP7，记录下该点波形。

此点为发射机内部伪随机码发生器发出的15位伪随机码。

（5）用示波器观察光发射机TP8输出的CMI码。

（6）用示波器观察光发射机TP1，观测经过光纤传输及光电检测放大后的数字型号。

（7）用示波器观察光发射机TP6经过整形后的数字信号。

（8）断开光路，观察光接收机TP7、TP8、TP9，此时的信号为无外界触发信号的条件下时钟提取电路输出的时钟信号。

（9）将光路恢复，光接收机TP10为解码后的电路。

观察并记录该点码型。

2.2.5视频信号的光纤传输实验
（1）链接光纤，一端与LED光源的插座相连，另一端与PIN探测器的插座相连。

（2）按下光发射机的“光源接入”键，并利用“光源选择”将发射激光源选择为LED 光源，光接收机用“探测器选择”键将探测器选为PET。

（3）通过光发射机的“视频传输”键和接收机“显示器”键将通信方式设定为视频传输方式，接通摄像头和显示器。

（4）调节发射机上的偏置电流调解按键，观察不同的偏置电流对视频信号传输的影响。

（5）调节偏置电流及“VIDEO”按钮，使显示器上的视频信号最清楚。

3 实验结果
1)LED光源I-P特性研究
2）模拟信号的直接强度调制实验数据
3）模拟信号的脉冲频率调制（PFM）传输
本机产生的脉冲频率从调制中心频率：70.8194kHZ
4结论
结果分析：利用光通信实验系统可以测量LED光源I-P特性，模拟信号的直接强度调制传输，模拟信号的脉冲频率调制（PFM）传输，数字编码传输，视频信号的光纤传输等多项实验。

误差分析：观察示波器显示的波形时视觉上造成的误差；由于示波器的数据跳动，在读数时产生误差。

本实验的应用：可视通信；激光大气通信；视话网、局域网、城域网和综合业务数字网；传输高清晰度电视数据等非话业务。

参考文献
[1]康崇，关春颖，黄宗军等.《大学物理实验》[M].哈尔滨工程大学出版社，2006.。