物理电子学基础实验
光纤传输系统
预习报告
姓名： 学号： 班级： 组号：
光纤传输系统
一、 实验目的：
了解点到点光纤传输系统基本组成； 掌握光接收机的灵敏度概念；
掌握波分复用光通信系统的组成，掌握其相关器件特性； 学会设计波分复用光通信系统并测量其性能参数。
二、 实验原理
光纤通信系统的基本组成
光纤通信是以光为载波，以光纤作为传输介质的一种信息传输方式。光纤通信具极宽的频带，目前普遍使用的是10Gb/s的光纤通信系统。其次，光纤通信传输损耗很小，还具有抗电磁干扰、光纤尺寸小、重量轻等特点。下图是一个光纤语音传输系统的简单组成示意图。
基本光纤传输系统如下图所示，它包括光发射机、光接收机，和光纤传输部分。发射机把带传输的电信号转换为光信号，接收机把光信号转换为原来的电信号，光纤传输部分把发射机发出的光信号送到接收机。
光发射机与光接收机
● 光发射机
s 光发射机是指包括LD 及其驱动电路以及保证其稳定工作的控制电路和其他光学元件集成在一起实现光发射功能的器件。包括：LD 芯片、光隔离器、监视光电二极管、半导体制冷器、温度传感器、尾纤、LD 驱动电路、自动温控电路等等。
定义消光比为
EXT =10log(P1/P0)
其中P1为“1”码功率，P0为“0”码对应功率。为保证接收机正常工作，消光比越大越好。
● 光接受机
光接收机是指包括光探测管芯、前置放大器、阻抗匹配电路、限幅放大及幅度判决、电路状态监视/警告电路，以及可能的光学元件集成在管壳内形成的光接收功能的器件。以数字光接机为例，其主要部分为：光电探测器、前置放大器、主放大器、均衡器、判决再生与时钟提取、峰值检波器及AGC 放大器。
波分复用系统
波分复用技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。其原理是在发射端将不同波长的光信号经光复用器复用在一起，再经光放大器送入光纤，并耦合在光缆线路的同一根光纤进行传输，在接收端又经解复用器将组合波长的光信号分开，并作进一步处理，恢复原信号送入不同的终端。
波分复用级数以较低的成本，较简单的结构形式成几倍、数十倍的扩大单根光纤的传输容量，是目前宽带光网络技术中的主导技术。实验课使用1310nm 和1550nm 两个波长组成的复用系统。
三、 实验任务及方法步骤
1、 设计点到点光纤通信系统：分别用数字光端机与视频光端机完成任务。
将清洁过后的两根光纤通过可调光衰减器连接在一起。此时将光纤剩余的两头连接在
数字光收发机的发射端和接收端。此时就构建完成一个远距离数字光纤通信系统。此时通过接收端可以测得光功率，表明此时该数字传输系统已经构建完成。
与上一步骤类似，光纤与可调光衰减器连接完毕后。此时将光纤剩余的两头连接在视
频光端机的输入输出端，此时打开接收端连接的显示屏。应该可以接收到视频信号，此时表明该模拟信号传输系统已经构建完成。
2、 测量点到点光纤通信系统的发射功率和接收机灵敏度，计算可传输距离。
在已经搭建好的数字光通信系统中，调节光衰减器的衰减值至0dB 。通过接收端的光
纤测量光功率，从而获得光纤通信系统的发射功率。为了避免随机误差对实验的影响。这个数据应该多次测量，在实验中测量三次取平均值进行计算WDout。
将误码仪接入到光收发机两端，通过误码仪发射数字信号。调整可调光衰减器，模拟
传输距离不断增大的情况。调整的同时观察误码仪误码率，当误码率大于10^-9时，此时接收的光功率就应该为该光纤通信系统的灵敏度。使用光功率计测量此时的光功率WDsen。将这个数据与步骤（1）中测出的WDout进行计算得出衰减的dB 数，通过光纤衰减与距离的换算求出可传输距离lD。
3、 双波长的波分复用光系统。
同向传输：系统框图如下
同向传输系统的构建。将视频光端机与数字光端机发射出的光源分别调至1310nm 及
1550nm ，将这两束光源通过波分复用器耦合。将光纤及可调衰减器连至复用器上，将光纤的另一头连至解复用器上，再将分离的两束光分别接在视频光接收机和数字光接收机上。完成同向系统地构建。
利用与单波长系统类似的方法分别测出模拟信号与数字信号各自的发射功率、灵敏度
与传输距离
双向传输系统框图
双向传输系统的构建。与单向传输系统类似，只是这回复用器上接视频光发射机与数
字光接收机，解复用器上接视频光接收机与数字光发射机。
此时在以与2中类似方法测出模拟信号与数字信号各自的发射功率、灵敏度与传输距
离。
4、 证明MUX/DMUX器件存在信道串扰，测出两信道间的隔离度
只使用一个信道（须测两次，分别验证波长为1310nm 和1550nm 的光信号时均成立）
接入MUX 并测量光功率，在DMUX 所对应信道测出接收光功率，在另一信道测试其是否也存在光功率。若存在，则说明存在信道串扰。利用串扰的光功率和接受光功率就可以求出隔离度。
四、 注意事项
小心勿直视激光。保持光纤跳线断面整洁，使用前用镜头纸沾无水酒精轻轻擦拭端面。
五、 原始实验数据记录
物理电子学基础实验
光纤传输系统
预习报告
姓名： 学号： 班级： 组号：
光纤传输系统
一、 实验目的：
了解点到点光纤传输系统基本组成； 掌握光接收机的灵敏度概念；
掌握波分复用光通信系统的组成，掌握其相关器件特性； 学会设计波分复用光通信系统并测量其性能参数。
二、 实验原理
光纤通信系统的基本组成
光纤通信是以光为载波，以光纤作为传输介质的一种信息传输方式。光纤通信具极宽的频带，目前普遍使用的是10Gb/s的光纤通信系统。其次，光纤通信传输损耗很小，还具有抗电磁干扰、光纤尺寸小、重量轻等特点。下图是一个光纤语音传输系统的简单组成示意图。
基本光纤传输系统如下图所示，它包括光发射机、光接收机，和光纤传输部分。发射机把带传输的电信号转换为光信号，接收机把光信号转换为原来的电信号，光纤传输部分把发射机发出的光信号送到接收机。
光发射机与光接收机
● 光发射机
s 光发射机是指包括LD 及其驱动电路以及保证其稳定工作的控制电路和其他光学元件集成在一起实现光发射功能的器件。包括：LD 芯片、光隔离器、监视光电二极管、半导体制冷器、温度传感器、尾纤、LD 驱动电路、自动温控电路等等。
定义消光比为
EXT =10log(P1/P0)
其中P1为“1”码功率，P0为“0”码对应功率。为保证接收机正常工作，消光比越大越好。
● 光接受机
光接收机是指包括光探测管芯、前置放大器、阻抗匹配电路、限幅放大及幅度判决、电路状态监视/警告电路，以及可能的光学元件集成在管壳内形成的光接收功能的器件。以数字光接机为例，其主要部分为：光电探测器、前置放大器、主放大器、均衡器、判决再生与时钟提取、峰值检波器及AGC 放大器。
波分复用系统
波分复用技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。其原理是在发射端将不同波长的光信号经光复用器复用在一起，再经光放大器送入光纤，并耦合在光缆线路的同一根光纤进行传输，在接收端又经解复用器将组合波长的光信号分开，并作进一步处理，恢复原信号送入不同的终端。
波分复用级数以较低的成本，较简单的结构形式成几倍、数十倍的扩大单根光纤的传输容量，是目前宽带光网络技术中的主导技术。实验课使用1310nm 和1550nm 两个波长组成的复用系统。
三、 实验任务及方法步骤
1、 设计点到点光纤通信系统：分别用数字光端机与视频光端机完成任务。
将清洁过后的两根光纤通过可调光衰减器连接在一起。此时将光纤剩余的两头连接在
数字光收发机的发射端和接收端。此时就构建完成一个远距离数字光纤通信系统。此时通过接收端可以测得光功率，表明此时该数字传输系统已经构建完成。
与上一步骤类似，光纤与可调光衰减器连接完毕后。此时将光纤剩余的两头连接在视
频光端机的输入输出端，此时打开接收端连接的显示屏。应该可以接收到视频信号，此时表明该模拟信号传输系统已经构建完成。
2、 测量点到点光纤通信系统的发射功率和接收机灵敏度，计算可传输距离。
在已经搭建好的数字光通信系统中，调节光衰减器的衰减值至0dB 。通过接收端的光
纤测量光功率，从而获得光纤通信系统的发射功率。为了避免随机误差对实验的影响。这个数据应该多次测量，在实验中测量三次取平均值进行计算WDout。
将误码仪接入到光收发机两端，通过误码仪发射数字信号。调整可调光衰减器，模拟
传输距离不断增大的情况。调整的同时观察误码仪误码率，当误码率大于10^-9时，此时接收的光功率就应该为该光纤通信系统的灵敏度。使用光功率计测量此时的光功率WDsen。将这个数据与步骤（1）中测出的WDout进行计算得出衰减的dB 数，通过光纤衰减与距离的换算求出可传输距离lD。
3、 双波长的波分复用光系统。
同向传输：系统框图如下
同向传输系统的构建。将视频光端机与数字光端机发射出的光源分别调至1310nm 及
1550nm ，将这两束光源通过波分复用器耦合。将光纤及可调衰减器连至复用器上，将光纤的另一头连至解复用器上，再将分离的两束光分别接在视频光接收机和数字光接收机上。完成同向系统地构建。
利用与单波长系统类似的方法分别测出模拟信号与数字信号各自的发射功率、灵敏度
与传输距离
双向传输系统框图
双向传输系统的构建。与单向传输系统类似，只是这回复用器上接视频光发射机与数
字光接收机，解复用器上接视频光接收机与数字光发射机。
此时在以与2中类似方法测出模拟信号与数字信号各自的发射功率、灵敏度与传输距
离。
4、 证明MUX/DMUX器件存在信道串扰，测出两信道间的隔离度
只使用一个信道（须测两次，分别验证波长为1310nm 和1550nm 的光信号时均成立）
接入MUX 并测量光功率，在DMUX 所对应信道测出接收光功率，在另一信道测试其是否也存在光功率。若存在，则说明存在信道串扰。利用串扰的光功率和接受光功率就可以求出隔离度。
四、 注意事项
小心勿直视激光。保持光纤跳线断面整洁，使用前用镜头纸沾无水酒精轻轻擦拭端面。
五、 原始实验数据记录