光通信实验系统实验指导书.docx

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1、试验一：试验5&试验92试验二：试验711试验三：试验8&试验1113试验四：试验2519注：按住Ctr1.并单击试脍序号可快捷访问试验一:试验5半导体光源P-I特性曲线测试一、试验目的，1. 了解光源和光发送机的电光转换原理：2. 了解半导体光源的发光特性；3. 比较1.D和1.ED的P-I特性的区分。二、试验原理：1 .激光二极管的基本结构和工作原理：在半导体激光器重要形成激光，须要具备以卜两个基本条件，一是有源区里产生足够的粒子数反转分布，二是存在光学谐振腔机制，并在有源区里建立起稳定的震荡。图5.1示出的是双异质结(DH)激光器的条形结构，这种结构由三层不同类型的半导体材料组成，不同材

2、料放射不同的光波长。结构中间有一层厚0.10.3,”窄带隙P型半导体，称为有源层：两侧分布为宽带隙的P型和N型半导体，称为限制层。三层半导体置于基片(衬底)上，前后两个晶体解理面作为反射镜构成法布里-珀罗(F-P)谐振腔。图5.1长波长双异质结(DH)平面条形激光器的拓本结构图5.2所示为DH激光器的工作原理。由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后，P层的空穴和N层的电子注入有源层。P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入的电子形成了势垒，注入到有源层的电子不行能扩散到P层。同理，注入到有源层的空穴也不行能扩散到N层。这样，注入到有源层的电子和空穴被限制在厚0.1。如的有源层内形成粒子束反

3、转分布，这时只要很小的外加电流，就可以使电子和空穴浓度增加而提高效率。另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内，因而光电转换效率很高，输出激光的阀值电流很低，很小的散热体就可以在室温连续工作。川复介图5.2DH激光器工作原理S)t-aobinx,-af50IIM100ISO图5.3激光器输出特性曲线2 .发光二极管的基本结构和工作原理：在光纤通信中运用的光源，除了半导体激光器（1.D）以外，还有半导体发光二级管（1.ED）。1.ED与1.D的工作原理不同，1.D放射的是受激辐射光，1.ED放射的是自发辐射光。1.ED的结构和1.D相像，大多是采纳双异质结（DH）芯片，把有

4、源层夹在P型和N型限制层中间，不同的是1.ED不须要光学谐振腔，没有阀值。1.ED是由GaASA1.类的P型材料和N型材料制成，在两种材料的交界处形成了P结。若在其两端加上正偏置电压，则N区中的电子与P区中的空穴会流向PN结区域并复合。复合时电f从高能级范围的导带跃迁到低能级范围的价带，井释放出能量约等于禁带宽变纥（导带与价带只差）的光子，即发出荧光。发光电：极管有两种类型，如图5.4所示：一类是正面发光型1.ED,另一类是侧面发光型1.ED。两者相比较而言，侧面发光型1.ED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1.ED大。图5.

5、4两类发光电二极管1.ED的P-I特性曲线如图5.5所示，在低注入电流范围内其线性程度比1.D好，且不存在，所以1.ED适合用在光纤模拟通信系统中。1.ED光功率的温度稳定性也比1.D好，其功率温度系数约为-1%/C（称为负温度系数），即1.ED光功率随温度上升而缓慢减小。1.ED的输出光功率最大可达几个mWO5好谷火壬三图551.ED的输出光功率特性曲线三、试殴步骤：本试验项目为：半导体光源（1.D）的P-I特性曲线测试，其中P为平均发送光功率，I是注入电流，测试框图如图5.6所示，其中S、R为活动连接器，RP103为可变电阻，位于数字光发送电路的上方。数字万用表码取发生捐光功率计图5.6数

6、字光发送机P-I曲线测试框图本试验详细的试验步骤为：1 .码型发生器自A点（试验箱TP102）给光发送机送方波信号作为测试信号。试验时，通过键盘选择方波信号（平台加电后，先按卜.“复位”键复位系统，待出现“请选择”提示后，选择“方波”并按下“确认”），此时，TP102处应当能够测到方波信号。为了把数字信号发往线路，除了要用开关KP1.O1.选择数字信号输入（开关推向“数字”），还须要通过KP102选择模拟光源和数字光源驱动电路，本试验中选择数字光源驱动电路（开关推向“数字”即可）。2 .用光纤跳线连接光发送模块的光输出与光功率计，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Po3 .此时

7、，测1.D负载电阻（R=R105+RP103）电压的方法,将万用表电压量程拨至2.5V档，万用表黑表笔接测试点（A单元TPIO3、B单元TP203）,红表笔接VeC电源正极或（A单元N1.O1.（D）8脚、B单元N201（D）8脚模/数检测切换可将（A单元KP1.02、B单元KP203）拨至对应位置，VR=I0R可用万用表RXI档干脆测得，测得的电压除以电阻值R=R105+RP103（注:测电阻值时应当将平台供电切断），其中R105是51C的固定电阻,RP103阻值为TP103与VCC之间的阻值,这样便可以得到注入电流I。变更RP1.03的阻值，得到一组数据，我们便可以绘制P-I特性曲线。说明

8、：试验中为了防止烧坏光发送组件，电流的调整范围是有限的（也许30mA左右）,因此测得只是PT曲线的段，但并不阻碍整个P-I曲线的测量。四、试验报告要求，画出PT曲线图，并依据曲线特性分析光源是1.ED还是1.D。假如是1.D,其阈值电流是多少？五、思索题：.1 .为什么激光器的P-I曲线具有阈值特性？2 .激光器的P-I曲线与1.ED有什么不同？试验9光线路码试验一、试验目的，1.了解光纤传输系统为什么要进行码型变更：2 .驾驭CM1.编译码的原理：3 .比较CM1.码、PCM码和PN码的特点。二、试验原理：1.CMI编码原理：码型变换的含义广泛，本试验中介绍的码型变换是指线路码的编码和译码，

9、我国规定了儿个在公用网上的码型：5B6B、CMI、扰码二进制、IB1.H等。试验中将详细介绍CM1.的编解码。CM1.(CodedMarkInversion)即编码传号反转，表9.1给出了其编码规则，传号1由11和00交替表示(若前一个1为11,则当前1采纳00表示，如此类推)，而空号0则固定地用01表示。表9.1CMI编码规则输入二元码CMI码型001100和11交替出现图9.1给出CM1.编码的波形示例，由于一个码元变成了两个，因此它属于二电平的1B2B码。CMI具有双相码的特点，不怕信道相位的反转(信息码为“1”时两个线路码相同；信息码为“0”时,两个线路码相反，信道相位反转后，仍有此性

10、质)，并且具有肯定的纠借实力，易于实现，易于提取定时时钟，因此在低速系统中选为传输码型。在ITU-T的G.703建议中,规定CM1.为四次群(139.264Mbits)的接码型。I：I：00IQ.II-Fi一-一一rrtJIio_01.1.Q_IO11IIOI0_1.I图9.1CMI与二元码的转换关系图9.2给出CM1.的编码原理框图，编码电路接收来自信号源的单极性IE归零码(NRZ),并把这种码型变换成为CM1.码送至光发送机。输入若是传号，则翻转输出；若是空号，则打开门开关，使时钟反向输出，电路原理如图9.3所示。采样P-试验系统中采纳了可编程逻辑器件(P1.D)来实现CM1.的编译码。C

11、V1.编码的VHD1.源程序如下：1ibraryieee：useieee.std_1.ogic_1164.a1.1.;entitydfisport(invert,e1.k:instd1.ogic;q:bufferstd_1.ogic)：enddf;architecturedfofdfissigna1.d:std1.ogic;begind=qxorinvert;processbeginwaitunti1.c1.k=;q=d;endprocess：enddf;1ibraryieee：useieee.std_1.ogic_1.164.a1.1.;entitycmi_codeisport(nrz,e1

12、.k:instd1.ogic;cmi:outstd_1.ogic);endCmif)de;architecturecmicodeofcmicodeiscomponentdfport(invert,e1.k:instd_1.ogic;q:bufferstd1.ogic);endcomponent;signa1.a,b:std_1.ogic;begincmie1.seb;b=note1.k;u:dfportmap(nrz,e1.k,a)：endcmicode;2. CM1.译码原理：解码的思路很简洁，当时钟和信道码对齐时，假如输入的是“11”或“00”，则输出“1”：假如输入的是“01”，则愉出“

13、0”。问题的关键是怎样将一系列的码元正确地2个2个分组。经过传输以后的CMI码首先要提取位同步时钟，接着抽样判决。此时CM1.码流和发送的码流在波形上没有区分(忽视误码状况)，但是2个2个分组，却有两种不同的状况，一种是正确的，可以得到正确的结果，而另一种则会导致译码的错误。结合CV1.码流的特点，有两种可以正确分组的方法：a.假如在码流中检测到了0101的，那么可以讲紧挨着的2个码元分为一组：b.假如在码元中检测到1到0的跳变后，则可以将下降沿后的2个码元分为一组。一般状况下，方法b更可以尽快地实现正确分组，接下来就是依据编码规则进行译码了，这里介绍三种详细的解决方案:第一种方案：原理框图如

14、图9.4所示：图9.4方案一原理框图从位同步时钟分别出两路时钟，他们和位同步时钟同频，但是占空比不同，两路时钟的占空比都是25乐但是两者之间相差半个周期，这样就可以将每组中两个码元分开，从而形成第一路和其次路信号，在两路时钟信号的正确作用卜.比较两路信号，便可以将CM1.编译出来。其次种方案：原理框图如图9.5所示：CM1.-44O1.OItdA上升沿读取第路侑号图9.5方案二原理框图可以看到，方案二本旗上与一是一样的，差别在于找到正确分组的方法，它利用二分领以后的上升沿和下降沿来读取两路信号，即码流检测的方法b),笫三种方案：原理框图如图9.6所示：CM1.位IF步时神”彳.7W中井H换CM

15、1.-TT降范馀图9.6方案三原理框图这里的译码思想稍有变更，CM1.码流经过串并转换后，在二分频的位同步时钟的作用下读出，进行比较译码。三、试验步骤；了解了CMI的编译码原理以后，卜面就可以起先动手验证了，在试脸平台CMI编译码的框图如图9.7所示：TP5OI数季逅,择开关数字!分领光发模块甲DP1.1.Wtt,CP1.光收楔块甲/信号放大TP60ICMI编码时钟源CPI.TP602PN序列图9.7CM【实验框图详细的试验步骤如下：1 .首先将键盘功能键选择为“CMI”并按确认键确认；2 .光发送单元的功能开关KP1.O1、KP1.02拨向数字端，光收单元A的KB103拨向数字端、KP1.O4拨向PNOUT端、TPIo7的直流电压应调整在1.5V左右（联合调整RP1.O7、RP1.O4、RP1.o8的阻值），XP105的两个短路帽分别插入rtCMIw和“PNOUTm功能脚位置；3 .此时将