实验五十三音频信号光纤传输技术实验.PDF

实验五十三 音频信号光纤传输技术实验 一．实验目的 1．学习音频信号光纤传输系统的基本结构及各部件选配原则。 2．熟悉光纤传输系统中电光/光电转换器件的基本性能。 3．训练如何在音频光纤传输系统中获得较好信号传输质量。 二．仪器设备 TKGT－1 型音频信号光纤传输实验仪；信号发生器；双踪示波器。 三．实验原理 1．引言 随着 Internet 网络时代的到来，人们对通讯的带宽、速度的要求不断提高，光纤通讯具有宽频带、 高速、不受电磁干扰影响等一系列优点，正在得到不断发展。音频信号光纤传输实验就是让学生熟悉了解 信号光纤传输的基本原理。 光纤传输系统如图1所示一般由三部分组成：光信号发送端；用于传送光信号的光纤；光信号接收端。 光信号发送端的功能是将待传输的电信号经电光转换器件转换为光信号，目前，发送端电光转换器件一般 采用发光二极管或半导体激光管。发光二极管的输出光功率较小，信号调制速率相对低，但价格便宜，其 输出光功率与驱动电流在一定范围内基本上呈线性关系，比较适宜于短距离、低速、模拟信号的传输；激 光二极管输出功率大，信号调制速率高，但价格较高，适宜于远距离、高速、数字信号的传输。光纤的功 能是将发送端光信号以尽可能小的衰减和失真传送到光信号接收端，目前光纤一般采用在近红外波段0.84 μm、1.31μm、1.55μm有良 好透过率的多模或单模石英 光纤。光信号接收端的功能 是将光信号经光电转换器件 还原为相应的电信号，光电 转换器件一般采用半导体光 图（1） 电二极管或雪崩光电二极管。组成光纤传输系统光源的发光波长必须与传输光纤呈现低损耗窗口的波段、 光电检测器件的峰值响应波段匹配。本实验发送端电光转换器件采用中心发光波长为0.84μm的高亮度近 红外半导体发光二极管，传输光纤采用多模石英光纤，接收端光电转换器件采用峰值响应波长为0.8～0.9 μm的硅光电二极管。下面对各部分作进一步介绍。 2．光信号发送端的工作原理 系统采用的发光二极管的驱动和调制电路如图2所示，信号调制采用光强度调制的方法，发送光强度调 节电位器用以调节流过LED的静态驱动电流，从而相应改变发光二极管的发射光功率，设定的静态驱动电 流调节范围为0～20毫安，对 应面板光发送强度驱动显示 值0～2000单位,当驱动电流 较小时发光二极管的发射光 功率与驱动电流基本上呈线 性关系，音频信号经电容、电 阻网络及运放跟随隔离后耦 图（2） 合到另一运放的负输入端，与 发光二极管的静态驱动电流想迭加使发光二极管 发送随音频信号变化的光信号，如图3所示，并经 光纤耦合器将这一光信号耦合到传输光纤。可传 输信号频率的低端可由电容、电阻网络决定，系 统低频响应不大于20Hz。 3．光信号接收端的工作原理 图3 图3是光信号接收端的工作原理图，传输光纤 把从发送端发出的光信号通过光纤耦合器将光信号耦 合到光电转换器件光电二极管，光电二极管把光信号转 变为与之成正比的电流信号，光电二极管使用时应反偏 压，经运放的电流电压转换把光电流信号转换成与之成 正比的电压信号，电压信号中包含的音频信号经电容电 阻耦合到音频功率放大器驱动喇叭发声。光电二极管的 频响一般较高，系统的高频响应主要取决于运放等的响 应频率。 图4 4．传输光纤的工作原理 目前用于光通讯的光纤一般采用石英光纤，它是在折射率n2较大的纤芯内部，覆上一层折射率n1较小 的包层，光在纤芯与包层的界面上发生全发射而被限制在纤芯内传播，如图五所示，光纤实际上是一种介 质波导，光被闭锁在光纤内，只能沿光纤传输，光纤的芯径一般从几微米至几百微米，按照传输光模式可 分为多模光纤和单模光纤，按照光纤折射