《光信息传输技术》实验指导书.doc

《光信息传输技术》 实验指导书 何 宁 编 信息与通信学院 2011年7月 实验一 光纤及LD特性测量 一．实验目的 1．掌握光纤的基本结构和传输特性。 2．了解光纤通信光源的类型及发光机理。 3．掌握光纤及LD有关特性测量。 二．实验内容及要求 1. 光纤损耗特性及连接技术测试。 2．LD伏安特性测试。 3．LD电光转换特性测试。 4．LD调制特性测试。 三．实验原理 光纤制造过程是比较复杂的过程，生产光纤的主要材料为石英（SiO2），其制造流程如图1所示： 图1 光纤光缆制造流程图 光纤的制作过程一般可分为三个主要步骤：熔炼、拉丝、套塑。 光纤按制作材料不同可分为石英光纤，塑料光纤和氧化物光纤。按工作波长分为短波光纤（0.85um），长波长光纤（1.31um，1.55um）和超长波长光纤（2um以上）。按传输模式分为单模光纤和多模光纤。 光纤接续有固定连接和活动连接两种，固定连接一般用于光缆工程上；活动连接一般用于机与线或机与机之间的连接，是可以拆卸的。光纤接续损耗主要受以下几个因素的影响，被焊接光纤折射率失配，纤蕊失配，端面的平整度和干净程度等。 光纤传输特性主要有损耗特性和频带特性，光纤损耗特性通常用dB/km表示，引起光能量衰减的原因有吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。要降低光纤衰减，可采用纯度极高的石英玻璃。光纤频带特性通常用兆赫千米来表示，说明1Km光纤所具有的带宽能力，光纤频带特性主要受传光时色散性的影响。 光纤的损耗是决定光纤通信系统传输距离的一个很重要的参数，光纤内的吸收、散射和弯曲、微弯以及护套等因素均可引起光纤传输中光功率的衰减，由于精确地计算光纤损耗极为困难，光纤的损耗通常用实验确定，因此，掌握测量光纤损耗的方法十分重要。光纤中光信号的传输可用下式表示： （1） 式中是光纤输入功率，是光纤长处的光功率，是功率损耗系数，单位是1/米。 在光纤传输系统中，常用分贝/公里（）表示损耗，即损耗系数为： （） （2） 与的关系为： （3） 光纤的弯曲损耗都是由于光不满足全反射条件而造成的，现代光纤最大的优点之一就是它的易弯曲性，如果光纤的弯曲曲率半径太小，将引起光传播途径的改变，使光从纤芯渗透到包层，甚至可能穿过包层向外渗漏。在正常情况下，光在纤芯内沿轴向传播的常数应满足，光强分布为中心轴线最强，随着半径的增大而逐渐减弱，到达纤芯的边缘光强等于零，呈高斯分布。光在弯曲部分中传输，要想保持同相位的电场和磁场在一个平面里，则越靠近外侧，其速度就会越大（即越小）。当传到某一位置时，其相速度就会超过光速，即当时，这意味着传导模要变成辐射模，所以，光信号的一部分会损失掉，传输损耗将会增加。图2和图3是光纤特性图。 图2 光纤损耗特性 图3 光纤弯曲振荡特性 光纤通信系统采用的光源主要有半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）,根据制作的材料不同，发光二极管的峰值发射波长有0.85um、1.3um和1.55um三种。LED是非相干光源，是一种直接注入电流的光发射器件，它的发射过程主要对应光的自发辐射过程，是半导体晶体内部受激电子从高能级回复到低能级时，发射出光子的结果。在发光二极管的结构中，不存在谐振腔，当注入正向电流时，注入的非平衡载流子在扩散过程中复合发光。因此，发光二极管不是阈值器件，它的输出功率基本上与注入电流成正比。发光二极管的结构可分为表面发光型LED和边发光型LED，光纤通信中多采用边发光型LED。发光二极管的特性主要有光谱特性、伏安特性、电光转换特性和调制特性。 光谱曲线上发光强度最大时所对应的波长为发光峰值波长，光谱曲线上两个半光强点所对应的波长差称为LED的谱线宽度，其值为30～40nm左右,光谱极易受温度的影响。 伏安特性是指LED通过正向电流时，发光二极管两端所产生的正向压降，由于正向电阻比较小，故正向压降较低。图4给出示意图。 （a）伏安特性曲线 （b）伏安特性测试电路 图4 伏安特性示意图 光谱曲线上发光强度最大时所对应的波长为发光峰值波长，光谱曲线上两个半光强点所对应的波长差称为LD的谱线宽度，其值为30～40nm左右,光谱极易受温度的影响。与普通光源相比，激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等特点，激光的出现使原有的光谱技术在灵敏度