大学物理光纤通信系统.PPTVIP

东北大学物理实验中心 大学物理实验 光纤通信系统：利用利用激光器产生的光波（激光）作为载波，通过光导纤维传递信息的一种通信方式。 优点：传输频带宽、通信容量大、价格便宜、线路损耗低、中继距离远、抗干扰能力强、必威体育官网网址性好、已成目前为通信网络的骨干。 光纤通信系统的发展 1970年，美国康宁公司研制成功损耗20 dB/km的石英光纤。 1970年，Bell 实验室、日本NEC和前苏联先后研制成功室温下连续振荡的双异质结半导体激光器，为半导体激光器的发展奠定了基础，成为光纤通信史上的里程碑。 1976年，日本电报电话公司将光纤损耗降低到0.47dB/km。 1977 年，Bell Lab研制的半导体激光器寿命达到10万小时。 1979年，ATT和NTT研制成功波长为1.55mm的半导体激光器。 1976年，美国在亚特兰大进行世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验 1980年，美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用 1983年，敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线 1988年，美日英法建成第一条横跨大西洋海底光缆通信系统 1989年，建成第一条横跨太平洋 海底光缆通信系统 光纤通信系统的发展 实验目的 了解光纤通信原理，熟悉光纤通信实验系统的构成 测量半导体激光器LD光源特性曲线 训练光纤通信中的音频、视频模拟信号的调制与传输技术 实验仪器 1.光发射机（包括光源） 2.光接收机（包括探测器） 3.光纤（光缆） 4.显示器 5.摄像头 6.示波器 实验使用的发光器件是半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）。半导体激光器的结构如右图所示，它是由一块P型半导体与一块N型半导体结合而成的PN结。向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射， 再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光。 受激辐射产生的光子与外来光子具有完全相同的特征， 即它们的频率、 相位、 振动方向和传播方向均相同， 因而受激辐射发出的光是相干光。在外来一个光子作用下， 最终可以得到许多全同光子， 这种现象称为光放大。 要使激光物质能对光进行放大， 必须使物质中受激辐射大于受激吸收， 此时物质中原子数出现反转分布， 即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数，这种现象称为粒子数反转。 光通过粒子数反转分布的激活物质， 发生受激放大作用。但此时还没有形成一定的振荡方式，为此，必须有一个光学谐振腔，才能实现真正的激光作用。谐振腔的作用 一方面是使一些满足谐振条件的光在往返多次振荡中得到放大；同时，也使那些不满足谐振条件的光在往返中逐渐消失，从而得到一定振荡模式的激光输出。 传输光信号的光纤由石英纤芯和石英包层组成，在外侧加塑料护套起保护作用。纤芯的折射率比包层折射率大，光纤传光原理就是利用了纤芯与包层的界面上发生的全内反射来传播光波的。只要光线入射的角度合适，就会在光纤内部不停地进行全反射而传向另一端。 包层 纤芯 护套 探测器。 一个良好的光纤通信系统需要一个好的光接收电路，尤其需要一个有效、快速的光电探测器。光电探测器是光接收机的关键。为此，对探测器的要求有：响应度高（对微弱的光信号脉冲能快速响应）、 足够的带宽、 接收解调过程中附加噪声小。常用的有PIN光电二极管. 光通信综合实验系统。 光通信综合实验系统主机部分由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， 从而实现完整意义上的光通信。 音频、 视频模拟信号的传输 根据传输信号的形式，光纤通信系统分为数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统。因为光纤的频带很宽，对传输数字信号十分有利， 所以高速率、大容量、长距离的光纤通信系统均为数字光纤通信系统；短距离、小容量的光纤通信系统通常采用模拟光纤通信系统。 实验内容 LD光源I-P特性 音频模拟信号的传输 视频模拟信号的传输 数据处理与分析 根据实验数据绘制LD光源的驱动电流I与输出光功率当量P之间的特性曲线，确定阈值电流。 分析光发射机上不同的偏置电流对视频信号传输的影响。记下视频信号最清晰时的偏置电流值。 思考题 分析实验数据，叙述LD光源的I-P特性曲线的特点。 用LD光源传输信号，应如何选择合适的静态工作点，信号的幅度应控制在怎样的范围内？ 偏置电流发生变化时，视频信号的清晰度如何变化? 为什么会出现这样的变化趋势?