光纤音频信号传输实验研究 - 副本.docVIP

PAGE 3 普通物理实验C 课程论文 题 目 音频信号光纤传输实验 学 院 专 业 年 级 学 号 姓 名 指 导 教 师 论 文 成 绩 答 辩 成 绩 年 月 日 光纤音频信号传输实验研究 姓名 院校 ， 地址 邮编 摘要：光纤俗称玻璃纤维，是由高纯度的玻璃棒经拉丝工艺制成，以其优良的传输特性已经成为信息社会主要的信息传输手段。一个以微电子技术，激光技术，计算机技术和现代通信技术为基础的高速宽带信息网将是远程教育，远程医疗，电子商务越来越来普及。光纤通信以及诸多优点将成为现代通信的主流，未来通信的一项通信技术和手段。本实验主要通过研究光纤音频信号的传输来了解光纤通信的基本工作原理，熟悉半导体—光电器件的基本性能及主要特性的测试方法，学习分析集成运放电路的基本方法，学习掌握音频信号光纤传输系统的调试技能。 关键词：光纤、半导体发光二级管LED、波形失真、调制电路、 1引言 随着科学技术的迅猛发展、生产水平的不断提高，人类社会对于快速、准确地传输各种信息的要求也越来越高，光纤通讯技术也就是为适应这一要求而迅速发展起来的一种高新技术。光纤通讯具有带宽、高速、不受电磁干扰等一系列优点，目前正得到广泛的发展。光纤音频信号传输实验就是让我们熟悉了解信号光纤传输的基本原理及一些分析集成电路的基本方法，并学会音频信号传输系统的调试技能。 2 实验原理 2.1 系统的组成 光纤音频信号传输系统是由“光信号发送器”“光信号接收器”以及“传输光纤”三个部分组成。其主要原理是由音频信号作为源信号供给“光信号发送器”，从而产生相应的光信号，然后将此信号经光纤传输后送入“光信号接受器”，最终解调出原来的音频信号。为了保证系统的传输损耗低，发光器件LED的发光中心波长必 须在传输光纤的低损耗窗口之内，使得材料色散较小。低损耗的波长在850nm，1300nm或1600nm附近。光电检测的峰值响应波长也应与此接近。 为了避免或减少波形失真，要求整个传输系统的频带宽度能覆盖被传输信号的频率范围。对于音频信号，其频谱在300—3400Hz的范围内。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电咱的幅频特性。 2.2 半导体的发光二极管（LED）的结构及工作原理 一般在光纤通讯系统中对光源器件在发光波长、电光功率、工作寿命、光谱宽度以及调制性能等方面均有特殊要求，目前在以上各方面都能较好满足要求的器主要有半导体发光二极管（light emitting diode，简称LED）和半导体激光器（Laser Diode，缩写LD）。对于半导体发光二极管，它是代速短距离光通信中常用的非相干光源。是由图所示的N—P—P三层结构的半导体器件，中间层通常是由直接带隙的GaAs砷化镓P型半导体材料组成，称为有源层，其带隙宽度较窄，两侧分别由AlGaAs的N型和P型半导体材料组成，与有源层相比，它们都具有较宽的带隙。肯有不同的带隙宽度的两种半导体单晶之间的结构称为异质结，在 中所示，有源层与左侧的N层之间形成的是P—N异质结，而与右侧P层之间形成的是P—P异质结，这种结构又称为N—P—P双异质结构，简称DH结构。 图1、半导体发光二极管的结构及工作原理 当在N—P—P双异质结构两端加上偏压时，就能使N层向有源层注入导电电子，这些导电电子一旦进入有源层后，因受到P—P异质结构的阻档作用将不再能够进入右侧P层，它们只能被限制在有源层内与空穴复合，同时释放能量产生光子，发出的光子满足以下关系： Hv=E1—E2=Ek 其中h是普朗克常量，v指光波频率，E1是有源层内导电电子的激发态能级，E2是导电电子与空穴复合后处于价键状态时的束缚能级。两者的差值Eg与DH结构中各层材料及其组份的选取及其组份的选取有等多种因素有关，制作LED时只要求这些材料的选取和组份控制适当，就可以使LED的发光中心波长与传输光纤的低损耗波长一致。从而保证系统的传输损耗低。 半导体发光二极管输出的光功率与其驱动电流的关系称为LED的电光特性。为了避免和减小非线性失真，使用时应给LED一个适当偏置电流I，其值等于这一特性曲线线性部分中点对应的电流值，而调制信号的峰—峰值也应位于电光特性线性范围内。对于非线性失真要求不高的情况下，也可把偏置电流选为LED最大允许工作电流的一半，这时就可使LED获得无截至畸变幅度最大的调制，这将有利于信号的远距离传输。 2.3 LED的驱动及调制电路 图2、LED的驱动和调制电路在实验中所采用的半导体发光二极管LED作为光源器件。光纤音频信