光纤通信实验报告 下载本文

光纤通信实验报告

课程名称

光纤通信实验

实验一

光源的P-I特性、光发射机消光比测试

一、实验目的

1、了解半导体激光器LD的P-I特性、光发射机消光比。 2、掌握光源P-I特性曲线、光发射机消光比的测试方法。

二、实验器材

1、 主控&信号源模块、2号、25号模块 各一块 2、 23号模块(光功率计) 一块

3、 FC/PC型光纤跳线、连接线 若干 4、 万用表 一个

三、实验原理

数字光发射机的指标包括:半导体光源的P-I特性曲线测试、消光比(EXT)测试和平均光功率的测试。

1、半导体光源的P-I特性

P(mW)IthI(mA)

LD半导体激光器P-I曲线示意图

半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点,微小的电流变化会导致光功率输出变化,是光纤通信中最重要的一种光源,激光二极管可以看作为一种光学振荡器,要形成光的振荡,就必须要有光放大机制,也即启动介质处于粒子数反转分布,而且产生的增益足以抵消所有的损耗。半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如上图所示,该特性有一个转折点,相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流),用Ith表示。在门限电流以下,激光器工作于自发辐射,输出(荧光)光功率很小,通常小于100pW;在门限电流以上,激光器工作于受激辐射,输出激光功率随电流迅速上升,基本上成直线关系。激光器的电流与电压的关系类似于正向二极管的特性。该实验就是对该线性关系进行测量,以验证P-I的线性关系。

P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时,应选阈值电流Ith尽可能小,没有扭折点, P-I曲线的斜率适当的半导体激光器:Ith小,对应P值就小,这样的激光器工作电流小,工作稳定性高,消光比大;没有扭折点,不易产生光信号失真;斜率太小,则要求驱动信号太大,给驱动电路带来麻烦;斜率太大,则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。

2、光发射机消光比 消光比定义为:EXT?10lgP00。 P11式中P00是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。P11

是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。从激光器的注入电流(I)和输出功率(P)的关系,即P-I特性可以清楚地看出消光比的物理概念,如下图所示。

ADP ΔP

PIN

EXT

消光比对灵敏度的影响

由图可知,当输入信号为“0”时,光源的输出光功率为P00,它将由直流偏置电流Ib来确定。无信号时光源输出的光功率对接收机来说是一种噪声,将降低光接收机的灵敏度。所以从接收机角度考虑,希望消光比越小越好。但是,应该指出,当Ib减小时,光源的输出功率将降低,光源的谱线宽度增加,同时,还会对光源的其它特性产生不良影响,因此,必须全面考虑Ib的影响,一般取Ib = ~Ith(Ith为激光器的阈值电流)。在此范围内,能比较好地处理消光比与其它指标之间的矛盾。考虑各种因素的影响,一般要求发送机的消光比不超过-1dB。在光源为LED的条件下,一般不考虑消光比,因为它不加直流偏置电流Ib ,电信号直接加到LED上,无输入信号时的输出功率为零。因此,只有以LD作光源的光发射机才要求测试消光比。

四、实验步骤

1、关闭系统电源,按如下说明进行连线:

(1)用连接线将2号模块TH7(DoutD)连至25号光收发模块的TH2(数字输入),并把2号模块的拨码开关S4设置为“ON”,使输入信号为全1电平。

(2)用光纤跳线连接25号光收发模块的光发输出端和光收接入端,并将光收发模块的

功能选择开关S1打到“光功率计”。

(3)用同轴电缆线将25号光收发模块P4(光探测器输出)连至23号模块P1(光探测器输入)。

2、将25号光收发模块开关J1拨为“10”,即无APC控制状态。开关S3拨为“数字”,即数字光发送。

3、将25号光收发模块的电位器W4和W2顺时针旋至底,即设置光发射机的输出光功率为最大状态;

4、开电,设置主控模块菜单,选择主菜单【光纤通信】→【光源的P-I特性测试】功能。

5、用万用表测量R7两端的电压(测量方法:先将万用表打到直流电压档,然后将红表笔接TP3,黑表笔接TP2)。读出万用表读数U,代入公式I=U/R7,其中R7=33Ω, 读出光功率计读数P。

调节功率输出W4,将测得的参数填入下表: P(uW) u(V) I(A) 6、将25号光收发模块的电位器W4顺时针旋至底;设置主控模块菜单,选择【光功率计】功能。

7、将2号模块的拨码开关S4设置为“ON”,使输入信号为全1电平。测得此时光发端机输出的光功率为P11。

8、将2号模块的拨码开关S4设置为“OFF”,使输入信号为全0电平。测得此时光发端机输出的光功率为P00。

9、代入公式EXT?10lgP00,即得光发射机消光比。 P1110、调节W4,重复7~9步骤,并将所测数据填入下表。

P00(uW) P11(uW) EXT

五.实验记录及结果分析

P(uW) u(V) I(A)

绘制光源P-I特性曲线: 消光比:

P00(uW) P11(uW) EXT

P00(uW) P11(uW) EXT