音频信号光纤传输,大物实验,标准论文格式

音频信号光纤传输实验研究性实验报告

作 者：

（作者详细单位，北京邮电大学信通院20112111 邮编：100876）

摘 要：光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。又因其优良的传输特性已经成为信息社会的主要的信息传输手段。随着信息时代的到来，光纤通信技术作为信息科学的支掌技术，与电子技术相互渗透、补充的过程，已经形成一个新兴的独立学科。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)、调制电路、光电检测二极管（SPD） 中图分类号：0453。1 文献标识码：A

Experimental study of the audio signal optical fiber transmission experiment

Liu Bingyu

(Beijing University of Posts and Telecommunications,Class2011211118,2011210534, China)

Abstract：Short fiber is optical fiber, is a use of light in a fiber made of glass or plastic in the principle of total reflection and transmission tools reached. Because of its excellent transmission characteristics of the information society has become the main means of information transmission. With the arrival of the information age, optical fiber communication technology as a palm branch of information science technology, and mutual penetration of electronic technology to supplement the process, has become an emerging independent discipline. This experiment by studying the optical audio signal transmission to understand the basic working principle of optical fiber communication, familiar with semiconductor - basic properties of optoelectronic devices and the main characteristics of the test method, learn to analyze integrated circuit op amp basic method of learning and mastering the audio signal optical fiber transmission system debugging skills.

Keywords: Optical fiber, a semiconductor light emitting diode (LED), a modulation circuit, the photodetector diode (SPD)

光纤的带宽和具有吸引力的特征使其成为理想的线缆传输媒介。对于通信系统，光纤是具有强大运载信息能力的工具。它不仅为电信工业带来了巨大的收益，还引发了许多革命性的变化。今天，这项技术决定了接入、传输、信令、交接和联网等技术，换句话说，它在现代通信系统中的每个方面都起着关键性的作用。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。

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。其原理图，如图１所示。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。

1 实验原理

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

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。

1.1 光导纤维的结构及传光原理

正文内容。单位符号无例外的采用正体字母。注意区分单位符号的大小写：一般单位符号为小写体，来源于人名的单位符号首字母大写。体积单位升的符号为大写L。光纤按其模式性质通常可以分成两大类：（1）单模光纤；（2）多模光纤。对于单模光纤，只允许一种电磁场形态的光波在纤芯内传播.多模光纤允许多种电磁场形态的光波传播；按其折射率沿光纤截面的径向分布状况又分成阶跃型和渐变型两种光纤，对于阶跃型光纤，在纤芯和包层中折射率均为常数，但纤芯折射率n1略大于包层折射率n2。所以对于阶跃型多模光纤，可用几何光学的全反射理论解释它的导光原理。

本实验采用阶跃型多模光纤作为信道，现应用几何光学理论进一步说明这种光纤的传光原理。

正假设光纤端面与其轴线垂直，如前所述，当一光线射到光纤入射端面时，根据smell定律及图所示的几何关系有：

n0sinθi=n1sinθz (1) θz=π/2-α

n0sinθi=n1cosα (2) 其中n0是光纤入射端面左侧介质 的折射率。通常，光纤端面处 在空气介质中，故n0=1。由（2）式可知：如果所论光纤在光纤端面处的入射角θi 较小,则它折射到光纤内部后投射到芯子一包层界面处的入射角α有可能大于由芯子和 包层材料的折射率n1和n2按下式决定的临结角αc：

αc= arc sin (n2/n1) (3) 在此情形下光射线在芯子—包层界面处发生全内反射。该射线所携带的光能就被局限在纤芯内部而

不外溢，满足这一条件的射线称为传导射线。

随着图（2）中入射角θi 的增加，α角就会逐渐减小，直到α=αc时，子午射线携带的光能均可被局限在纤芯内。在此之后，若继续增加θi，则α角就会变得小于αc, 这时子午射线在芯子—包层界面处的全内反射条件受到破坏，致使光射线在芯子—包层界面的每次反射均有部分能量溢出纤芯外，于是，光导纤维再也不能把光能有效地约束在纤芯内部，这类射线称为漏射线。

2 光电检测二极管（SPD）

在不加音频信号的情况下，研究通过LED的直流偏置ID与LED输出光功率P0之间的关系，即LED的电 光特性。实验时先打开主机电源，将光纤一端接至“LED发射器”中信号输出端，一端接至“SPD接收器”中的信号输入端，将光功率计波段开关打至“测量”档。调节“偏流调节”旋钮，使面板上电流表读数为零，此时将光功率表也调零，然后分别把偏流大小调至5mA、10mA、15mA、

20mA、25mA、30mA、35mA、40mA、45mA、50mA，记录对应的光功率值，并根据所测量的结果描绘LED—传输光纤组件的电光特性曲线，即描绘P０—ID关系图，并分析其线性范围。

3 实验数据与分析

⑴LED传输光纤组件电光特性的测量

⑶LED偏执电流与无截止畸变最大调制幅度关系的测定:f=1KHz,测量中,如mA表指针在原设定的偏执电流附近摆动,尽管波形畸变不明显,但说明输出已失真

,此时应减小信号的调制幅度.

五.数据处理: ⑴LED电光特性曲线

⑷光信号发送器调制放大电路幅频特性的测定:I偏=15mA,Vi=10mv时

⑸光信号的检测:I偏=15mA,Vi=10mV

文字描述: 由图像可以看出在4mA到19mA之间Ｐ－Ｉ成线性关系 ⑵I—P特性曲线

R=ΔI/ΔP=(0.915966-0.39916)/( 3.8-1.3)= 0.206722 ⑶LED偏置电流与无截止畸变最大调制幅度的关系曲线Vmax-I偏

⑷放大倍数随频率变化的关系曲线:

可以看出在大于运放的截止频率和饱和频率之间，运放放大倍数最大，随着频率的增加运放的放大功能减弱。

⑸发送器Vo(mV), 接收器Vo(mV)曲线

由图像可以看出来，电势随着频率的增大而变小。

4 结 论

实验通过对LED-传输光纤组件的电光特性的测量，得出了在合适的偏置电流下，其具有线性。验证了硅光电二极管可以把传输光纤出射端输出的信号转变成与之成正比的光电流。

1． 线路连接没有问题，示波器、信号发生器均工作正常，但屏幕上没有信号，或者只有干扰信号。

2．测量中，偏流调不到要求的20mA。这种情况大多是由于输入信号太大，造成输出波形失真，

从而导致该现象发生。测量出的信号转换功率太低，只有10几个μW。正常情况下，输出功率应能达到20至30几个μW。 如果数值较低，一种情况可能是光纤离光源的距离较远造成的（光纤距透镜太远），教师可以将接口处打开，调整这一距离，也可以请实验室人员处理。另一种情况也可能是LED被烧坏。

参考文献

[1] 蒋达娅，肖井华，朱洪波，张雨田.大学物理实验教程[M].

第三版.北京邮电大学出版社，2005.8.

- 5 -