光调制与接收

一、实验目的

1． 了解光纤的基本性质和光通信系统的主要构成；
2． 了解光纤通信中的光收发原理；
3． 掌握电光变换原理；
4． 了解检测器的光电变换原理。

二、实验设备

1． THKGT-2型多媒体光纤通信传输实验仪一台；
2． 20MHz示波器一台；
3． 一号导线一根；
4． 一字螺丝刀一把。

三、实验原理

1．光纤通信是以光为载波、以光纤作为传输介质的一种信息传输方式。现在，光纤通信正在并将越来越成为重要的通信手段。图2-1是一个光纤通信系统的简单组成示意图。
 
图2-1  光纤通信系统组成示意图
基本的光纤通信系统工作原理如图2-2所示，它包括发射机、接收机和一根光纤传输线。发射机把待传输的电信号转换为光信号，接收机把光信号转换为原来的电信号，光纤传输线把发射机发出的光传送到接收机。
 
图2-2  基本光纤系统
2. 光传送包括光发送和光接受两部分。激光器采用agilent公司的光收发器件HFBR—1414T和HFBR-2416T。其中HFBR-1414T为光发射器,HFBR-2416T为光接收器.。光纤采用62.5/125μm的玻璃光纤。
光纤有三个低耗传输窗口，在图2-3中标出了这三个常用的低耗传输窗口。其中，850nm附近的窗口为最早使用的，1330nm和1550nm为现在常用的波长。在实验中黄瓜直播视频免费下载使用了850nm这个窗。
 
图2-3  光纤的三个低损耗窗口
3．光发送模块
HFBR—1414T，是一种GaA1As激光器，自带驱动电路，工作波长820nm，
⑴ 工作参数
HFBR-1414T为高性能的半导体通信光源，其具体参数如表2-1所示。
表2-1

参数	符号	最小值	典型值	值	单位	测试条件
正向电压	VF	1.48	1.70	2.09	V	IF=60mA dc
			1.84			IF=100mA  dc
正向电压温度系数	△VF/△T		-0.22		mV/℃	IF=60mA dc
			-0.18			IF=100mA dc
反向输入电压	VBR	1.8	3.8		V	IF=100μA dc
中心波长	λp	792	820	865	nm
结电容	CT		55		pf	V=0,f=1MHz
光功率 温度系数	△PT/△T		-0.006		dB/℃	I=60mA dc
			-0.010			I=100mA dc
热阻	θJA		260		℃/W

⑵ 内部电路
HFBR-1414T的内部电路如图2-4所示。
 
图2-4   HFBR-1414T的内部电路图
⑶ 模块的几何尺寸及管脚分布
模块的几何尺寸及管脚分布如图2-5所示。
 
图2-5   HFBR-1414T的几何尺寸及管脚分布图
4．光检测模块
HFBR—2416T为光接收器。它包括一个PIN管和一个放大器。它接收光纤传来的光信号并把它转换为模拟的电信号送出去。
⑴ 工作参数
HFBR-2416为高性能的光检测模块，其输出为微弱的模拟信号，必须进行低噪声放大，才能送到后续电路进行处理。其具体参数见表2-2所示。
 
表2-2

参数	符号	最小值	典型值	值	单位	测试条件
响应度	RP	5.3	7	9.6	mV/μW	λp=820nm,50MHz
		4.5		11.5	mV/μW	λp=820nm,50MHz
均方输出 噪声电压	VNO		0.40	0.59	mV	滤波带宽，75MHz PR=0μW
				0.70	mV	无滤波PR=0μW
输入噪声功率 (RMS)	PN		-43.0	-41.4	dBm	滤波带宽75MHz
			0.050	0.065	μW
参数	符号	最小值	典型值	值	单位	测试条件
峰值输入 光功率	PR			-7.6	dBm pk	TA=25℃
				175	μW pk
				-8.2	dBm pk
				150	μW pk
输出阻抗	Zo		30		Ω	测试频率=50MHz
直流电压输出	Vodc	-4.2	-3.1	-2.4	V	PR=0μW
工作电流	IEE		9	15	mA	RLOAD=510Ω
等效N.A.	NA		0.35
有效直径	D		324		μm

⑵ 内部电路
光收端机模块HFBR-2416的内部电路如图2-6所示。
 
图2-6  光收端机HFBR-2416的内部电路图
⑶ 模块的几何尺寸及管脚分布
模块的几何尺寸及管脚分布如图2-7所示。
 
图2-7  光收端机HFBR-2416的几何尺寸及管脚分布图

四、实验内容与步骤

1． 实验箱上电；
2． 模拟信号发生模块的K41拨到SIN端，用示波器CH1通道观察正弦波输出端SIN_TRAN的波形，调节正弦波的输出幅度和频率，使输出正弦波幅度为1Vp-p，频率为1KHz；
3． 用一号导线连接SIN_TRAN与光发送模块的INPUT输入端，调节输入幅度调节电位器RW1和偏置电流调节电位器RW2，并用一字螺丝刀调节RW3、RW4电位器，用示波器CH2通道观察OUTPUT1、 OUTPUT4输出端波形；
4． 用双踪示波器观察SIN_TRAN和OUTPUT4的正弦波的光纤传输，调节正弦波的输出幅度和频率，观察波形的变化情况；
5． 实验完毕，关闭所有电源，拆除所有实验连接线，整理实验箱。

五、实验报告

1． 整理实验记录，画出相应的信号波形。
2． 分析电路的工作原理，说明其工作过程。