光纤通信就是用光波作载波，用光纤传输光信号的通信方式。现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。调制后的载波要占用一定的频带宽度，载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。
![]()
【实验目的】
1、 了解光纤通信的原理及基本特性。
2、 测量激光二极管的伏安特性，电光转换特性。
3、 测量光电二极管的伏安特性。
【实验原理】
1、 光纤
光纤是由纤芯，包层，防护层组成的同心圆柱体。纤芯与包层材料大多为高纯度的石英玻璃，通过掺杂使纤芯折射率大于包层折射率，形成一种光波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输。若纤芯的折射率分布是均匀的，在纤芯与包层的界面处折射率突变，称为阶跃型光纤。若纤芯从中心的高折射率逐渐变到边缘与包层折射率一致，称为渐变型光纤。若纤芯直径小于10μm，只有一种模式的光波能在光纤中传播，称为单模光纤。若纤芯直径50μm左右，有多个模式的光波能在光纤中传播，称为多模光纤。
![]()
2、激光二极管（FP-LD）
光通信的光源为半导体激光器（LD）或发光二极管（LED），本实验采用半导体激光器。
半导体激光二极管或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。
![]()
3、光电二极管
光通信接收端由光电二极管完成光电转换与信号解调。光电二极管是工作在无偏压或反向偏置状态下的PN结，反向偏压电场方向与势垒电场方向一致，使结区变宽，无光照时只有很小的暗电流。当PN结受光照射时，价电子吸收光能后挣脱价键的束缚成为自由电子，在结区产生电子－空穴对，在电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动，形成光电流。
光通信常用PIN型光电二极管作光电转换。它与普通光电二极管的区别在于在P型和N型半导体之间夹有一层没有渗入杂质的本征半导体材料，称为I型区。这样的结构使得结区更宽，结电容更小，可以提高光电二极管的光电转换效率和响应速度。
![]()
【实验仪器】
整套实验系统由光纤发射装置、光纤接收装置、光纤跳线、光纤适配器以及示波器组成。
![]()
![]()
【实验内容和步骤】
1、激光二极管的伏安特性与输出特性测量
用FC-FC光跳线将光发送口与光接收口相连。设置发射显示为“发射电流”，接收显示为“光功率计”。
![]()
调节电压源以改变发射电流，记录发射电流与接收器接收到的光功率（与发射光功率成正比）。设置发射显示为正向偏压，记录与发射电流对应的发射管两端电压于表7-41-1中。
依次改变发射电流（可能显示电流值不能精确达到表1的设定数值，只要尽量接近即可），将数据记录于表7-41-1中。
![]()
表7-41-1 发光二极管伏安特性与输出特性测量
![]()
2、光电二极管伏安特性的测量
连接方式同实验1。调节发射装置的电压源，使光电二极管接收到的光功率如表7-41-2所示。
调节接收装置的反向偏压调节，在不同输入光功率时，切换显示状态，分别测量光电二极管反向偏置电压与光电流，记录于表7-41-2中。
表7-41-2 光电二极管伏安特性的测量
![]()
【实验注意事项】
![]()
光学器件属于昂贵易损器件，所以在实验操作过程中应加倍小心，防止光学器件的损坏，为了保证实验顺利地进行，请注意以下事项：
1、本实验需要经常联接和断开光跳线（尾纤）与光发射器、光检测器，应轻拿轻放，使用时切忌用力过大。
2、实验完毕后，请立即将防尘帽盖住光纤输入、输出端口，用光纤端面防尘盖盖住光纤跳线端面，防止灰尘进入光纤端面而影响光信号的传输。
3、若不小心把光纤输出端的接口弄脏，需用酒精棉球进行清洗。
4、光纤跳线接头应妥善保管，防止磕碰，使用后及时戴上防尘帽。
5、不要用力拉扯光纤，光纤弯曲半径一般不小于30mm，否则可能导致光纤折断。
![]()
