光接收机性能试验.docx

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光接收机性能试验

光纤通信实验指导书

南通大学电子信息学院

2011年10月

目录

第一章光发射机实验4

实验一MZ调制器半波电压和偏置电压对调制的影响4

一、实验目的4

二、实验原理4

三、实验配置图6

四、实验步骤6

第二章新型光调制格式实验8

实验一NRZ、RZ调制原理及产生8

一、实验目的8

二、实验原理8

三、实验配置图10

四、实验步骤10

实验二CSRZ调制原理及产生11

一、实验目的11

二、实验原理11

三、实验配置图11

四、实验步骤12

实验三SSB调制原理及产生12

一、实验目的12

二、实验原理12

三、实验配置图12

四、实验步骤13

第三章光放大器性能实验14

实验一观察增益随EDF参量的变化关系14

一、实验目的14

二、实验原理14

三、实验配置图15

四、实验步骤15

实验二EDFA输入光功率与增益关系曲线测量16

一、实验目的16

二、实验原理16

三、实验配置图16

四、实验步骤16

附：

16

第四章光接收机性能实验17

实验一.接收机灵敏度的测试17

一、实验目的17

二、实验原理17

三、实验配置图17

四、实验步骤17

实验二.光接收机灵敏度的影响因素18

一、实验目的18

二、实验原理18

三、实验配置图18

四、实验步骤19

第五章光纤色散对传输性能影响实验19

实验一、观察不同速率和光纤长度的系统受色散的影响19

一、实验目的：

19

二、实验原理19

三、实验配置图21

四、实验步骤21

实验二、色散补偿光纤对传输性能的影响23

一、实验目的23

二、实验原理23

三、实验配置图23

四、实验步骤23

五、仿真结果24

六、实验结论24

第七章光纤传输系统综合实验25

实验一、WDM长距离传输系统25

一、实验目的25

二、实验原理25

三、实验配置图25

四、实验步骤25

五、仿真结果26

第一章光发射机实验

实验一MZ调制器半波电压和偏置电压对调制的影响

一、实验目的

1.掌握在光通信系统中，外调制光发射机的组成和原理

2.掌握马赫-曾德调制器中偏置点的设置对调制结果的影响

二、实验原理

1、MZ调制器结构

图1.1MZ调制器结构示意图

MZ调制器的典型结构如图1.1所示，输入光波在一个Y分支处被分为功率相等的两束，分别通过两路光波导由电光材料制成，其折射率随外加电压的大小而变化，从而使两束光信号到达第二个Y分支处产生相位差，若两束光的光程差是波长的整数倍，则相干加强；若两束光的光程差是波长的半整数倍，则相干抵消。

因此可以通过控制外加电压来对光信号进行调制。

2、MZ调制器的调制原理及传输曲线

马赫-曾德调制器的偏置点位置不同时，会导致输出信号的不同，其输出光形式为

：

其中

，V1,V2为两电极上的驱动电压。

输出端的光强为：

，其中

。

对于单电极调制，可以认为是一个电极上的电压为零。

下图所示为MZ调制器的传递曲线。

从曲线上可以看出，对于特点的输入信号，如幅度为

的双极性信号，当偏置点取在

、

处时，处于MZ调制器的线性区域。

当偏置点取在0，

和2

时，处于MZ调制器的非线性区。

图1.2MZ调制器传递曲线

图1.3MZ调制器处在非线性区的输入输出信号

图1.4MZ调制器处在线性区的输入输出信号

三、实验配置图

外调制光发射机由伪随机码发生器、编码器、连续波激光器以及单臂/双臂MZ调制器组成。

编码器之后的示波器用于观察被调制的数字信号码型，输出端用示波器和眼图分析仪来观察输出结果。

图1.5外调制光发射机实验配置图

四、实验步骤

1．如图1.2配置实验系统。

2.选择单臂MZ调制器中的结构参数，保持半波电压设为4V；

3.选择编码器中的结构参数，设置高电平1V，低电平-1V，占空比0.5。

4.从0-8V每隔1V均匀改变MZ的偏置电压

，观察并记录输出信号的码型和眼图变化，比较误码率。

第二章新型光调制格式实验

光纤通信系统中，二进制非归零开关键控调制（NRZ）是一种被广泛应用的最简单的调制格式。

然而在高速大容量的WDM系统中，由于其不能有效抵抗色散，非线性和噪声影响的缺点，而出现了各种新型的光调制格式。

如基于强度调制的归零调制格式（RZ），载波抑制归零调制格式（CSRZ），单边带调制格式（SSB），残留边带调制格式（VSB），双二进制调制格式等。

这些调制格式能够有效减小信道间隔，增加频谱利用率，增强光传输过程的抗干扰能力。

本实验中主要介绍高速大容量的WDM系统中的几种新型光调制格式的原理及其产生，通过观察不同调制格式的下产生的信号输出码型，眼图及光谱进行比对了解。

实验一NRZ、RZ调制原理及产生

一、实验目的

1.掌握不归零调制格式（NRZ）产生的原理和方法

2.掌握归零调制格式（RZ）的原理

3.掌握归零调制格式（RZ）的二级调制产生方法

4.了解归零调制格式的性能

二、实验原理

1、NRZ调制格式

二进制不归零开关键控调制（NRZ）是最简单的一种基于强度调制的调制格式，其原理是将传输的信息调制在光信号的幅度上，在接受端通过检测幅度的变化解调处所传输的信息。

但在高速大容量WDM系统中，NRZ调制格式不能有效地抵抗色散、非线性和噪声影响，有其固有的缺陷。

2、二级调制原理

归零调制格式（RZ）是对NRZ的一种改进，其原理是对NRZ调制的波形进行切割，形成归零脉冲，由于RZ调制信号的码间干扰小于NRZ调制信号，因而具有更高的非线性容限和更大的PMD容限，所以具有较高的接收机灵敏度。

RZ、CSRZ和SSB等新型调制格式都是基于二级调制原理。

原理图如下图所示：

图2.1二级调制原理图

第一级调制器采用普通的强度调制方式，数据信息以电的NRZ形式加在调制端。

为了方便分析，假设MZ1的输出信号Ein为承载了信息的理想举行NRZ光脉冲。

第二级调制器采用双端调制，每个调制端均加上一个时钟信号和一个偏置电压，选取不同的时钟信号幅度、频率和相位以及直流偏压便在MZ2的输出端产生不同调制格式的信号脉冲Eout。

3、RZ调制格式原理

归零调制格式（RZ）分为两类：

全频率调制和半频率调制，其主要差别在占空比的不同；此处，考虑全频率调制RZ调制格式的实现。

全频率调制RZ调制格式中，MZ2偏置在

处，时钟信号幅度和频率分别为

和B，两时钟信号相位差为π，两臂电压分别为

此时信号输出光强为

;信号半高全宽为

占空比为1/2。

三、实验配置图

图2.2NRZ码产生实验配置图

图2.3RZ码产生原理图

四、实验步骤

（一）NRZ码的产生

1.按照图2.2配置实验系统

2.将单电极驱动调制器MZ1的半波电压、偏置电压均设为2V。

将不归零码编码器中的高电平设为2V，低电平为0V。

（二）RZ码的产生

1.按照图2.3原理图配置实验系统

2.将单电极驱动调制器MZ的半波电压、偏置电压均设为2V。

3.将双电极驱动调制器MZ的半波电压设置为2V，偏置电压1，2均设置为0.5V，将不归零码编码器中的高电平设为2V，低电平为0V。

4.正弦波产生器（上部）的初始相位设为0，正弦波产生器（下部）的初始相位设为3.1415，抽样率均为32，频率均为0.01THz，幅度均为0.5V。

5.仿真，观察记录信号输出眼图和光谱。

注意：

NRZ编码器与正弦波发生器的抽样率要设置为相同的数值，系统中的正弦波产生器实际上产生的是余弦波。

实验二CSRZ调制原理及产生

一、实验目的

1.掌握载波抑制归零调制格式（CSRZ）的原理

2.掌握载波抑制归零调制格式（CSRZ）的二级调制产生方法

3.了解归零调制格式的性能

二、实验原理

载波抑制归零调制格式中，MZ2偏置点在

处，时钟信号幅度和频率分别为

和B/2，两时钟信号相位差为π，两臂电压分别为

（推导一种调制格式信号的产生）

此时信号输出光强为

；信号半高全宽为

占空比为2/3。

三、实验配置图

配置图与实验一RZ码调制相同，只是参数配置不同。

四、实验步骤

1.将单电极驱动调制器MZ1的半波电压，偏置电压均设为2V。

2.将双电极驱动调制器MZ2的半波电压设置为2V，偏置电压1，2均设置为1V，将不归零码编码器中的高电平设为2V，低电平为0V。

3.正弦波产生器（上部）的初始相位设为-1.5708，正弦波产生器（下部）的初始相位设为1.5708，抽样率均为32，频率均为0.005THz，幅度均为1V。

4.仿真，观察信号输出眼图和光谱。

注意：

NRZ编码器与正弦波发生器的抽样率要设置为相同的数值，系统中的正弦波产生器实际上产生的是余弦波。

实验三SSB调制原理及产生

一、实验目的

1．掌握单边带调制格式（SSB）的原理

2.掌握单边带调制格式（SSB）的二级调制产生方法

3.了解单边带调制格式的性能

二、实验原理

单边带调制是指将信号频谱的第一级边带进行压制的调制格式。

单边带调制格式中，MZ2偏置点在

处，时钟信号幅度和频率分别为

和B，两时钟信号相位差为π/2，两臂电压分别为

此时信号输出光强为

；信号半高全宽为

占空比为1/2。

三、实验配置图

配置图与实验一RZ码调制相同，参数配置不同。

四、实验步骤

1.将单电极驱动调制器MZ的半波电压、偏置电压均设为2V，将不归零码编码器中的高电平设为2V，低电平为0V。

2.将双电极驱动调制器MZ的半波电压设置为2V，偏置电压1，2均设置为0.5V。

3.正弦波产生器1的初始相位设为-0.7854，正弦波产生器2的初始相位设为-2.3562，抽样率均为32，频率均为0.01THz，幅度均为0.707V。

4.仿真，观察信号输出眼图和光谱。

注意：

NRZ编码器与正弦波发生器的抽样率要设置为相同的数值，系统中的正弦波产生器实际上产生的是余弦波。

第三章光放大器性能实验

实验一观察增益随EDF参量的变化关系

一、实验目的

1.掌握掺铒光纤放大器EDFA的原理及性能

2.了解EDFA放大器小信号增益与泵浦功率的关系，绘制小信号增益随泵浦功率变化的关系曲线

3.了解EDFA放大器小信号增益与EDF长度的关系，绘制小信号增益随EDF长度变化的关系曲线

二、实验原理

EDFA放大器的性能指标包括小信号增益、增益形状、饱和输出功率、噪声系数等，这些性能指标不仅与放大器的工作机理有关，还与放大器的结构参数有关，如EDF长度、泵浦强度等。

对于小信号增益这项指标，在相同的EDF长度下，放大器增益随泵浦功率的增加而增大，但达到一定水平就不再增加了，这是由于EDF长度固定，信号从泵浦中汲取功率有限所致；而固定泵浦功率，放大器增益随EDF长度的增加而先增加后降低，存在一个对应最大增益输出的最佳长度，这是由于当长度小于最佳长度时，整个EDF都能为信号提供增益，而当大于最佳长度后，多余的部分由于粒子反转水平过低而吸收信号功率。

EDFA放大器的增益由很多因素决定，信号波长，泵浦波长，泵浦功率，信号功率、泵浦方式等，光纤长度也是其中之一。

EDFA的增益并非随着EDF的长度增加而正比的增加，并且光纤长度增加，波形失真加大，EDFA有其最佳光纤长度。

三、实验配置图

图3.1放大器实验配置图

四、实验步骤

（1）观察增益与泵浦功率的