1、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 调制器结构光波导 )(2tV)(1t)(2tEin（ t） Eout(t)(1tVMZ 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
2、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： )2cos()2exp()()2cos()exp( 211121 VVjLjjEjjEininout 其中 ，V1,V2 为两电极上的驱动电压。ef2输出端的光强为：，其中 。)2(cos)2(cos211* VIIEI ininoutout 2iniEI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4V23制器的线性区域。当
3、偏置点取在 0， 和 2 时，处于 MZ 调制器的非线性区。VV 1 - V 2I o u tV / 2 V 2 V 图 1.2 MZ 调制器传递曲线V 1 - V 2V / 2V 2 V I o u t图 1.3 MZ 调制器处在非线性区的输入输出信号V 1 - V 2V / 2V 2 V I o u tV 1 - V 2V / 2V 2 V I o u t图 1.4 MZ 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
4、 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biasV码型和眼图变化，比较误码率。五、实验结果1. 偏置电压不同时眼图的显示图像偏执电压 0V偏置电压 1V偏置电压 2V偏置电压 3V偏置电压 4V偏置电压 5V偏置电压 6V偏置电压 7V偏置电压 8V2 误码率序号 功率 mw 误码率00 0.0000 7.03e-30501 1.00
5、00 5.22e-19303 1.0000 0.00e+00004 1.0000 1.15e-00105 1.0000 1.03e-00106 1.0000 1.72e-19307 1.0000 1.03e-00108 1.0000 1.02e-0013 接收机输出结果序号 频率 OSNR EXT 功率 mw 误码率 Q 值0 193.10 35.00 -1.#J 1.0000 1.94e-040 13.26第 0 路误码率最大 1.94e-040 平均误码率 1.94e-040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
6、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
7、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关系1. 如图 3.1 配置实验系统，放大器选择 EDFA 物理模型。2. 将单信道光发射机中的平均功率设
8、为 0.01mW，即小信号。3. 将 EDFA 放大器中的光纤长度设为 20m，使用前向泵浦（波长 1480nm） ，泵浦功率从 0 到 20mW 以 2mW 为间隔递增。眼图分析仪上读取不同泵浦功率所对应的平均功率大小，求出增益（单位为 dB） 。4. 将泵浦功率作为横坐标，增益大小作为纵坐标，绘制出增益随泵浦功率变化的关系曲线。 （可借助 Excel）5. 将 EDFA 放大器中的光纤长度改为 10，重复 3、4 两步，绘制出 EDF 长度为 10m 的情况下增益随泵浦功率变化的曲线。（2）观察增益与 EDF 长度的关系1. 如图 3-1-1 配置实验系统，放大器选择 EDFA 物理模型。
9、2. 将单信道光发射机中的平均功率设为 0.01mW，即小信号。3. 使用前向泵浦（波长 1480nm） ，将泵浦功率设为 3mW。4. 改变 EDF 长度，由 10m 至 50m 以 10m 为步长递增。在眼图分析仪上读取不同 EDF 长度所对应的平均功率大小，并求出增益（单位为 dB）.5. 以 EDF 长度为横坐标，增益大小为纵坐标，绘制出增益随 EDF 长度变化的关系曲线。 （可借助 Excel）6. 将前向泵浦的大小改为 4mW 和 5mW，重复 4-5 步，EDF 长度可适当加长（至 150m） 。绘制关系曲线。五实验结果1、光纤长度 20 时的输入输出图像输入图像输出图像泵浦功率
10、 0mw泵浦功率 2mw泵浦功率 4mw泵浦功率 6mw泵浦功率 8mw泵浦功率 10mw泵浦功率 12mw泵浦功率 14mw泵浦功率 16mw泵浦功率 20mw2、光纤长度 10 时的输入输出图像输入图像输出图像泵浦功率 0mw泵浦功率 2mw泵浦功率 4mw泵浦功率 6mw泵浦功率 8mw泵浦功率 10mw泵浦功率 12mw泵浦功率 14mw泵浦功率 16mw泵浦功率 18mw泵浦功率 20mw后 向 泵 浦 前 向 泵 浦 原 平 均 功 率 输 出 后 平 均 功 率0mw 0mw 0.010mw 0.000mw0mw 2mw 0.010mw 0.020mw0mw 4mw 0.010m
11、w 0.190mw0mw 6mw 0.010mw 0.350mw0mw 8mw 0.010mw 0.460mw0mw 10mw 0.010mw 0.540mw0mw 12mw 0.010mw 0.600mw0mw 14mw 0.010mw 0.650mw0mw 16mw 0.010mw 0.690mw0mw 18mw 0.010mw 0.720mw0mw 20mw 0.010mw 0.750mw后 向 泵 浦 前 向 泵 浦0mw 0mw 原 平 均 功 率 输 出 后 平 均 功 率0mw 2mw 0.010mw 0.000mw0mw 4mw 0.010mw 0.020mw0mw 6mw 0.010mw 0.050mw0mw 8mw 0.010mw 0.060mw0mw 10mw 0.010mw 0.070mw0mw 12mw 0.010mw 0.080mw0mw 14mw 0.010mw 0.080mw0mw 16mw 0.010mw 0.080mw0mw 18mw 0.010mw 0.080mw0mw 20mw 0.010mw 0.090mw光 纤 长 度 20米光 纤 长 度 10米
