《光信息技术实验总结与感悟》

《光信息技术实验》实验总结与认识姓名：李根班级：自1202学号：41251054光信息技术实验总结与认识花费了四周的时间，历经颠簸地完成了《光信息技术实验》这门课程里的四个实验：基础光纤实验、CMI编码解码实验、半导体激光器I-P特性曲线实验和半导体激光调制实验。从做这四个实验的过程和与老师的交流过程中，我深刻的感受到《光信息技术实验》对于我来讲不仅仅是一门取得学分的选修课，更是一种深深吸引我的奇妙的信息技术。认真地研究课下查找到的有关光信息技术的资料使得我对光信息技术有了更深的认识。光信息技术是一种多学科的综合技术，它由光学、光电子、微电子等技术结合而成，涉及光信息的辐射、传输、探测以及光电信息的转换、存储、处理、显示等众多的内容。光信息技术广泛应用在了国民经济和国防建设的各行各业。近年来随着光信息技术产业的迅速发展，对从事光信息技术的人员和人才的需求在逐年增多，因而对光信息技术基本知识的需求量也在增加。光信息技术以其极快的响应速度、极宽的频宽、极大的信息容量以及极高的信息效率和分辨率推动着现代信息技术的迅速发展，从而使光信息产业在市场的份额逐年增加。在光信息技术发达国家，与光信息技术相关产业的产值已占国民经济总产值的一半以上，从业人员逐年增多，竞争力也越来越强。我国在光信息技术方面的产业大多被国外产品所占据，实际拥有自己知识产权的光信息技术产品少之又少，所以在光信息技术方面，我们还是值得深入研究以赶上世界的潮流。在四个有关光信息技术的试验中，我收获了许多许多之前一直想要了解却不曾了解到的知识，也初次接触到了光纤这种传输信息的介质。光纤是传输光的纤维，是由玻璃塑料和晶体等对某个光波波长范围透明的材料制造而成，它由中心部分的纤芯和环绕在纤芯外面的包层所组成。通常有塑料纤芯、塑料包层、石英纤芯、石英包层。全塑料光纤非常坚固耐用，但是衰减太大，而全玻璃光纤有很低的衰减性能，不过它的机械强度不高，当暴露在辐照中时，它的衰减增大。在实际当中，尤其在通信领域，用的较多的还是石英光纤。当前的光纤主要有两种用途：一是作为通信领域的传输介质，即光纤通信技术；二是作为信号获得方面的传感器，即光纤传感。光纤按其传输的模式数量可分为单模光纤盒多模光纤，多模光纤纤芯较大，一般在50微米以上，单模光纤的通信带宽比多模光纤大得多，多模光纤中，根据横截面折射率分布的不同可分为阶跃型（突变）多模光纤和渐变（梯度）型多模光纤。按光纤的用途进行分类，可以分为通信光纤和传感光纤，传感光纤可以直接利用通信光纤，但有时需采用一些特种光纤。光纤既可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。在通信当中传送的主要还是数字信号，而在有线电视网中通常传输的是模拟信号。了解了有关的光纤的大体理论知识，并将它与实践相结合，使得我对光信息技术有了更深的理解。在第一个实验“基础光纤实验”中，通过LED光源的I-P特性曲线测试，了解了电光调制的方法；通过测试光纤数值孔径、光纤纤端光场分布，了解了光纤的基本特性；然后对光纤在传感器、信号传输方面的应用也有了简要的了解。光纤通信和光纤传感的光源常用半导体二极管（LED）和半导体激光二极管（LD），LED的输出功率与所施加的电流线性关系很好。LED功耗比较低，对温度不敏感，可使用简单的驱动电路，无门限电流。LD和LED的结构主要不同之处是LD有一个光谐振腔，LD的宽带和输出功率要比LED好，但线性不如LED。光纤传输传感实验仪主要用LED做为与光纤耦合的光源，而利用LD做为准平行光源来测试光纤的数值孔径。半导体材料的受激吸收效应是光电探测器的物理基础，光纤通信中常用的光电探测器是光电二极管、光电三极管，它们主要工作在光电导模式，也就是使PN结反向偏置，流过PN结的反向电流与光辐照强度成比例增加，而且线性很好，即输出光电流与入射光强成正比。在做实验的过程中，利用收集到的实验数据画出的LED的I-P特性曲线也很好地符合线性的特征。光纤传感器是以光纤为信息的传输介质，光做为信息载体的一种传感器。光纤传感器可以对描述光波特性的五个参量：强度、频率、波长、相位和偏振进行信息的调制和解调，其中强度调制是最简单最基本也是用得最多的一种。对光纤的透射强度调制时，当两根芯径相同或相近的光纤端面靠近时，光通过其间的微小间隙从一根光纤传输到另一根光纤。由此引起的光损耗和两根光纤的相对位置和尺寸有关。通常固定发送光纤，让接受光纤做横向或纵向的位移，从而使得接受光纤的输出强度被其位移所调制。在实际的实验调试过程中，由于初次接触光纤这个神奇的东西，所以做起来甚是小心。看到那么细的光纤丝竟然能够传输光信号，并且不管光纤如何弯转，在光线四周始终不会观察到有光线从其中泄露出来，只有当直接在光纤的另一端观察时才会明显地看到强烈的光线，这也是用光纤传输信息的一大优点吧。细细地观察了光纤的外部特点之后，就开始实实在在地做实验了。首先是测LED光源的I-P特性曲线，这个实验要测的数据可不是一般地多，单单这一次测量就耗费了我大量的精力，再加上实验设备还不是那么地灵敏，不是那么地准确，在调节电流值时，可谓是一丝一毫都不敢怠慢，只要稍不留神碰到了旋钮或者手颤抖了一下，就很容易导致电流数值的巨大改变，而由此引发的结果就得使我花费更大的力气来调整它。最后，总共用了大概三个小时的时间才把LED光源的I-P特性曲线、光纤的数值孔径和光纤纤端光场分布的相关数据测完。不过在这个过程中，我并没有感到厌烦，反而认为这是科学实验过程中一定会遇到的考验。在第二个实验“CMI编码解码实验”中，了解到了光纤的基本性质和光通信系统的主要构成、光纤通信中的光收发原理、数字接口码型CMI码的编解码特点以及数字通信中的定时提取技术。基本的光纤通信系统包括发射机。接收机和一根光纤传输线。发射机将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。在传输时需要对传输的信码进行相应的变换，将信码变换为适合传输的码型。码型转换时遵循的原则如下：第一，变换后的码型便于接收端的再生电路从接收到的码流中回复出正确的位定时。当信号中连0或连1过多时，则等效于一段时间没有接收到脉冲，恢复位定时就很困难，所以变换后的码型中连0或连1应尽量少；第二，设备简单，码型变换较易实现；第三，选用的码型应具有一定的检错功能。在做整个实验的过程中，或许由于实验设备的原因，我遇到了重重困难，测波形、测数据都不是很准确，有时在示波器上根本调不出波形来。由于我在之前做物理实验和模电实验时用到的示波器和当时所用的示波器在外观和旋钮调节上都有很大的不同，这也使得我做实验的速度降了下来。幸好在老师的指引下，我慢慢的调出了正确的波形，顺利地完成了这次实验。看到实验报告上画出的起起伏伏的波形图，顿时感觉自己所做的实验好神秘。第三个实验和第四个实验分别是“半导体激光器I-P特性曲线实验”和“半导体激光调制实验”。这两个实验关联性较强，就放在了一起做。在实验中，通过测量半导体激光器工作时的功率、电压、电流，画出了P-V、P-I、I-V曲线，更加直观地观察到了半导体的工作特性曲线；通过调整不同的静态工作点和输入信号强度大小的不同，观察到截至区、线性区和限流区的信号不同响应，以了解调制工作原理。半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。半导体激光器件可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器具有体积小、效率高等优点，广泛应用于激光通信、印刷制版、光信息处理等方面。激光具有极好的时间相干性和空间相干性，它与无线电波相似，易于调制，且光波的频率极高，能传递的信息量很大。价值激光束发散角小，光能高度集中，既能传输较远距离，又易于保密，因而为光信息传递提供了一种理想的光源。把信息加载于激光辐射的过程称为激光调制，把完成这一过程的装置称为激光调制器，由已调制的激光辐射中还原出所加载信息的过程称为解调。由于激光起到“携带”信息的作用，所以成其为载波，并将欲调制的信号称为调制信号，被调制的激光称为已调波或调制光。激光调制分为直接调制和间接调制两类。间接调制是指加载调制信号在激光形成以后进行的，即调制器至于激光谐振腔外，在调制器上加调制信号电压，使调制器的某些物理特性发生相的变化，当激光通过它时即得到调制，所以外调制不是改变激光器的参数，而是改变已经输出的激光的参数（强度、频率等）。另外，激光间接调制由激光器根据的原理不同常分为电光调制、声光调制、磁光调制、干涉调试等。直接调制是指加载的调制信号在激光振荡的过程中进行，以调制信号的规律去改变震荡的参数，从而达到改变激光输出特性实现调制的目的。由于直接调制技术具有简单、经济、容易实现的优点，是低速光纤通信中最常采用的调制方式，但只适合用于半导体激光器和发光二极管，这是因为半导体激光器和发光二极管基本上与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制也呈线性，所以可以通过改变注入电流来实现光强度调制。在做这次实验的过程中发现，由于光频率的不同会导致输出波形出现不同的情况。在截止区时，示波器上显示的波形也会很明显的出现截止的情况。这个实验和之前的那些试验相比，我感觉有个很大不同点，就是通过示波器能够直接观察到清晰的结果，还有它的变化过程，观察地也很清楚。做完这四个实验之后，仔细的回想一番，发现这四个实验之间并不是那么的独立，它们互相之间多多少少都会有点联系。第一个基础光纤实验较为基础，做的内容较多，但是这个实验将我们引入了光纤的世界，接触到了光纤的基本特性，这为之后做实验时用到光纤时也不会那么地陌生了。如果说第一个实验是打开了光信息技术实验的大门的话，那么第二个CMI编码解码的实验算是踏入了光信息的世界。光纤的主要用途就是传递信息，CMI编码解码正好是信息传递的核心内容，正是光信息技术的核心内容。至于最后一个实验，它是建在前两个实验的基础上，对信息传递的工具进行了大致的探究。激光的某些特性正好适合在光纤中传播，并携带相关信息以做为媒介。这个实验是对前两个实验的某些工具进行的更深一步的研究，使我们不仅仅要了解光纤传递信息的过程，更要了解光纤传递信息的机理，以便达到更高一层次的目的。做完这四个实验之后，总的来说感觉甚是奇妙，光信息技术充满了高端的理论知识的支持，在这个信息化极具膨胀的社会里，有了光信息技术的发展，相信我们未来的通信能力和生活水平会得到更大的提升。