光纖通信基礎實驗

塔金星

光纖通信基礎實驗

塔金星

為了更好地培養不同專業本科生的創新意識和理論聯系實際并適應科技發展的綜合能力，文章探索了適合學生的教學方法。針對實驗中存在的常見問題，引導學生們積極思考，快速找出最佳工作電流值。

隨著電子信息技術的不斷進步，集成電路芯片的特征尺寸幾乎已經達到經典物理的極限。眾所周知，集成電路的主要載體是電子，當芯片尺寸越來越小時，電子之間因存在庫侖力的作用會產生熱效應，這將使得集成電路的性能大大地降低，能量損耗變得很大，信息傳輸變慢很多。這就是人們熟知的“電子瓶頸”效應。該效應的存在，嚴重束縛了信息技術的快速發展。于是，尋找能突破瓶頸效應的新一代材料和技術的要求刻不容緩。與電子相比，作為信息載體的光子具有很多優點：信息傳輸更快、傳輸帶寬更寬、保密性更好、抗干擾性能力更強。更重要的是，光子之間沒有相互作用，具有極低的能量損耗，工作效率將得到巨大提高。與集成電路類似，以光子作為信息載體的新型人工材料的光子晶體，可用于集成光路的制造以及全光通信、光子計算機等很多新型光子產業。因此，光子晶體的研究開發和利用越來越受科學研究人員的青睞。光子晶體按其周期性可以分為：一維、二維、三維，光纖屬于二維光子晶體，結構如圖1所示，圖中符號為對應部分的折射率。

實驗原理

光纖通信的原理依據是光的全發射，如圖2所示。纖芯為光密介質，包層為光疏介質。在技術上通過摻雜的方法來實現。線芯部分摻雜五氧化二磷或二氧化鍺，提高折射率，包層部分摻雜少量的氟或硼，降低折射率。這樣可以保證介質條件的要求，光信號從光密介質射向光疏介質。在此基礎之上，入射角度需要滿足大于或等于臨界角。在實驗課堂上，讓學生思考回答的時候，得到的答案經常是反射或者折射。按著這個邏輯遞推，將會得出信號在不斷損失的結論。然而信號傳輸過程中不希望存在損失現象，因此，要嚴格限定只能發生全反射現象。

圖2 信號傳輸示意圖

實驗結果與分析

通過“通信方式”按鍵將光發射機和接收機通信方式設定為模擬通信方式。光發射機通過“調制”按鈕將調制方式切換至“DIM”檔位。光接收機通過“模擬”按鈕將解調方式設定至“DIM”檔位。此時光通信實驗系統工作在模擬信號的直接強度調制方式。調節光發射機的“輸入”至“MIC”，按下光發射機的“光源接入”鍵，并利用“光源選擇”將光發射機光源選擇為LED光源，光接收機用“探測器選擇”將探測器選為PET。通過光發射機的調節光發射機上的偏置電流調節按鍵（▲鍵和▼鍵），從0開始逐漸加大驅動電流，觀察接收機上光功率P變化，直至變化不明顯為止。實驗數據如表1所示，關系特性曲線如圖3所示，根據教材的尋找方法，線性部分中點值即為最佳工作電流值Ie=45mA。

圖3 LED光源的I-P 關系特性曲線

表1

結束語

將科技發展進展情況與教學相結合，得到I-P關系特性曲線，找到最佳工作電流值。使學生們既可以順利完成課堂學習內容，又可以把理論知識和實際生活的應用相結合，拓展了學生們知識結構的深度和廣度。

塔金星

東北林業大學理學院

塔金星（1980-）男，黑龍江齊齊哈爾人，東北林業大學理學院，講師，理學博士，主要從事專業物理和物理實驗教學與科研工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.013