将电信号转变为光信号的方式通常有两种: 直接调制和间接调制。直接调制方式适用于半导体光源，它将要传送的信息转变为电流信号注入光源，获得相应的光信号输出，是一种光强度调制(ⅠM)。间接调制是利用晶体的电光、磁光和声光效应等性质对光辐射进行调制，可以采用铌酸锂调制器(L-M)、电吸收调制器(EA-M)和干涉型调制器(MZ-M)实现。

【实验目的】

(1)学习半导体激光发射、准直、接收光路设计及装调方法;

(2)掌握音频放大及驱动电路、音频接收电路设计及调试方法。

【实验原理】

对强度调制直接检测(ⅠM/DD)光波系统，并非一定要采用外调制方案，但在高速长距离光波系统中，采用间接调制有利于提高系统性能。直接调制技术具有简单、经济和容易实现等优点，由于光源的输出光功率基本上与注入电流成正比，因此调制电流变化转换为光频调制是一种线性调制。按调制信号的形式，光调制可分为模拟信号调制和数字信号调制两种。

模拟信号调制是直接用连续的模拟信号(如话音和视频信号)对光源进行调制，如图26.1(a)所示，连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上。适当选择直流偏置电流的大小，可以减小光信号的非线性失真。数字信号调制主要指PCM编码调制，先将连续变化的模拟信号通过取样、量化和编码，转换成一组二进制脉冲代码，用矩形脉冲的1码、0码来表示信号，如图26.1(b)和(c)所示。

图26.1 半导体光源的直接调制原理

本实验中语音信号由MP3提供，语音发送端电原理图如图26.2所示。MP3音乐信号经音频连接线连接至实验电路板S2端口，经隔直电容和R1耦合至OA1进行放大和直流偏移，经R24注入驱动管T2基极，由T2驱动635nm半导体激光器发送光信号。R5的作用在于使得OA1的输出信号向上偏移，从而使激光器工作在线性区。

图26.2 语音发送端电原理图

图26.3是语音接收端的电原理图。Si-PD将光信号转换为相应的电流信号，由OA2进行放大和移位，R6用于提升OA2输出信号的中心电位，这样可以获得最大的动态范围。将OA2输出的音频信号经隔直电容耦合至S12，再由音频连接线连接到有源音箱进行功率放大和回放。

图26.3 语音接收端电原理图

【实验仪器】

CA9005信息光电子综合实验系统、实验用电路板、635nm半导体激光器、Si-PD、MP3，平凸透镜

【实验内容及步骤】

(1)实验光路准备

①将635nm半导体激光器、Si-PD用长支架固定于平台两端，将2个50mm焦距平凸透镜用短支架固定于磁性表座上，再置于相应的准直位置，分别组成发送端和接收端。

②连接Si-PD信号至主机PD输入端口，连接635nm FP-LD控制信号至主机LD1端口。

③检查电路连接无误后打开主机电源。

④设置LD1工作模式(MOD)为恒流驱动(ACC)，635nm FP-LD为恒定电流工作模式，驱动电流(Ic)置为20mA。

⑤设置测量模式(OPMMOD)为PD/AM模式，量程(RTO)切换至1mW。

⑥调节各光学器件高度和位置，使得Si-PD接收到的信号最大。(www.daowen.com)

(2)实验电路准备

①将实验电路板电源连接至主机DC2端口。

②连接Si-PD信号输出至实验电路板S12端口，连接635nm FP-LD控制信号至实验电路板LDC端口。

③连接主机函数发生器SⅠG端口至实验电路板S1端口。

④按实验电路图连接线路。

(3)电路调试

①检查电路连接无误后打开主机电源，再打开实验电路板电源开关，此时红色电源指示灯亮。

②设置主机信号源模式(WAVMOD)为正弦信号(SⅠN)，频率波段(BAND)为Hz波段，频率(Fs)为3000Hz，输出幅度(V0)为0.5V。将此信号用三通连接器同时连接至示波器CH1和实验电路板S22端口，调节示波器同步至显示稳定的信号波形。

③将此信号暂作为调制信号源经C6(10μF)耦合至R1。

④用示波器CH2观察半导体激光器的电流监控信号(S21)，调节R2和R5，使得S21信号有最小畸变。

⑤用示波器CH2观察OA2输出信号(S10)，调节R4和R6，必要时可以调节R2和R5使得OA2输出波形Vpp值为1V，中心电平为2.5V。微调各参数，使S10信号相对于信号源原始信号有最小失真。

⑥将主机信号源频率(Fs)调至20Hz，观察并调节系统至最小失真。

⑦将主机信号源频率(Fs)调至10000Hz，观察并调节系统至最小失真。

(4)语音信号传输

①由MP3提供音乐信号，将OA2输出信号通过S12连接至有源音箱，调节MP3音量和有源音箱音量至合适位置。

②微调R2、R5、R4、R6，使得回放音质最佳。

【思考题】

将电信号转变为光信号的方式有几种? 它们分别有什么特点?

【注意事项】

(1)激光器通电后禁止对准人眼，以防被灼伤。

(2)光学仪器的光学表面禁止直接用手触摸和接触硬物。