專利名稱：波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光纖通信，尤其涉及一種波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀。
技術(shù)背景光通信領(lǐng)域波分復(fù)用WDM(wavelength division multiplex)技術(shù)，是將兩種或 多種不同波長的光載波信號(攜帶各種信息)在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器匯合在一起，并耦 合到光線路上的同一根光纖中進行傳輸?shù)募夹g(shù)；在接收端，經(jīng)解復(fù)用器將各種 波長的光載波分離，然后由光接收機作進一步處理以恢復(fù)原信號。這種在同一 根光纖中同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術(shù)，稱為波分復(fù)用。實際光 通信應(yīng)用技術(shù)中， 一條光纖中傳輸?shù)男畔⒊汕先f，其中使用的載波光源通常 為波長為1310nm或1550nm的紅外激光光源，信號多以數(shù)字編碼的形式進行傳 輸，傳輸信號的光纖考慮長距離損耗的因素常采用石英單模光纖，載波信號的 復(fù)用器及解復(fù)用器目前一般采用陣列波導(dǎo)光柵(AWG)，并有專門的光纖耦合器 件。與實際技術(shù)相關(guān)、但不適宜實驗演示的問題有1、多信號電光調(diào)制器電路 復(fù)雜，制作成本高；2、光載波信號源需要可調(diào)諧紅外激光器，設(shè)備成本高，光 線不可見；3、傳輸光纖為單模石英光纖，需要專用信號耦合器，制作成本高， 傳輸信號不可見；4、復(fù)用器及解復(fù)用器，陣列波導(dǎo)光柵(AWG)體積小、結(jié)構(gòu) 精細，不適宜原理上觀察；5、整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機構(gòu)龐大、價格昂貴，不可 能用于教學(xué)或?qū)嶒炑菔尽?發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制作容易、成本低廉、演示直觀 的波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀。波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀中的模擬、音頻、數(shù)字三路電信號通過電信 號輸入插口、電光調(diào)制電路、發(fā)光二極管變成光信號，光信號由第一聚焦透鏡 聚焦到多模塑料光纖端口，經(jīng)光纖傳輸后，由第二聚焦透鏡轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐?由反射光柵分光，經(jīng)第三聚焦透鏡聚焦至隔離光孔，再由光敏傳感器轉(zhuǎn)為電信 號，電信號經(jīng)前置放大電路、功率放大電路至信號輸出插口。所述的光纖采用直徑為2mm的多模塑料光纖。第一聚焦透鏡為顯微物鏡。 發(fā)光二極管為紅、綠、藍三色Led。顯微物鏡接口處設(shè)有三角形排列的紅、綠、 藍三色Led。反射光柵為1200線/mm平面反射光柵。本實用新型用于教學(xué)和實驗，能夠演示波分復(fù)用這一光通信技術(shù)的原理，演示儀的構(gòu)成克服了與實際技術(shù)相關(guān)、但不適宜教學(xué)演示的問題，應(yīng)用此種結(jié) 構(gòu)制作的波分復(fù)用技術(shù)教學(xué)實驗儀可在高等學(xué)校的光通信理論教學(xué)或中、小學(xué) 科普教學(xué)中直觀地演示通信、傳輸?shù)娜^程，使波分復(fù)用的通信技術(shù)普及化。

圖1是波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的發(fā)光二極管、第一聚焦透鏡、多模塑料光纖結(jié)構(gòu)示意圖；圖中電信號輸入插口 1、電光調(diào)制電路2、發(fā)光二極管3、第一聚焦透鏡 4、多模塑料光纖5、第二聚焦透鏡6、反射光柵7、第三聚焦透鏡8、隔離光孔 9、光敏傳感器IO、前置放大電路ll、功率放大電路12、信號輸出插口 13。
具體實施方式
如圖l、 2所述，波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀中的模擬、音頻、數(shù)字三路 電信號通過電信號輸入插口 1、電光調(diào)制電路2、發(fā)光二極管3變成光信號，光 信號由第一聚焦透鏡4聚焦到多模塑料光纖5端口，經(jīng)光纖5傳輸后，由第二 聚焦透鏡6轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐煞瓷涔鈻?分光，經(jīng)第三聚焦透鏡8聚焦至隔 離光孔9，再由光敏傳感器10轉(zhuǎn)為電信號，電信號經(jīng)前置放大電路ll、功率放 大電路12至信號輸出插口 13。所述的光纖5采用直徑為2mm的多模塑料光纖。第一聚焦透鏡4為顯微物 鏡。發(fā)光二極管3為紅、綠、藍三色Led。顯微物鏡接口處設(shè)有三角形排列的紅、 綠、藍三色Led。反射光柵7為1200線/mm平面反射光柵。本實用新型采用紅，綠，藍三種顏色的發(fā)光二極管(LED)作為調(diào)制光源， 對音頻信號、語音信號和開關(guān)(數(shù)字)信號三種不同的信號分別進行調(diào)制。三 光源按一定角度布置，經(jīng)過短焦距透鏡聚光，在聚光點上放置光纖的輸入端。 復(fù)合光信號經(jīng)光纖傳輸后，在輸出端先通過一個凸透鏡將出射光轉(zhuǎn)換成平行光 束，再經(jīng)過光柵將復(fù)合光按不同波長色散開，通過另一凸透鏡將三束光聚焦， 在焦點處經(jīng)過隔離光孔，使三束光無干擾地分別被光敏傳感器解調(diào)復(fù)原出來。本實用新型的制作方法為1.三路典型電信號(模擬、音頻、數(shù)字)的電光調(diào)制演示儀的制作中采用對三路典型的電信號進行電光調(diào)制，(a)模擬信號；(b) 音頻信號；(c)數(shù)字信號。將電信號轉(zhuǎn)換為光信號的最基本的調(diào)制電路，這里采用 的是直接光強調(diào)制的方法，這種方法就是用電信號直接調(diào)制發(fā)光二極管的驅(qū)動電 流，使輸出光的強度隨電信號變化而實現(xiàn)的。這種方案技術(shù)簡單，成本較低，容 易實現(xiàn)。若要調(diào)制交流信號，在輸入端串接一個電容，起到隔直流的作用。2. 用發(fā)射紅、綠、藍三色光的Led作為傳輸信號的載波光源 制作中采用了紅、綠、藍三色LED作為載波光源。比較用激光光源，LED光源占用了較大的帶寬。但是用于光通信的激光光源常為紅外波段，屬不可見 光，而且價格較LED高，不適合作為演示儀的光源。本實驗儀采用了紅、綠、 藍三色LED光作為載波光源。因為雖然它們各自占用的帶寬較大(為50nm左 右)，但這三色光波長相隔較遠，作為三路信號的載體這三色光之間并不影響。 其次LED光源為可見光，作為演示儀的光源顯得更加直觀。3. 利用短焦距顯微物鏡聚焦耦合的方式將信號耦合進光纖端面 本實驗儀制作中利用了凸透鏡的聚光原理，將從LED發(fā)出的光經(jīng)過凸透鏡會聚成一點，并使該點落在光纖的端面上，進行多光束的耦合。4. 采用直徑為2mm的多模塑料光纖作為演示儀的傳輸光纖實現(xiàn)信號的傳輸為了配合透鏡聚焦耦合技術(shù)的運用，需要選擇光纖直徑相對較粗的光纖， 本技術(shù)選用直徑為2mm的多模塑料光纖作為實驗儀的傳輸光纖，其優(yōu)點有(1) 耦合容易，三路光線聚焦的光斑直徑只要在lmm左右，光能就能大部分進入光 纖，對位容易；(2)端面處理方便，將光纖切斷后，只需對端面稍作拋光便能 減少光能的損耗；(3)塑料光纖散射損耗較石英光纖大，可以從光纖側(cè)面觀察 到傳輸?shù)墓饩€，有利與傳輸過程的演示；(4) 2mm塑料光纖抗折強度大，不易 損壞。5. 利用反射光柵衍射分光技術(shù)將三種光信號色散至不同的空間位置 技術(shù)中解復(fù)用器件則采用了平面反射光柵，入射光照射到光柵上后，由于光柵的角色散作用，不同波長的光信號以不同的角度反射，然后經(jīng)透鏡會聚到 不同的空間位置，從而完成波長選擇功能。光柵將對從光纖出射的R、 G、 B三 色光進行分光，并反射到不同的角度，進行信號的解復(fù)用。本技術(shù)中使用的平 面反射光柵為1200線/mm光柵。6. 通過隔離光孔，由三個光敏傳感器接收各波長光源的光強信號，經(jīng)光電 轉(zhuǎn)換后完成信號的解調(diào)和復(fù)原要使經(jīng)光柵分光后的三束光能夠不相互影響地被接收機接收，需在光柵后 加一個聚焦透鏡，使從光柵出射的平行光聚焦到光敏接收器上，因三束光聚焦 點的空間位置非常接近，而光敏接收器體積較大，故需要在接收傳感器前加隔 離光孔。隔離光孔從左到右依次為紅、綠、藍的透光孔。其中紅綠二孔之間間 距為5cm,綠藍二孔之間為2.5cm。背部光敏二極管的大小為10cm*10cm。采用 層疊結(jié)構(gòu)放置，中間的光敏二極管疊在左、右光敏二極管下面。
權(quán)利要求1、一種波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀，其特征在于模擬、音頻、數(shù)字三路電信號通過電信號輸入插口(1)、電光調(diào)制電路(2)、發(fā)光二極管(3)變成光信號，光信號由第一聚焦透鏡(4)聚焦到多模塑料光纖(5)端口，經(jīng)光纖(5)傳輸后，由第二聚焦透鏡(6)轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐煞瓷涔鈻?7)分光，經(jīng)第三聚焦透鏡(8)聚焦至隔離光孔(9)，再由光敏傳感器(10)轉(zhuǎn)為電信號，電信號經(jīng)前置放大電路(11)、功率放大電路(12)至信號輸出插口(13)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀，其特征在于 所述的光纖(5)采用直徑為2mm的多模塑料光纖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀，其特征在于 所述的第一聚焦透鏡4)為顯微物鏡。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀，其特征在于 所述的發(fā)光二極管(3)為紅、綠、藍三色Led。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀，其特征 在于所述的顯微物鏡接口處設(shè)有三角形排列的紅、綠、藍三色Led。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀，其特征在于 所述的反射光柵(7)為1200線/mm平面反射光柵。
專利摘要本實用新型公開了一種波分復(fù)用光纖通信實驗演示儀。模擬、音頻、數(shù)字三路電信號通過電信號輸入插口、電光調(diào)制電路、發(fā)光二極管變成光信號，光信號由第一聚焦透鏡聚焦到多模塑料光纖端口，經(jīng)光纖傳輸后，由第二聚焦透鏡轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐?，由反射光柵分光，?jīng)第三聚焦透鏡聚焦至隔離光孔，再由光敏傳感器轉(zhuǎn)為電信號，電信號經(jīng)前置放大電路、功率放大電路至信號輸出插口。本實用新型用于教學(xué)和實驗，能夠演示波分復(fù)用光通信技術(shù)的原理，克服了與實際技術(shù)相關(guān)、但不適宜教學(xué)演示的問題，應(yīng)用此種結(jié)構(gòu)制作的波分復(fù)用技術(shù)實驗演示儀可在高等學(xué)校的光通信理論教學(xué)或中、小學(xué)科普教學(xué)中直觀地演示通信、傳輸?shù)娜^程，使波分復(fù)用的通信技術(shù)普及化。
文檔編號G09B23/22GK201122374SQ20072019219
公開日2008年9月24日 申請日期2007年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
發(fā)明者晨 馮, 沈雨晨, 潘肖男 申請人:晨 馮