941第4章光端机.ppt
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1、第 4 章 光端机,光端机包括光发射机和光接收机,它们是光纤通信系统的基本部件。光发射机是实现电/光转换的光端机。光接收机是实现光/电转换的光端机。,本章重点要求:1、光源的调制;2、光发射机的结构与工作原理;3光接收机的结构与工作原理。本章难点:光波的调制,4.1 光发射机 光发射机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。如图 其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制,成为已调光波,然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。如图,一、光源 光源是光发射机的关键器件,其功能是把电信号电流转换为光信号功率,即实现电/光转换。目前光纤通信广泛使用的光源主要有半导体激
2、光二极管或称激光器(LD)、分布反馈激光器(DFB)和发光二极管或称发光管(LED)。LD-DFB LD-LED,对光源性能的基本要求1、光源发光波长必须与三个低损耗窗口相符 石英光纤的损耗特性有三个低损耗窗口,其中心波长分别为 850 nm、1310 nm 和 1550 nm 因此,光源的发光波长应与三个低损耗窗口相符。,2、足够的光输出功率 在室温下长时间连续工作的光源,必须按光通信系统设计的要求,能提供足够的光输出功率。目前激光二极管能提供500微瓦到10毫瓦的输出光功率;发光二极管可提供10微瓦到1毫瓦的输出光功率。,3、可靠性高、寿命长 现在的激光二极管可靠性比较高,寿命长。激光二极
3、管寿命105小时,发光二极管寿命107小时。,4、温度稳定性好 器件应能在常温下以连续波方式工作,要求温度稳定性好。如图LD、LED。5、调制特性好 允许的调制速率要高或响应速度要快,以满足系统的大传输容量的要求。,6、光谱宽度要窄 光谱单色性要好,即谱线宽度要窄,以减小光纤色散对带宽的限制。LD 线宽 2nm;LED 线宽在100nm左右。,7、与光纤之间的耦合效率高 光源发出的光最终要耦合进光纤才能进行传输,因此希望光源与光纤之间有较高的耦合效率,使入纤功率大,中继间距加大。目前一般激光的耦合效率为 20%30%较高水平的耦合效率可超过 50%,二、光源的调制方式 在光纤通信系统中,把随信
4、息变化的电信号加到光载波上,使光载波按信息的变化而变化,这就是光波的调制。从调制方式与光源的关系上来分,强度调制的方法有两种:直接调制和外调制。从调制信号的形式来分,光调制又分为模拟调制和数字调制。,1、直接调制 直接调制是用电信号直接调制光源器件的偏置电流,使光源发出的光功率随信号而变化。光源直接调制的优点是简单、经济、容易实现,但调制速率受载流子寿命及高速率下的性能退化的限制。光纤通信中光源多采用直接调制方式。如图,2、外调制 外调制一般是基于电光、磁光、声光效应,让光源输出的连续光载波通过光调制器,光信号通过调制器实现对光载波的调制。如图 外调制方式需要调制器,结构复杂,但可获得优良的调
5、制性能,特别适合高速率光通信系统。,3、模拟调制 模拟调制可分为两类,一类是利用模拟基带信号直接对光源进行调制;另一类采用连续或脉冲的射频波作副载波,模拟基带信号先对它进行调制,再用已调制的副载波去调制光载波。由于模拟调制的调制速率较低,均使用直接调制方式。,4、数字调制 数字调制主要指PCM脉码调制。先将连续的模拟信号进行抽样、量化、编码,转化成一组二进制脉冲代码,对光信号进行通断调制。数字调制也可使用直接调制和外调制。,三、光源的直接调制原理1、LD模拟调制原理,如图,2、LD 数字调制原理,如图,四、消光比 消光比的定义:激光器在全“1”码时发射的光功率P1与全“0”码时发射的光功率P0
6、之比,即,若用dB表示为,消光比又称为光脉冲的通断比。光源的消光比将直接影响光接收机的灵敏度,为了不使光接收机灵敏度明显下降,消光比一般要求,或,10,10dB,4.2.1光接收机基本组成 直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机方框图如图所示,主要包括光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路。,4.2 光接收机,数字光接收机方框图,光检测器 光检测器是光接收机实现光/电转换的关键器件,其性能特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。,在光纤通信系统中,光-检测器主要采用半导体PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。PIN APD,一
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