光发射机与光接收机

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1、第八章光发射机与光接收机内容摘要：光发射机的构成和功能由光源、驱动器和调制器组成。功能是将来自于电端机的信号对光源发出的光进行调制，再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。2.光接收机构成和功能由(光放大器)光检测器和放大电路组成。功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，经放大电路放大，送到接收端的电端机。本章重点：理解掌握光发射机、光接收机的功能、电路工作原理。一、光发射机应满足的技术要求(1)体积小，与光纤之间有较高的耦合效率；(2)发射的光波波长应位于光纤的三个低损耗窗口；(3)可以进行光强

2、度调制；(4)可靠性高，要求它工作寿命长、工作稳定性好（功率、偏振、光谱、温度）；(5)发射的光功率足够高，以便可以传输较远的距离。第一节光发射机激光二极管发光二极管1．光功率较大，100mW——101mw光功率较小，仅1mw——2mW2．带宽大、调制速率高，102MHz——101GHz带宽小、调制速率低，101——102MHz。3．光束方向性强，发散度小。方向性差，发散度大。4．与光纤的耦合效率高，可达80％以上。与光纤的耦合效率低，仅百分之几。5．光谱较窄。光谱较宽。6．制造工艺难度大，成本高。制造工艺难度小，

3、成本低。7．在要求光功率较稳定时，需要APC和ATC。可在较宽的温度范围内正常工作。8．输出特性曲线的线性度较好。在大电流下易饱和。9．有模式噪声。无模式噪声。10．可靠性一般。可靠性较好。11．工作寿命短。工作寿命长。光源发光的波长、通信容量、模式以及通信距离四者之间的定性关系:二、光发送原理在光纤通信系统中，由于信息由LED和LD发出的光波携带，因此光发射机主要有调制电路和控制电路组成。光发送系统说明:在数字通信中，输入电路将输入的PCM脉冲信号变换成NRZ码后，通过驱动电路调制光源(直接调制)，或送到光调制器

4、调制光源输出的连续光波(外调制)，加载到光源上。对直接调制，驱动电路需给光源加一直流偏置；而外调制方式中光源的驱动为恒定电流，以保证光源输出连续光波。自动偏置和自动温度控制电路是为了稳定输出的平均光功率和工作温度。光发射机中还有报警电路，用以检测和报警光源的工作状态。----从本质上讲，光载波调制和无线电波载波调制一样，也即有调幅、调强、调频、调相、调偏等多种调制方式。但为了便于解调，在光频段多采用强度调制。----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。直接调制——用电信号直接调制光

5、源器件的偏置电流，使光源发出的光功率随信号而变化。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。外调制——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。需要调制器，结构复杂，但可获得优良的调制性能，特别适合高速率光通信系统。---三、光波的调制模拟调制和数字调制（按调制信号的形式来分）：模拟调制，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，再用该已调制的副载波

6、去调制光载波。模拟调制的调制速率较低，均使用直接调制方式。----2.数字调制,主要指PCM脉码调制。即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，再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。模拟调制：连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，选择适当直流偏置的大小，使静态工作点位于发光管特性曲线线性段的中点，可以减小光信号的非线性失真。调制线性的好坏取决于调制深度m。设调制电流幅值为ΔI，偏置电流为IB，则m定义为：(8-1)四．LED的直接调制原理数字调制：信号电流为单向二进制

7、数字信号，用单向脉冲电流的“有”、“无”(“1”码和“0”码)控制发光管的发光与否。直接调制时，模拟系统或数字系统都是通过控制流经发光管电流的办法达到调制输出光功率的目的。但由于二者功率不同，对驱动与偏置电路也不同。1．LED的模拟驱动电路在模拟系统中，驱动电路提供一定的工作点偏置电流及足够的信号驱动电流，以使光源能够输出足够的功率。非线性失真必须低于-30dB～-50dB。但由于LED本身存在非线性失真，在高质量要求的信号传输中，还需要线性补偿电路。LED对温度不很敏感，因此一般不采用APC和ATC电路。五．光源

8、的驱动电路锗二极管和电阻串联后与LED并联，在大电流时起分流作用，扩大驱动电流范围，提高LED的线性。图为一种简单而又具有高速特性的共发射极跨导式驱动器。将基极电压转变为集电极电流以驱动发光管。晶体管工作在甲类工作状态，调整基极偏置，使晶体管和发光管都偏置在各自的线性区。LED的数字驱动电路主要应用于二进制数字信号。驱动电路应能提供几十至几百毫安（mA）的“