光纤通信技术与设备 教学课件 作者 段智文 光纤通信-4.ppt

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1、第4章光端机4.1光发送机4.2光接收机4.3线路码型小结思考题第4章光端机目标掌握光发送机的基本组成了解光源强度调制的方法掌握光发送机的主要指标掌握光接收机的基本组成掌握光接收机的基本特性4.1光发送机4.1.1光发送机的基本组成图4-1数字光发送机方框图1．光源光纤通信传输的是光信号。因此，作为光纤通信系统的发光器件──光源，便成为重要的器件之一。它的作用是把传输的电信号转换为光信号并发射出去。2．输入接口及线路编码输入接口和线路编码电路共同组成输入电路，它的作用是将输入的PCM脉冲进行整形，变成NRZ码来调制光源和外调制电路，输入电路的基本组成如图4-2所示。图4-2输入电路的基本

2、组成（1）均衡放大补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变，以便正确译码。（2）码型变换将由均衡器输出的HDB3码或CMI码变化为NRZ码。（3）复用用一个大传输信道同时传送多个低速信号的过程。（4）扰码若信号码流中出现长连“0”或长连“1”的情况，将会给时钟信号的提取带来困难，为了避免出现这种情况，需要加一扰码电路，使信号达到“0”、“1”等概率出现，有利于时钟提取。（5）时钟提取由于码型变换和扰码过程都需要以时钟信号作为依据，因此，在均衡电路之后提取PCM中的时钟信号，供给其它电路使用。（6）编码经过扰码后的码流，尽量使得“1”和“0”的个数相等，这样便于接收提取时钟信号。另外，从实用角度来

3、看，为了便于不间断业务的误码监测、区间通信联络、监控及克服直流分量的波动，在实际的光纤通信系统中，都要经过扰码以后的信号码流进行编码，以满足上述要求。3．调制电路和控制电路（1）输出光脉冲的通断比（全“1”码平均光功率和全“0”码平均光功率的比值，或消光比的倒数）应大于10，以保证足够的光接收信噪比。（2）输出光脉冲的宽度应远大于开通延迟（电光延迟）时间，光脉冲的上升时间、下降时间和开通延迟时间应足够短，以便在高速率调制下，输出的光脉冲能准确再现输入电脉冲的波形。（3）对激光器应施加足够的偏置电流，以便抑制在较高速率调制下可能出现的张弛振荡，保证发射机正常工作。（4）应采用自动功率控制（

4、APC）和自动温度控制（ATC），以保证输出光功率有足够的稳定性。4.1.2光源的要求（1）发射的光波长应和光纤低损耗“窗口”一致，即中心波长应在0.85μm、1.31μm和1.55μm附近。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。（2）电/光转换效率要高，即要求在足够低的驱动电流下，有足够大而稳定的输出光功率，且线性良好。发射光束的方向性要好，即远场的辐射角要小，以利于提高光源与光纤之间的耦合效率。（3）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。（4）器件应能在常温下以连续波方式工作，要求温度稳定性好，可靠性高，寿命长。（5）此外，要求器件体积

5、小，重量轻，安装使用方便，价格便宜。4.1.3光源的调制1．光源的直接调制直接调制就是将电信号直接注入光源，把要传送的信息转变为电源信号注入到LD或LED，获得相应的光信号，使其输出的光载波信号的强度随调制信号的变化而变化，又称为内调制。图4-3直接光强度数字调制原理2．光源的间接调制在高码速强度──直接检波的光纤通信系统或外差光纤通信系统中，可采用对光源的间接调制方式。间接调制不直接调制光源，而是利用晶体的电光、磁光和声光特性对LD所发出的光载波进行调制，即光辐射之后再加载调制电压，使经过调制器的光载波得到调制，这种调制方式又称作外调制。图4-4间接调制激光器的结构目前可以使用的外调制

6、方式有电光调制、声光调制和磁光调制。（1）电光调制电光调制的基本工作原理是晶体的线性电光效应（2）声光调制声光调制器是利用介质的声光效应制成（3）磁光调制磁光调制是利用法拉第效应得到的一种光外调制3．调制特性（1）电光延迟和张弛振荡现象半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间td，其数量级一般为ns。当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为张弛振荡。弛振荡和电光延迟的后果是限制调制速率。图4-5输出光脉冲瞬态响应波形（2）码型效应当电光延迟时间td与数字调制的码元持续时间T/2为相同数量级时，会使“0”码过后

7、的第一个“1”码的脉冲宽度变窄，幅度减小，严重时可能使单个“1”码丢失，这种现象称为“码型效应”。图4-6码型效应4．自脉动现象某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡，这种现象称为自脉动现象。图4-7自脉动现象4.1.4光发送机的主要指标1．平均发送光功率及其稳定度平均发送光功率又称为平均输出光功率，通常是指光源“尾纤”的平均输出光功率。一般要求入纤光功率为：0.01～10mW