最新光端机解析教学讲义PPT.ppt

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1、光端机解析本章重点要求：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。激光二极管寿命10

2、5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，把随信息变化的电信号加到光载波上，使光

3、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，但可获得优良的调制性能，特别适合高速率光通信系统。3、模

4、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之比，即若用dB表示为消光比又称为光脉冲的通断比。光源

5、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1010dB4.2.1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)。PINAPD一、PIN光电二极管1、PIN光电二极管结构基于异质结的PIN光电二极管2、PI

6、N光电二极管工作原理PIN光电二极管工作原理当光从P区一侧入射，则光能量在被吸收的同时仍继续向N区一侧延伸吸收，在经过耗尽层时，由于吸收光子能量，电子从价带被激励到导带而产生电子空穴对（即光生载流子），并且在耗尽层空间电场作用下，分别向N型区和P型区相互逆方向作漂移运动，并在外部电路形成光电流。然而，在耗尽层以外的区域因为没有电场作用，所以由光电效应产生的电子空穴对，在扩散运动中相遇发生复合，从而消失。由于扩散运动与漂移运动相比是一慢过程，因而由扩散运动产生的光电流不能快速响应输入光强的变化，减少了光电二极管的频率响应。二、雪崩光电二极管(APD)雪崩光电二极管(APD)的的结构与PIN不

7、同表现在增加了一个附加层，以实现碰撞电离产生二次电子—空穴对，在反向时夹在I层和N层间的P层中存在高电场，该层称为倍增区或增益区雪崩区),耗尽层仍为I层，起产生一次电子-空穴对的作用。1雪崩光电二极管(APD)的的结构目前光纤通信系统中，更多的是采用吸收区与雪崩倍增区相互分离的APD管，这种APD管称为SAM-APD。如图SAM-APD管有四层结构：1、高掺杂的N+型半导体，为接触层；2、型半导体，为倍增层（