《光纤通信第2讲.ppt

目录 一、光源和光电检测器 二、光纤传输设备 三、光的波分复用 四、光纤通信新技术 一、 光源和光电检测器 光纤、光源和光电检测器是光通信中不可缺少的三个部件. 　（1）自发辐射 当原子处于高能级E2时，不靠外界作用自发地返回到低能级E1，并发射出光子，这一过程称为自发辐射，如图1（a）所示。 发射出的光子频率f12由发生跃迁的两能级差E2-E1决定，即 （2）受激吸收 在正常状态下，原子处于低能级E1上，当有入射光子照射时，它会吸收光子能量而跃迁到能级E2上，这一过程称为受激吸收，如图1（b）所示。 （3）受激发射 当原子处于高能级E2时，若受到能量为hf12=E2-E1的外来光子照射而跃迁到低能级E1时，就发射出光子，此时释放出的光子是与外来光子同频、同相、同偏振方向的相干光，这一过程称为受激发射，如图1（c）所示。 发射出的光波的波长? 为 　 LD的P-I特性: 注入电流与激光器输出光功率之间的关系曲线，如图2所示。 　 LED是无阈值值电流器件，它随着注入电流的增加，输出光功率近似地呈线性增加。因此在进行调制时，其动态范围大，信号失真小。 　1.4 光源的直接调制 直接调制是指电信号直接作用在光源上，对光源进行调制，这是目前广泛采用的调制方式。常用的直接调制方式有模拟信号的直接调制和数字信号的直接调制，下面分别予以介绍。 如果光纤通信系统传输的信号是数字信号，用LED管进行数字信号直接调制的原理如图6（a）所示。因LD是有阈值电流的器件，所以用LD管进行数字信号直接调制的原理如图6（b）所示。 图中ID为调制电流，It为阈值电流，IB为偏置电流，其中IB比It稍小。 图7所示是一个简单LED的数字信号的调制电路，它是只有一级共发射极的晶体管调制电路，晶体管用做饱和开关。晶体管的集电极电流就是LED的注入电流，信号由A点接入。 0码时，晶体管不导通，LED管没有注入电流而不发光；1码时，晶体管导通，注入电流注入到LED管，使得LED管发光，从而实现了数字信号调制。 2. 半导体光电检测器 　　 利用上述光电效应可以制造出简单的PN结光电二极管。为了提高它的响应速度和转换效率，一般在制造工艺上做一些改进，即在P型材料和N型材料之间加入一层轻掺杂的N型材料，称为I（Intrinsic本征的）层。由于是轻掺杂，故电子浓度很低，经扩散作用后可形成一个很宽的耗尽层，人们将这种结构的光电二极管称为PIN光电二极管，如图9所示。制造这种晶体管的本征材料可以是Si和InGaAs(铟砷化镓)，通过掺杂后形成P型材料和N型材料。 （2）响应特性 响应特性是指光电二极管产生的光电流跟随入射光信号变化的能力，一般用脉冲响应时间来表示。脉冲响应时间可以是脉冲上升时间或脉冲下降时间。把光生电流脉冲前沿由最大幅度的10%上升到90%的时间定义为脉冲上升时间；而把光生电流脉冲后沿由最大幅度的90%下降到10%的时间定义为脉冲下降时间。 显然，一个快速响应的光电检测器，它的响应时间一定是短的。 （3）暗电流ID 暗电流是指没有光入射时的反向电流。暗电流主要包括反向饱和电流、在耗尽层内产生的复合电流以及表面漏电流等。 　 由于暗电流直接引起光接收机噪声增大，因此暗电流越小越好。 现有APD管的已达到几十甚至上百，它随反向偏压、光波长和温度而变化。 二、光纤传输设备 光纤通信系统主要由光发射机、光纤、光接收机和光中继器四部分组成。目前广泛使用的是强度调制--直接检波数字光纤通信系统。这里主要介绍这一系统的光发射机、光接收机和光中继器的基本组成及主要性能指标。 2.1 光发射机 光发射机是由信道编码电路、光源及光源驱动与调制电路三部分组成，如图所示。光源已在上一节予以介绍，本节主要介绍信道编码和光源驱动与调制电路。 　1．信道编码电路 信道编码电路的功能是对基带信号的波形和码型进行转换，使其适于作为光源的控制信号。 （1）均衡器 由于在实际的系统中总是存在不同程度的码间干扰，往往在系统中加入均衡器，用以校正这些失真。本系统中由PCM端机送来的信号首先需要经过均衡，用于补偿由电缆传输产生的衰减和畸变，以便正确译码。 （2）码型变换 　 由均衡器输出的是三值双极性码（即+1、0、-1）。由于光源不能发射负脉冲，因此要通过码型变换电路，将其变换成适合于光纤传输的单极性的非归零的0、1码（即NRZ码）。 （3）扰码 若信息码流中出现长连0和长连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，需要附加一个扰码器，将原始的二进制码序列加以变换，使之达到0、1等概率出现。相应地，在光