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第六章：光端机 6.1光源与光纤的耦合 6.2光调制 6.3光发射机 6.4光接收机 6.5光接收机噪声分析 6.6光接收机的误码率和接收灵敏度 6.7光中继器 6.1光源与光纤的耦合 从光源发射出来的光功率尽可能多地送入光纤中传输，这就是光源与光纤的耦合问题。 衡量光源与光纤耦合的质量可以用耦合效率η，它定义为 η=PF/PS (6-1-1) 式中： PF—耦合进入光纤的光功率 PS—光源发射的功率。 光源与光纤的耦合效率： 与光源的类型(LED或LD)及光纤的类型(多模光纤或模光纤)有关。 LD与单模光纤的耦合效率较高，可以达到30～50%，而LED与单模光纤的耦合效率较低，可能小于1%。 光源与光纤的耦合方法， 一般采用下面两种： 直接耦合和透镜耦合 光源与光纤的透镜耦合如图所示 一个理想的微透镜耦合结构应用下列四个特征： 足够大的数值孔径收集激光辐射 焦距完全匹配于激光器和光纤的模式 无球差 端面应增透镀覆以消除反射。 6.2 光调制 要实现光纤通信，首先要解决的问题是如何将电信号加载到光源的发射光束上，即需要进行光调制。 根据调制与光源的关系，光调制可分为：直接调制和间接调制。  1光源的直接调制 直接调制就是将调制信号直接作用在光源上，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。这种方法调制的是光源的发光强度调制(IM)。 直接调制具有简单、经济、容易实现等优点，是光纤通信系统中广泛采用的调制方式。 从调制信号的形式来说，光源的直接调制又可分为模拟信号调制和数字信号调制 2LD调制特性 LD的直接调制具有许多突出的特点，它在光纤通信系统中应用极其广泛。 LD的调制特性如下： (1) 电光延迟 (2) 张驰振荡 (3) 小信号输入的频率响应 (4) 频率啁啾 3光源的外部调制 光源内调制的优点是电路简单容易实现，但是，在高码速下将使光源的性能变坏，因此需要对光源的外调制方式。 目前使用的外调制方式有： (1) 电光调制 （2）声光调制 （3）磁光调制 6.3 光发射机 1对光发射机性能的要求 光发射机的作用是把电端机送来的电信号变为光信号送入光纤中传输。 包括以下方面： (1)光源特性 (2)调制特性 (3)输出特性 2光发射机的组成 目前使用的光发射机大多数是直接调制的光发射机，它的原理如图6-3-1所示。 3输入电路 输入电路由图6-3-3所示电路组成 6.4光接收机 1光接收机的组成 光接收机的作用是把接收来的光信号转变为原来的电信号，它的性能的优劣直接影响整个光纤通信系统的性能。 光纤通信系统有模拟和数字两大类，光接收机也相应的有两大类，即模拟接收机和数字接收机。 直接检测数字光纤通信接收机一般由三个部分组成，即光接收机的前端、线性通道和数据恢复。如图所示： 2光接收机前端 光接收机前端的作用是将光纤线路末端耦合到光电检测器的光比特流转变为时变电流，然后进行预放大，以便后一级进一步处理。 (1) 光电检测器 一般采用PIN光电二极管或APD雪崩光电二极管，它们性能的优劣直接影响整个光接收机的性能 (2) 前置放大器 光电检测器输出的光电流是十分微弱的，需要多级放大器进行放大，多级放大器的前级为前置放大器。 一台性能优良的光接收机，应具有无失真地检测和恢复微弱信号的能力，这首先要求其前端应有低噪声，高灵敏度和足够的带宽。 根据不同的应用要求，前端的设计有三种不同的方案： (1)低阻抗前端 (2)高阻抗前端。 (3)跨(互)阻抗前端。 3线性能道 光接收机的线性通道由一个高增益的主放大器和一个均衡滤波器组成，还应包括峰值检测和自动增益控制(AGC)电路，用来控制放大器增益。 主放大器的作用有两个方面： ① 将前置放大器输出的信号放大到判决电路所需要的信号电平。 ② 它还是一个增益可调节的放大器，当光电检测器输出的信号出现起伏时，通过光接收机的自动增益控制电路对主放大器的增益进行调整，以使主放大器的输出信号幅度在一定范围不受输入信号的影响，一般主放大器的峰-峰值输出是几伏数量级。对于APD的光接收机还通过控制APD的偏压来控制雪崩倍增管的雪崩增益。 均衡滤波器的作用是均衡波形有利判决。均衡滤波器是必不可少的。 ① 没有均衡滤波器将出现这些现象 将会使前、后码元的波形重叠，产生码间干扰，严重时造成判决电路误判，产生误码。 ② 有均衡滤波器的波形 均衡滤波器是使经过均衡器以后的波形成为有利于判决的波形。例如，成为升余弦频谱脉冲。 均衡滤波器是使经过均衡器以