光纤课设.doc

课程设计 班 级： 通信10王瑾 1006030218 指导教师： 冀常鹏 模拟基带直接光强调制光纤传输 摘要 20世纪70年代末期，光纤开始用于模拟电视传输时，采用一根多模光纤传输一路电视信号的方式，就是这种基带传输方式。所谓基带，就是对载波调制之前的视频信号频带。对于广播电视节目而言，视频信号带宽(最高频率)是6 MHz，加上调频的伴音信号，这种模拟基带光纤传输系统每路电视信号的带宽为8 MHz。用这种模拟基带信号对发射机光源(线性良好的LED)进行直接光强调制，若光载波的波长为0.85 μm，传输距离不到4 km；若波长为1.3 μm，传输距离也只有10 km左右。这种模拟基带直接光强调制(DIM)光纤电视传输系统的特点是设备简单、价格低廉，因而在短距离传输中得到广泛应用。 关键字：光纤结构，传输原理，系统组成，激光  目录 1.光纤结构及光纤传输系统? 4 1.1光纤结构? 4 1.2光纤类型 4 1.3光纤传输原理 5 2激光光源工作原理 6 2.1半导体激光器工作原理 6 2.2半导体的特性： 6 3模拟基带直接光强调制光纤传输系统组成 7 3.1 模拟基带直接光强调制原理 7 3.2光发射机 7 3.3光接收机 8 4.系统限制与要求 9 4.1 光纤损耗对传输距离的限制 9 4.2 系统对光纤带宽的要求 9 参考文献 10 1.光纤结构及光纤传输系统? 1.1光纤结构? 光纤（Optical?Fiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。光纤的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用，如图1—1所示。 图1—1 光纤结构 ? 设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1n2。纤芯和包层的相对折射率差Δ=（n1-n2）/n1?的典型值，一般单模光纤为0.3%~0.6%，?多模光纤为1%~2%。Δ越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量却越小。 1.2光纤类型 光纤种类很多，最为信息传输波导用的由高纯度石英制成的光纤。实用光纤主要有三种基本类型。如图1—2示出其横截面的结构和折射率的分布，光线在纤芯的传输路径，以及由于色散引起的输出脉冲相对于输入脉冲的畸变。这些光纤的主要特征如下。 图1—2 三种实用光纤特性 突变型多模光纤（StepIndex Fiber, SIF），纤芯折射率为n1保持不变，到包层突变变n2。这种光纤一般纤芯的直径2a=50^80um,光线以折射形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。 渐变型多模光纤（GradedIndex Fiber, GIF），在纤芯中心折射率最大为n1,沿径向r向外围逐渐变小，直到包层变为n2.这种光纤一般纤芯直径2a为50um，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点信号畸变小。 单模光纤（SingleMode Fiber, SMF），折射率分布和突变型光纤相似，纤芯直径只有8^10um,光线以直线形状沿纤芯中心轴方向传播。因为这种光纤只能传输一个模式，所以称为单模光纤，其信号畸变很小。 1.3光纤传输原理 在极限介质空间尺寸波长λ条件下，可以用几何光学的射线方程作近似分析。几何光学的方法比较直观，容易理解，但并不十分严格。 突变型多模光纤（SIF） 以突变型多模光纤的交轴(子午)光线为例，设纤芯和包层折射率分别为n1和n2，空气的折射率n0=1， 纤芯中心轴线与z轴一致， 如图1—3所示。光线在光纤端面以小角度θ从空气入射到纤芯(n0n1)，折射角为θ1，折射后的光线在纤芯直线传播， 并在纤芯与包层交界面以角度ψ1入射到包层(n1n2)。改变角度θ，不同θ相应的光线将在纤芯与包层交界面发生反射或折射。根据全反射原理， 存在一个临界角θc， 当θθc时，相应的光线将在交界面发生全反射而返回纤芯， 并以折线的形状向前传播，如光线1。根据斯奈尔(Snell)定律得到NA= n0sinθ=n1sinθ1=n1cosψ1 （1）  图1—3 突变型多模光纤的交轴光线 n0=1,由式（1