光纤通信 刘增基 课件 第1章幻灯片.ppt

第 1 章 概论 1.2 光纤通信的优点和应用 1.3光纤通信系统的基本组成 Point-to-Point Communication Link Connectors ② 构成因特网的计算机局域网和广域网，如光纤以太网、 路由器之间的光纤高速传输链路。  ③ 有线电视网的干线和分配网；工业电视系统，如工厂、 银行、商场、交通和公安部门的监控； 自动控制系统的数据传输。  ④ 综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源接入网， 可实现电话、数据、视频(会议电视、可视电话等)及多媒体业务综合接入核心网，提供各种各样的社区服务。 　光纤通信系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。 可以传输话音、图像、数据或多媒体信息。 图 1.4 光纤通信系统的基本组成(单向传输) 1.3.1发射和接收 一、发射 数字信号： 电发射机：把基带信号转换为适合信道传输的电信号(脉冲编码调制) 光发射机：把电信号转换成适合在光纤中传输的光信号（编码、调制） 对于模拟电视传输，则用摄像机把图像转换为6 MHz的模拟基带信号，直接输入光发射机。 二、接收 与发射过程相反 模拟信号传输的复用： 为提高传输质量，通常把这种模拟基带信号转换为频率调制(FM)、脉冲频率调制(PFM)或脉冲宽度调制(PWM)信号，最后把这种已调信号输入光发射机。 还可以采用频分复用(FDM)技术，用来自不同信息源的视频模拟基带信号(或数字基带信号)分别调制指定的不同频率的射频(RF)电波，然后把多个这种带有信息的RF信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机， 由光载波进行传输。 在这个过程中，受调制的RF电波称为副载波，这种采用频分复用的多路电视传输技术， 称为副载波复用(SCM)。  1.3.2基本光纤传输系统 基本光纤传输系统作为独立的“光信道”单元，可以和其它设备相结合，构成结构更复杂，功能更强大的通信系统。  　　基本光纤传输系统由光发射机、光纤线路和光接收机三个部分组成。 1. 光发射机 功能：是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。 核心：光源。要求光源输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。 目前广泛使用的光源有半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管(或称激光器)(LD)  LED (Light emitting diode) LD (laser diode) 图 1.5两种调制方案 (a) 直接调制； (b) 间接调制(外调制) 2. 光纤线路 功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。 光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。 　　光纤线路的性能主要由缆内光纤的传输特性决定。对光纤的基本要求是损耗和色散这两个传输特性参数都尽可能地小，而且有足够好的机械特性和环境特性， 石英光纤在在0.85 μm、1.31 μm和1.55 μm有三个损耗很小的波长“窗口”。在这三个波长窗口损耗分别小于2dB/km、 0.4 dB/km和0.2 dB/km。 　　石英光纤在波长1.31 μm色散为零。作为光源的激光器的发射波长和作为光检测器的光电二极管的波长响应，都要和光纤这三个波长窗口相一致。 3. 光接收机 功能：把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。 核心：光检测器。对光检测器的要求是响应度高、 噪声低和响应速度快。  PIN (Positive Intrinsic Negative) APD (Avalanche photo diodes) 目前广泛使用的光检测器有两种类型： 在半导体PN结中加入本征层的PIN光电二极管(PIN - PD)和雪崩光电二极管(APD)。 光接收机把光信号转换为电信号的过程(常简称为光/电或O/E转换)，是通过光检测器的检测实现的。检测方式有直接检测和外差检测两种。直接检测是用检测器直接把光信号转换为电信号。这种检测方式设备简单、 经济实用， 是当前光纤通信系统普遍采用的方式。 外差检测要设置一个本地振荡器和一个光混频器，使本地振荡光和光纤输出的信号光在混频器中产生差拍而输出中频光信号，再由光检测器把中频光信号转换为电信号。外差检测方式的难点是需要频率非常稳定，相位和偏振方向可控制，谱线宽度很窄的单模激光源；优点是有很高的接收灵敏度。 目前，实用光纤通信系统普遍采用直接调制—直接检测方式。外调制—外差检测方式虽然技术复杂，但是传输速率和接收灵敏度很高，是很有发