光纤通信技术的综合介绍.doc

光纤通信技术的综合介绍 摘要：在学习光纤通信技术过程中，会涉及到相关光器件，熟练掌握相关器件结构、原理、作用和器件的组网，对快速入门光纤通信技术有不可忽略的作用，能否很好掌握相关器件对今后光纤通信技术学习会产生很大的影响，在熟练相关器件的基础上，能够初步设计出基于光纤器件的通信系统。本文介绍了光纤结构，应用广泛单模光纤色散，半导体发光二极管（LED）和激光二极管（LD）光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）当前大量应用的是掺铒光纤放大器（EDFA），光纤连接器、光纤耦合器、、光开关、光衰减器和等半导体发光二极管（LED）激光二极管（LD1、光纤的结构 光纤的基本结构一般是双层或多层的同心圆柱体， 如图1.1所示。其中心部分是纤芯， 纤芯外面的部分是包层， 纤芯的折射率高于包层的折射率，从而形成一种光波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输， 实现光信号的长距离传输 图1.1 光纤的基本结构 脉冲在光纤中传输产生脉冲展宽的现象。色散的存在限制了一定频率的光脉冲在光纤中的传播距离。为了减少模间色散可以通过合理设计光纤，模式色散可以减小（如渐变光纤），或者使用单模光纤。 单模光纤没有模式色散，但有色度色散和波导色散，色散对通信尤其是高比特率通信系统的传输有不利的影响，但我们可以采取一定的措施来设法降低或补偿，例：(1)零色散波长光纤(2)色散位移光纤DSF(3)色散平坦光纤DFF(4)色散补偿光纤DCF(5)色散补偿器如光纤光栅。在WAN MANAN应用中都广泛采用单模光纤。常规型单模光纤的零色散波长在 1310 nm 附近。最低损耗在 1550 nm附近，在1550 nm处有一个较高的正色散值。ITU-T建议的G.652光纤和G.654光纤都属于这种类型。 零色散波长在1300～1324 nm，最大色散D（λ）＜3.5 ps/(nm·km)，色散斜率S0≤0.093/(nm2·km)；色散位移型光纤的零色散波长λ0在1.55 μm左右，它的零色散波长范围为1500～1600 nm，色散斜率S0≤0.085/(nm2·km)，在1525～1575 nm范围内最大色散系数D(λ)3.5 ps/(nm·km)。 ITU-T建议的G.653光纤即属色散位移型光纤；.非零色散型光纤（NZDF）在1550 nm窗口保留了一定量的色散， 以抑制四波混频 2、激光二极管（LD）和半导体发光二极管（LED）LD结构复杂，且形态各异，但可用PN结模型进行原理描述如图所示 半导体激光器是光纤通信最主要的光源，实际上是置于一个反射腔之内的光放大器。发射腔通过正反馈使放大器产生激荡。半导体激光器的增益介质是正向偏置的PN结 LD工作状态与特性，工作状态：PN结正偏， 图2.1激光器结构 LD的P-I曲线 半导体激光器是一阈值器件，它的工作状态，随注入电流的不同而不同。当注入电流较小时， 激活区不能实现粒子数反转，自发发射占主导地位， 激光器发射普通的荧光。随注入电流量的增加，激活区里实现了粒子数反转， 受激辐射占主导地位。但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔内的增益还不足以克服如介质的吸收、镜面反射不完全（反射系统100%）等引起的谐振腔的损耗时，不能在腔内建立起振荡，激光器只发射较强荧光，这种状态称为“超辐射”。只有当注入电流大于阈值电流时，才能产生功率很强的激光。 LD在高温环境下工作也会影响它的寿命，而且LD的发射波长也会产生变化，以至影响数字光纤通信系统的正常工作，所以在光发送机电路中需要对LD的温度进行控制。一般采用两种方法来进行温度控制：一种是环境温度控制法，另一种是对LD进行自动温度控制（ATC）；LD稳定的输出功率对光发送机来说非常重要，所以要通过自动功率控制（APC）来实现光功率的稳定输出 2.2半导体发光二极管（LED）LED的结构：实际结构：LED主要有五种结构类型， 原理结构：PN结结构. 发光机理：自发辐射——PN结在外加正偏置作用下，内建电场减小，电子从N区向P区PN结附近，有大量的处于高能态的粒子。高能态粒子从高能态向低能态自发跃迁，从而发光。由于高能态和低能态都有很大的谱宽，因此，LED的光谱是宽带的 2.2.2 LED的P-I特性 LED的输出光功率P与电流I的关系即P-I特性如图所示。LED是非阈值器件，其发光功率随工作电流的增大而