光纤放大.ppt

7.1 光 纤 放 大 器 7.2 光波分复用技术 7.3 光 交 换 技 术 7.4 光 孤 子 通 信 7.5 相干光通信技术 7.6 光时分复用技术 7.7 波长变换技术 图7.41和图7.42分别示出外差同步解调和外差异步解调的接收机方框图。 两种解调方式的差别在于接收机的噪声对信号质量的影响。异步解调要求的信噪比(SNR)比同步解调高，但异步解调接收机设计简单，对信号光源和本振光源的谱线要求适中，因而在相干通信系统设计中起着主要作用。 图7.41 外差同步解调接收机方框图 光检 测器 带通 本振光 w L 信号光 w S 低通 基带信号 载波 恢复 图7.42 外差异步解调接收机方框图 光检 测器 带通 本振光 w L 信号光 w S 低通 基带信号 包络 检波 7.5.3 误码率和接收灵敏度 相干光通信系统光接收机的性能可以用信噪比(SNR)定量描述。 系统总平均噪声功率(均方噪声电流)为 式中, 和 分别为散粒噪声功率和热噪声功率， e为电子电荷，Id为光检测器暗电流，B为等效噪声带宽， kT为热能量，RL为光检测器负载电阻，I为光电流，由式(7.31)或式(7.32)确定。 （7.37） 大多数相干光接收机的噪声由本振光功率PL引入的散粒噪声所支配，与信号光功率的大小无关，因此，式(7.38)中Id和〈i2T〉项可以略去，由此得到 外差检测的信噪比： （7.38）  SNR= (7.39) 零差检测的平均信号光功率是外差检测的2倍， 所以零差检测的信噪比  SNR=4ηNP (7.42) 光检测器的响应度ρ=ηe/hf, η为光检测器量子效率， e和hf分别为电子电荷和光子能量；等效噪声带宽B=fb/2，fb为传输速率；平均信号光功率〈PS〉可以用每比特时间内的光子数NP表示为 〈Ps〉=NPhffb (7.40) 把上述关系代入式(7.39)得到  SNR=2ηNP (7.41) 在强光作用下，光纤折射率n可以表示为  n=n0+ |E|2 (7.19) 式中，E为电场，n0为E=0时的光纤折射率，约为1.45。这种光纤折射率n随光强|E|2而变化特性，称为克尔(Kerr)效应， =10-22(m/V)2，称为克尔系数。虽然光纤中电场较大， 为106(V/m)，但总的折射率变化Δn=n-n0= |E|2还是很小(10-10)。即使如此，这种变化对光纤传输特性的影响还是很大的。 (7.20) 这种使脉冲不同部位产生不同相移的特性， 称为自相位调制(SPM)。 设波长为λ、光强为|E|2的光脉冲在长度为L的光纤中传输， 则光强感应的折射率变化Δn(t)= |E(t)|2，由此引起的相位变化为 (7.21) 设光纤无损耗，在光纤中传输的已调波为线性偏振模式， 其场可以表示为 E(r,z,t)=R(r)U(z,t)exp［-i(ω0t-β0z)］ (7.22) 式中，R(r)为径向本征函数，U(z,t)为脉冲的调制包络函数， ω0为光载波频率，β0为调制频率ω=ω0时的传输常数。 如图7.34 所示， 在脉冲上升部分，|E|2增加， 0， 得到Δω0，频率下移；在脉冲顶部，|E|2不变， =0， 得到Δω=0，频率不变；在脉冲下降部分，|E|2减小，Δnt0，  得到Δω0，频率上移。频移使脉冲频率改变分布， 其前部(头)频率降低，后部(尾)频率升高。这种情况称脉冲已被线性调频，或称啁啾(Chirp)。 图7.34 脉冲的光强频率调制 设已调波E(r,z,t)的频谱在 处有峰值，频谱较窄，则可近似为单色平面波。由于非线性克尔效应，传输常数应写成 （7.23） 式中，P为光功率，Aeff为光纤有效截面积。由此可见，