光纤通信--第四章.ppt

4.4 光调制 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变成光信号，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两大类。从调制信号的形式来说，光源的调制又可分为模拟信号调制和数字信号调制。 1．直接调制与间接调制 1）光源的直接调制 光源的直接调制又称为光源的内部调制，它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信号注入到LD或LED，获得相应的光信号。 2 ）光源的外部调制 光源的间接调制通常称为光源的外部调制，它是由恒定光源输出激光后，外加光调制器对光进行调制 目前可以使用的外部调制方式有电光调制、声光调制和磁光调制。电光调制最容易实现，在光纤通信系统广泛使用，下面加以介绍。 电光调制的基本工作原理是晶体的线性电光效应。电光效应是指电场引起晶体折射率变化的现象，能够产生电光效应的晶体称为电光晶体。电光调制器可以利用电光效应进行电光相位调制、电光强度调制和电光频率调制。 2．模拟信号与数字信号的直接调制 模拟信号调制是直接用连续的模拟信号(如话音、电视等信号)对光源进行调制，这类调制要考虑到非线性失真的问题。 数字信号调制是直接用数字信号对光源进行调制 3． LD调制特性 (1) 电光延迟 电光延迟就是在电信号到来时，光信号相对于电信号的时间延迟，用延迟时间t d来表示，电光延迟的原因是由于载流子浓度达到激光阈值需要一定的时间(约0.5～2.5ns)。 理论和实验都证实，LD预偏置在阈值附近，t d可以显著减小，且这时载流子寿命τsp也缩短了，有利于提高调制速率。 (2) 张驰振荡 当电流脉冲突然加到LD上，其光输出呈现图4-4-6所示的动态响应，这是注入电子与所产生的光子间相互作用的量子力学过程。当注入电流从零快速增大到阈值以上时，经电光延迟后产生激光输出，并在脉冲顶部出现阻尼振荡，经过几个周期后达到平衡值，这种特性称为张驰振荡特性。 除了电光延迟和张弛振荡外还有 (3)码型效应 (4)小信号输入的频率响应 (5)大信号输入的频率响应 4.5光发送机 在光纤通信系统中，光发送机是实现电光转换的光端机。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆中去传输。 1．光发送机的要求 1）有合适的输出光功率 光发送机的输出光功率，通常是指耦合进光纤的功率，亦称入纤功率。入纤功率越大，可通信的距离就越长，但光功率太大也会使系统工作在非线性状态，对通信将产生不良影响。因此，要求光源应有合适的光功率输出，一般为0.01～5mW。 与此同时，要求输出光功率要保持恒定，在环境温度变化或器件老化的过程中，稳定度要求为5%～10%. 2）良好的消光比 消光比的定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均发送光功率之比，可用下式表示： （4-5-1） 式中，P 11为全“1”码时的平均光功率；P 00为全“0”时的平均光功率。 理想情况下，当进行“0”码调制时应没有光功率输出，但实际输出的是功率很小的荧光，这给光纤通信系统引入噪声，从而造成接收机灵敏度降低，故一般要求EXT≥10dB。 3）调制特性要好 所谓调制特性要好，是指光源的P-I曲线在使用范围内线性特性良好，否则再调制后将产生非线性失真。 2．光发送机的组成 光发送机的组成包括输入电路，反馈稳定驱动电路，光源与光纤的耦合、自动温度控制电路、自动功率控制电路及保护电路等。光发送机有直接调制光发送机和外部调制光发送机两种结构。 直接调制的光发送机较为简单，所以目前使用的光发射机大多数是直接调制的光发送机，它的原理如图4-5-1所示。 外部调制电路目前采用的不多，但在超高速光纤系统更具有优越性，有较好的发展前景，它的原理如图4-5-2所示。 3．输入电路 输入电路的功能是实现电端机（PCM）输入的信号转换成能在光纤线路传输码型的信号，原理框图见图4-5-3 4．调制电路 光源的调制是指在光纤通信系统中，由承载信息的数字电信号对光波进行调制使其载荷信息。光源调制电路也称为驱动电路，不同光端机的驱动电路组成也不相同，最常见的是差分电流开关电路。 （1）共发射极LED驱动电路 常用的LED直接调制电路为共发射极LED驱动电路，如图4-5-4所示。 2）射极耦合跟随器LD驱动电路 3）反馈稳定LD驱动电路 4）集成激光驱动器 5．光源与光纤的耦合 激光器和光纤的耦合方式大致有两种：直接耦合和透镜耦合。 （1）直接耦合 这种耦合方法通常只适用于多模光纤。 2）透镜耦合 边发光LED和LD一般可以采用用圆柱透镜或采用大数值孔径