西安电子科技大学：《光纤通信》课程PPT教学课件（讲稿）第4章 光端机

第4章光端机 4.1光发射机 42光接收机 43线路编码 返回主目录

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第4章光端机 41.发射机 数字光发射机的功能是把电端机输出的数字基带电信号转 换为光信号,并用耦合技术有效注入光纤线路,电/光转换是 用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的。调制分为 直接调制和外调制两种方式。受调制的光源特性参数有功率、 幅度、频率和相位。目前技术上成熟并在实际光纤通信系统得 到广泛应用的是直接光强(功率)调制

第 4 章光端机 4.1光发射机 数字光发射机的功能是把电端机输出的数字基带电信号转 换为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路，电/光转换是 用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的。调制分为 直接调制和外调制两种方式。受调制的光源特性参数有功率、 幅度、频率和相位。目前技术上成熟并在实际光纤通信系统得 到广泛应用的是直接光强(功率)调制

图41示出激光器(LD)和发光二极管(LED)直接光强数字调 制原理,对LD施加了偏置电流Ib。由图可见,当激光器的驱 动电流大于阈值电流Ith时,输出光功率P和驱动电流I基本上 是线性关系,输出光功率和输入电流成正比,所以输出光信 号反映输入电信号

图4.1示出激光器(LD)和发光二极管(LED)直接光强数字调 制原理，对LD施加了偏置电流Ib。由图可见，当激光器的驱 动电流大于阈值电流Ith时，输出光功率P和驱动电流I基本上 是线性关系，输出光功率和输入电流成正比，所以输出光信 号反映输入电信号

图4.1直接光强数字调制原理 (a)LED数字调制原理;(b)LD的数字调制原理

图 4.1 (a) LED数字调制原理；(b) LD的数字调制原理

411光发射机基本组成 数字光发射机的方框图如图42所示,主要有光源和电路 两部分。光源是实现电光转换的关键器件,在很大程度上决 定着光发射机的性能。电路的设计应以光源为依据,使输出 光信号准确反映输入电信号。 1.光源 对通信用光源的要求如下: (1)发射的光波长应和光纤低损耗“窗口”一致,即中心 波长应在0.:85μm、131μm和1.55m附近。光谱单色性要好, 即谱线宽度要窄,以减小光纤色散对带宽的限制

4.1.1光发射机基本组成 数字光发射机的方框图如图4.2所示，主要有光源和电路 两部分。光源是实现电/光转换的关键器件，在很大程度上决 定着光发射机的性能。电路的设计应以光源为依据，使输出 光信号准确反映输入电信号。 1. 对通信用光源的要求如下： (1) 发射的光波长应和光纤低损耗“窗口”一致，即中心 波长应在0.85 μm、 1.31 μm和1.55 μm附近。光谱单色性要好， 即谱线宽度要窄， 以减小光纤色散对带宽的限制

入 线路 调制 电信号输入口 编码 电路 光源 光信号输出 控制电路 图4.2数字光发射机方框图

图4.3光脉冲瞬态响应波形

图 4.3 光脉冲瞬态响应波形

(2)电/光转换效率要高,即要求在足够低的驱动电流下, 有足够大而稳定的输出光功率,且线性良好。发射光束的方向 性要好,即远场的辐射角要小,以利于提高光源与光纤之间的 耦合效率 (3)允许的调制速率要高或响应速度要快,以满足系统的 大传输容量的要求 (4)器件应能在常温下以连续波方式工作,要求温度稳定 性好,可靠性高,寿命长 (5)此外,要求器件体积小,重量轻,安装使用方便,价格 便宜

(2) 电/光转换效率要高，即要求在足够低的驱动电流下， 有足够大而稳定的输出光功率，且线性良好。发射光束的方向 性要好，即远场的辐射角要小，以利于提高光源与光纤之间的 耦合效率。 (3) 允许的调制速率要高或响应速度要快， 以满足系统的 大传输容量的要求。 (4) 器件应能在常温下以连续波方式工作， 要求温度稳定 性好， 可靠性高，寿命长。 (5) 此外，要求器件体积小，重量轻，安装使用方便，价格 便宜

以上各项中,调制速率、谱线宽度、输出光功率和光束方 向性,直接影响光纤通信系统的传输容量和传输距离,是光源 最重要的技术指标。目前,不同类型的半导体激光器CD)和发 光二极管(LED可以满足不同应用场合的要求。 2.调制电路和控制电路 直接光强调制的数字光发射机主要电路有调制电路、控制 电路和线路编码电路,采用激光器作光源时,还有偏置电路。 对调制电路和控制电路的要求如下: l)输出光脉冲的通断比(全“1码平均光功率和全“0″码 平均光功率的比值,或消光比的倒数)应大于10,以保证足够的 光接收信噪比

以上各项中，调制速率、谱线宽度、输出光功率和光束方 向性，直接影响光纤通信系统的传输容量和传输距离，是光源 最重要的技术指标。目前，不同类型的半导体激光器(LD)和发 光二极管(LED)可以满足不同应用场合的要求。 2. 直接光强调制的数字光发射机主要电路有调制电路、控制 电路和线路编码电路，采用激光器作光源时，还有偏置电路。 对调制电路和控制电路的要求如下： (1) 输出光脉冲的通断比(全“1”码平均光功率和全“0”码 平均光功率的比值，或消光比的倒数)应大于10，以保证足够的 光接收信噪比

(2)输出光脉冲的宽度应远大于开通延迟(电光延迟)时间, 光脉冲的上升时间、下降时间和开通延迟时间应足够短,以便 在高速率调制下,输岀的光脉冲能准确再现输入电脉冲的波形 (3)对激光器应施加足够的偏置电流,以便抑制在较高速率 调制下可能出现的张弛振荡,保证发射机正常工作 (4)应采用自动功率控制(APC和自动温度控制(ATC),以 保证输出光功率有足够的稳定性

(2) 输出光脉冲的宽度应远大于开通延迟(电光延迟)时间， 光脉冲的上升时间、下降时间和开通延迟时间应足够短，以便 在高速率调制下，输出的光脉冲能准确再现输入电脉冲的波形。 (3) 对激光器应施加足够的偏置电流，以便抑制在较高速率 调制下可能出现的张弛振荡，保证发射机正常工作。 (4) 应采用自动功率控制(APC)和自动温度控制(ATC)， 以 保证输出光功率有足够的稳定性