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1、4|1|孝石楚教学回顾3、接收：光电检测器件：类型、特作特性参数。-信号的处理：信号放大、信号的再生与恢复光纤通信系统的三大组成部分？（狡、牌四妙器件的工1、发送：载波：光源的类型及特点？信息加载：调制器2传输：传输光纤：类型、传输模式、特性参数（衰减、色散）、传 输光纤葩三个低损桂窗口？传输光缆：类型、结构、用途。 4.3光发射机电缩机)t接收谀备光信号光中琳嚣光中继器此线光发送设备电前机电信号I*一尢传输逋信事统的纽成图1-4-1光纤通佶聚统的纽成内容提要 4. 3. 1光端机概述P132-133:光端机的类型、光发射机性能要求、光发射机 组成组成; 4.3.2光源的调制:调制器的种类、信
2、号的调制P128-P132 4.3.3光源与光纤的耦合P126-128耦合效率ri及分析、提高耦合效率n的方法一、光端机结构类型光发射机aLl/士 口 心、七 %|/尢信亏友送接收机光信号接收光收、发一体机 一中继器4.3.1光端机概述二、光发射机概述P1321、对光发射机的性能要求 光源特性: 波长入、线宽入化、PJ特性、寿命调制特性：调制类型（内、外调制）；PJ曲线的 线性度；偏置电流|o的选择输出特性：进纤功率要求0. 01-10mW；稳定性5%10% ；消光比EXT二（全0平均光功率）/ （全0平均光 功率）V0.12、光发射机的组成:电信号输入设备+光源+调制器*梢1，L吨起卜叵卜叵
3、H 咽一 .:光发射机外形CML三值码、RZ）变换成NRZ （处理方 便、抗干扰）满足技术要求； :加扰：破坏长0”长 :时钟：收发的依据编码：业务需要、改 善f生能小432光源的调制、调制概述要实现光纤通信， 必须解决待传输的信 号怎样加载到光源的 发射光束上，即需要 将待传输的信号对光 载波进行调制。调制后的光波通 过光纤信道传输到接 收端，光接殴机鉴别 出光信号的变化规律, 再重现出原来要传输 的信息，这个过*呈禄 为光信号的解调。调制和解调是光 纤通信索绕曲重要肉 容。、调制方法根据调制信号与光源的 关系，信号对光载波的调制 方式目前有两种 基本形式， 直接调制和间接（外）调 制。直接
4、调制：是把要传送的信息转变 为信号电流注入LD或LED, 从而获得相应的已调光信 号。只适合LD或LED间接（外）调制：利用晶体的电光效应、 磁光效应、声光效应等来 实现对激光辐射的调制。既适应于半导体激光 器，也适应于其他类型的 激光器。根据电信号的形式分：模拟 调制、数字调制1、光源的直接调制调制信号：模拟信号、数字信号。光源：LED、LD调制方法：将待发送的电信号（数字信号）经过复用、编码等 处理后，直接控制光源的驱动电路（发光强度I）,使发晃强 I随调制信号幅应的菱化规律市变花。是一和光 幅度调制 IM （Intensity Modulation）。特占一电路简单、经济、易实现，是在光
5、纤通信系统中最常采 用的调制方法。LED直接调制拟调制（LED无阈值PI曲线）拟信号：话音、视频等信号正弦波代替光源进行调制：对LED进行模拟调制，调制负载线，PI曲线。制原理：连续变化的模拟信号电流叠加在首流偏置电流I。上。惫事项：适当选择直流偏置电流I。的大小, 可以减小光信号的非线性失真 拟倜制电路：是电流放大电路，最简单的模拟调制电路图。（1） LED直接调 制数字调制（LED无阈值PI曲线）数字信号：话音、视频等的 PCM编码0、1对光源进行调制：对LED进行数 字调制，调制负载线，PI曲 线。调制原理：数字信号电流开关。 （偏置电流I。可以为0）。数字调制电路：是电流开关电路。l)
6、6)d ia辞利 Ki b)u) lAMnX1) LD偏置电流I。选择选 择直流工作点偏置电流Io时应考虑以下几方面：加大直流偏置I。可以减 小电光延迟时间。当偏置Io在阈值附近时 较小的调制脉冲电流就能得 到足够的输出光脉冲，Io 和lo+lm的值相差不大，从 而可以减小码型效应和PN 结发热效应的影响。通常lo+ L 的值二(1.2-1.3) lth偏置电流太高，会使消光 比恶化。消光比:EXT=10lg（P/P。）（dB） P132要适当地选取偏置电流I。M 6-2-3 LDft调曲g弭田典型实例美国亚特兰大的44.7Mb / s光发射机激光器的直流偏置I。在 90mA左右，其阈值电流h
7、h =1 OOrnA ;:北京邮电大学的140Mb/s光发射机，激光器的直 流偏置逼近阈值；j高速数字 光纤通信系统中，激光器偏 置在阈值之上，L=118mA, hh =108mA （减 少电光延j迟）。(2)调制电流幅度Im的选择：应根据激光器的p- I曲线，既要有足 够的输出光脉冲的 幅度，又要考虑到 光源的负担。如果激光器在某些 区域有自脉动现象 发生，那么Im的选 择，应避开自脉动 发生的区域。P129 im的选择(3) LD的调制特性LD直接调制方法电路简 单，设备价格低，原理简单， 技术成熟，所以被广范使用， 注意几点：P129(1)电光延迟td电脉冲到来后，载流子浓度达 到一定阈
8、值后(0. 5-2. 5ns)才 发光偏置合适可减少电光延迟td : (2)张弛振荡注入电子与产生光子的作用， 量子力学过程P129-130小信号频率响应 当1。汀Im lo- %时，偏置电流增加，调制带宽增加；输出 功率增加，调制带宽增力口。偏置电流增加的缺点？（负担、消光比）图6-2-54、大信号调制产生频率fl周啾当 h I I m I。7 时，图 6-262、光源的间接(外)调制(P131)(1 )结构图间接(外)调制 技术不仅适合于半导 体激光器，也适合于 其他类型的激光器。 间接调制技术有电光 调制j、施光调希J和声 调制等。箕中最常 用葩是由光调制技耒。(2)常用的光调制器LiN
9、bCh光调制器P131原理：以Mach-Zehnder 干涉仪(MZI)为 基础的行波器件优点：采用了行 波电极，可 获得很高的工作速 度；调制器性能的波长依赖 性 很小。但这类调制器要 求具有 较高的驱动电压。等效电路和光路mi半导体光调制器半导体-电子器件材料， 也是光电器件和光电子 集成器件的理想材 料，半导体光调制器一一解决 了半导体激光器与光调 制器的单片集成问题， 使制作成本大幅度降 低。半导体光调制器产 生超 短光脉冲和光孤子的好 办法。光调制器主要参数1、调制（深度）效率r调制效率也称调制深金n,定义为：n=|i-io|/iox 100%或 n=|i-io|/ Im x100%
10、为外加某调制信号时的调制 光菠晃强应，为没有调 制信号时的光波强度，Im为 外加最大调制信号时的光波强度。2、调制带宽 调制带宽定义为：fm= (TTRC) jRC是等效负载的时间常数3、最高调制频率fg4、对激光器的保护激光器是光发射机的主要器件，为了 淳激光器发出危矽天的光功翠，就必须 加大驱动电流，由于发免效 率的问题， 必定会使激光器的温升提高，结温过高 必然会降低激光器的稳定性和可靠性， 所以激光器是员损器件。为了提鬲激光 曩寿命，、藏少损抹，必须器米敢一定 的保护措施。1）恒温保护：可采用半导体制冷措施等恒温技术，保证激光二极管正常工作在25。（3左右2）光源慢启动保护：图4-32
11、激光器的慢启动保护电路在光发射机电路中, 一般是许多工作单元 电路与激光器公用一 组电源，为了防止刚 接通电源时的瞬态冲 击电流损坏激光器， 通常设有慢启动保护 电路。3 ）过流保护为了防止激光器光源在工作 时 受到过大的电流而损坏， 光源驱动电路都设有过流保护电路，如图433所 示。正常工作时三极管TR截止，对激光器LD无影 响，一旦LD中的电流过大, 取样电 阻R上的取样电压增力口,使三极管导通，对LD形成分流，从而保护了 激光二极管LD。图433激光器的过流保护电路4）反向冲击电流保护为了避免激光器光源在工作时受到反向冲击电流和反向冲击电 压 的破坏，通常在LD上并联一只肖 特基二极管。
12、肖特基二极管的PN结电容比较小，反向恢复时间较 短，不影响光源的工 作速度。图4 34激光器的反向冲击保护电路 中的D1就是起反向冲击电流保护 的元件，当反向冲击电流或反向 冲击电压出 现时，肖特基二极管D1迅速导 通，形成泄放电路，从 而保护了激光器光源。图434激光器的反向冲击保护电路5 ）焊接、人体静电保护激光器组件焊接时，要用带地线烙铁， 将烙铁烧热后，将电源断开再进行焊接，焊 接时间不要超过10s,操作时要带防静电腕 带。为了防止静电损伤激光器，应将人 体静 电放掉后再拿取激光器，如有条件最 好在防 静电工作台上进行工作。 433光源与光纤的耦合P126光（源）发射机的功率尽量耦合到
13、光纤中，光源的光 功 .示音图 率本身就很弱（mW）,提高耦合效率n o耦合效率n-1、定义：n=pp/ps x 100%丹食鬣二黑海角PF :进入光纤的功率H6-I i ttwirnfflPs :光源的功率（E LD ）单模光源LD30% -50%多模3、耦合方法: 直接耦合5低）； 微透镜聚焦耦合5高） 1、直接耦合以面发光LED为例 光强I是朗伯分布：I (0) = l oCOSO 0 =0 I=IQ 0 =901=0n=pp/ps =s i n2amax= (NA)2NA=0.1-0.3(0.2)q=4%P126北师舶槌按如S6-M提高耦合效率r 的 方外骚透镜聚焦耦合：P127在光源
14、与光纤之间放 置（等效）一聚焦微透镜Q、球头结构b、截头结构 c、集成透镜,: ,微透镜结构合理内涵：NA足够大:收集辐射光 聚 焦匹配：激光器-光纤模式 端面处理：消除反射iB 6-1-2 *LEDP1486.106.116.12今日作业6.1 某光发射机激光器的直流发光强度lo=15mW,经强度调制(IM)后平均光强MI=12mW ;计算该系统 的调制效率为多少？习题66.1 简述提高LED速度的几项措施。6.2 要实现半导体FP型LD激射工作，必须满 足的四个 基本条件是什么？6.3 试比较LED和LD两种光纤通信光源的优缺点。6.4 某光发射机激光器的直流发光强度loA15mW,经强度
15、调制 (IM)后平均光强度I =12mW ;计算该系统的调制效率为多少？6.5 给LED力口 1.8V电压，有150mA的电流流过LED,可产生6mW的光功率，其电光转换效率是多少？6.6 1300nm波长的LED,当驱动电流为50mA时，产生2mW的输出光功率，计算注入电荷产生 光子的效率。6.7 LD发射波长为1.31 pm,光纤的零色散波长为1.3um, 其谱宽为1.5nmJ直设温廉对LD发笳波轻白勺影 响为 O.5nm/oC,材料色散为主，计算温度每增加10。弓I起3dB 光带宽下降了多少？6.8 温度引起波长变化是0.5nm/七，计算波长1pm的光 其温度引起频率的变化是多少GHz/?4.9 LD的RIN=-135dB/H乙接收机的带宽为1.5GHz,接 收到的平均光功率为25|JW,计算接收机收到LD的噪声功率。 若探测器的灵敏度为0.5|jA/mW,计算LD的平均噪声电流？4.10 半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的 禁带宽 度，已知Ga As材料的禁带宽度Eg=1.43eV,某InGaAsP材 料的禁带宽度Eg=0.96eV,齐另U求它们的发身才波长。P148 6-6-1211