光發(fā)射機(jī)及光接收機(jī)及光纖通信系統(tǒng).doc

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1、.第八章光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī)及光纖通信系統(tǒng)（4課時(shí)）韋文生本章內(nèi)容簡(jiǎn)介光發(fā)射機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。其功能是將來(lái)自于電端機(jī)的電信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號(hào)耦合到光纖或光纜去傳輸。光接收機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測(cè)器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來(lái)的光信號(hào)，經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后再將這微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端機(jī)去。（一）學(xué)習(xí)者分析：本章為光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī)及光纖通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，是光源及其驅(qū)動(dòng)電路、光探測(cè)器及其驅(qū)動(dòng)電路、光通信系統(tǒng)的綜合應(yīng)用。學(xué)生學(xué)習(xí)了

2、前面各章的知識(shí)，應(yīng)該概括起來(lái)，對(duì)光通信系統(tǒng)有綜合的認(rèn)識(shí)。（二）教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生掌握光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī)及光纖通信系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)組成，以及對(duì)光纖通信系統(tǒng)基本參數(shù)的認(rèn)識(shí)。（三）主要內(nèi)容（重點(diǎn)、難點(diǎn)）和方法：2光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī)的基本原理和結(jié)構(gòu)組成；2光纖通信系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)組成。2措施：通過(guò)理論知識(shí)講授、動(dòng)畫(huà)演示、圖形解釋、例題分析使學(xué)生牢記光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī)的基本原理和結(jié)構(gòu)組成；光纖通信系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)組成。（四）基本要求：2掌握光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī)的基本原理和組成結(jié)構(gòu)；2掌握光纖通信波分復(fù)用技術(shù)的基本組成結(jié)構(gòu)和原理。（五）教學(xué)要點(diǎn)：重點(diǎn)闡述光發(fā)射機(jī)模擬/數(shù)字調(diào)制的工

3、作原理及各項(xiàng)基本指標(biāo)的含義，以及有關(guān)光源各種電路的原理；光接收機(jī)的原理、性能指標(biāo)、光纖通信波分復(fù)用技術(shù)的原理框圖。（六）教學(xué)特點(diǎn)：是本課程中光源、探測(cè)器、光傳輸..等內(nèi)容的綜合；為本課程其它學(xué)習(xí)內(nèi)容的概括總結(jié)，為光通信系統(tǒng)的理解奠定基礎(chǔ)。（七）教學(xué)安排：第一節(jié)2課時(shí)；第二節(jié)1課時(shí)；第三節(jié)1課時(shí)。第一節(jié)光發(fā)射機(jī)---光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，作為光纖通信系統(tǒng)的光源，便成為重要的器件之一。它的作用是產(chǎn)生作為光載波的光信號(hào)，作為信號(hào)傳輸?shù)妮d體攜帶信號(hào)在光纖傳輸線中傳送。由于光纖通信系統(tǒng)的傳輸媒介是光纖，因此作為光源的發(fā)光器件，應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：---(1)體積小，與光纖之間有較高的

4、耦合效率；---(2)發(fā)射的光波波長(zhǎng)應(yīng)位于光纖的三個(gè)低損耗窗口，即0.85μm、1.31μm和1.55μm波段；---(3)可以進(jìn)行光強(qiáng)度調(diào)制；---(4)可靠性高，要求它工作壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定性好，具有較高的功率穩(wěn)定性、波長(zhǎng)穩(wěn)定性和光譜穩(wěn)定性；---(5)發(fā)射的光功率足夠高，以便可以傳輸較遠(yuǎn)的距離；---(6)溫度穩(wěn)定性好，即溫度變化時(shí)，輸出光功率以及波長(zhǎng)變化應(yīng)在允許的范圍內(nèi)。---能夠滿(mǎn)足以上要求的光源一般為半導(dǎo)體二極管。目前全光纖激光器作為一種新型的激光器也有望在光纖通信系統(tǒng)中發(fā)揮其作用。最常用的半導(dǎo)體發(fā)光器件是發(fā)光二極管(LED)和激光二極管(LD)。前者可用于短距離、

5、低容量或模擬系統(tǒng)，其成本低、可靠性高；后者適用于長(zhǎng)距離、高速率的系統(tǒng)。在選用時(shí)應(yīng)根據(jù)需要綜合考慮來(lái)決定，因此它們都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和特性，下面就兩者的性能作系統(tǒng)的比較。激光二極管發(fā)光二極管..1．輸出光功率較大，幾mW一幾十mw。輸出光功率較小，一般僅1mw一2mW。2．帶寬大，調(diào)制速率高，幾百M(fèi)Hz一幾十GHz。帶寬小，調(diào)制速率低，幾十一200MHz。3．光束方向性強(qiáng)，發(fā)散度小。方向性差，發(fā)散度大。4．與光纖的耦合效率高，可高達(dá)80％以上。與光纖的耦合效率低，僅百分之幾。5．光譜較窄。光譜較寬。6．制造工藝難度大，成本高。制造工藝難度小，成本低。7．在要求光功率較穩(wěn)定時(shí)，需要

6、APC和ATC?？稍谳^寬的溫度范圍內(nèi)正常工作。8．輸出特性曲線的線性度較好。在大電流下易飽和。9．有模式噪聲。無(wú)模式噪聲。10．可靠性一般?？煽啃暂^好。11．工作壽命短。工作壽命長(zhǎng)。-根據(jù)LED和LD的性能，在選擇光源時(shí)應(yīng)作到技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)上合理以及便于應(yīng)用。圖8-l為波長(zhǎng)、通信容量、模式以及通信距離四者之間的定性關(guān)系以及光纖通信發(fā)展的歷程和趨勢(shì)。圖8-l波長(zhǎng)、通信容量、模式以及通信距離四者之間關(guān)系圖----在光纖通信系統(tǒng)中，由于信息由LED和LD發(fā)出的光波攜帶，因此光發(fā)射機(jī)主要有調(diào)制電路和控制電路組成，如圖8-2所示。..在數(shù)字通信中，輸入電路將輸入的PCM脈沖信號(hào)變換成

7、NRZ／RZ碼后，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路調(diào)制光源(直接調(diào)制)，或送到光調(diào)制器調(diào)制光源輸出的連續(xù)光波(外調(diào)制)。對(duì)直接調(diào)制，驅(qū)動(dòng)電路需給光源加一直流偏置；而外調(diào)制方式中光源的驅(qū)動(dòng)為恒定電流，以保證光源輸出連續(xù)光波。自動(dòng)偏置和自動(dòng)溫度控制電路是為了穩(wěn)定輸出的平均光功率和工作溫度，此外，光發(fā)射機(jī)中還有報(bào)警電路，用以檢測(cè)和報(bào)警光源的工作狀態(tài)。---本節(jié)首先簡(jiǎn)要介紹光載波的調(diào)制方式，然后著重介紹光源的驅(qū)動(dòng)和控制電路。8.1.1光波的調(diào)制----在光纖通信系統(tǒng)中，把隨信息變化的電信號(hào)加到光載波上，使光載波按信息的變化而變化，