光纤传输(上)13.ppt

光纤传输理论 陈新桥 中国传媒大学 20世纪曾经是电网络的时代21世纪将会是光网络的时代 光纤传输理论光纤传输特性光纤测量光调制方式光发射机和光接收机 第二部分光纤传输理论基础 提纲 DWDM系统SDH系统光传送网技术光缆线路工程系统指标与测试 第二部分光纤通信系统 提纲 为何要有线传输 光纤 带宽与速率为何要光载波 带宽达THz为何采用红外波长 光纤低损耗窗口光纤为何用石英玻璃材料制备 损耗光纤为何为纤维结构 模式色散 绪论 电通信电波作为载体而传送信息的所有通信方式 有线电通信和无线电通信 光通信光波作为载体而传送信息的所有通信方式 无线光通信和有线光通信 绪论 传输 无线传输 移动通信 无线通信 卫星通信等有线传输 光纤传输为主 光纤传输 以光纤为介质 以光波为载波的传输系统 绪论 三网融合的基础 光纤信息高速公路 光纤骨干网 城域网 光纤接入网 光纤 FTTX 光纤越来越逼近用户 铜退光进 绪论 光纤传输发展的精髓 提高光纤通信系统容量 绪论 2 5Gb s10Gb s40Gb s 10Gb s40Gb s 20Gb s80Gb s 80Gb s320Gb s 32168 4 1 WDM波长数 每波长比特率 TDM 40Gb s 网络容量演进战略 绪论 1960年 第一台相干振荡光源 红宝石激光器问世 1970年 康宁公司拉制出损耗仅为20dB km的光纤1985年 南安普敦大学制成掺铒光纤放大器 EDFA 90年代 光纤光栅 全光纤光子器件 平面波导器件及其集成的出现 四大里程碑 绪论 光纤传输是目前世界上发展最快的领域 平均每9个月性能翻一番 价格降低一半 其速度已超过了计算机芯片性能每18个月翻一番的摩尔定律的一倍 爆炸性发展 在短短的30多年时间里已经经历了五代通信系统的使用 绪论 五代光纤传输系统 绪论 五代光纤传输系统 绪论 传输容量大 传输损耗小 中继距离长抗干扰性好 保密性强材料资源丰富 可节约金属材料重量轻 可挠性好 敷设方便 光纤传输技术特点 缺点 组件昂贵 光纤质地脆 机械强度低 连接比较困难 分路 耦合不方便 弯曲半径不宜太小等 绪论 超大容量光纤通信系统光集成器件和光电集成器件的研究新类型光纤的研究解决全网瓶颈的手段 光接入网 未来技术角色 绪论 光纤通信 一根光纤中可同时传输一百多路信号 采用特殊技术甚至可以同时传输1022路 单路速率不断提升 已达到10 20 40Gb s采用OTDM技术甚至可达640Gb s 各种通信技术的快速发展使上千甚至上万公里的长距离传输成为可能 全光网成为目前光通信领域最热门的话题之一 绪论 光纤通信最具代表性技术 波分复用WDM和光纤放大器EDFA 绪论 一 光纤结构 二 光纤传输机理 三 光纤的分类 一 光纤传输理论 光纤 纤芯 包层 涂敷层 一 光纤结构 一 光纤传输理论 纤芯 光能量主要在纤芯内传输 包层 提供反射面和光隔离 保护 涂覆层 保护不受水汽的侵蚀和擦伤 一 光纤结构 一 光纤传输理论 全反射条件 传输机理 全反射 二 光纤传输机理 一 光纤传输理论 子午面 过光轴的平面 二 光纤传输机理 一 光纤传输理论 与内光线入射角的临界角 c相对应 光纤入射光的入射角 i有一个最大值 max max称为光纤端面入射临界角 入射临界角 入射临界角 二 光纤传输机理 一 光纤传输理论 接收角 二 光纤传输机理 一 光纤传输理论 数值孔径 NA越大 能力越强 耦合效率越高 NA表示光纤聚光的能力 二 光纤传输机理 一 光纤传输理论 相对折射率差 弱导光纤 二 光纤传输机理 一 光纤传输理论 模式色散与 成正比模式色散制约光纤的带宽 石英系光纤 多组分玻璃光纤 塑料包层石英芯光纤 全塑料光纤 三 光纤类型 一 光纤传输理论 按材料分类 按折射率分布分类 突变型多模光纤 渐变型多模光纤 单模光纤 三 光纤类型 一 光纤传输理论 光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播 只传输一个模式 信号畸变很小 单模光纤 SMF 纤芯直径只有8 10 m 三 光纤类型 一 光纤传输理论 单模光纤原因 色散单模光纤的直径 工作波长 低损耗 梯度型多模光纤工作波长 1 31 m和1 55 m处于多模工作状态在1 31 m处有最小的色散值 在1 55 m处有最小的衰减系数数据通信局域网 LAN 用 G 651光纤 三 光纤类型 一 光纤传输理论 最早实用化的光纤 零色散波长在1310nm 曾大量敷设 在光纤通信中扮演者重要的角色 缺点 工作波长为1550nm时色散系数高达17ps nm km 阻碍了高速率 远距离通信的发展 G 652常规单模光纤 SMF 三 光纤类型 一 光纤传输理论 DSF G 653光纤 通过结构和尺寸的适当选择来加大波导色散 使零色散波长从1310nm移到1550nm 光纤在1550nm窗口损耗更低 可以低于0 2dB km 几乎接近光纤本征损耗的极限 如果零色散移到1550nm 则可以实现零色散和最低损耗传输的性能优点 在1550nm工作波长衰减系数和色散系数均很小 它最适用于单信道几千公里海底系统和长距离陆地通信干线 弱点 工作区内的零色散点导致非线性四波混频效应 G 653色散位移单模光纤 DSF 三 光纤类型 一 光纤传输理论 NZ DSF在1530 1565nm EDFA的工作波长 区具有小的但非零的色散 既适应高速系统的需要 又使FWM效率不高 使得其能用在EDFA和波分复用结合的传输速率在10Gbit s以上的WDM和DWDM的高速传输系统中 优点 在1550nm处有一低的色散 保证抑制FWM等非线性效应 使得其能用在EDFA和波分复用结合的传输速率在10Gbit s以上的WDM和DWDM的高速传输系统中 缺点 模场直径小 容易加剧非线性效应的影响 为此人们又研究了大有效面积NZ DSF光纤 G 655非零色散位移单模光纤 NZ DSF 三 光纤类型 一 光纤传输理论 掺杂 折射率高于石英 纤芯 掺杂 折射率低于石英 包层 光纤的主要成分 石英光纤 石英玻璃 二氧化硅 SiO2 折射率 纤芯 包层 全反射条件 一 光纤结构 一 光纤传输理论 常用适配器续 FC PCSC PCST PCLC PC光纤活动连接器的端面接触方式有多种方式 即PC 平面 UPC 低损耗 APC 8度微球面 等方式 三 光纤类型 一 光纤传输理论 二 光纤传输特性 一 光纤的损耗 二 光纤的色散 三 光纤的非线性 二 光纤传输特性 传输 距离 容量 损耗 距离 光纤 光放大器 色散 脉冲展宽 不同成分速度不同 脉冲重叠 误码 色散补偿 低色散光纤等 非线性 WDM 光放大 长距离 单模光纤的横截面小等 纤芯光高强度 非线性 串扰等 光孤子 大芯径等 光随着距离的增加光功率逐渐下降 损耗决定了系统的传输距离 最重要的传输特性之一 1 损耗 一 光纤损耗 二 光纤传输特性 以前 光纤 医疗 工业 传输距离短 损耗1000dB km67高锟 论文 光纤可以做成低损耗70康宁 低损耗光纤 0 2dB km 一 光纤损耗 二 光纤传输特性 若长度为L km 的光纤 输入光功率为Pi 输出光功率为表示Po 光纤的损耗系数定义为 dB km 损耗系数 一 光纤损耗 二 光纤传输特性 吸收损耗 与光纤材料有关散射损耗 与光纤材料及结构缺陷有关辐射损耗 与光纤的弯曲有关 1 31 m 0 5dB km以下 1 55 m 0 2dB km以下 接近了理论极限 一 光纤损耗 二 光纤传输特性 寻找合适的光纤 实用化的光损耗为20dB km 99 5 m 60年代研究 70年代突破 2000年0 2dB km 99 995 m 新的实用化光纤不断涌现 单模光纤损耗谱 单模光纤的6个传输波段 一 光纤损耗 二 光纤传输特性 6个传输波段 一 光纤损耗 二 光纤传输特性 6个传输波段 145014901530157016101650 S SCLL 波长 nm 光信号是由很多不同的频率成分或各模式成分组成 各成分传播速度不同 经光纤传输一段距离后 不同成分之间出现时延差 引起波形失真 脉冲展宽 这种现象称为光纤色散 2 光纤色散 二 光纤色散 二 光纤传输特性 二 光纤色散 二 光纤传输特性 1 1 0 1 1 1 长矩 模式色散模式色散 模间光纤 偏振色散 极化光纤 色度色散材料色散波导色散 模式色散材料色散波导色散极化色散 二 光纤色散 二 光纤传输特性 不同模式的时间延迟不同而产生的 模间色散 模式色散 二 光纤色散 二 光纤传输特性 模式色散 PMD 模式色散 二 光纤色散 二 光纤传输特性 T 色度色散 二 光纤色散 二 光纤传输特性 光纤色散效应对传输的影响 1010101101 1010101101 Input Output Time Time 脉冲畸变和展宽 码间干扰 二 光纤色散 二 光纤传输特性 光功率增到一定值时 光纤呈现非线性 常规光纤中 光纤呈线性 三 光纤的非线性 二 光纤传输特性 随着传输速率的提高 传输距离的延长 DWDM通路的增加以及光纤放大器的使用 非线性成为最终限制光纤传输系统性能的因素 是系统设计考虑的重要方面 光功率的增大 三 光纤的非线性 二 光纤传输特性 受激拉曼散射 SRS 受激布里渊散射 SBS 自相位调制 SPM 交叉相位调制 XPM 四波混频 FWM 三 光纤的非线性 二 光纤传输特性 三 光纤的非线性 二 光纤传输特性 短波长泵浦长波长 对系统的影响 引起信道功率失衡引起信道间的拉曼串扰 输入 输出 受激拉曼散射 SRS 三 光纤的非线性 二 光纤传输特性 当达到门限功率时 产生向信号相反方向传播的受激发射的非线性现象增益比SRS大两个数量级 当光源谱功率 亮度 大时 SBS占主导地位 对系统的影响 大于一定值时引起强烈背向散射 叠加强度噪声 受激布里渊散射 SBS 三 光纤的非线性 二 光纤传输特性 相位随光强而变化 转化为波形畸变 自相位调制 SPM 交叉相位调制 XPM 相位受到其它其它信道的调制 引起强度噪声 三 光纤的非线性 二 光纤传输特性 信道间相互作用产生新的频率 四波混频 FWM 三 光纤的非线性 二 光纤传输特性 一 光纤测量仪器 二 光纤损耗测量 三 光纤带宽测量 四 光纤色散测量 三 光纤测量 光源 光衰减器 光功率计 光时域反射仪 OTDR 光损耗测试仪 光纤寻障仪 光纤显微镜 光万用表 光回损测试仪 光纤电话 光纤识别器 光纤端面检测仪 一 测量仪器 三 光纤测量 是对光信号进行衰减的器件 两种类型 即可变光衰减器和固定光衰减器 1 光衰减器 一 测量仪器 三 光纤测量 衰减光功率的方法有 反射一部分光 吸收一部分光 在空间遮挡一部分光 用偏振片选择光的偏振面等 1 光衰减器 一 测量仪器 三 光纤测量 性能指标 固定衰减值 1 2 3 5 10 15 20dB或任意回波损耗 50dB PC 60dB APC 工作波长 1310nm或1550nm衰减范围 0 30dB 1 光衰减器 一 测量仪器 三 光纤测量 2 光源 稳定光源白色光源 即宽谱线光源 可见光光源 一 测量仪器 三 光纤测量 自动光功率控制 APC 技术 输出光功率有 0 1dB h的稳定度 波长稳定度高 简便 可靠 通测CT 51xL系列激光光源 2 光源 一 测量仪器 三 光纤测量 3 光功率计 一 测量仪器 三 光纤测量 光功率线路损耗系统富裕度接收机灵敏度等 高光平型 10 40dBm 中光平型 0 55dBm 低光平型 0 90dBm 3 光功率计 一 测量仪器 三 光纤测量 长波长型 1 0 1 7 m 短波长型 0 4 1 1 m 全波长型 0 7 1 6 m 显示器 指示器 检测器 探头 光功率计的原理 3 光功率计 一 测量仪器 三 光纤测量 型号 LPM 3Ta测量波长 850 1300 1310 1490 1550 1625连接器 FC SC ST自动关机 具备 可调整 外接电源 可选显示精度 0 01 dB 测量范围 70 10 dBm 光维LPM系列光功率计技术参数 3 光功率计 一 测量仪器 三 光纤测量 按光功率计上 选择1310nm 按 dBm 选择屏幕上出现dBm将原接处 或则ODF 的尾纤取下连接至光功率计 等待光功率稳定后 读出测试值 一般在 10dBm到 25dBm之间 注意 一定要注意光纤的清洁 光功率计的使用 3 光功率计 一 测量仪器 三 光纤测量 光纤弯曲时 光会从纤芯中辐射出来 被光纤识别器检测到 此可将多芯光缆或是接插板中的单根光纤从其他光纤中标识出来 光纤识别器可以在不影响传输的情况下检测光的状态及方向 一 测量仪器 三 光纤测量 很灵敏的光电探测器 4 光纤识别器 在发送端将测试信号调制成270Hz 1000Hz或2000Hz 并注入特定的光纤中 光纤识别器用于工作波长为1310nm或1550nm的单模光纤光缆 可以利用宏弯技术在线地识别光缆和测试光缆中的传输方向和功率 一 测量仪器 三 光纤测量 4 光纤识别器 基于LED可见光 红光 源光纤断裂连接器故障弯曲过度熔接质量差等 一 测量仪器 三 光纤测量 通过发射到光纤的光就可以对光纤的故障进行可视定位 5 故障定位器 一 测量仪器 三 光纤测量 OTDR的用途 纤长事件点的位置 光纤衰减分布情况 接头损耗 回损 光纤损耗沿着长度的分布 迅速确定各个事件的位置 6 光时域反射计 OTDR 一 测量仪器 三 光纤测量 6 OTDR 工作原理 光纤后向散射理论瑞利散射 折射率不均匀 散射体 菲涅尔散射 两种媒质的分界面发生反射和折射 瑞利散射光功率与传输光功率成正比 背向散射 光纤自身反射回的光信号 非反射事件 光纤中的熔接头和微弯都会带来损耗 但不会引起反射 反射事件 活动连接器 机械接头和光纤中的断裂点都会引起损耗和反射幅度较大的事件 基本术语 一 测量仪器 三 光纤测量 6 OTDR 光纤末端 一 测量仪器 三 光纤测量 6 OTDR 基本术语 OTDR原理框图 6 OTDR 一 测量仪器 三 光纤测量 OTDR测试事件类型及显示 一 测量仪器 三 光纤测量 6 OTDR 定义 把初始背向散射电平与噪声电平的差值 dB 作用 动态范围可决定最大测量长度 方法 有峰 峰值 又称峰值动态范围 信噪比 SNR 1 两种表示方法 应用 动态范围大小决定仪器可测量光纤的最大长度 OTDR的性能参数 动态范围 一 测量仪器 三 光纤测量 6 OTDR OTDR的性能参数 动态范围 一 测量仪器 三 光纤测量 6 OTDR 动态范围大小决定仪器可测量光纤的最大长度 OTDR的性能参数 动态范围 一 测量仪器 三 光纤测量 6 OTDR 各类光纤的典型衰减常数 二 光纤损耗测量 三 光纤测量 测量长度L2的输出光功率Pout在离光源2 3m附近剪断光纤测量长度L1的输出光功率 输入光功率Pin 二 光纤损耗测量 三 光纤测量 1 剪断法 测量精度最好的办法 其缺点是要截断光纤 二 光纤损耗测量 三 光纤测量 1 剪断法 与剪断法原理类似 用2米长的参考光纤的输出光功率代替输入光功率 测试结果精确度较高 但受活动连接器的连接效果影响较大 一般用在中继段衰减的测试 参考设置 测试设置 二 光纤损耗测量 三 光纤测量 光损耗测试仪 2 插入法 二 光纤损耗测量 三 光纤测量 3 后向散射法 OTDR 单端输入和输出 不破坏光纤 方便 可测 损耗系数 长度 连接器和熔接头损耗 可观测光纤沿线的均匀性和确定光纤故障点的位置 在工程上获得了广泛地使用 二 光纤损耗测量 三 光纤测量 应用 3 后向散射法 OTDR 优点 非破坏性的测量方法 单端口测量法 即测量只需在光纤的一端进行 提供光纤损耗与长度关系的详细信息 二 光纤损耗测量 三 光纤测量 3 后向散射法 OTDR 末端的菲涅尔反射脉冲 始端的菲涅尔反射脉冲 连接损耗 反射点 噪声 二 光纤损耗测量 三 光纤测量 3 后向散射法 OTDR 设光脉冲经长度为L m 平均折射率为n的光纤传输后 其传输时延Dt为 三 光纤长度测量 三 光纤测量 传输脉冲时延法 式中 c为真空中光速 3 108m s 此式可改写为 Dt n L c s L c Dt n m 四 光纤带宽测量 三 光纤测量 时域法测量光纤带宽 四 光纤带宽测量 三 光纤测量 相移法 单模光纤色散的基准方法 脉冲时延法 五 光纤色散测量 三 光纤测量 五 光纤色散测量 三 光纤测量 相移法色散测量原理 五 光纤色散测量 三 光纤测量 相移法色散测量原理 一 调制 二 强度调制系统 三 光强度调制系统 光的调制 将所传递的信息加载到激光上 将激光作为信息的载体 通过改变激光的振幅 波长 频率 相位 偏振参数 方向等各参量 使光携带信息的过程 一 调制 四 光强度调制系统 一 调制 四 光强度调制系统 调制方式 一 调制 四 光强度调制系统 调制方式 直接调制 一 调制 四 光强度调制系统 是用电信号直接调制光源器件的偏置电流 使光源发出的光功率随信号而变化 优点 是简单 经济 容易实现 但调制速率受载流子寿命及高速率下的性能退化的限制 光纤通信中光源多采用直接调制方式 调制带宽 几MHz 几GHz 直接调制 LD 数字信号调制 模拟信号调制 一 调制 四 光强度调制系统 是在激光器外的光路上放置调制器 将待传输的信号加载到调制器上 当激光通过这种调制器时 激光的强度 位相 频率等将发生变化 从而实现调制 调制速率高 技术复杂 成本较高 在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用 一 调制 四 光强度调制系统 外调制 调制带宽 几GHz 几十GHz 指材料折射率随外加电场变化的现象 主要包括泡克尔斯效应和克尔效应 是在光调制中得到最广泛应用的物理现象 电光效应 一 调制 四 光强度调制系统 电吸收效应 指利用半导体超晶格结构的量子限制斯塔克效应 垂直于量子阱薄层施加电场能够引起光吸收边的展宽 外电场取消后吸收光谱又能可逆的还原 而锐吸收特性仍被保持 一 调制 四 光强度调制系统 IM DD方式 IM DD 在发送端 电信号直接调制 IM 光载波的强度 在接收端 光信号被PIN直接探测 DD 恢复电信号 实用化的光纤系统 非相干的强度调制 直接检测 IM DD 方式 成熟 简单 成本低 性能优良 主角 二 光强度调制系统 四 光强度调制系统 一 线路编码 一 光发射机 二 光接收机 五 光发射机与光接收机 点对点光纤通信链路示意图 从电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码 光源不可能发射负光脉冲 因此必须进行码型变换 一 线路编码 五 光发送机与接收机 二进制二电平码 即 有光脉冲 表示 码 无光脉冲 表示 0 码 线路编码需要 码和 0 码的个数是随机的 基线漂移 判决困难 长串 码或 0 码 位同步信息丢失 给定时困难 不能在线的误码检测 一 线路编码 五 光发送机与接收机 二电平码问题 PCM通信系统中的接口速率和码型 PDH 分组码mBnB 1B2B码 CMI DMI和双相码等 和插入码 SDH光纤通信系统中 广泛使用的是加扰的NRZ码 线路编码的目的是 误码检测 传输辅助信息 一 线路编码 五 光发送机与接收机 都不适合在数字光纤传输 常用的线路编码 一 线路编码 五 光发送机与接收机 分组码常用mBnB表示 每进入mbit 出nbit n m 形成一种一一对应关系 般选取n m 1 常用的mBnB码有1B2B 3B4B 5B6B 8B9B和17B18B等 遵循让 0 1 均衡分布的原则 mBnB码的缺点是传输辅助信号比较困难 一 线路编码 五 光发送机与接收机 1 分组码 1 CMI码CMI码又称传号反转码 它是一种1B2B码 其变换规则是原码的 0 码用 01 码代替 原码的 1 码用 00 或 11 交替代替 ITU T建议CMI码作为PDH四次群和SDH的STM 1的接口码型 一 线路编码 五 光发送机与接收机 1 分组码 1B2B码 每进入mbit 插入一个码组成m 1bit输出 优点 能传递丰富的辅助信息及中途方便的上下话路 根据插入码的用途不同 可以分为mB1C码 mB1H码和mB1P码等 一 线路编码 五 光发送机与接收机 2 插入码 1 mB1C码 一 线路编码 五 光发送机与接收机 2 插入码 mBlH码 B为信息比特 H码为一个混合码 所插入的H码可以根据不同用途分为2类 C码 它是第m位码的补码 用于在线误码率监测G码 用于区间通信 帧同步 公务 数据 监测等信息的传输 一 线路编码 五 光发送机与接收机 2 mB1H码 2 插入码 主要优点 由以上插入码来总结缺点 频谱特性不如mBnB码 2 mB1H码举例 4B1H 注释 F帧同步 1001 S5检测码 监控通道 S11公务码 S2S8为数据码 S1S3S4S6S7S9S10S12区间通信以上就是此种码型在34M系统中应用的帧结构 请问4B1H编码后的码速是多少 其帧长为多少 34 5 4 43Mbps帧长 32 5 160 H为C与G的交替混合码 G F1S1S2S3F2S4S5S6F3S7S8S9F4S10S11S12 一 线路编码 五 光发送机与接收机 保证传输的透明性 在调制器前 附加一个扰码器 将二进制码序列加以变换 使其接近于随机序列 在判决器之后 附加一个解扰器 以恢复原始序列 扰码与解扰可由反馈移位寄存器和对应的前馈移位寄存器实现 扰码改变了 码与 0 码的分布 从而改善了码流的一些特性 例如 扰码前 1100000011000 扰码后 1101110110011 一 线路编码 四 光发送机与接收机 3 扰码 SDH光纤通信系统中广泛使用的是加扰的NRZ码 去除码流中长连 0 或长连 1 的情况 从而有利于接收端提取时钟信号 用一个随机序列与输入信号序列进行逻辑加 这样就能把任何输入信号序列变换为随机序列 但完全随机的序列不能再现 用伪随机序列来代替完全随机序列进行扰码与解扰的作用 一 线路编码 五 光发送机与接收机 信号序列扰乱方法有 3 扰码 mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组 每组有m个二进制码 记为mB 称为一个码字 然后把一个码字变换为n个二进制码 记为nB 并在同一个时隙内输出 这种码型是把mB变换为nB 所以称为mBnB码 其中m和n都是正整数 n m 一般选取n m 1 mBnB码有1B2B 3B4B 5B6B 8B9B 17B18B等等 mBnB码 一 线路编码 四 光发送机与接收机 最简单的mBnB码是1B2B码 即曼彻斯特码 这就是把原码的 变换为 01 把 1 变换为 10 因此最大的连 和连 的数目不会超过两个 例如1001和0110 但是在相同时隙内 传输1比特变为传输2比特 码速提高了1倍 mBnB码 一 线路编码 四 光发送机与接收机 一 线路编码 四 光发送机与接收机 光纤通信系统主要包括光纤和光端机 光端机又包含光发送机和光接收机两部分 光中继器 二 光发射机 四 光发送机与接收机 光发送机与光接收机统称为光端机 二 光发射机 四 光发送机与接收机 光发射机 实现电 光转换的光端机 组成 光源 驱动器 调制器功能 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去传输 性能 1 有合适的输出光功率 dBm 光发送机的输出光功率 是指耦合进光纤的功率 亦称入纤功率 光源应有合适的光功率输出 一般为0 01mW 5mW 2 有较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 可用下式表示式中 P11为全 1 码时的平均光功率 P00为全 0 码时的平均光功率 一般要求EXT 10dB 二 光发射机 四 光发送机与接收机 3 调制特性要好所谓调制特性好 是指光源的P I曲线在使用范围内线性特性好 否则在调制后将产生非线性失真 除此之外 还要求电路尽量简单 成本低 稳定性好 光源寿命长等 二 光发射机 四 光发送机与接收机 半导体激光二极管 LD 发光二极管 LED 光源 二 光发射机 四 光发送机与接收机 均衡放大 码型变换 复用 扰码 时钟提取 光源 光源的调制电路 光源的控制 ATC和APC 及监测和保护电路等 数字光发送机原理方框图 线路编码 二 光发射机 四 光发送机与接收机 1 均衡放大 补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变 2 码型变换 将HDB3码或CMI码变化为NRZ码 3 复用 用一个大传输信道同时传送多个低速信号的过程 4 扰码 使信号达到 0 1 等概率出现 利于时钟提取 二 光发射机 四 光发送机与接收机 5 时钟提取 提取PCM中的时钟信号 供给其它电路使用 6 调制 驱动 电路 完成电 光变换任务 7 光源 产生作为光载波的光信号 8 温度控制和功率控制 稳定工作温度和输出的平均光功率 9 其他保护 监测电路 如光源过流保护电路 无光告警电路 LD偏流 3 4倍 寿命完结 告警等 二 光发射机 四 光发送机与接收机 反馈稳定LD驱动电路 二 光发射机 四 光发送机与接收机 温度对激光器输出光功率的影响主要通过阈值电流Ith和外微分量子效率 d产生 如下图 a 和 b 所示 当温度升高 阈值电流增加 外微分量子效率减小 输出光脉冲幅度下降 温度引起的光功率输出的变化 二 光发射机 四 光发送机与接收机 光源的自动温度控制 ATC 1 温度控制装置的组成温度控制装置由致冷器 热敏电阻和控制电路组成 图示出了温度控制装置的方框图 自动温度控制原理方框图 二 光发射机 四 光发送机与接收机 光源的自动温度控制 ATC 2 自动温度控制 ATC 原理 ATC电路原理 注意 Rt是负温度系数 二 光发射机 四 光发送机与接收机 注 温度控制只能控制温度变化引起的输出光功率的变化 不能控制由于器件老化而产生的输出功率的变化 对于短波长激光器 一般只需加自动功率控制电路即可 对于长波长激光器 由于其阀值电流随温度的漂移较大 因此 除自动功率控制外 一般还需加自动温度控制电路 以使输出光功率达到稳定 二 光发射机 四 光发送机与接收机 光发送机的三部分可概括为 均放 码变换 E O概括为两部分如何 二 光发射机 四 光发送机与接收机 光信号在传输过程会出现两个问题 损耗使光信号的幅度衰减 限制了光信号的传输距离 色散特性会造成码间干扰 使误码率增加 以上两点限制了光信号的传输距离与光纤的传输容量 为增加光纤的通信距离和通信容量 必须设置光中继器以补偿衰减并进行整形 光中继器主要有两种 一种是传统的光中继器 即光电中继器 另一种是全光中继器 三 光接收机 四 光发送机与接收机 三 光接收机 四 光发送机与接收机 光接收机中的关键器件是半导体光检测器 它和接收机中的前置放大器合称光接收机前端 前端性能是决定光接收机性能的主要因素 将光纤传输后的幅度被衰减 波形产生畸变的 微弱的光信号变换为电信号并对电信号进行放大 整形 再生输入到电接收端机 并且用自动增益控制电路 AGC 保证稳定的输出 作用 三 光接收机 四 光发送机与接收机 强度调制 直接检波 IM DD 的光接收机方框图如图所示 主要包括光电检测器 前置放大器 主放大器 均衡器 时钟恢复电路 取样判决器以及自动增益控制 AGC 电路等 数字光接收机方框图 框图 三 光接收机 四 光发送机与接收机 数字光接收机方框图 组成框图 三 光接收机 四 光发送机与接收机 强度调制 直接检波 IM DD 光信号 光检测器 前置放大 主放大器 均衡滤波 判决器 时钟提取 输出 AGC电路 性能指标 接收灵敏度 误码率或信噪比 前端 线性通道 时钟提取与数据再生 对信号进行高增益放大与整形 提高信噪比 减少误码率 偏压控制 三 光接收机 四 光发送机与接收机 要求是 在系统的工作波长上要有足够高的响应度 波长响应要和光纤的3个低损耗窗口兼容 有足够高的响应速度和足够的工作带宽 附加噪声低 能够接收极微弱的光信号 光电转换线性好 保真度高 性能稳定 可靠性高 寿命长 功耗和体积小 使用简便 三 光接收机 四 光发送机与接收机 1 光