第三章__光纤通信系统.ppt

3.2.5 光缆的结构与分类 1．光缆的结构 为适应不同用途和不同的环境条件，光缆有多种 类型，但不论光缆的具体结构形式如何，都是由缆芯 （光纤）、护套和加强元件组成的。 2．光缆的种类 通常按光缆内的光纤排列可以分为层绞式光缆、 单元式光缆、骨架式光缆、带状式光缆四种基本结构 形式。 图3-7 几种光缆结构示意图 层绞式光缆 单元式光缆 骨架式光缆 带状式光缆 3.3 数字光纤传输系统 3.3.1 光纤通信系统的分类及组成 1．光纤通信系统的分类 光纤通信系统按传输信号的种类不同，可以分为 模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统；按系统工作 波长不同，可以分为短波长光纤通信系统和长波长光 纤通信系统；按传输信号的速率不同，可分为高速光 纤通信系统和低速光纤通信系统等。 2．数字光纤通信系统的组成 数字光纤通信系统由电端机、光端机、光缆线路、 光中继器、备用系统、辅助系统组成。 图3-8 数字光纤通信系统组成示意图 3.3.2 光发送机 1．光源器件 光发射机中的光源器件是整个系统的核心器件， 它产生光纤通信系统所需要的光载波，同时也具有调 制器的功能，其特性的好坏直接影响光纤通信系统的 性能和质量指标。 （1）对光源的要求 1）发光波长选择在光纤的三个低损耗波长区域，即 对应0.85μm、1.31μm和1.55μm的三个窗口， 以利于光纤传输。 2）谱线宽度要窄。 3）发光足够强，并能长时间稳定工作。 4）与光纤的耦合效率高。 （2）半导体激光器（LD） 半导体激光器是利用材料的受激辐射发光的。所 谓受激辐射，是指在外加光源时，高能级上的电子受 激后向低能级跃迁时放出光子的现象。 （3）半导体发光二极管（LED） 发光二极管是利用半导体材料的自发辐射发光的。 所谓自发辐射，是指在没有外加光源时，电子自发地 从高能级跃迁到低能级上，放出一个明亮的光子的现 象。 2．数字光发送机 数字光发送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，并利用耦合技术有效地注入光 纤线路。电/光转换是靠承载信息的数字电信号对光源 进行调制来实现的。 （1）数字光发送机的组成 数字光发送机主要由输入接口、线路编码、调制 电路、光源及其控制电路组成。 图3-9 数字光发送机构成框图 （2）光源的数字调制与驱动 光源的数字调制分为直接调制和外调制两种方式。 图3-10 LED和LD数字调制原理 （3）控制电路 控制电路的作用就是消除温度和器件老化的影响， 稳定输出光信号。目前主要采用自动温度控制和自动 功率控制等方法。 （4）光发送机的主要指标 光发送机的主要指标有平均发送光功率、消光比 及光谱特性。 3.3.3 光接收机 1．光检测器 将光信号转换成电信号，再由电子线路进行放大， 还原成原来的信号的过程。这一接收转换元件称做光 电检测器，或者光检测器。 （1）光纤通信对光检测器的要求 1）在系统的工作波长上要有足够高的响应度，即对 一定的入射光功率，光检测器能输出尽可能大的 光电流。 2）有足够高的响应速度和足够的工作带宽，即对高 速光脉冲信号有足够快的响应能力。 3）产生的附加噪声小。 4）光电转换线性好，保真度高。 5）工作稳定可靠，工作寿命长。 6）体积小，使用简便。 （2）PIN光电二极管 PIN光电二极管工作于反偏压，器件由PIN三层 组成，基本结构是PN结。 （3）雪崩光电二极管（APD） APD光电检测器件的结构基本部分与PIN光电二 极管相同，仍是PN结，不同之处是在P层和N层中掺 杂量增大，再外加很高的反向偏压，在其结构中构造 一个强电场区。 2．光接收机 光接收机的主要作用是将经过光纤传输的微弱光 信号转换成电信号，并放大、再生成原发射的信号。 （1）光接收机的组成 图3-11 直接检测数字光接收机框图 输出接口的组成: 图3-12 输出接口方框图 （2）放大电路 光接收机的放大电路包括前置放大器和主放大器。 1）前置放大器 前置放大器一般可分为低阻抗前置放大器、高阻 抗前置放大器和跨阻抗前置放大器三种。 图3-13 跨阻抗前置放