光发射机与光接收机概要.ppt

图 10.21 短波长LED 图 10.22 长波长LED 10.1.7 半导体光源与光纤的耦合 在光发射机中，如何减少半导体光源与光纤耦合的损耗， 从而提高耦合效率是一个重要的课题。最简单的耦合方式是直接耦合，即光源与光纤对接。在半导体光源与小数值孔径的光纤对接时，可用下列经验公式粗略估算耦合效率: (10.6) 式中，ηc为耦合效率，NA为光纤的数值孔径，θ⊥和θ∥分别为光源的垂直光束发散角和水平光束发散角。 对于面发光二极管，θ⊥=θ∥=120°，则式(10.6)可简化为 (10.7) 对于边发光二极管，θ∥=120°，则式(10.6)可简化为 (10.8) 图 10.23 画出了发光二极管和光纤的几种耦合方法。 图 10.23 LED与光纤的耦合方法 图 10.24 半导体激光器与光纤的耦合方法 (a) 直接耦合； (b) 球端光纤耦合；  (c) 光纤透镜耦合； (d) 自聚焦光纤透镜耦合 10.2 光发射机 10.2.1 光发射机的基本组成及要求 在光纤通信系统中，必须将电信号经过发射机变换为光信号耦合进光纤才能传输到接收端。因此，光发射机是系统的重要组成部分。 光纤数字通信系统中的光发射机组成框图如图 10.25 所示。 图 10.25 数字光发射机的组成 对光发射机的要求主要的有以下四项指标。 (1) 输出光功率及其稳定性。发射机的输出光功率， 实际上是从其尾光纤的出射端测得的光功率，因此应称为出纤光功率。 光功率的单位为μW或mW。在工程用相对值表示， 即相对于1 mW光功率的分贝数(1 mW光功率定义为0 dB)，即： (10.9) 发射机输出光功率的大小，直接影响系统的中继距离，是进行光纤通信系统设计时不可缺少的一个原始数据。输出光功率的稳定性要求是指当环境温度变化或器件老化过程中，输出光功率要保持恒定， 例如稳定度为5%~10%。 (2) 消光比EXT。 消光比是指发全“0”码时的输出光功率P0和发全“1”码时的输出光功率P1之比，即 (10.10) 消光比的大小有两种意义： 一是反映光发射机的调制状态，消光比值太大，表明光发射机调制不完善， 电光转换效率低； 二是影响接收机的接收灵敏度。 一部性能完好的数字光发射机， 其消光比的值应为EXT≤1∶10。 (3) 光脉冲的上升时间tr, 下降时间tf以及开通延迟时间td。这些时间都是为了使光脉冲成为输入数字信号的准确重现， 即有相适应的响应速度。 (4) 无张弛振荡。若加的电信号脉冲速率较高，则输出光脉冲可能引起张弛振荡，这时必须加以阻尼，以使发射机能正常工作。 此外，还有电路难易、电源功耗、成本等指标。要达到较理想的指标，就必须适当选择光源器件和驱动电路。 10.2.2 光发射机的光调制技术 1. 光源调制方式 根据调制与光源的关系，光调制可分为直接调制和间接调制两大类。 直接调制方法仅适用于半导体光源(LD和LED)，这种方法是把要传送的信息转变为电流信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，所以采用电源调制方法。直接调制后的光波电场振幅的平方与调制信号成一定比例关系，是一种光强度调制(IM)的方法。 间接调制是利用晶体的电光效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光幅射的调制，这种调制方式既适应于半导体激光器，也适应于其它类型的激光器。间接调制最常用的是外调制的方法，即在激光形成以后加载调制信号。其具体方法是在激光器谐振腔外的光路上放置调制器，在调制器上加调制电压，使调制器的某些物理特性发生相应的变化，当激光通过它时，得到调制。对某些类型的激光器，间接调制也可以采用内调制的方法，即在激光器的谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制调制元件的物理性质，将改变谐振腔的参数，从而改变激光输出特性以实现其调制。 表 10.3 光源的各种调制方法 2. 光源直接调制原理 直接调制技术具有简单、经济、 容易实现等优点，是光纤通信中最常采用的调制方式，但只适用于半导体激光器和发光二极管， 这是因为发光二极管和半导体激光器的输出光功率(对激光器来说，是指阈值以上线性部分)基本上与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制也呈线性，所以可以通过改变注入电流来实现光强度调制。 从调制信号的形式来说，光调制又可分为模拟信号调制和数字信号调制。模拟信号调制是直接用连续的模拟信号(如话音、 电视等信号)对光源进