最新《光纤通信》第三章光接收机
- 格式:ppt
- 大小:898.00 KB
- 文档页数:35
光接收机的结构及原理光接收机是一种用于接收光信号并转换为电信号的设备。
它在光通信系统中起着至关重要的作用。
本文将详细介绍光接收机的结构和原理,以匡助读者更好地理解该设备的工作原理和性能。
一、光接收机的结构光接收机通常由以下几个主要组成部份构成:1. 光探测器:光探测器是光接收机的核心部件,用于将光信号转换为电信号。
常见的光探测器包括光电二极管(Photodiode)和光电导(Phototransistor)等。
光电二极管是一种半导体器件,当光照射到其PN结时,会产生电流。
光电导是一种具有放大功能的光电二极管,它可以将光信号转换为电流信号,并通过放大电路放大电流信号。
2. 光电转换电路:光电转换电路用于将光电二极管或者光电导输出的微弱电流信号转换为电压信号,并进行放大。
光电转换电路通常包括前置放大电路、滤波电路和放大器等。
前置放大电路用于提高光电二极管或者光电导的灵敏度,滤波电路用于滤除噪声和杂散信号,放大器用于放大电流信号,以便进一步处理和解析。
3. 接收电路:接收电路用于对光电转换电路输出的电压信号进行解码和处理。
它通常包括解调电路、解码电路和信号处理电路等。
解调电路用于将调制的光信号解调为基带信号,解码电路用于将基带信号解码为原始数据信号,信号处理电路用于对原始数据信号进行滤波、放大和整形等处理,以便进一步应用和分析。
4. 光纤连接器:光纤连接器用于将光接收机与光纤连接起来,以实现光信号的传输。
常见的光纤连接器有FC、SC、LC等不同类型,它们具有低插损、高耐用性和良好的光学性能,能够确保光信号的高质量传输。
二、光接收机的工作原理光接收机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤:1. 光信号接收:光接收机首先接收来自光纤的光信号。
光信号通过光纤传输到光接收机的光探测器。
2. 光电转换:光探测器将接收到的光信号转换为电信号。
光电二极管或者光电导在光照射下产生电流,电流的大小与光信号的强度成正比。
3. 电信号放大:光电转换电路对光电二极管或者光电导输出的微弱电流信号进行放大。
光接收机的结构和原理光接收器,又称为光电探测器或光检测器,是光通信系统中重要的组成部分。
它用于将光信号转换为电信号,并在接收端进行信号放大和处理。
光接收器的结构和原理决定了其灵敏度、速度和可靠性等特性。
在典型的光接收器中,可以找到以下几个主要组成部分:1.光电转换器:光电转换器通常由光电二极管、光电效应材料或光伏电池等组成。
它的作用是将光信号转换为电荷或电压。
2.前放器:前放器用于放大光电转换器输出的电信号。
它通常由放大器、滤波器和电源等组成。
前放器的作用是增强信号强度,并提高信号噪声比。
3.可调增益控制器:可调增益控制器用于控制信号放大倍数。
光接收器通常需要调整增益来适应不同的光信号强度。
可调增益控制器允许用户根据需要调整放大倍数。
4.信号处理电路:信号处理电路用于对接收到的光信号进行处理。
它通常包括滤波器、放大器、时钟恢复电路和调制解调器等。
信号处理电路的作用是提取和解码光信号中的信息。
5.输出接口:输出接口用于将处理后的电信号传递给下游设备或系统。
它通常包括电缆连接器、光纤连接器和电路板连接器等。
光接收器的原理基于光电效应,即光照射到特定材料上时会产生电流或电荷。
光接收器的工作流程如下:1.光信号输入:光信号通过光纤或其他光路输入到光接收器中。
2.光电转换:光信号照射到光电转换器上,激发光电效应材料中的电子。
这些激发的电子会产生电流或电荷,并通过引出线路传输出来。
3.信号放大:经过光电转换的信号被传输到前放器中。
前放器对信号进行放大和滤波,以增强信号强度并减小背景噪声。
4.增益控制:可调增益控制器调整信号的放大倍数。
这是为了适应不同的信号强度,避免信号过载或衰减。
5.信号处理:信号处理电路对信号进行进一步的处理,如滤波和解调。
滤波器可以去除噪声和杂散信号,解调器可以提取和恢复光信号中的编码信息。
6.输出信号:经过处理的信号通过输出接口传输给下游设备或系统,进行后续的数据处理或应用。
光接收器的性能由其结构和原理决定。
课程名称:光纤通信实验名称:实验3 接收机灵敏度和动态范围测量实验姓名:班级:学号:实验时间:指导教师:得分:一、实验目的1、了解和掌握光收端机灵敏度的指标要求和测试方法。
2、掌握误码仪的使用方法。
二、实验器材主控&信号源模块25 号光收发模块23 号光功率计 & 误码仪模块三、实验原理光接收机的性能指标主要包括灵敏度和动态范围。
(1)灵敏度灵敏度是光端机的重要特性指标之一,它表示了光接收机接收微弱信号的能力,是系统设计的重要依据。
光接收机灵敏度的定义是:在给定误码率或信噪比条件下,光接收机所能接收的最小平均光功率。
在测灵敏度时应注意 3 点:1、在测量光接收机灵敏度时,首先要确定系统所要求的误码率指标。
对不同长度和不同应用的光纤数字通信系统,其误码率指标是不一样的。
例如,在短距离光纤数字通信系统中,要求误码率一般为,而在 420km 数字段中,则要求每个中继器的误码率为。
对同一个光接收机来说,当要求的误码率指标不同时,其接收机的灵敏度也就不同。
要求误码率越小,则灵敏度就越低,即要求接收的光功率就越大。
因此,必须明确,对某一接收机来说,灵敏度不是一个固定不变的值,它与误码率的要求有关。
测量时,首先要确定系统设计要求的误码率,然后再测该误码率条件下的光接收机灵敏度的数值。
2、要注意光接收机灵敏度定义中的光功率是指最小平均光功率,而不是指任何一个在达到系统要求的误码率时所对应的光功率。
因此,要特别注意“最小”的概念。
所谓“最小”,就是指当接收的光功率只要小于此值,误码率立即增加而达不到要求。
应该指出,对某一接收机来说,光功率只要在它的动态范围内变化,都能保证系统要求的误码率。
但灵敏度只有一个,即接收机所能接收的最小光功率。
3、灵敏度指的是平均光功率,而不是光脉冲的峰值功率。
这样,光接收机的灵敏度就与传输信号的码型有关。
码型不同,占空比不同,平均光功率也不同,即灵敏度不同。
在光纤数字传输系统中常用的 2 种码型 NRZ 码和 RZ 码的占空比分别为100%和 50%。
光接收机的结构及原理一、光接收机的概述光接收机(Optical Receiver)是指把光信号转换成电信号的装置,常用于光纤通信等场合。
光接收机又称为光检测器,光探测器(photo-detector)或光电转换器(Optical-to-Electrical Converter,OEC)。
光接收机必须能够快速、准确地将光信号转换为相应的电信号,而且要具备良好的稳定性和抗干扰能力。
二、光接收机的结构光接收机通常由以下五个部分组成:•光纤接收头•光电转换器•前置放大器•滤波器•后置放大器2.1 光纤接收头光纤接收头是光接收机的入口部分,主要功能是把光纤中传输的光信号转换成电信号,进一步进行处理。
光纤接收头由透镜、滤波器、光电转换器等部分组成,一般都是具有高精度、高质量、高稳定性的组件。
2.2 光电转换器光电转换器是光接收机的核心组件,它是将光信号转换成电信号的装置。
光电转换器通常采用半导体材料,如硅、锗、InGaAs等材料制造而成。
光电转换器有两个电极,当光照射在光电转换器上时,产生光电效应,使电子加速并跃迁,进而导致电流的流动,从而将光信号转换成电信号。
2.3 前置放大器前置放大器是光接收机的信号前置放大器,主要功能是将弱电信号进行放大,增强信号的强度,减少噪声对信号的影响。
前置放大器一般采用低噪声放大器,能提高信噪比,保证信号的传输质量。
2.4 滤波器滤波器是光接收机中的重要组成部分,主要通过选择特定的频率范围内的电信号,剔除掉干扰信号,使得输出信号更加纯净。
滤波器的种类有很多,如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
根据需要选择不同的滤波器,进行信号的处理和滤波。
2.5 后置放大器后置放大器是光接收机的信号后置放大器,主要作用是对放大信号进行进一步的增强,以达到输出信号的高质量、高精度和高效率。
三、光接收机的原理光接收机的原理是光电转换技术,即把光信号转换为电信号。
它的基本原理是:在光电转换器中,光束在达到光电转换器表面后,被半导体吸收产生电子-空穴对,使电子加速并跃迁,进而导致电流的流动,从而将光信号转换成电信号。
1.计算一个波长为1m λμ=的光子能量,分别对1MHz 和100MHz 的无线电做同样的计算。
解:波长为1m λμ=的光子能量为834206310// 6.6310 1.991010c m s E hf hc J s J mλ---⨯===⨯⋅⨯=⨯ 对1MHz 和100MHz 的无线电的光子能量分别为346286.6310110 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯346266.631010010 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯2.太阳向地球辐射光波,设其平均波长0.7m λμ=,射到地球外面大气层的光强大约为20.14/I W cm =。
如果恰好在大气层外放一个太阳能电池,试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。
解:光子数为3484441660.14 6.6310310101010 3.98100.710c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯=⨯=⨯⨯ 3.如果激光器在0.5m λμ=上工作,输出1W 的连续功率,试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。
解:粒子数为3482161 6.6310310 3.98100.510c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯====⨯⨯ 4.光与物质间的相互作用过程有哪些?答:受激吸收,受激辐射和自发辐射。
5.什么是粒子数反转?什么情况下能实现光放大?答:粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。
处于粒子数反转分布的介质(叫激活介质)可实现光放大。
6.什么是激光器的阈值条件?答:阈值增益为1211ln 2th G L r r α=+其中α是介质的损耗系数,12,r r 分别是谐振腔反射镜的反射系数。
当激光器的增益th G G ≥时,才能有激光放出。
(详细推导请看补充题1、2)7.由表达式/E hc λ=说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽度在长波长中会变得更宽些?证明:由/E hc λ=得到2hc E λλ∆=-∆,于是得到2E hc λλ∆=-∆,可见当E ∆一定时,λ∆与2λ成正比。
光纤通信原理课后答案【篇一:光纤通信原理参考答案】>第一章习题1-1 什么是光纤通信?光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
1-2 光纤通信工作在什么区,其波长和频率是什么?1-3 bl积中b和l分别是什么含义?系统的通信容量用bl积表示,其含义是比特率—距离积表示,b为比特率,l为中继间距。
1-4 光纤通信的主要优点是什么?光纤通信之所以受到人们的极大重视,是因为和其他通信手段相比,具有无以伦比的优越性。
主要有:(1) 通信容量大(2) 中继距离远(3) 抗电磁干扰能力强,无串话(4) 光纤细,光缆轻(5) 资源丰富,节约有色金属和能源。
光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。
因而经济效益非常显著。
1-5 试画出光纤通信系统组成的方框图。
一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
1-5 试叙述光纤通信的现状和发展趋势。
略1第二章习题求:(1) 激光波长;(2) 平均能流密度;(3) 平均能量密度;(4) 辐射强度;1)??c3?108(??3?1013?10?5m(2)?ws?10010?10?9(10?2)2?3.18?1013j/ms2(3)?c?3.18?10133?108?1.06?105j/m2s(4)i??3.18?1013j/ms22-2 以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1m。
(1)从第一级明纹到同侧旁第四级明纹间的距离为7.5mm,求单色光的波长;(1)??axd??k?x?d?d?1a x4?4axd?4?x1?3aa(x4?x1)3d?5?10?7m(2)?x?d?a?3?10?3m22-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。
油的折射率为1.3,玻璃的折射率为1.5 ,若单色光的波长可由光源连续调节,并观察到500nm与700nm这两个波长的单色光在反射中消失,求油膜的厚度。
解:由于空气的折射率小于油的折射率,油的折射率小于玻璃的折射率,薄油膜的上、下两表面反射而形成相干光,由于两束光的路程不同而引起的光程差为2 n2e;由于薄油膜的上、下两表面反射光都发生位相突变而不引起额外的光程差。
光纤通信课后答案第一章基本理论1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么?答:当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率,即O<V<2.40483时,此时管线中只有一种传输模式,即单模传输。
2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响?答:在光纤通信系统中,光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一,在很大程度上决定着传输系统的中继距离;光纤的色散引起传输信号的畸变,使通信质量下降,从而限制了通信容量和通信距离。
3、光纤中有哪几种色散?解释其含义。
答: (1)模式色散:在多模光纤中存在许多传输模式,不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同,到达接收端所用的时间不同,而产生了模式色散。
(2)材料色散:由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数,从而使光的传输速度随波长的变化而变化,由此引起的色散称为材料色散。
(3)波导色散:统一模式的相位常数随波长而变化,即群速度随波长而变化,由此引起的色散称为波导色散。
5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响?答:光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用,一方面可引起传输信号的附加损耗,波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等,另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。
6、单模光纤有哪几类?答:单模光纤分为四类:非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。
7、光缆由哪几部分组成?答:加强件、缆芯、外护层。
*、光纤优点:巨大带宽(200THz)、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。
*、光纤损耗:光纤对光波产生的衰减作用。
引起光纤损耗的因素:本征损耗、制造损耗、附加损耗。
*、光纤色散:由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的,不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同,导致信号的畸变。
引起光纤色散的因素:光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。
色散种类:模式色散(同波长不同模式)、材料色散(折射率)、波导色散(同模式,相位常数)。