无源光接收机 原理

广电网络维护讲座

李凤祥 2 / 37

目 录

第一章 光纤传输基础 .................................................. 3

一、光纤传输与电缆传输相比的主要特点......................................................... 3

二、光传输无源器件............................................................................................. 4

1、光分路器.................................................................................................... 4

2、光纤活动连接器........................................................................................ 4

三、光波分复用器................................................................................................. 6

第二章 有源器件 ........................................................ 8

一、内调光发射机................................................................................................. 8

二、直调发射机原理图....................................................................................... 10

CATV光接收机原理及应用

第一部分 光探测器的结构及性能

光探测器在光纤传输系统中的任务是光电转换。在信号的光传输链路中，光探测器是光接收机的心脏部件，对于强度调制系统，光探测器把输入的光束的强度变化转化为相应的电流变化；对于外差检测系统，光探测器把信号光束电场与本振光束电场之积转化为电流，其变化规律反映信号光的频率变化或相位变化。另外，在光传输链路的监测、探测系统中，光探测器还广泛用作光强传感器，例如，在激光器组件中包含光探测器，用以实现发送光功率的自动控制；在光纤放大器中，用光探测器感知输入输出光功率的大小，以实现放大器的状态控制。

在CATV光传输系统中对光探测器有如下要求：A、在系统工作的波段范围内有很高的响应效率，即对工作波段内入射的光信号，光探测器能输出较大的光电流，实际上不同材料对各种波长的光的响应效率是不一样的，在使用光探测器时必须合理选择所用的器件，才能满足系统要求。B、有足够的响应度，输出电流与输入光功率是线性关系，以保证信号不失真。C、噪声低，频带宽。光探测器在光电变换中引入的噪声应尽量小，因为光探测器的入射光信号一般相当微弱，又是光接收机的最前级，对系统的载噪比影响较大。D、可靠性高、寿命长、性能稳定，能适应一定的温度等环境条件变化，另外还要求光探测器体积小、价格低、偏置简单等。为了满足上述系统要求，目前一般都采用半导体光探测器。

一、光探测器的结构

光纤通信系统中所使用的半导体光电探测器都是利用光电效应原理制成的，所谓光电效应就是指一定波长的光照射到半导体的PN结时，价带上的电子吸收光子能量而跃迁到导带，使导带中有了电子，价带中有了空穴，从而使PN结中产生光生载流子的一种现象。

当P型半导体和N型半导体结合时（不是机械结合，而是分子间结合），能构成一个P-N结，在P、N型半导体的交界将发生载流子相互扩散的运动；P型材料中的空穴区比N型材料多，空穴将从P区扩散到N区；同样N型材料中的电子远比P型材料的多，也要扩散到P区，达到平衡时，这些向对方扩散的载流子将积聚在P区和N区交界面的附近，形成空间电荷区，称为结区，如下图所示：

《光纤通信原理与技术》课程教学大纲

英文名称:Fiber Communication Principle and its Application

学时:51 学分：3

开课学期：第7学期

一、课程性质与任务

通过讲授光纤通信技术的基础知识,使学生了解掌握光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机)。通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法,了解光纤通信的未来与发展，为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。

二、课程教学的基本要求

要求通过课堂认真听讲和实验课,以及课下自学，基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况，熟悉光纤通信在电信、通信中的应用，为今后的工作打下坚实的理论基础。

三、课程内容

第一章 光通信发展史及其优点（1学时）

第二章 光纤的传输特性（2学时）

第三章 影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时）

第四章 光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时）

第五章 光纤通信技术中的光有源器件（3学时)

第六章 光纤通信技术中使用的光放大器（4学时）

第七章 光纤传输系统（4学时)

第八章 光纤网络介绍（6学时）

第九章 光纤通信原理与技术实验(17课时)

四、教学重点、难点

本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换，光电信息技术应用,光电新产品开发举例。本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。

五、教学时数分配

教学时数51学时，其中理论讲授34学时，实践教学17学时。（教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2）

六、教学方式

理论授课以多媒体和模型教学为主，必要时开展演示性实验。

七、本课程与其它课程的关系

1。本课程必要的先修课程

《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程

2。本课程的后续课程

《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。

CATV光接收机原理及应用.txt3努力奋斗，天空依旧美丽，梦想仍然纯真，放飞自我，勇敢地飞翔于梦想的天空，相信自己一定做得更好。4苦忆旧伤泪自落，欣望梦愿笑开颜。5懦弱的人害怕孤独，理智的人懂得享受孤独CATV光接收机原理及应用

第一部分 光探测器的结构及性能

光探测器在光纤传输系统中的任务是光电转换。在信号的光传输链路中，光探测器是光接收机的心脏部件，对于强度调制系统，光探测器把输入的光束的强度变化转化为相应的电流变化；对于外差检测系统，光探测器把信号光束电场与本振光束电场之积转化为电流，其变化规律反映信号光的频率变化或相位变化。另外，在光传输链路的监测、探测系统中，光探测器还广泛用作光强传感器，例如，在激光器组件中包含光探测器，用以实现发送光功率的自动控制；在光纤放大器中，用光探测器感知输入输出光功率的大小，以实现放大器的状态控制。

在CATV光传输系统中对光探测器有如下要求：A、在系统工作的波段范围内有很高的响应效率，即对工作波段内入射的光信号，光探测器能输出较大的光电流，实际上不同材料对各种波长的光的响应效率是不一样的，在使用光探测器时必须合理选择所用的器件，才能满足系统要求。B、有足够的响应度，输出电流与输入光功率是线性关系，以保证信号不失真。C、噪声低，频带宽。光探测器在光电变换中引入的噪声应尽量小，因为光探测器的入射光信号一般相当微弱，又是光接收机的最前级，对系统的载噪比影响较大。D、可靠性高、寿命长、性能稳定，能适应一定的温度等环境条件变化，另外还要求光探测器体积小、价格低、偏置简单等。为了满足上述系统要求，目前一般都采用半导体光探测器。

一、光探测器的结构

光纤通信系统中所使用的半导体光电探测器都是利用光电效应原理制成的，所谓光电效应就是指一定波长的光照射到半导体的PN结时，价带上的电子吸收光子能量而跃迁到导带，使导带中有了电子，价带中有了空穴，从而使PN结中产生光生载流子的一种现象。