第4章 光源的调制和光发射机ppt课件

第四章 光源的调制和光发射机
2、声/光调制器 声/光调制器是利用介质的声光效应制成。 所谓声光效应，是由于声波在介质中传播时，介质受声 波压强作用而产生应变，这种应变使得介质的折射率发生变 化，从而影响光波传输特性，这就是声光效应。 将钛（Ti）扩散到铌酸锂（Li Nb O2）基底材料上，用光 刻法制出波导的具体尺寸，可构成光波导调制器，它具有体 积小，重量轻，有利于光集成等特点。 具有代表性的光波导调制器包括： 1°光波相位调制器 2°行波方向耦合型光波导调制器 3°干涉型光波导调制器 4°衍射型光波导调制器
2
0.5～2GHz。这些特性与激光器有源区的电子自发复合 寿命和谐振腔内光子寿命以及注入电流初始偏差量有关。
第四章 光源的调制和光发射机
张驰振荡和电光延迟的后果是限制调制速率，当最高调制 频率接近张驰振荡频率时(f调max＝fr)，波形失真严重，会使 接收在抽样判决时增加误码率，因此，实际使用的最高调制频 率应低于张驰振荡频率。 电光延迟要产生码型效应：当电光延迟时间 t d 与数字调制 的码元持续时间 T / 2 为相同数量级时，会使“0”码过后的第一 个“1”码的脉冲宽度变窄，幅度减小，严重时可能使单个“1” 码丢失，这种现象称“码型效应”如图4.5所示。 用适当的“过调制”补偿方法，如图4.5（C）所示，可以 消除型效应。
第四章 光源的调制和光发射机
§4-2 光发射机
在光纤通信中，光发射机的作用是把从电端机送来的 电信号转变成光信号，送入光纤路进行传输。
一、对光发射机的要求 1、有合适的输出光功率 光发射机的输出光功率，通常是指耦合进光纤的功率， 亦称入纤功率。入纤功率越大，可通信的距离就越长，但太 大也会使系统工作于非线性状态，对通信产生不良影响，甚 至烧坏光接机的PIN管，这要根据实际情况进行设计，同时 要求光功率稳定度在5～10%。
第四章 光源的调制和光发射机
2、有较好的消比Ext 定义： Ext＝
全“ 0 ”码时的平均光功率 P0 全“ 1 ”码进的平均光功率 P 1
对已调制的光源，希望在“0”码时，没有光功率输出， 否则它将使系统产生噪声，从而使接收机灵敏度下降， 一般要求Ext≤10%。 3、调制特性好 即要求调制效率和调制频率要高，以满足大容量、高 速率光纤通信系统的要求。 4、其它 要求电路简单，成本低，光源寿命长，运行稳定可行等。
第四章 光源的调制和光发射机
2、自脉动现象 某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动 下，当注入电流达到某个范围时，输出光 脉冲出现持续等幅的调频振荡，这种现象 称自脉动现象（如图4.6所示）。频率可 达2GHZ，严重影响LD的高速调制特性。 自脉动现象是激光器内部不均匀增益 或不均匀吸收产生的，往往和LD的P－I 曲线的非线性有关，自脉动发生的区域和 P－I曲线扭折区域相对应，因此，选择激 光器时应特别注意。
第四章 光源的调制和光发射机
三、光源的调制特性
半导体激光器是光纤通信的理想光源，但在高速脉 冲调制下，其瞬态特性仍会出现许多复杂现象。如常见 的电光延迟，张驰振荡和自脉动现象。这种特性严重限 制系统传输速率和通信质量，在电路的设计时，要给予 充分考虑。 1、电光延迟和张驰振荡现象 半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲瞬态 响应波形如图4.4所示： 输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟 时间，称光电延迟时间td，其数量级一般为ns。 当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐 渐衰减的振荡，称为张驰振荡，其频率 f r ( r ) 一般为
第四章 光源的调制和光发射机
下面简单介绍常用的二种间接调制器。 1、电/光调制器
电－光调制器的基本工作原理是晶体 的线性电光效应，电光效应是指：电场 引起晶体折射率变化的现象。能够产生 电光效应的晶体称为电光晶体。 如令Δｎ为电光晶体折射率由外加电 E 场 引起的变化，它可随 成线性变化， E 也可随E成平方变化（非线性）。在调制 器中，主要利用电光晶体Δｎ的线性变化 项，称帕克耳效应。（Pockel's effect）。
模拟信号的直接调制 这种调制方法就是直接让LED的注入电 流跟随反映语音或图像等模拟量变化，从而 使LED管的输出光功率跟随模拟信号变化(如 图4.1)。 由图可见，这了使已调制的光波信号的 非线性失真小，应适当选择直流偏置注入电 流的大小。
第四章 光源的调制和光发射机
数字信号的直接调制 LD和LED直接光强数字调制原理如图4.2所示：
It：阈值电流 IB：偏置电流 ID：注入调制电流 由图可见，当LD激光器的驱动电流I大于阈值It电流时，输出 光功率P和驱动电流I基本上是线性关系，输出光功率正比于输 入电流，所以输出光信号反映输入电信号。
第四章 光源的调制和光发射机
二、光源的间接调制 如图4.3所示，它是根据某些“电/光”或“声/光”晶 体的光波传输特性随电压或声压等外界因素的变化而变化 的物理现象而提出的一种调制方式。 对光源的直接调制，具有简单方便等优点，但这种调 制方法会使得激光器的动态谱线增宽，造成在传输时色散 增大，从而限制了通信容量和传输速率。 采用间接调制可克服上述缺点，尤其在调制速率上， 至少可提高一个数量级。
第四章 光源的调制和光发射机
二、光发射机的组成 数字光发射机的原理框图如下：
第四章 光源的调制和光发射机
光发射机主要由光源和电路两部分组成，各部分功能如下： 1、光源 对通信用光源的要求如下 （1）发射的光波长和光纤低损耗“窗口”一致，即中心波长应 在0.85μm,1.31μm和1.55μm附近，光谱单色性要好，即谱线 宽度要窄，以减小光纤色散对带宽的限制。 （2）电/光转换效率要高，即要求在足够低的驱动电流下，有 足够大而稳定的输出光功率，且线性良好，发射光束的方向 性要好，即远场的辐射角要小，以利于提高光源与光纤之间 的耦合效率。 （3）允许的调制速率要高或响应速度要快，以满足系统大传输 容量的要求。 （4）器件能在常温下以连续波方式工作，要求温度稳定性好， 可靠、长寿命。 （5）其它：体积小，重量轻，安装方便，价低。
第四章 光源的调制和光发射机
第4章 光源Baidu Nhomakorabea 调制和光发射 机
第四章 光源的调制和光发射机
一、光源的直接调制
这种调制方式又称为“内调制”。 直接调制常用的三种方法 ①模拟强度调制（AIM）这种方式与基带传输 相似。 ②脉冲位置调制（PPM）这种方式适应光源和 检测管的特性，实际仍属于模拟调制。 ③数字调制，如PCM－IM，这是常用方式。