最新《光纤通信》第三章光接收机
《光纤通信》课后习题及答案
1．光纤通信的优缺点各是什么？
答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。
缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。
2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？
答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD。然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继
器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。
光纤通信原理第三章3 光接收机灵敏度
3. 由光电检测器的响应度和放大器的传递 函数求出输入端“1”和“0”码时接收光功 率；
4. 求出平均光功率。
v0 :"0" 码时输出电压的均值; v1 :"1" 码时输出电压的均值; D : 判决电平; f 0 ( x) :"0" 码时输出电压的概率密度 f1 ( x) :"1" 码时输出电压的概率密度
“0”码误判为“1”码的概率：
E01 =
“1”码误判为“0”码的概率：
E10 =
总误码率 BER
BER = P(0)E01 + P(1)E10
P(0)和P(1)分别表示码流中“０”码和“１”码出现的概
放大器的噪声是高斯分布的白噪声； 光电变换是泊松分布的随机过程； 雪崩倍增过程则是一个非常复杂的 随机过程。
1.高斯近似假设
放大器的噪声是概率密度函数为高斯函 数的白噪声
f ( x) =
v : 均值;
2: 放大器输出端的总噪声功率
2 =
2
:"1" 码时检测器输出噪声电压的均方值
1
当判决码元是“0”码时，放大器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ出电压 概率密度函数为：
V0 : 没有噪声存在时"0" 码的输出电压
Vn2a V 2 :"0" 码时检测器输出噪声电压的均方值
第三章 光纤通信系统
一种是紧套结构, 如图3-6(a)所示, 在光纤与护
套之间有一个缓冲层, 其目的是为了减少外面应力对 光纤的作用。 缓冲层一般采用硅树脂, 二次涂覆用尼
龙。 这种光纤的优点是结构简单, 使用方便。
另一种是松套结构, 如图3-6(b)所示, 将一次涂 覆后的光纤放在一个管子里, 管中填充油膏, 形成松套 结构。 这种光纤的优点是机械性能好, 防水性能好, 便 于成缆。
根据光中继器的上述作用, 一个功能最简单的光 中继器应由一个没有码型变换的光接收机和没有功放 和码型变换的光发射机相接而成, 如图3-13所示。
第三章 光纤通信系统
前置 放大器 光纤 光电 检测器
主放大
均衡
判决
调制电路
光源
光纤
自动功 率控制
时钟提取
自动功 率控制
图3-13 最简单的光中继器原理方框图
第三章 光纤通信系统
第三章 光纤通信系统
3.1 概述
3.2 光纤与光缆 3.3 光端机的组成 3.4 光纤通信系统的组成 3.5 光纤的测量
习题
第三章 光纤通信系统
3.1 概述
3.1.1 光纤通信的发展历史
利用光导纤维作为光的传输媒介的光纤通信, 其发展 只有二三十年的历史。 光纤通信的发展可分为以下几代 进程: 第一代光纤通信系统, 是以1973～1976年的850 nm 波长的多模光纤通信系统为代表。 第二代光纤通信系统, 是20世纪70年代末, 80年代初的多模和单模光纤通信系统。 第三代光纤通信系统， 是20世纪80年代中期以后的长波 长单模光纤通信系统。第四代光纤通信系统, 是指进入20
光纤通信中的光发射机与光接收机
001
110
…
mBlP码
1001
0000
0011
1100
…
14
光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
三、1B2B码 （1）CMI码 CMI码又称传号反转码，它是一种1B2B码。其变换规则是
原码的“0”码用“01”码代替，原码的“1”码用“00”或“11” 交替代替。
（2）双相码 双相码又称分相码。也是一种1B2B码。其变换规则是原码 的“0”码用“01”码代替，原码的“1”码用“10”代替。
23
光纤通信原理与设备
4.4数字接收机的组成及技术指标
二、框图 强度调制—直接检波（IM-DD）的光接收机方框图如图4
所示，主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均衡
器、时钟恢复电路、取样判决器以及自动增益控制（AGC）
电路等。
图4 数字光接收机方框图（动画）
24
光纤通信原理与设备
4.4数字接收机的组成及技术指标
mB1P 插入码
mB1C
mB1H 加扰NRZ
（1）P码满足奇校验规则 （2）P码满足偶校验规则
给输入NRZ序列加扰
传输速率
误码监测
适用系统
2fi
按编码规则检查
2fi
同上
2fi
同上
nfi /m
（1）查禁用码字 （2）利用DRS
光纤通信_实验3实验报告接收机灵敏度和动态范围测量实验
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。
《光纤通信》课后习题答案
1．光纤通信的优缺点各是什么？
答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。
缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。
2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？
答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和A PD。然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继
《光纤通信》课后习题答案..
1．光纤通信的优缺点各是什么？
答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。
缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。
2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？
答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD。然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继
器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。
光纤通信第三章3-接收机灵敏度
误码率
误码率
接收机灵敏度决定了系统在给定信噪比条件下能够 达到的最低误码率。当信号低于某一阈值时，误码 率开始显著增加。
阈值信号
在给定的信噪比下，能够使误码率为零所需的最小 输入信号功率。
动态范围
系统正常工作所需的输入信号功率范围，即阈值信 号与噪声功率之间的差值。
信噪比
80%
信噪比
信号功率与噪声功率之比，用于 衡量接收机提取有用信号的能力 。
100%
噪声来源
主要包括散弹噪声、热噪声和激 光器自发辐射噪声等。
80%
信噪比改善
通过降低噪声、提高信号功率或 降低系统带宽等方法可以提高信 噪比，从而提高接收机灵敏度。
动态范围
动态范围
系统正常工作所需的输入信号功率范围，即最大可承受的信号功率与 阈值信号之间的差值。
线性动态范围与非线性动态范围
动态范围可分为线性动态范围和非线性动态范围，分别对应于线性放 大和指数放大的情况。
光纤通信第三章接收机灵敏度
目
CONTENCT
录
• 接收机灵敏度的定义 • 接收机灵敏度与系统性能的关系 • 提高接收机灵敏度的方法 • 接收机灵敏度与其他参数的关系 • 实际应用中的考虑因素
01
接收机灵敏度的定义
Biblioteka Baidu
定义
接收机灵敏度是指接收机在特定噪声背景下，能够检测到的最小 信号功率。它反映了接收机对微弱信号的检测能力。
《光探测和光接收机》课件
新型光探测和光接收机技术
1 2
超快光探测技术
利用超快激光脉冲实现对高速光信号的探测，具 有高响应速度和宽带宽的特点。
量子光探测技术
利用量子力学原理实现对微弱光信号的高灵敏度 探测，具有高精度和高稳定性的优点。
3
表面等离子体增强光探测技术
利用表面等离子体的局域场增强效应，提高光探 测器的灵敏度和响应速度。
利用反向偏置下的隧道 击穿原理，具有极高的 灵敏度和快速响应速度
。
光电导探测器
利用半导体的光电导效 应，将光信号转换为电
信号。
光探测器的性能参数
响应度
指光探测器的输出电流或电压与入射光 功率之比，是衡量光探测器性能的重要
参数。
噪声等效功率
指达到一定信噪比时探测器所需的最 小光功率，反映了探测器的噪声性能
工作原理
光探测和光接收机的工作原理基于光电效应，当光照射到光 敏元件上时，光子能量被吸收并产生电子-空穴对，从而形成 光电流。通过光电转换，光信号被转换为电信号。
光探测和光接收机的应用领域
通信领域
光探测和光接收机在光纤通信系统中 广泛应用于信号的接收和处理，是实 现高速、大容量通信的重要设备之一 。
。
带宽
指光探测器的响应速度，即光探测器 对不同频率的光信号的响应能力。
线性范围
指光探测器在保持线性响应时的最大 入射光功率范围，反映了探测器的动 态范围。
光纤通信第三章至第八章习题解答
• 5、目前光纤通信中为什么普遍采用双异质结结构的条形半导体激光 器作为光源？比较增益波导型和折射率波导型两种条形激光器各有什 么特点？
• 异质结和同质结结构激光器在阈值电流密度上存在较大差别，参见3.1.1。 • 增益波导型和折射率波导型激光器的区别参见3.1.1。
• 6、在光纤通信系统中对LD驱动电路和偏置电路有什么要求？在LD驱 动电路中为什么一定要加偏置电流？偏置电流应加多大才合适？若偏 置电流加得过大或过小对LD的调制特性会产生什么影响？
• 9、在数字光纤通信系统中，选择线路码型时要考虑哪几 个因素？ …… 某数字光纤通信系统中， 信息码速为
• 139.264Mbit/s，若采用5B6B码其线路码速为多少？若采 • 用4B1H线路码速又为多少？
• 线路码型的选取原则参见3.3.2。 • 除扰码外，字变换码和插入码都会提高线路传输速率，本题中， • 5B6B码型： • 线路速率为139.264×6/5=167.1168Mbit/s • 4B1H码型： • 线路速率为139.264×(4+1)/4=174.08Mbit/s
• 10、光接收机电路中为什么以FET构成最前端的互阻抗放 大器？
• 参见4.2.1，重点是理解前置放大对高灵敏度和低噪声的要求和FET宽频带、低噪声的 特点。
• 11、列出影响光纤通信系统中接收机灵敏度的各种因素。 并说明这些因素是怎样影响接收机灵敏度的。
梁瑞生《现代光纤通信技术及应用》课后习题及参考答案
第1章概述
1－1、什么是光纤通信？
参考答案：光纤通信(Fiber-optic communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，其先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。光经过调变后便能携带资讯。光纤通信利用了全反射原理，即当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。
1－2、光纤通信技术有哪些特点？
参考答案：(1)无串音干扰，保密性好。 (2)频带极宽，通信容量大。
(3)抗电磁干扰能力强。 (4)损耗低，中继距离长。
(5)光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设。
除以上特点之外，还有光纤的原材料资源丰富，成本低;温度稳定性好、寿命长等特点。
1－3、光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
参考答案：光纤通信系统最基本由光发送机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。其中光发送机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光接收机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。
(1)光发送机：由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
(2)光接收机：由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。
光接收机(光纤通信课件)
2 光接收机的动态范围（D）
在保证系统误码率指标的条件下，接收机的最低输入光功率（dBm）和最大 允许输入光功率（dBm）之差（dB）。即
D＝10lg Pmax 10lg Pmin 10lg Pmax (dB)
103
103
Pm in
低于这个动态范围的下限（即灵敏度），如前所述将产生过大的误码；高于 这个动态范围的上限，在判决时亦将造成过大的误码。
4 光接收机的电路噪声
光接收机的电路噪声主要指前置放大器噪声， 其中包括电阻热噪声及晶体管组件内部噪声。
一Fra Baidu bibliotek数字光接收机
（三） 光接收机的主要指标
1 光接收机的灵敏度
光接收机的灵敏度是指在系统满足给定误码率指标的条件下，光接收机所需的 最小平均接收光功率Pmin（mW）。工程中常用毫瓦分贝（dBm）来表示，即
小结
3. 数字光发射机基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、 扰码、时钟提取、光源、光源的调制（驱动）电路、光源的 控制电路（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。 4. 对光源进行强度调制的方法分为两类，即直接调制（内调 制）和间接调制（外调制）。 5. 数字光接收机主要包括光电检测器、前置放大器、主放大 器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制 （AGC）电路。
小结
6．光接收机的噪声主要来自光接收机内部噪声：包括光电 检测器的噪声和光接收机的电路噪声。光电检测器的噪声 包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪 声；电路噪声主要是前置放大器的噪声。
《光纤通信》第3章课后习题答案
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 m
λ---⨯===⨯⋅⨯=⨯ 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
348
4441660.14 6.6310310101010 3.98100.710
c 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
348
2161 6.6310310 3.98100.510
c 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。
光接收机的结构及原理
光接收机的结构及原理
光接收机是一种用于接收光信号的设备，它的主要功能是将光信号转换为电信号，以便进一步处理和传输。在光纤通信系统中，光接收机起着至关重要的作用，它能够接收光纤中传输的光信号，并将其转换为电信号，然后通过电路进行放大、滤波和解调等处理，最终将信号传递给接收端设备。
光接收机的结构通常包括光电转换器、前置放大器、电路滤波器和解调器等组成部分。下面将详细介绍这些组成部分的工作原理和功能。
1. 光电转换器：
光电转换器是光接收机的核心部分，它能够将光信号转换为电信号。光电转换器一般由光电二极管或光电探测器组成，当光信号照射到光电转换器上时，光子能量会激发光电转换器内的电子，使其跃迁到导带，从而产生电流。这个电流信号就是光信号经过转换后的电信号。
2. 前置放大器：
光接收机中的前置放大器主要负责放大光电转换器输出的微弱电信号，以增强信号的强度。前置放大器通常采用高增益、低噪声的放大器芯片，可以通过调节放大倍数来适应不同信号强度的接收。
3. 电路滤波器：
电路滤波器用于滤除光接收机中的杂散信号和噪声，以保证信号的纯净度和可靠性。电路滤波器可以根据需要选择不同的滤波器类型，如低通滤波器、带通滤波器等，以滤除不同频率范围内的干扰信号。
4. 解调器：
解调器是光接收机中的最后一个环节，它负责将经过放大和滤波处理后的电信号解调为原始的信息信号。解调器根据光信号的调制方式选择不同的解调算法，如频率解调、相位解调等，以还原出原始的信号。
除了以上核心组成部分，光接收机还可能包括其他辅助部件，如光电转换器的驱动电路、温度控制模块等，以提高设备的性能和稳定性。
光接收机的工作原理
光接收机的工作原理
光接收器是一种用于接收光信号的设备，它主要用于光通信和光传感器中。光通信是一种利用光传播信息的通信方式，可以实现高速、大容量的数据传输。
光接收器的工作原理主要包括光电转换、放大和信号处理三个过程。下面我将详细介绍这三个过程。
首先，光接收器中的光电转换模块是将光信号转化为电信号的关键组件。该模块一般由光敏元件和前置放大电路组成。光敏元件是一种可以将光能转化为电能的器件，常见的光敏元件有光电二极管（Photodiode）、光电倍增管（Photomultiplier Tube）等。当光信号照射到光敏元件上时，光子会引起光敏元件内的载流子的生成和流动，从而产生微弱的电流。前置放大电路负责将这个微弱的电流信号放大，以提高信号的强度和信噪比。
其次，放大模块是将前置放大电路输出的微弱电流信号进一步放大。放大电路一般由一个或多个放大器组成，放大器可根据所需的放大倍数和器件噪声等性能进行选择。常用的放大器有晶体管放大器、电子管放大器等，其中晶体管放大器较为常见。放大模块的作用是增强信号的幅度，以便信号能够顺利进行下一步的处理。
最后，信号处理模块是对放大后的电信号进行处理和解调的过程。在信号处理模块中，信号经过滤波、放大、整形等一系列步骤，以提取和恢复出所需的信息。
滤波是一种去除噪声和杂波的操作，其目的是确保信号质量和提高系统的信噪比。放大是将电信号再次放大，以满足后续电路的需要。整形则是对信号进行整形和重构，以便信号能够被下一级电路准确地识别和解析。
以上就是光接收器的工作原理。总体来说，光接收器首先将光信号转化为微弱的电流信号，然后经过放大和信号处理等步骤，最终将光信号转化为可以被电路系统处理和解读的电信号。光接收器在光通信和光传感器领域发挥着重要的作用，它具有高速、低噪声、大容量等优势，被广泛应用于通信、医疗、工业等领域。
光纤通信原理 第三章 光纤通信技术
WDM技术对网络升级、发展宽带业务(如CATV， HDTV 和 IP over WDM等)、充分挖掘光纤带宽潜力、实现超高速光纤通信 等具有十分重要意义，尤其是WDM加上EDFA更是对现代信息网 络具有强大的吸引力。
目前，“掺铒光纤放大器(EDFA)+密集波分复用(WDM)+非 零色散光纤(NZDSF，即G.655光纤)+光子集成(PIC)”正成为国际 上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。
2. WDM
光波分复用器和解复用器是WDM技术中的关键部件，将不 同波长的信号结合在一起经一根光纤输出的器件称为复用器(也 叫合波器)。
反之，经同一传输光纤送来的多波长信号分解为各个波长 分别输出的器件称为解复用器(也叫分波器)。
从原理上讲， 这种器件是互易的(双向可逆)，即只要将解 复用器的输出端和输入端反过来使用， 就是复用器。
WDM、 DWDM和OFDM在本质上没有多大区别
以往技术人员习惯采用WDM 和DWDM来区分是1310/1550 nm 简单复用还是在1550 nm波长区段内密集复用，但目前在电信 界应用时，都采用DWDM技术。
由于1310/1550 nm的复用超出了EDFA的增益范围，只在一 些专门场合应用，所以经常用WDM这个更广义的名称来代替 DWDM。
光波分复用（WDM）的基本原理是：在发送端将不同波长 的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中 进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)，并作 进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术 称为光波长分割复用， 简称光波分复用技术。
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G=100, x=1.0, F(G)=100, APD放大噪声比放大信号多100倍。
过剩噪声指数为APD的重要指标.
§3.2 光接收机的灵敏度
接收灵敏度
(1) 保证达到给定误码率的条件下，光接收机需 要的最小平均光功率。(W，dBm)
④因为光子计数过程的概率分布为泊松分布，“1” 码持续期间产生的平均光子数λ=E1/hv,所以：
Pe,10=e-λλ0/0！=e-λ=e-E1/hv=e-n
⑤当“0”码和“1”码等概率出现时，误码率为：
Pe1 2Pe,011 2Pe,101 2Pe,10109 n21
⑥设传输的是非归零码(NRZ)，每个光脉冲最小平
Rb: 码元速率 : 波长
光接收机灵敏度的量子极限
① 由于光源EXT=0，“0”码时接收的光能量为0； ② 光电二极管的暗电流为0、 “0”码时接收的光能
量为0、系统又无噪声，因此“0”码误判为“１” 码的概率为0，即Pe, 01=0。 ③ 由于系统无噪声，只要光电二极管输出一个电子 空穴对，判决器就能判出来。所以产生误码的惟 一可能就是当一个光脉冲输入时，光检测器没有 产生光电流，放大器没有电流输出。
接收灵敏度Pmin≈-29.4 dBm
光接收机灵敏度的量子极限 P164例题
假设： 系统频带无限宽
系统无噪声 光源消光比为零 光电管暗电流为零 量子效率为1
☆ BER=10-9时， E1=21h
每个入射‘1’码脉冲应有21个光子的能量。 (2) 每个入射‘1’码脉冲含有的平均光子数为21个。 (3) Pmin=10.5•Rb hc/ (1)
V：反向电压
Si：G≈100
Ge：G≈10
InGaAs：G≈10～20
雪崩光电二极管
APD 的温度特性
G
100
20ºC 40ºC 60ºC
10
1
V
50
100
150
T VB。
APD实用时应在偏置电路中加温度补偿。
雪崩光电二极管
APD的倍增噪声
APD 噪声：
量子噪声（散弹噪声） 暗电流噪声 倍增噪声----影响最大
APD的过剩噪声系数：
F(G)Gx
x: 过剩噪声指数。
Si-APD:
x: 0.3-0.5
Ge-APD:
x: 0.8-1.0
InGaAs-APD: x: 0.5-0.7
雪崩光电二极管
APD的倍增噪声
F(G) 表示由于倍增作用而增加的一个噪声系数。 通过APD倍增后信号功率与G2成正比， 而噪声功率与G2•F(G)=G2+x成正比， 即APD放大噪声比放大信号多Gx倍。
10-5
10-6
给定 10-7 BER 10-8
10-9 10-10
动态范围D
-32 -30 -28
-12
接收灵敏度Pmin
≈
P(dBm)
-10 -8 -6
过载功率Pmax
§3.4 光接收机的均衡网络
升余弦形频谱
在光纤通信系统中，常设计均衡网络使 输出波形具有升余弦形频谱。
□频谱
1
0 <(1-)/Ts
(2) 保证达到给定误码率的条件下，光接收机需 要的每一光脉冲的最低平均能量。
(3) 保证达到给定误码率的条件下，光接收机需 要的每一光脉冲的最低平均光子数。
§3.2 光接收机的灵敏度
BER
10-4
10-5
10-6
10-7
给定BER 10-8
10-9 10-10
P(dBm)
-32 -30 -28 -26 -24
入射光功率产生一次光生电流，一次光生电 流被雪崩放大，形成较大的反向电流。
I
RL u
P
I
来自百度文库
N
光
°·
°·
· °
■ 响应波长
与PIN同。
雪崩光电二极管 G
平均雪崩增益
1000
G=
总输出电流 一次光生电流
100
10
经验公式：G=
1 1-(V/VB)m
1
VB V
VB: 击穿电压
m：常数，与APD材料、掺杂特性及波长有关
均光能量为E1，码元宽度为Tb，一个码元平均光子
数为n，那么光接收机所需最小平均接收功率为 :
Pmin
E1 2Tb
nhv
2Tb
10.5Rbhv
灵敏度与码速的关系 P177
Rb Pmin(变差)
-20 Pmin(dBm)
PIN: PminRb3/2
-30
(4.5dB/比特率倍程)
APD：PminRb7/6
《光纤通信》第三章光接收机
光接收机框图
探
测 光器 信
号
前置 放大器
主放 大器
均衡器
AGC 电路
判决器 译码器
时钟 提取
探测器： 实现光电变换。 前放： 实现低噪声放大。 主放： 提供足够的增益，且增益受AGC电路的控制。 均衡器： 保证判决时不存在码间干扰。 判决器、时钟提取：对信号进行再生。 AGC电路：改变接收机的增益，扩大接收机的动态范围。
光电二极管
响应速度
□常用上升，下降时间表示。 □主要由结电容和负载电阻的时间常数决定。
上升时间(RL=50) Si: 300ps Ge: 500ps InGaAs: <100ps 工作于主干线：2.5Gbit/s
10Gbit/s
雪崩光电二极管（APD）
工作在高反向偏压的PN结二极管。
□对于APD Pmin18EXT(%) (dB)
例：EXT=10% Pmin=1.8dB
其它因素对灵敏度的影响 P190
暗电流 输入波形 放大器噪声 ……
§3.3 接收机的动态范围
接收机的动态范围
保证达到给定误码率的条件下，允许接收 光功率的变化范围。(dB)
------反映接收机接收强信号的能力。
系统对接收机动态范围的要求： D(dB)=[PTR(dBm)-10dB]~Pmin(dBm) 可正常接收比发送功率小10dB的光功率
例：fb=34Mb/s, Pmin=-44dBm, PTR=-3dBm 要求：D=31dB
接收机的动态范围
BER
10-4
D(dB)=Pmax(dBm)-Pmin(dBm)
H()=
1 2
[1+sin
Ts 2
(
Ts
-)]
(1-) Ts
-40
(3.5dB/比特率倍程) -50
APD比PIN改善
-60
灵敏度5-10dB
灵敏度与量子极限
-70
差10dB左右
-80
1
10
PIN APD
量子极限 100 1000 Rb(Mb/s)
LD消光比对灵敏度的影响 图3.4.5
EXT（百分比定义） Pmin恶化
□对于PIN Pmin9EXT(%) (dB)