光纤通信光发射机
光纤通信 实验2实验报告 光发射机平均光功率测试实验
实验名称：实验2光发射机平均光功率测试实验姓名：班级：学号：实验时间：指导教师：得分：序号：42实验2光发射机平均光功率测试实验一、实验目的1、了解数字光发射机平均光功率的指标要求。
2、掌握数字光发射机平均光功率的测试方法。
二、实验器材1、主控&信号源模块2、25 号光收发模块3、23 号光功率计模块三、实验内容光发射机平均光功率测试四、实验原理光发送机的平均输出光功率被定义为当发送机送伪随机序列时，发送端输出的光功率值。
ITU-U 在规范标准光接口时，为使成本最佳，同时适应运行条件变化，并考虑了活动连接器的磨损、制造和测量容差以及老化因素的影响后，给出了一个允许的范围。
其中比较重要的激光器劣化机理是有源层的劣化和横向漏电流的增加所导致的激励电流增加以及光谱特性随时间的变化。
通常，光发送机的发送功率需要有1～1.5 dB 的富余度。
本实验将带领大家测量本实验系统发射光功率。
五、实验步骤注：实验过程中，凡是涉及到测试连线改变时，都需先停止运行仿真，待连线调整完后，再开启仿真进行后续调节测试。
1、登录e-Labsim 仿真系统，创建仿真工作窗口，选择实验所需模块和示波器。
2、按如下说明进行连线及设置：（1）将信号源P N 连至25 号光收发模块的T H2(数字输入)。
（2）连接25 号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关S1 打到“光功率计”。
（3）将25 号模块P4(光探测器输出)连至23 号模块P1（光探测器输入）。
，即数字光发。
将（4）将开关J1 拨为“10”，即无A PC 控制状态。
开关S3 拨为“数字”25 号光收发模块的电位器W4 和W2 顺时针旋至底，即设置光发射机输出光功率为最大状态。
3、运行仿真，开启所有模块的电源开关。
4、设置主控模块菜单，选择【主菜单】【光纤通信】→【光发射机平均光功率测试】，可以进入【光功率计】功能。
记录此时光功率计的读数，即为光发射机的平均光功率。
光纤通信系统的组成
光纤通信系统的组成
光纤通信系统是一种高速、高带宽、可靠性强的通信方式，由多个组件构成。
下面将介绍光纤通信系统的主要组成部分：
1. 光纤传输介质：光纤传输介质是光纤通信系统的核心，是传输光信号的媒介。
光纤通信系统中，采用的是光纤传输，光纤传输的优点是传输距离远、传输速度快、带宽大、信号损耗小等优点。
2. 光发射器：光发射器是将电信号转化为光信号的设备，它能将电信号通过调制方式转化成脉冲光信号，再通过光纤传输到接收端。
3. 光接收器：光接收器是将光信号转化为电信号的设备，它可以将光信号转化为电信号，再通过解调方式转化为原始的电信号。
4. 光纤收发器：光纤收发器是将光纤接收器和光发射器集成在一起的设备，将光信号转化为电信号，再通过光纤传输到接收端。
5. 光纤连接器：光纤连接器是将光纤连接在一起的设备，它可以将不同的光纤连接起来，实现光纤通信系统的扩展和连接。
6. 光纤交换机：光纤交换机是一种网络设备，它可以将光纤通信系统中不同的光信号进行转换、分发和管理，实现不同光纤之间的通信和交换。
以上是光纤通信系统的主要组成部分，其中光纤传输介质是光纤通信系统的核心，其他组件都是为了实现光信号的传输、转换和管理等功能而存在的。
随着技术的不断发展，光纤通信系统将会变得更加智能化、高速化和可靠化。
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光纤通信-重要知识点总结
光纤通信重要知识点总结第一章1.任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。
通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。
2.光纤：由绝缘的石英（2）材料制成的，通过提高材料纯度和改进制造工艺，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。
3.光纤通信系统的基本组成:以光纤为传输媒介、光波为载波的通信系统，主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
光纤通信系统既可传输数字信号也可传输模拟信号。
输入到光发射机的带有信息的电信号，通过调制转换为光信号。
光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。
系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。
光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制，可以省去调制器。
光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
它一般由光电检测器和解调器组成。
光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介，将光信号由一处送到另一处。
中继器分为电中继器和光中继器（光放大器）两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离。
为提高传输质量，通常把模拟基带信号转换为频率调制、脉冲频率调制或脉冲宽度调制信号，最后把这种已调信号输入光发射机。
还可以采用频分复用技术，用来自不同信息源的视频模拟基带信号（或数字基带信号）分别调制指定的不同频率的射频电波，然后把多个这种带有信息的信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机，由光载波进行传输。
在这个过程中，受调制的电波称为副载波，这种采用频分复用的多路电视传输技术，称为副载波复用技术。
目前大都采用强度调制与直接检波方式。
又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。
数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。
发送端的电端机把信息进行模数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件，则就会发出携带信息的光波，即当数字信号为“1”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号”。
光纤通信系统的基本概念、组成及特点。
光纤通信系统的基本概念、组成及特点。
光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。
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。
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—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。
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。
光纤通信系统的特点有：1.频带宽、传输容量大，损耗小、中继距离长，重量轻、体积小，抗电磁干扰性能好，泄漏小、保密性好，节约金属材料，有利于资源合理使用。
2.传输损耗小：在光纤通信系统中，由于采用了石英等材质作为光纤材料，其传输损耗比普通金属线要小得多。
3.传输容量大：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其传输容量比普通金属线要大得多。
4.抗电磁干扰性能好：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其抗电磁干扰性能比普通金属线要好得多。
5.保密性好：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其保密性比普通金属线要好得多。
6.节约金属材料：由于光纤通信系统采用石英等材质作为光纤材料，因此可以节约大量的金属材料。
7.易于安装和维护：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其安装和维护相对容易。
8.适用于远距离传输：由于光纤通信系统采用石英等材质作为光纤材料，因此可以适用于远距离传输。
9.适用于大规模网络：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此可以适用于大规模网络。
光纤通信系统中光发射机的设计
光纤通信系统中光发射机的设计作者：汪杰君来源：《现代电子技术》2008年第01期摘要：光发射机功能是将AV信号接收、调制后，把电信号变换成光信号，经光纤发射出去。
在光纤通信系统的原理下，对光发射机的主要组成部分电源、调频电路及锁相器在原理和实现电路上进行设计,使信号源发出的信号经过光发射机后信号失真小、信噪比高，满足信号传输高质量的要求，实现低成本高质量的AV传输解决方案。
关键词：光发射机;变容二极管;调频;锁相环中图分类号：TN929 1 文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)0106803Design on Optical Transmitter in Optical Fiber Communication SystemWANG Jiejun(Electronic Engineering College,Guilin University of ElectronicTechnology,Guilin,541004,China)Abstract：The function of optical transmitter is to translate the electric signals into optical ones after the AV signals being received and modulated and transmit them through the optical source.On the theory of optical fiber communication system,the main parts of optical transmitter which are power supply,frequency modulation circuit andphase-locked loop are designed in theory and realization circuit.After passing through the optical transmitter,the signal which come from signal source could fulfill the requirements of high quality of signal transmission with a smaller distortion and a higher Signal-to-Noise in the new design，This design scheme is a low-cost and good-quality one to AV transmission.Keywords：optical transmitter；variable capacitance diode；frequency modulation；phase-locked loop随着信息技术的发展，与人们的生活密切相关的数据、图像及声音等信号都需要进行传输。
光发射机的关键指标
光发射机的关键指标光发射机是一种用于将电信号转换为光信号并发射出去的设备。
它是光纤通信系统中的重要组成部分，其关键指标直接影响着光通信的传输性能和质量。
本文将从光发射机的关键指标出发，依次介绍其作用、分类、参数以及对光通信系统的影响。
一、作用光发射机是将电信号转换为光信号的关键设备之一。
它的主要作用是将来自光源的电信号转换为光脉冲信号，并通过光纤传输到目标处。
光发射机作为光信号的发射源，直接决定了光通信系统的传输距离、传输速率以及抗干扰能力等重要性能指标。
二、分类根据不同的光源类型和工作原理，光发射机主要分为激光器发射机和 LED发射机两大类。
激光器发射机采用激光二极管作为光源，具有窄谱、高相干性和较高功率输出的特点，适用于高速、长距离的光通信传输；而LED发射机则采用发光二极管作为光源，具有较宽的光谱带宽和较低的功率输出，适用于短距离、低速的光通信传输。
三、关键指标1. 光发射功率：光发射功率是指光发射机发射的光信号的功率大小。
它直接决定了光信号在光纤中的传输损耗和接收端的接收灵敏度。
通常以毫瓦（mW）为单位进行表达。
2. 发射波长：发射波长是光发射机发射的光信号的波长。
不同的光纤通信系统对发射波长有不同的要求，常见的波长有850纳米（nm）、1310纳米（nm）和1550纳米（nm）。
发射波长的选择要根据光纤的材料和传输距离来确定。
3. 光发射机的调制方式：光发射机的调制方式决定了光信号的调制方式。
常见的调制方式有直接调制、外调制和内调制等。
不同的调制方式对光信号的传输速率和带宽有不同的要求。
4. 光发射机的频率响应：光发射机的频率响应是指光发射机对输入电信号的频率响应能力。
它直接影响着光信号的调制速率和带宽。
频率响应越宽，光发射机的传输速率和带宽就越高。
5. 发射端的光纤耦合效率：发射端的光纤耦合效率是指光发射机将发射的光信号有效地耦合到光纤中的能力。
它受到发射端光源的束缚效果、耦合器件的质量和光纤连接质量等因素的影响。
数字光纤通信系统基本组成
数字光纤通讯系统基本构成20 世纪 70 年月末，光纤通讯开始进入适用阶段，各样光纤通讯系统先后成立起来，但当前强度调制－直接检测 (IM-DD) 系统是最常用、最主要的方式，下边就我所理解的光纤系统做一下简要介绍。
数字光纤通讯系统的基本框图以下列图所示。
光发射端机光接收端机光缆光中继器光缆输入接口输出接口备用系统电发射机电接收机协助系统用户用户一、电发射机通讯中传输的很多信号都是模拟信号，如语音信号、图像信号等，电发射机的任务就是把模拟信号变换为数字信号（ A/D 变换），并用时分复用的方式把多路信号复接、合群，进而输出高比特率的数字信号。
PCM 包含抽样、量化、编码、传输、解码、低通等过程。
二、光发射机电发射机的输出电信号经输入接口进入光发射机。
输入接口的作用是保证电、光端机间信号的幅度、阻抗般配，还要进行合适的码型变换，以合适光发射机的要求。
如 PDH 的一、二、三次群 PCM 复接设施的输出码型是 HDB3 码，四次群是 CMI 码，在光发射机中，需要先变换成 NRZ 码。
光发射端机的构成以下列图所示。
数字信号线路编码调制电路光源光信号控制电路1、线路编码线路编码的作用是将传递码流变换成便于在光纤中传输接收及监测的线路码型。
线路编码的种类有：①扰码；②mBnB 码；③插入码。
我国 3 次群和 4 次群光纤通讯系统最常用的线路编码是5B6B 码。
2、调制电路光源的调制方式分直接调制和间接调制。
直接调制仅合用于半导体光源（ LD 和 LED ），它是把要传递的信息转变成电流信号注入 LD 和 LED ，进而获取相应的光信号，是一种电源调制方式。
直接调制分模拟调制和数字调制，模拟调制一般只好使用 LED ，数字调制可使用 LED 也可使用 LD 。
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辐射的调制，它既合用于半导体激光器，也适于其余种类激光器。
间接调制最常用的是外调制，即在激光形成此后加载调制信号，详细方法是在激光器谐振腔外的光路上搁置调制器。
清华大学-光纤通信技术
无损光纤中的光孤子传输
图8
图9
无损光纤中的光孤子传输
图 10
图 11
光孤子：利用非线性平衡色散效应 光孤子：
缺点：维持色散与非线性间 缺点： 的平衡条件过于精细， 的平衡条件过于精细，利用 非线性带来其它副作用
多种非线性效应共同作用
光纤的其它限制及解决方案
PMD补偿技术 PMD补偿技术 WDM/ETDM L+，S，S+ L+， +OTDM L波段WDM 波段WDM
WDM 色散补偿
PMD限制 PMD限制
改善PMD 改善PMD特 PMD特 性的光纤
新型光纤
OTDM
孤子
非线性限制 非零色散位移光纤 色散位移光纤
色散限制 普通单模光纤
提升容量方法：单信道比特率提高 提升容量方法：
OTDM 原理
时钟提取
MOD MOD
超短脉 冲光源
MOD
时分 解复 用器
EDFA
时钟源
2.5Gb/s 1:16 2.5 G Clock DeMultiplexer Optical Rx
2.5Gb/s Optical Output LOS/LOF +5v -5.2v
+3.3V DC TO DC Conventer
+3.3
五、WDM系统的发展趋势 WDM系统的发展趋势
单路超高速 单路超高速40Gb/s,160Gb/s,640Gb/s 超密信道间距 超密信道间距10GHz 信道数攀升 1022 Channel 展宽波长范围 Band,L-Band,S展宽波长范围C-Band,L-Band,S-Band 超长无中继 450km with remote Amp 超长传输距离 网络化
光纤通信光源和光发射机ppt课件
纵模和横模p65-66
半导体激光器的P-I特性曲线p69
特征温度p72
光束特性
近场和远场分布 远场
LED
LED的P-I特性（掌握） LED的输出光谱分布（掌握） LED的典型结构（了解）
LED 用途
照明用LED材料的选择
典型结构
LD的优点
LED和LD的调制 直接调制：内调制 间接调制：外调制
3.1.3 非辐射复合—直接带隙和间接带隙半导体材料
内量子效率 P70 （公式2-21）
载流子寿命
辐射复合
3.1.4 半导体材料：晶格常数匹配
小结：半导体光源材料的选取
半导体材料的禁带宽度的计算公式
半导体材料的制备
3.2 半导体激光器
半导体激光器的工作条件
工作物质
泵浦源
10. 在任何一个系统里，最灵活的部分便是最能影响大局的 部分（灵活就是适应，就是接受。灵活是使事情更快有 效果的重要因素）；
11. 没有挫败，只有回馈信息（“挫败”是把焦点放在过去 的事情上，“怎样改变做法”是把焦点放在未来）；
12. 动机和情绪总不会错，只是行为没有效果而已
激光器的组成和封装P82
7. 凡事必有至少三个解决方法（只有相信尚有未知的有效 方法，才会有机会找到它并使事情改变）；
8. 每一个人都选择给自己最佳利益的行为（没有不对的行 为，只有在当时环境下没有效果的行为）；
9. 每个人都已经具备使自己成功快乐的资源（所有事情或 经验里面，正面和负面的意义同时存在，究竟是我们的 绊脚石还是踏脚石，须由自己决定）；
FP腔激光器
图2-15：基本结构 图2.16：典型结构 p59 图2.17 ：示意图 p59 图2.18：商用结构
光纤通信中的光发射机与光接收机
光纤通信原理与设备 一、作用
4.4数字接收机的组成及技术指标
光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、 微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后， 再生成与发送端相同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增 益控制电路（AGC）保证稳定的输出。
光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置 放大器合称光接收机前端。前端性能是决定光接收机的主要因素。
4.2 光线路编码
加扰的NRZ码：SDH光纤通信系统中广泛使用。
形成方法：是利用一定规则对信号码流进行扰码，经过扰码后使线 路码流中的“0”和“1”出现的概率相同，因此码流中不会出现长连“0”或 长连“1”的情况，从而有利于接收端提取时钟信号。
信号序列扰乱方法有： 用一个随机序列与输入信号序列进行逻辑加，这样就能把任何输 入信号序列变换为随机序列，但完全随机的序列不能再现。 用伪随机序列代替完全随机序列进行扰码与解扰。
25
光纤通信原理与设备
4.4数字接收机的组成及技术指标
2．放大器 光接收机的放大器包括前置放大器和主放大器两部分。 对前置放大器要求是较低的噪声、较宽的带宽和较高的增 益。 前置放大器的的类型目前有3种：低阻抗前置放大器、高阻 抗前置放大器和跨阻抗前置放大器（或跨导前置放大器）。 主放大器一般是多级放大器，它的功能主要是提供足够高 的增益，把来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的 信号电平。并通过它实现自动增益控制（AGC），以使输入光信 号在一定范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。 主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。
17
光纤通信原理与设备
4.2 光线路编码
图3 扰乱器与解扰器的构成
18
光纤通信简答
1、光纤通信的优缺点是什么？优点:通信容量大；中继距离长；抗电磁干扰；传输误码率低；适应能力强；保密性好；使用寿命长。
缺点：有些光器件比较昂贵；光纤的机械强度差；不能传送电力。
2、光纤通信系统有哪几部分组成？简述各部分作用。
光纤通信由光发射机、接收机和光纤三个部分组成。
发射机又分为电发射机和光发射机，相应的，接收机也分为光接收机和电接收机。
电发射机的作用是将信源发出的基带信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等；光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度的注入光纤线路。
光纤线路把来自于光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
光接收机把从光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号。
电接收机的作用一是放大，而是完成与电发射机相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。
3、目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长：λ1=0.85μm，λ2=1.31μm，λ3=1.55μm？答：λ1=0.85μm，λ2=1.31μm，λ3=1.55μm附近是光纤损耗较小或最小的波长“窗口”，相应的损耗分别为2~3dB/km、0.5dB/km、0.2dB/km，而且在这些波段前有成熟的光器件。
4、光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？答：长波长、单模光纤比短波多模光纤具有更好的传输特性。
（1）单模光纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时不同的程度。
（2）有光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长增大，损耗呈下降趋势，且在1.55μm处有最低损耗值：而且1.13μm和1.55μm处的色散很小。
故目前长距离光纤通信一般都工作在1.55μm。
5、光纤色散产生的原因及其危害是什么？答：光纤色散是由光纤中传输的光信号的不同成分的光的传播时间不同而产生的。
危害：若信号是模拟调制的，色散将限制带宽；若信号是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率。
光纤通信发展历程及原理简介
第二阶段：借助文字传递信息阶段。文字与印刷术发明后， 信息可以通过书籍、书信、报纸、杂志等方式呈现。文字促进了 邮政业的发展，中国早在商代就有驿传的通信方式，通过飞鸽、 快马等方式传递书信、情报；现代逐步演变成邮政系统。这种通 信模式信息保持时间更长久，传递信息更加准确，传递距离更加 远，但传递速度慢、信息单一。
图 1 光纤通信系统的构成框图
1、光发射机
光发射机是实现电 / 光转换的光端机。发端：首先由电发射 机发出电信号，送给光发射机，光发射机完成电 / 光转换。 光发射机的关键部件是光源，光源的主要功能是完成电 / 光 的转换。目前光纤通信中常用的光源有：半导体激光二极管 （LD）和 半导体发光二级管（LED）。由光发射机发出光信 号以后送入光纤或者光缆进行传输。
世界各国国家级学术单位院士、会士、著名大学 博士等荣誉称号
美国国家工程院院士，英国皇家工程科学院院士， 瑞典皇家工程科学院外籍院士……
2009年诺贝尔物理学奖
国内光纤通信发展现状
1963年 开始光通信的研究
1974年 研究光纤通信
“六五”、“七五”、“八五”铺设“八纵八横”光纤线路总长 约七万公里
复进行全反射，并在光纤中传递下去。
光纤加上涂覆层并按 一光的性 质
波动性、粒子 性
①反射、折射、 全反射
② 干涉、衍射、 光疏媒质
偏振
光密媒质
fc
③ 光的吸收、
色散、散射
光纤的种类
（1）工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤、 红外光纤。
（2）折射率分布：阶跃（SI）型光纤、近阶跃型光 纤、渐变（GI）型光纤、其它（如三角型、W型、凹 陷型等）。
1987年至1996年香港中文大学校长，同年当选中国 科学院外籍院士
光源和光发射机PPT课件
m
(c)纵模共振光谱
Z=x
m
(c)半导体激光器的输出光谱
22
图4.2.6 光在法布里珀罗(F-P) 谐振腔中的干涉
M1
反 射 镜
M2
Aa
反
射
镜
B
b
R1
L
R2
(a) 反射波干涉
m 1
m2
相1
对
强
m6
度
I
驻波
(b) 只有特定波长的驻波 允许在谐振腔内存在
vf
反射系数
R 0.8 R 0.4
vm
v vm1 vm vm1
M1
反 射 镜
M2
Aa
反
射
镜
B
b
R1
L
R2
反射波ห้องสมุดไป่ตู้互干涉
18
Fabry(1867~1945) Perot(1863~1925) 法国物理学家
19
法布里-珀罗（FabryPerot）光学谐振器
反射波相互干涉
M1
反 射 镜
M2
Aa
反
射
镜
B
b
R1
L
R2
镀有反射镜面的光学谐振腔只有在特定的频率内 能够储存能量，这种谐振腔就叫做法布里-珀罗 （Fabry-Perot）光学谐振器。
g
通常发射多个纵模的光
0
频率
半导体激光器的增益频谱 g() 相当宽（约10 THz），在 F-P 谐振
腔内同时存在着许多纵模，但只有接近增益峰的纵模变成主模。
在理想条件下，其它纵模不应该达到阈值，因为它们的增益总是比 主模小。实际上，增益差相当小，主模两边相邻的一、二个模与主 模一起携带着激光器的大部分功率。这种激光器就称作多模半导体 激光器。
光发射机和光接收机工作原理
光发射机和光接收机工作原理光发射机和光接收机是光通信系统中的重要组成部分，它们通过光信号的发送和接收实现了光通信的功能。
下面我将从工作原理的角度来详细解释光发射机和光接收机的工作原理。
首先，让我们来看看光发射机的工作原理。
光发射机通常由激光二极管或者激光器组成。
当电流通过激光二极管或激光器时，它们会产生光子。
这些光子被激发到一个能量级别，然后被释放出来，形成了光信号。
这个光信号经过光纤或者空气传输到远端的光接收机。
接下来，让我们来看看光接收机的工作原理。
光接收机通常由光探测器组成，光探测器可以是光电二极管或者光电探测器。
当光信号到达光接收机时，光信号被光探测器接收，然后被转换成电信号。
这个电信号经过放大和处理后，就可以被解码成原始的数据信号。
总的来说，光发射机的工作原理是将电信号转换成光信号，而光接收机的工作原理是将光信号转换成电信号。
这样就实现了光通信系统中的信号发送和接收功能。
这种光通信系统具有传输速度快、抗干扰能力强等优点，因此在现代通信系统中得到了广泛的应用。
除此之外，光发射机和光接收机的工作原理还涉及到光学器件的选择、电路设计、信号处理等方面的知识。
例如，光发射机需要考虑激光二极管或激光器的工作参数选择，光接收机则需要考虑光探测器的灵敏度和带宽等参数。
同时，光通信系统中的光纤传输、光信号调制解调等技术也是光发射机和光接收机工作原理的重要组成部分。
综上所述，光发射机和光接收机是光通信系统中的重要组成部分，它们通过光信号的发送和接收实现了光通信的功能。
光发射机将电信号转换成光信号，而光接收机将光信号转换成电信号，从而实现了光通信系统中的信号发送和接收功能。
希望这个回答能够全面地解释了光发射机和光接收机的工作原理。
光发射机的技术指标
光发射机的技术指标光发射机是一种用于光纤通信的设备，它的技术指标直接决定了通信系统的性能和稳定性。
在本文中，我们将详细介绍光发射机的几个重要技术指标。
我们来看光发射机的发射功率。
发射功率是指光发射机输出的光信号的强度，通常以毫瓦（mW）为单位。
发射功率的大小直接影响信号的传输距离和接收端的灵敏度。
一般来说，发射功率越大，信号传输的距离就可以越远。
我们需要关注光发射机的中心波长。
中心波长是指光发射机输出的光信号的波长，通常以纳米（nm）为单位。
在光纤通信系统中，不同的波长对应着不同的信道，而信道的选择又会受到光纤本身的特性和设备的兼容性限制。
因此，光发射机的中心波长应该与系统要求相匹配，以确保信号的传输质量和稳定性。
光发射机的频率偏移也是一个重要的技术指标。
频率偏移是指光发射机输出的光信号的频率与理想频率之间的差值，通常以赫兹（Hz）为单位。
频率偏移的大小直接影响着光信号的稳定性和抗干扰能力。
因此，光发射机应该具备较小的频率偏移，以确保信号的传输质量和稳定性。
光发射机的调制速度也是一个关键指标。
调制速度是指光发射机输出的光信号的变化速度，通常以兆比特每秒（Mbps）为单位。
调制速度的快慢直接影响着信号的传输速率和带宽。
在高速数据传输的应用场景中，光发射机的调制速度应该足够快，以满足系统的需求。
我们来看光发射机的光谱宽度。
光谱宽度是指光发射机输出的光信号的频谱范围，通常以纳米（nm）为单位。
光谱宽度的大小直接影响着信号的传输容量和抗多径干扰能力。
在高密度光纤通信系统中，光发射机的光谱宽度应该足够宽，以支持大容量的数据传输。
光发射机的技术指标包括发射功率、中心波长、频率偏移、调制速度和光谱宽度等。
这些指标直接影响着光纤通信系统的性能和稳定性。
在选择和应用光发射机时，我们应该根据实际需求，合理选择具备适当技术指标的光发射机，以确保通信系统的正常运行和高质量的数据传输。
光发射机与光接收机
高速调制技术
01
02
03
外调制技术
利用外部调制器对光信号 进行调制，实现高速率、 高效率的光信号传输。
直接调制技术
通过直接改变光源的驱动 电流或电压来实现光信号 的调制，具有简单、易实 现的优点。
先进调制格式
采用高阶调制格式如 QAM、OFDM等，提高 光信号的频谱效率和传输 性能。
灵敏度提升技术
移动通信
在5G和未来的6G移动通信网络 中，光发射机和光接收机可用于 实现高速、大容量的数据传输，
提升网络性能。
数据中心互联
随着云计算、大数据等技术的快 速发展，数据中心之间需要大容 量、低时延的数据传输，光发射 机和光接收机是实现这一目标的
关键技术之一。
广播电视领域应用
有线电视网络
光发射机和光接收机可用于有线 电视网络中的信号传输和接收， 提供高清、稳定的电视信号。
光接收机的灵敏度、动态范围等性能对接收到的 光信号进行准确解调至关重要。
光发射机与光接收机需相互匹配，以确保信号在 传输过程中的稳定性和可靠性。
性能指标对比
光发射机主要性能指标
输出光功率、消光比、光谱宽度、波 长稳定性等。
光接收机主要性能指标
灵敏度、动态范围、误码率、接收带 宽等。
04
关键技术与挑战
工作过程
光信号接收
光电转换
信号放大与处理
时钟提取与数据再 生
输出电信号
光接收机首先接收来自 光纤的光信号。
光信号经过光电转换器 件转换为电流信号。
电流信号经过前置放大 器和主放大器进行放大 ，以提高信号的幅度和 信噪比。同时，可能还 需要进行波形整形、均 衡等处理，以优化信号 质量。
从经过处理的信号中提 取时钟信息，并用于数 据再生，以确保数据的 准确性和可靠性。
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光发送机基本结构
使光源有恒定 的光输出功率
微波/电接口
光发射机
数字或模拟电信号 驱动电路
功控 温控
保持光源恒定的温 度，保证激光参数 的稳定性（波长）
调制器
光隔离器 光源
防止LD输出的激 光反射，实现光
的单向传输
光发送机中的自动温度控制电路
激光器
热导
热敏电阻
制冷器
温度控制电路
激光器的温度主要影响发射波长 控制精度达到0.01ºC 波长稳定性达到200MHz/24小时
光发送机中的自动功率控制电路
自动功率控制（APC）电路 偏置电流
PD 激光器
热导
热敏电阻
制冷器
温度控制电路
由光检测器来感应激光器后端面辐射光功率的变化，并 与参考功率相比较，然后根据比较结果自动调整直流偏 置电流，最终使光功率峰值保持为一个稳定值。
最常用的光源
光纤通信中最常用的光源是:
半导体激光器（LD Laser Diode ） 发光二极管（LED Light Emitting Diode）
pn-junction
尤其是单纵模（或单频）LD，在高速率、大容量的 数字光纤系统中得到广泛应用；
近年来逐渐成熟的波长可调谐激光器是多信道WDM 光纤通信系统的关键器件，越来越受到人们的关注 。
物理基础
原子的能级、能带以及电子跃迁 自发辐射与受激辐射
能级(孤立原子）
原子核
低能级
电子
高能级
电子优先抢占低能级
能级理论是一种解释原子核外电子运动轨道的一
种理论。它认为电子只能在特定的、分立的轨道
上运动，各个轨道上的电子具有分立的能量，这
些能量值即为能级。
能带(晶体，大量原子阵列）
N= 4
n型 耗尽层p型 U
反向偏压使耗尽区加宽 扩散运动被抑制，只存在少数载流子的漂移运动
正向偏压
n型耗尽层p型
正向偏压使耗尽区变窄,
U
使得多数载流子在结区扩散
导致p型（或者n型）内的少数载流子浓度大大增加。 与多数载流子的复合是产生光辐射的机理。
电致发光
正向偏压使pn节形成一个增益区： -导带主要是电子，价带主要是空穴，实现了粒子数反转 -大量的导带电子和价带的空穴复合，产生自发辐射光
高精度温控与低纹波恒流流源
参数名称
特性指标
输出电流量程 100mA/300mA可选
调谐精度
0.01mA
电流纹波
<1μA
温控范围
10℃—40℃
温控精度
0.001℃
功耗
小于15W
外接电源
220V
储存温度
-40~85 ℃
工作温度
-20~65 ℃
TEC工作电压
5V
激光器保护
短路保护 缓启动保护 反接保护 TEC短路保护 防浪涌保护
核心器件：光源、调制器
正面
背面
机柜和机架设备的规格与标准
美国电子工业协会（EIA）制定的工业标准 19英寸标准机柜的“19英寸”表示机柜中安置的机架式设备的宽度 机柜内设备安装所占高度用一个特殊单位“U”表示；使用19寸标准机
柜的设备面板一般都是按nU的规格制造 。1U=44.45mm=1.75英寸 没有1U的机柜,只有1U的设备,机柜6U--47U不等；例如，一台42U
optical receiverfiber
dr iv e
se mic on duc t or
elec troniocps tical laser
fiber 光源
r中ep继eat器er
optical t ran sm it te r
elec tronics
optical modulator
optical receiver
n
hp
v
外加正偏压 à 注入载流子 à 粒子数反转 à 载流子复合发光
发光材料的选择
非本征半导体材料：p型
B 受主杂质
掺入第III族元素(如硼B,铟In,镓Ga,铝Al)，晶体只需要很少的能量 DEA < Eg 就可以产生自由空穴
PN结
讨论：什么是PN结？
浓度的差别导致载流子的扩散运动,平衡时，中间形成一个特殊 的区域-pn结，它阻挡了载流子的扩散运动，因此也称为耗尽区。
反向偏压
第三章：光发送机
刘建国 中国科学院大学
repe光ater 纤通信链路
optical transmitter
elec tronics
optical receiver
optic光al 发tra送ns机mitter
信源
optical amplifier
info rm at ion so urc e
光op纤tical
N= 9
电子能量
电子能量
电子能量
原子间距
Nà∞
原子间距
原子间距
能带理论
能带结构由多条能带组成，能带分为传导带（简称导带）、价 电带（简称价带）和禁带
能带结构可以解释导体、半导体、绝缘体三大类区别的由来
讨论：金属，半导体和绝缘体的区别？
非本征半导体材料：n型
施主杂质
As+45
掺入第V族元素(如磷P, 砷As, 锑Sb)后，某些电子受到 很弱的束缚，只要很少的能量DED (0.04~0.05eV)就能 让它成为自由电子。这个电离过程称为杂质电离。
优点： 高电流稳定度：纹波在μA量级。 高精度温控：精度在0.001℃量级。 自动保护功能：激光器短路保护，
反接保护，慢启动保护， TEC短路保护，防浪涌保护。 操作简便：人性化控制面板设计
光纤通信对光源的要求
波长准：窗口之内，符合ITU标准 功率高：以满足系统对光中继段距离的要求 高可靠：寿命长，可靠性高 单纵模：以减少光纤的材料色散 噪声低: 以提高模拟调制系统的信噪比 高线性: 以保证模拟调制不失真 。。。。。。
opt光ica接l r收ec机eiver
pho todetec tor
optical preamplifier
op光tic纤al fiber
op光tic纤al fiber
内容提要
光发送机 光源（LED&LD) LD动态特性与调制
光发送机
将数字或者模拟电信号加载到光波上，Байду номын сангаас耦合进 光纤中进行传输
eiver ronics
photodetec tor
optical preamplifier
e电lec信trica号l signal o光ptic信al s号ignal
信宿
info rm at ion receiver
光放大器
optical amplifier
receiver elec tronics