第3章 光发射和光接收
激光无线通信光发射与接收电路的设计
激光无线通信光发射与接收电路的设计1. 前言激光无线通信作为一种高速、高带宽的通信方式，被广泛应用于各个领域。
在激光无线通信系统中，光发射与接收电路的设计至关重要。
本文将深入探讨激光无线通信光发射与接收电路的设计原理、要求以及设计流程，以期为读者提供一个全面、详细、完整的指南。
2. 设计原理激光无线通信光发射与接收电路的设计原理是基于激光器和光接收器的工作原理。
激光器通过激发激光介质产生激光，而光接收器则接收并解析激光信号。
因此，设计一个有效的光发射与接收电路需要深入理解激光器和光接收器的特性。
2.1 激光器的特性激光器是产生激光的关键组件，它具有以下几个重要特性：1.高单色性：激光器发出的光具有很高的单色性，能够有效避免光信号的色散和干扰。
2.高方向性：激光器发出的光具有很高的方向性，能够将光信号有效地聚焦和传输。
3.高功率输出：激光器能够输出相对较高的功率，以提供足够的信号强度和传输距离。
2.2 光接收器的特性光接收器是接收激光信号的关键组件，它具有以下几个重要特性：1.高灵敏度：光接收器能够对弱光信号进行高效的接收和解析，以提供足够的信噪比。
2.快速响应：光接收器能够迅速响应光信号的变化，以满足高速通信的要求。
3.低噪声：光接收器具有低噪声特性，以提高信号的可靠性和质量。
3. 设计要求激光无线通信光发射与接收电路的设计需要满足以下要求：1.高效传输：设计的光发射与接收电路应能够实现高效的光信号传输，并保持较低的传输损耗。
2.适应不同距离：光发射与接收电路应能够适应不同的传输距离，从近距离到远距离的通信需求。
3.抗干扰能力：光发射与接收电路应具备一定的抗干扰能力，以应对外界环境对信号传输的影响。
4.低功耗设计：光发射与接收电路应具备较低的功耗，以延长激光器和光接收器的使用寿命。
4. 设计流程激光无线通信光发射与接收电路的设计流程可以分为以下几个步骤：4.1 系统需求分析首先，需要进行系统需求分析，明确激光无线通信的具体应用场景、距离要求、传输速率等。
第三章 热辐射的基本定律
令 x = c2/λT 则 λ= c2/xT dλ=-(c2/x2T)dx (积分限λ:0～∞,则x:∞～0)
c1 Mb (e 5 (c 2 / xT )
0
0
c2 ( c2 / xT )T
c2 1) ( 2 )dx x T
1
c1 c2
4 4
x 3T 4 (e x 1) 1 dx
知道一个λT值，就对应一个f(λT)值，即知道一个 温度T，就得到某波长处的辐射出射度Mλ。 这样即可查表得到Mλ，而不用普朗克公式计算了。
知道一个λT值，就对应一个f(λT)值，即知道 一个温度T，则在某波长处的辐射出射度Mλ 为 M f (T )M f (T ) BT 5
m
这样即可查表得到Mλ，而不用普朗克公式 计算了。
例3 如太阳的温度T=6000K并认为是黑体， 求其辐射特性 1.其峰值波长为 2898 m 0.48m 6000 2、全辐射出射度为
M T 5.67 10 6000 7.3 10 W / m
4 8 4 7 2
3、紫外区的辐射出射度为
M 0~0.4 0.14M
M m
根据普朗克公式
M b
c1
1
2
5 e c
/ T
1
根据维恩最大发射本领定律
M bm
c1
1 ec2 / mT 1
m
5
BT 5
所以
c1 1 M 5 e c2 / T 1 c1 1 f (T ) 5 5 c 2 / T 5 M m BT B T e 1
1
f ( .T )
令x = c2/λT
M ( x)
第3章 光的折射 透镜(易错55题19大考点)(解析版)
第三章光的折射透镜（易错55题19大考点）训练范围：苏科版八年级上册第3章。
一．光的折射现象（共9小题）1．下列关于图中所示光学现象的描述或解释正确的是（）A．图甲中，人在岸边看到水中鱼的位置，比鱼在水里的实际位置高一些B．图乙中，雨后的彩虹说明太阳光是由红、绿、蓝三种色光混合而成C．图丙中，树荫下光斑的形状与树叶间小孔的形状有关D．图丁中，坐在教室边上的同学看不清黑板上的字，是因为发生了光的漫反射【答案】A【解答】解：A、由于光的折射，在岸上看到水里的鱼比它的实际位置高一些，故A正确；B、雨后的彩虹说明太阳光是由七种色光组成的，故B错误；C、树荫下光斑是太阳经小孔成的实像，像的形状与小孔的形状无关，故C错误；D、坐在教室边上的同学看不清黑板上的字，是因为发生了光的镜面反射，故D错误。
故选：A。
2．下列几种现象中，属于光的折射现象的是（）A．屏幕上的手影B．平面镜中的像C．海上出现海市蜃楼D．水中亭子的倒影【答案】C【解答】解：A、手在墙上形成手影，是因为光在同一均匀介质中沿直线传播。
故A不符合题意。
B、平面镜成像属于光的反射，故B不符合题意。
C、海市蜃楼是一种由光的折射产生的现象，是由于光在密度不均匀的物质中传播时，发生折射而引起的，故C符合题意。
D、水中亭子的倒影是平面镜成像，平面镜成像属于光的反射，故D不符合题意。
故选：C。
3．在太公湖，妈妈给小明拍照时，看到了对岸树木在水中的倒“影”、水中的鱼“影”、地面上小雨的“影”子。
关于“影”的形成原理，下列说法正确的是（）A．妈妈的摄“影”——光的直线传播B．树木的倒“影”——光的反射C．水中的鱼“影”——光的反射D．小雨的“影”子——光的折射【答案】B【解答】】解：A、妈妈的摄“影”，属于凸透镜成像，是由光的折射形成的，故A错误；B、树木的倒“影”，属于平面镜成像，是由光的反射形成的，故B正确；C、水中的鱼“影”，水中鱼反射的光从水中斜射入空气中时，发生折射，折射光线远离法线，当人逆着折射光线的方向看时，看到的是鱼的虚像，即鱼“影”是由光的折射形成的，故C错误；D、小雨的“影”子，是由于光的直线传播形成的，故D错误。
光的吸收与发射
光的吸收与发射光的吸收和发射是光学中一个重要的概念。
在自然界和科学实验中，我们可以观察到物体对光的吸收和发射现象。
这种现象的背后涉及到物体吸收光的能力和重新辐射出光的能力。
在本文中，我们将探讨光的吸收与发射的原理、应用和相关实验。
一、光的吸收原理光的吸收是指物体接收到光的能量并将其转化为其他形式的能量。
当光照射到一个物体表面时，光的能量会被物体的原子或分子吸收。
这一过程中，原子或分子的电子会吸收光子的能量，从低能级跃迁到高能级。
吸收光的能力与物体的性质有关，如颜色、光滑度和材料的特性等。
二、光的发射原理光的发射是指物体将吸收的能量重新辐射为光的过程。
当原子或分子从高能级回到低能级时，会释放出光的能量。
这个过程形成了物体发出光的现象。
发射的光的特性取决于能级跃迁的方式。
有些物体发射的光是热辐射，如烈火、太阳等；有些物体发射的光是荧光和磷光，如荧光灯、荧光笔等。
三、应用与实验光的吸收和发射现象在日常生活和科学研究中有着广泛的应用。
以下是其中的几个例子：1. 光谱分析光谱分析是一种通过观察物体吸收和发射的特定波长的光来研究物质的性质和组成的方法。
通过分析物体吸收和发射的光的频谱，我们可以得到关于物质的信息，如化学成分、温度和能量状态等。
2. 光吸收与能源利用在太阳能光电子器件中，光的吸收是转化太阳能为电能的关键步骤。
太阳能电池板中的光敏材料能吸收太阳光的能量，并将其转化为电能。
通过优化光吸收和能量转化的效率，可以提高太阳能电池的发电效率。
3. 荧光检测与诊断荧光现象广泛应用于生命科学和医学领域。
通过添加荧光染料或标记物，可以对生物样本进行荧光检测。
例如，在免疫组织化学中，通过荧光标记抗体可以定位和检测特定蛋白质的存在与分布。
四、光的吸收与发射实验为了更好地理解光的吸收与发射现象，我们可以进行一些简单的实验。
以下是几个常见的实验：1. 色谱实验色谱实验是通过将物质溶解在溶剂中，让溶剂上升到色谱纸上时，观察溶液分离出的不同颜色的带的实验。
简述光纤通信系统的结构和各部分功能
简述光纤通信系统的结构和各部分功能光纤通信系统是一种基于光纤传输信号的通信系统，由多个部分组成，每个部分都有各自的功能。
下面将对光纤通信系统的结构和各部分功能进行简述。
一、光纤通信系统的结构光纤通信系统一般由光发射器、光纤传输介质、光接收器和光网络设备组成。
1. 光发射器：光发射器是光纤通信系统中的发送端，它将电信号转换成光信号并通过光纤传输介质发送出去。
光发射器的主要功能是将电信号转换为适合光纤传输的光信号，并能够调节光信号的强度和频率。
2. 光纤传输介质：光纤传输介质是光纤通信系统中的传输媒介，它能够将光信号传输到目标地点。
光纤传输介质具有高带宽、低损耗和抗干扰等特点，使得光信号能够在长距离传输过程中保持较高的质量。
3. 光接收器：光接收器是光纤通信系统中的接收端，它接收光纤传输介质中传输的光信号，并将其转换为电信号。
光接收器的主要功能是将光信号转换为电信号，并能够对电信号进行放大和解调等处理。
4. 光网络设备：光网络设备包括光纤交换机、光开关等，它们用于光纤通信系统的网络管理和控制。
光网络设备的主要功能是实现光信号的路由选择、调度和管理，以及对光信号进行调制和解调等处理。
二、各部分功能的详细描述1. 光发射器的功能：光发射器主要负责将电信号转换为适合光纤传输的光信号，并能够调节光信号的强度和频率。
它包括以下几个主要功能：- 光源发生器：产生光信号的光源，常见的有激光二极管、LED等。
- 调制电路：对电信号进行调制，将其转换为光信号。
- 驱动电路：控制光源的开关和调节光信号的强度。
2. 光纤传输介质的功能：光纤传输介质主要负责将光信号传输到目标地点，具有高带宽、低损耗和抗干扰等特点。
其主要功能包括：- 光纤芯：传输光信号的核心部分，由高折射率的材料构成。
- 光纤包层：包裹光纤芯，起到保护和传导光信号的作用。
- 光纤护套：保护光纤传输介质免受外界环境的影响。
3. 光接收器的功能：光接收器主要负责接收光纤传输介质中传输的光信号，并将其转换为电信号。
光发射和光接收
4
3>.受激辐射：处于高能级 的电子，受到外来光的激发 ( f E2)， 电E1子从高能级到低能级跃迁，发出与入
h
射光频率、相位、偏振方向完全一样的光子（全同光 子）
5
➢ 2.粒子数反转分布
1>.粒子数正常分布：热平衡状态（物质与外界无能量交换，能量处于平
影响光纤的耦合效率
15
四.半导体激光二极（LED）
➢1.结构上与LD相似，没有光学谐振腔 ➢2.特点：输出荧光，输出特性线性较好，无阈值
电流，光谱宽度较宽（35－60nm） ➢3.适用于短距离小容量的光纤传输系统
16
第2节 光光源发的射调机制和
调制：将电信息变换为光信息，目前采用强度调制 按照光源和调制器的关系分为内调制和外调制 本节主要包括： ➢ 一.内调制（直接调制） ➢ 二.外调制（间接调制） ➢ 三.目前常用的外调制器 ➢ 四.光数字发射机
量子限制激光器(量子阱激光器) 特点:低阈值,窄线谱,高微分增益,温度灵敏度低,调制速度快.
11
三.半导体激光器的特性
➢ 1.P-I特性 1>阈值电流Ith:激光器开始产生激光时对应的注入电流 2>输出光功率P,规定注入电流值下(例如I=Ith+20ma)的输出光
功率 3>Ith随温度升高而增加
12
➢ 2.光谱特性
P 1
1 2
P
LED
P
P
MLM
P
0dB
-20dB
P
SLM
13
1>中心波长 0，光源的光谱范围内辐射强度最大值所对应的波长
实验二 光发射机与光接收机实验
实验二光发射机与光接收机实验学号：XXX 姓名：XXX一、实验目的1.了解光源的调制的原理2.学习光发送模块的电路原理3.了解光接收机的组成4.了解光收端机灵敏度的指标要求二、实验内容1.介绍光源的调制方法2.介绍光发射电路的框图3.了解光接收机的组成三、实验仪器1.光纤通信实验系统1 台2.示波器1台3.光纤跳线1根4.万用表5.光功率计四、实验原理1、光发射机、光调制。
根据调制与光源的关系，光调制可以分为直接调制和间接调制两大类。
直接调制方法仅适用于半导体光源（LD和LED），这种方法是把要传送的信息转变为电信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，所以是采用电源调制方法。
直接调制后的光波电场振幅的平方与调制信号成一定比例关系，是一种光强度调制（IM）的方法。
间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，这种调制方式既适应于其他类型的激光器。
间接调制最常用的外调制的方法，即在激光形成以后加载调制信号。
对某些类型的激光器，间接调制也可以采用内调制的方法，即在激光器的谐振腔内放置调制元件，用调制信号控制调制元件的物理性质，将改变谐振腔的参数，从而改变激光输出特芯以实现其调制。
光源的调制方法及所利用的物理效应如下表所示。
光源的各种调制方法本实验系统采用的是直接调制的方法。
2、模拟信号调制与数字信号调制模拟信号调制是直接用连续的模拟信号（如话音、电视等信号）对光源进行调制从而使LED 或LD的输出光功率跟随模拟信号变化，如下图所示：由于光源，尤其是激光器的非线性比较严重，所以目前模拟光纤通信系统仅仅用于对线性要求较低的地方，要实现大容量的频分复用还比较困难，仅自一些小系统中使用。
对一些容量较大、通信距离较长的系统，多采用对半导体激光器进行数字调制的方式。
数字调制主要是用数字信号的“1”和“0”来控制激光的“有”和“无”，如下图所示：与LED 相比，LD 的调制问题要复杂得多。
新员工培训光纤通信基础
中国移动广东广州分公司 经营分析会材料
光纤与光缆
全反射现象
n2
3
1
折射光
n1
入射光
光的全反射现象
中国移动广东广州分公司 经营分析会材料
光纤与光缆
光在光纤中的传播 光在光纤中以“Z”形轨迹传播及沿纤芯与包层 的分界面掠过
n2
n1
中国移动广东广州分公司 经营分析会材料
光纤与光缆
光纤的工作波长（工作窗口） 光线路信号在光纤上传送的波长：850nm、 1310nm、1550nm。 850nm窗口只用于多模传输 1310nm和1550nm窗口 用于单模传输。
PIN光二极管： – 特性参数：灵敏度、响应时间 – 优点：噪声小、工作电压低 – 缺点：没有倍增效应。PIN的光接收机灵敏度不 高，适宜用于短距通信。 APD光二极管： – 特性参数：倍增因子G（平均增益），倍增噪声 因子 – APD光二极管的最大优点是倍增效应，即输入同 样大小的光功率信号能获得比PIN光二极管多几 十倍的光电流，大大提高了光接收机的灵敏度 （比PIN光接收机提高约10dB以上）。
光纤通信概论
典型的数字光纤通信系统方框图
光发送机 光纤 中继器 光纤 光接收机
华为技术
发送端的电端机把信息（ 如话音）进行模/数转换，用转 电端机（模/ 换后的数字信号去调制发送机 电端机（模/ 数） 数） 中的光源器件LD，输出发出携 带信息的光波。光波经光纤传 输后到达接收端，光接收机把 数字信号从光波中检测出来送 模拟信号 模拟信号 给电端机，而电端机再进行数/ 模拟信号 模转换，恢复成原来的信息。
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光接收机各功能框介绍
判决再生电路： 对均衡器输出的脉冲流逐个进行判决，并再生成波 形整齐的脉冲码流。 时钟提取电路： 提取时钟，以保证收发同步。 自动增益控制（AGC）： 控制前置放大器与主放大器的增益，使光接收机有 一个规定的动态范围。 偏压电路： 向APD光二极管提供反向偏压。
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。
(3)光纤线路：其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
(4)中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。
它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。
(5)无源器件：包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。
光的吸收和发射
光的吸收和发射光，作为一种电磁波，是我们日常生活中不可或缺的存在。
它让我们看到身边的事物，体验世界的美妙。
然而，你是否曾想过，为什么我们能够看到物体，而它们又是如何通过光线与我们产生联系的呢？这涉及到光的吸收和发射的过程。
光的吸收是指物体吸收光的能量。
当光线照射到物体表面时，它们与物体分子之间发生相互作用。
物体吸收光的能力与其成分有关。
在这个过程中，物体吸收的光会被物体原子或分子的电子激发，它们会跃迁到更高的能级。
这种激发电子的能力取决于光的频率。
不同频率的光对应着不同的颜色，因此我们能够看到的物体颜色也是由于它们吸收了一部分光而反射或传递了另一部分。
光的发射是指物体将吸收的能量释放出来。
当物体的电子回到低能级时，它们会向周围环境发射能量，这就是光的发射。
发射的光的频率和颜色取决于物体的特性。
例如，当我们看到一个发出红光的物体时，它实际上是通过吸收其他频率的光并发射红光来表现出来的。
除了吸收和发射外，还有一种与光的交互作用方式——散射。
散射是指当光通过物体时，它会与物体表面的微小不规则结构发生相互作用，导致光线改变方向。
这也是我们看到天空为蓝色、云朵为白色和夕阳为红色的原因。
蓝色光散射得更强，因此我们看到天空呈现蓝色。
云朵由于微小的水蒸气冰晶使光散射，看起来呈现白色。
夕阳时，光经过大气层更长距离，所以除了蓝色光被散射外，还有红色光被散射得较强，从而呈现出红色。
光的吸收和发射对我们理解物质世界起着重要的作用。
通过研究光与物体相互作用的方式，我们可以了解物体的特性。
例如，光的吸收和发射过程在太阳能电池中起着关键作用，光能被吸收后被转化为电能。
另外，也有许多材料因为其特殊的光吸收和发射特性而被应用于夜视仪、激光以及其他光电器件。
在现代科学技术的发展中，我们对光的吸收和发射的研究也日益深入。
通过使用先进的实验技术和理论模型，科学家们能够更好地理解光与物质之间的相互作用机制，这有助于解决一些复杂的科学问题，并为创新技术的发展提供基础。
光纤通信技术教案
第1章 光纤通信概述1.1光纤通信的基本概念 1.光纤通信光纤通信是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。
2.光波特性 （1）光速：① 在真空中：v f ，oc f （8c 310m /s ）② 在介质中：v c /n （n 是折射率） （2）光是电磁波：TM、TE、TEM （3）光具有二重性① 波动性（宏观）：光具有反射、折射、衍射和干涉等。
② 粒子性（微观）：光具有能量、 动量和质量等。
3.电磁波谱1.1光纤通信的特点 1.优点（1）传输频带宽，通信容量大 （2）传输损耗小 （3）抗电磁干扰（4）光纤线径细、重量轻 （5）制作光纤的资源丰富 2.缺点（1）光纤弯曲半径不宜过小（2）光纤的切断和连接操作技术要求高 （3）分路、耦合操作繁琐1.3 光纤通信系统的基本组成目前光纤通信系统多采用强度调制/直接检波（IM/DD）。
1.光发射机光发射机的主要作用是将电信号转换成光信号耦合进光纤。
光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体激光器（LD）或半导体发光二极管（LED）。
2.光接收机光接收机中的重要部件是能够完成光/电转换任务的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。
3.光中继器光纤通信中光中继器的形式主要有两种，一种是光-电-光转换形式的中继器，另一种是在光信号上直接放大的光放大器。
1.4 光纤通信的发展趋势1.向超高速光纤系统发展2.向超大容量WDM系统发展3.向光传送网方向发展4.向G.655光纤发展5.向宽带光纤接入网方向发展（FTTH）第2章 光导纤维2.1 光纤的结构和分类2.1.1 光纤的结构1.纤芯层（1）位置：光纤的中心部位，折射率为n1。
（2）尺寸：单模光纤的直径d1=2a=4μm～10μm，多模光纤的直径d1=50μm。
（3）材料：高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂。
2.包层（1）位置：位于纤芯的周围，折射率为n2。
光纤通信原理 第三章 光纤通信技术
图 双纤单向WDM传输
(2) 单纤双向传输。 双向WDM传输是指光通路在一根光 纤上同时向两个不同的方向传输。如图7.8所示，所用波长相 互分开， 以实现双向全双工的通信。
1 光发射机 1
光接机 1
…
…
n 光发射机 n 1′ 光接收机
复用/解复用器
…
n′ 光接收机
1…n
光纤 放大器
n＋1…2n
光接收机 n
在接收端通过光解复用器将不同波长的信号分开，完成多路光信号 传输的任务。
反方向通过另一根光纤传输的原理与此相同。
1 光发射机
1
…
复用器
n 光发射机 n
1′ 光接收机 n′ 光接收机
…
解复用器
光纤放大器 1…n
光纤放大器 1…n
解复用器
光接收机
1
…
光接收机 n
复用器
1 光发射机
1′
…
n 光发射机
n′
如果一个区域内所有的光纤传输链路都升级为WDM传输， 我们就可以在这些WDM链路的交叉(结点)处设置以波长为单位 对光信号进行交叉连接的光交叉连接设备(OXC)，或进行光上下 路的光分插复用器(OADM)，则在原来由光纤链路组成的物理层 上面就会形成一个新的光层。
在这个光层中，相邻光纤链路中的波长通道可以连接起来， 形成一个跨越多个OXC和OADM的光通路，完成端到端的信息 传送，并且这种光通路可以根据需要灵活、动态地建立和释放， 这就是目前引人注目的、 新一代的WDM全光网络。
复用/解复用器 n＋1
光发射机
1′
…
2n 光发射机
n′
图 单纤双向WDM传输
双向WDM系统在设计和应用时必须要考虑几个关键的系 统因素：
激光无线通信光发射与接收电路的设计
激光无线通信光发射与接收电路的设计激光无线通信是一种高速、高带宽、高安全性的通信方式，其光发射与接收电路的设计对于通信系统的性能至关重要。
以下是激光无线通信光发射与接收电路的设计内容：一、光发射电路设计1. 激光二极管驱动电路设计激光二极管是激光无线通信系统中最常用的光源，其驱动电路需要满足高速、高稳定性、低噪声等要求。
驱动电路通常采用直流偏置电路和交流调制电路相结合的方式，其中直流偏置电路用于维持激光二极管的工作状态，交流调制电路用于调制激光二极管的输出功率。
2. 光纤耦合电路设计激光二极管的输出光束需要通过光纤进行传输，因此需要设计光纤耦合电路。
光纤耦合电路包括光纤接口、光纤调制器、光纤放大器等部分，其目的是将激光二极管的输出光束耦合到光纤中，并通过光纤进行传输。
3. 光学系统设计光学系统是激光无线通信系统中的重要组成部分，其设计需要考虑光束的聚焦、衍射、散射等问题。
光学系统包括透镜、反射镜、光学滤波器等部分，其目的是将激光二极管的输出光束聚焦到接收器上。
二、光接收电路设计1. 光电探测器设计光电探测器是激光无线通信系统中的重要组成部分，其设计需要考虑灵敏度、响应速度、噪声等问题。
光电探测器通常采用光电二极管、PIN光电二极管、APD 光电二极管等类型，其目的是将接收到的激光信号转换为电信号。
2. 前置放大器设计由于光电探测器输出的电信号较小，需要通过前置放大器进行放大。
前置放大器需要满足高增益、低噪声、高线性等要求，通常采用低噪声放大器、宽带放大器等类型。
3. 信号处理电路设计信号处理电路包括滤波器、放大器、比较器等部分，其目的是对接收到的信号进行处理，以提高系统的性能。
信号处理电路需要根据系统的具体要求进行设计，例如需要进行频率选择、幅度调整、时序恢复等操作。
以上是激光无线通信光发射与接收电路的设计内容，其设计需要充分考虑系统的性能要求和实际应用环境，以提高系统的可靠性和稳定性。
光纤通信原理课后答案
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。
光纤通信第四版课后答案张德民胡庆
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)。
光发射与接收电路制作PPT共18页
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3.实验仪器
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4.实验内容
1、发射电路及接收电路的制作: 请在面包板上按电路图搭好电路，
请注意发光二极管（ LED ）、光电 三极管 （ PD ）、及电解电容是有 极性的，不要搞反。集成块的管脚 也不要接错。
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4.实验内容
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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2) 工作原理：
电路原理图如上图所尔示。NE555、 R1 、R2 、VR1 、C1 组 成方波发生器。R3 、R4 、LED（发光二极管） 、三极管9013 组成LED驱动器。R5 、PD（光电接收管）、C2组成光电接收 器。R8、 R9、 LF353A、C3组成第一级放大器。R10、 R11 、 R12、 R13 、C4、C5 、LF353B组成带通滤波器并进行第二级 放大。方波发生器产生一定频率的方波信号经驱动器使LED发 出对应频率的光信号，光电接收器接收LED发出的光信号并将 其转变成电信号，第一级放大器将电信号进一步放大，带通滤 波器将放大的电信号进一步滤波以滤除杂波并输出。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性
1.激光器的组成原理
光学谐振腔：光学谐振腔对光辐射的方向和频 率进行选择。具备工作物质和泵浦源就具备光 辐射的条件，但要使辐射的光是激光，还必须 有光学谐振腔。光学谐振腔通过光的干涉作用 实现对光波长的选择，增益介质对选择的波长 的光进行放大，从而输出频谱窄、方向性强的 激光
3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性 2.半导体激光器的基本结构 同质结：结区外的半导体材料是同种半导体材料 异质结：结区和结区外材料不是同一种材料。 单异质结：N区与结区半导体 材料相同，而结区和P区的半 导体材料是不同的 双异质结：结区与P区和N区 的半导体材料均不相同。
Hale Waihona Puke 3.1光源与光发射机3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性 1.激光器的组成原理
纵模：谐振腔的这种频率（波长）选择作用， 使激光器的输出波长（频率）呈现一系列分立 值，把这些波长（频率）称为纵模，它是由谐 振腔的谐振（干涉）作用决定的，即光在谐振 腔振荡一周，其光程为半波长的偶数倍：
n 2L 2q 2
2nL
q
3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性 1.激光器的组成原理
阈值条件：要建立起自激振荡，光在谐振腔内 传输一周由增益介质引起的功率放大应大于由 各种原因造成的功率损失
P(2L) = P(0) e(G-αi) 2L R1R2 P(2L) ≥ P(0)
G
i
1 2L
ln
1 R1R2
第3章 光发射和光接收
第3章 光发射和光接收
3.1光源与光发射机 3.2 光电检测器和光接收机
3.1光源与光发射机
光纤通信对光源的要求 光纤中传输的光是由光源产生的。
（1）发射波长要求和光纤的传输窗口一致。 （2）适当的功率与高的耦合效率。 （3）调制容易、线性好、带宽大。 （4）窄的光谱宽度。 （5）可靠连续工作。 目前，在光纤通信系统中所用的光源主要是 半导体激光器和半导体发光二极管。
3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性 3.半导体激光器的基本特性 温度特性：对P-I特性的影响；对光谱的影响
3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性
1.激光器的组成原理
激励能源：即泵浦源是使增益介质的粒子数发 生反转分布的能源。在物质中电子通常尽可能 占据低能级，换句话说就是低能级的电子数目 大于高能级上的电子数目，这种状态称为粒子 数的正常分布。正常分布时，高能级上的电子 较少，难以实现光辐射。因此，只有通过外部 能源将物质中的电子从低能级激励到高能级使 高能级的电子数目比低能级上的电子数目多， 即实现粒子数反转，才能实现光辐射。
的结区可以实现粒子数反转分布，具备了实现 光放大的条件
谐振腔：由PN结的两个自然解理面形成的。半 导体材料的自然解理面是光滑的平面，是天然 的镜面，两个自然解理面构成光学谐振腔
3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性 2.半导体激光器的基本结构 当PN结加正向电压时，PN结区实现粒子数反转， 此时发生光辐射，并在传输过程中，一边损耗，一 边放大。当放大大于损耗时，在光学谐振腔的多次 反射进行频率选择后，可以对特定的光频率建立起 稳定的振荡，并输出稳定的光功率。放大消耗的反 转粒子数由泵浦源电源来补给。当电源补给不足时， 损耗大于放大，振荡难以建立，不能形成稳定的激 光输出，输出的是没有经过频率选择的透射光。
半导体激光器（LD）及其特性 3.半导体激光器的基本特性 半导体激光器的光谱特性： 半导体激光器I<Ith时， 自发辐射光，光谱很宽；当I>Ith时，输出的是激光。 随着注入电流的增大，模式竞争，功率集中在几个 主要的纵模上，注入电流越大，光功率主要集中， 纵模数量越少，边模抑制比SMSR（Side-Mode
Suppression Ratio）会越大。
3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性 3.半导体激光器的基本特性 边模抑制比SMSR：最大的纵模（主纵模）的峰值功
率与次最大的纵模（边模）的峰值功率之比的分贝 数 中心波长：光谱中的主纵模 的峰值功率处对应的波长 谱宽与线宽：整个谱的半高 全宽；主纵模的半高全宽。
半导体激光器（LD）及其特性 3.半导体激光器的基本特性 半导体激光器的P-I特性：反映了半导体激光器的电
光转化效率 当注入电流大于阈值电流后， 输出光功率随注入电流增加 而快速增加，发射出的是激 光；当注入电流小于阈值电 流，半导体激光器发出的是 光谱很宽、相干性很差的自发辐射光
3.1光源与光发射机
3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性 1.激光器的组成原理 结构组成：由工作物质、激励能源和谐振腔三
个基本部分组成的
工作物质（增益介质）:是产生光辐射的物质， 它具备产生所需光辐射的能级结构.
光与物质的相互作用：受激吸收、自发辐射和 受激辐射
3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性
半导体激光器（LD）及其特性 2.半导体激光器的基本结构 半导体激光器的工作物质：PN结结区 半导体材料的能带：导带、价带和中间的禁带 禁带宽度：用Eg表示。 导带与价带之间的电子跃迁：辐射出的光子的
能量不小于Eg
Eg
hv
h
c
hc Eg
c
3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性 2.半导体激光器的基本结构 泵浦源：电源。当给PN结加正向电压时，PN结
3.1光源与光发射机
半导体激光器（LD）及其特性
2.半导体激光器的基本结构
半导体激光器的基本构成：
半导体激光器的工作物质：PN结结区
半导体材料的能带：导带、价带和中间的禁带
禁带宽度：用Eg表示。
导带与价带之间的电子跃迁：辐射出的光子的
能量不小于Eg
Eg
hv
h
c
hc Eg
c
3.1光源与光发射机
1.激光器的组成原理
光与物质的相互作用：受激吸收、自发辐射和
受激辐射
E2
E2
自发辐射光 E2
入射光 E2
E1
E1
hv=E2 -E1
E1
hv=E2 -E1E1
(a) 自发辐射
(b) 受激吸收
E2
入射光
E2
E1
hv=E2 -E1 E1
受激辐射光hv=E2 -E1 入射光hv=E2 -E1
(c) 受激辐射