光发送机
关于光发送机的原理与研究
关于光发送机的原理与研究厥类mjy摘要：光纤通信技术已成为现代化通信非常重要的支柱。
作为全球新一代信息技术革命的重要标志之一，光纤通信技术已经变为当今信息社会中各种多样且复杂的信息的主要传输媒介，并深刻的、广泛的改变了信息网架构的整体面貌，以现代信息社会最坚实的通信基础的身份，向世人展现了其无限美好的发展前景。
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。
光通信系统由光发信机、光收信机、光纤或光缆、中继器、光纤连接器、耦合器等无源器件组成。
光发送机在光纤通信中起着重要的作用。
关键字：光纤通信光发送机Abstract：Optical fiber communication technology has become a very important pillar of modern communication. As the world's next generation of information technology is one important symbol of the revolution, optical fiber communication technology has become the main transmission medium of a variety of diverse and complex information in today's information society, and deep, extensive information network architecture has changed the society appearance. In the most modern information society, the identity of a solidcommunications infrastructure shows the infinitely bright prospects for the world’s development. Optical fiber communication system is based on the carrier, the use of high purity made of very fine glass optical fiber drawing as a transmission medium through photoelectric conversion, using light to transmit information. Optical communication system consists of optical transmitter, optical element beam, optical fiber, optic cable, repeaters, fiber optic connectors, couplers and other passive components. Optical transmitter in optical fiber communication plays an important role. Keywords:optical transmitter optical fiber communication system引言光纤通信技术已成为现代化通信非常重要的支柱。
光发送机的概念、作用及构成
光发送机的概念、作用及构成
光发送机是一种将电信号转换为光信号并输出的设备，也称为光调制器。
它的主要作用是将来自电子设备的电信号在光纤中传输，以实现高速、可靠的数据通信。
光发送机的构成一般包括以下部件：
1. 光源：产生光信号的部件，常用的光源有激光器、LED等。
2. 调制器：将电信号调制到光源上，包括直接调制和外调制两种方式。
3. 驱动电路：为调制器提供电源和控制信号。
4. 光学耦合器：将调制后的光信号通过光纤耦合到外界。
5. 温度控制器：控制光源的工作温度，提高光源的性能和寿命。
6. 监测设备：监测发送机的工作状态、光源的功率等信息，以保障数据传输的可靠性。
以上部件都是光发送机必不可少的部分，不同类型和规格的光发送机可能在细节上有所差异。
光发射机的工作原理
光发射机的工作原理
光发射机是一种电光转换器，它能将电信号转换成光信号进行传输。
光发射机的光源通常使用半导体激光器，工作原理是利用电子和空穴在半导体材料中再获得光子激发，发射出单色、单波长、高亮度、高相干性的激光光束，进而将电信号转换为光信号。
具体来说，光发射机将电信号转换成光信号的过程可以从以下两个方面来描述：
一、激光器的工作原理
半导体激光器是光发射机的核心部件之一。
它是一种半导体器件，其内部通过激发电子跃迁的方式生成激光。
在激光器的内部，存在两种不同类型的半导体材料，即n型半导体和p型半导体。
当这两种半导体材料连接在一起时，会形成一个pn结，通过加上电压，可以在pn结的表面区域形成一个高浓度的电荷载流子区域，称为激活层。
当激活层中的电子受到足够能量的激发时，就会发生电子跃迁，从而释放出一个光子。
通过这样的过程，激光器内部就能够产生一束高强度、高亮度、单色、单波长的激光。
二、电光转换的过程
在光发射机内部，电光转换的过程是通过将电信号输入到激光器中来实现的。
当电信号通过外部输入，激光器内部就会对其进行加工处理，转换成相应的光信号。
具体来说，当电信号传入激光器中时，它会通过激活层中的电子跃迁，将电信号转换成相应的激光信号。
这样，电信号就被成功转换成了光信号，可以进行传输。
总的来说，光发射机是一种将电信号转换成光信号的装置。
它通过使用半导体激光器，将电子和空穴在半导体材料中再获得光子激发，发射出高亮度、高相干性的激光光束，进而将电信号转换为光信号，使之能够在光纤等介质中进行快速、高效的传输。
OptiSystem仿真实例
5.2光波分复用系统使用OptiSystem设计模型案例:阵列波导光栅波分复用器(AWG )得设计分析
6光波系统(Lightwave Systems)设计pqZd8。
6、1光波系统简介
6、2光波系统使用OptiSystem设计模型案例:40G单模光纤得单信道传输系统设计
7色散补偿(Dispersion pensation)设计oIcu3。
8、1色散简介
8、2色散补偿模型设计案例:使用理想色散补偿元件得色散补偿分析
8孤子与孤子系统(Soliton Systems)jzDCq。
9、1孤子与孤子系统简介
9、2孤子系统模型设计案例:
9结语
1
1、1光发送机简介
一个基本得光通讯系统主要由三个部分构成,如下图1、1所示:
作为一个完整得光通讯系统,光发送机就是它得一个重要组成部分,它得作用就是将电信号转变为光信号,并有效地把光信号送入传输光纤。光发送机得核心就是光源及其驱动电路。现在广泛应用得有两种半导体光源:发光二级管(LED)与激光二级管(LD)。其中LED输出得就是非相干光,频谱宽,入纤功率小,调制速率低;而LD就是相干光输出,频谱窄,入纤功率大、调制速率高。前者适宜于短距离低速系统,后者适宜于长距离高速系统。TgzY4。
O
1光发送机(Optical Transmitters)设计317QX。
1.1光发送机简介
1.2光发送机设计模型案例:铌酸锂(LiNbO3)型Mach-Zehnder调制器得啁啾(Chirp)分析
2光接收机(Optical Receivers)设计S4Qny。
2.1光接收机简介
2.2光接收机设计模型案例:PIN光电二极管得噪声分析
光收发设备概述
1．半导体激光器（LD）的结构 和工作原理
• 半导体的能带分布。 ① 本征半导体的能带分布。 ② P型半导体和N型半导体的形成。 ③ 在重掺杂情况下，N型半导体和P型半导体的能
带分布。 ④ P-N结外加正偏压后的能带分布以及激光的产
生。
45
1．半导体激光器（LD）的结构 和工作原理
• 图3-14 N型半导体和P型半导体重掺杂能带图
3．光和物质的相互作用
（2）受激吸收 • 物质在外来光子的激发下，低能级上的电子吸收了外
来光子的能量，而跃迁到高能级上，这个过程叫做受 激吸收。 • 受激吸收的特点如下。 ① 这个过程必须在外来光子的激发下才会产生，因此是 受激跃迁。 ② 外来光子的能量要等于电子跃迁的能级之差。 ③ 受激跃迁的过程不是放出能量，而是消耗外来光能。
52
2．半导体激光器的工作特性
• 图3-18 激光器输出特性曲线
53
2．半导体激光器的工作特性
（2）光谱特性 • 半导体激光器的光谱随着激励电流的变化而变
化。 • 激光器产生的激光有多模和单模。
54
2．半导体激光器的工作特性
• 图3-20 GaAlAs/GaAs激光器的典型输出光谱
56
2．半导体激光器的工作特性
3
3.0.1 光发送机
光发送机作用：是把从电端机送来的电信号转变成 光信号，并送入光纤线路进行传输。对光发送机的要求：
（1）有合适的输出光功率 光发送机的输出光功率，是指耦合进光纤的功率，
亦称入纤功率。光源应有合适的光功率输出，一般为 0.01mW～5mW。
4
（2）有较好的消光比 消光比的定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”
12
3.1 半导体光器件
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。
一级建造师-通信与广电工程-光纤传输系统
一级建造师-通信与广电工程-光纤传输系统1.2 光纤传输系统1.【单选题】在光传输设备中，光发送机的作用不包括( )。
A. 由调制电路将模拟电信号转换成数字电信号B. 由光源产生光纤通信系统所需要的（江南博哥）载波C. 输入接口在电／光之间解决阻抗、功率及电位的匹配问题D. 线路编码包括码型转换和编码正确答案：A参考解析：光发送机的作用是将数字设备的电信号进行电/光转换，调节并处理成为满足一定条件的光信号后送入光纤中传输。
光源是光发送机的关键器件，它产生光纤通信系统所需要的载波;输入接口在电/光之间解决阻抗、功率及电位的匹配问题；线路编码包括码型转换和编码；调制电路将电信号转变为调制电流，以便实现对光源输出功率的调节。
2.【单选题】最基本的光纤通信系统组成不包括( )。
A. 光发射机B. 光纤线路C. 光接收机D. 接入设备正确答案：D参考解析：最基本的光纤通信系统由光发射机、光纤线路(包括光缆和光中继器)和光接收机组成。
3.【单选题】在SDH传输网中，仅用于延长通信距离的基本网络单元是( )。
A. 终端复用器(TM)B. 分插复用器(ADM)C. 再生中继器(REG)D. 同步数字交叉连接设备(SDXC)正确答案：C参考解析：再生中继器(REG)的功能是将经过光纤长距离传输后，受到较大衰减和色散畸变的光脉冲信号转换成电信号后，进行放大、整形、再定时、再生成为规范的电脉冲信号，经过调制光源变换成光脉冲信号，送入光纤继续传输，以延长通信距离。
4.【单选题】在SDH网中，分插复用器与分插复用器之间的段落属于( )。
A. 再生段B. 复用段C. 数字段D. 数字通道正确答案：B参考解析：复用段：终端复用器与分插复用器之间以及分插复用器与分插复用器之间称为复用段。
复用段两端的TM及ADM称为复用段终端( MST) 。
5.【单选题】与交换机或终端设备相连的两个数字配线架(或其等效设备)间用来传送一种规定速率的数字信号的全部装置便构成一个( )。
光发送机的作用
光发送机的作用光发送机，又称为光发射器或光发射二极管，是一种能够将电信号转化为光信号并发送出去的器件。
它在光通信、光传感以及光电子设备中扮演着重要的角色。
本文将从光发送机的基本原理、应用领域和未来发展等方面展开探讨。
光发送机的基本原理是利用半导体材料的特性，将电信号转化为光信号。
当电流通过光发送机中的半导体材料时，半导体中的电子会与空穴复合并释放出能量，这些能量以光子的形式被发射出去。
这样，光发送机就可以将电信号转化为光信号，并通过光纤等光传输介质进行传输。
光发送机在光通信领域有着广泛的应用。
光通信是一种基于光信号传输的通信方式，具有高带宽、低损耗和抗干扰等优点，因此被广泛应用于长距离、高速率的通信系统中。
光发送机作为光通信系统中的重要组成部分，能够将电信号转化为光信号，并通过光纤传输到接收端。
目前，光发送机已经广泛应用于光纤通信、光纤传感、光存储等领域。
在光纤通信中，光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并通过光纤进行传输。
光发送机可以将电信号的信息载体从电信号转变为光信号，克服了电信号在长距离传输中的衰减和干扰问题。
同时，光信号的传输速度远远高于电信号，可以实现更高的数据传输率。
因此，光发送机在光纤通信中起着至关重要的作用。
除了光纤通信，光发送机还被广泛应用于光纤传感领域。
光纤传感是一种基于光信号传输的传感技术，具有高灵敏度、远距离和抗干扰等优点。
光发送机可以将传感信号转化为光信号，并通过光纤进行传输。
通过对光信号的变化进行分析，可以实现对温度、压力、形变等物理量的测量。
光纤传感在工业控制、环境监测、医疗诊断等领域有着广泛的应用前景。
随着光电子技术的不断发展，光发送机也在不断演进和创新。
未来，光发送机将更加小型化、高效化和集成化。
例如，基于混合集成技术的光发送机可以实现在单一芯片上集成光发射和光检测功能，从而实现更高的集成度和更低的功耗。
此外，随着光通信技术的进一步发展，光发送机的传输速率也将不断提高，以适应日益增长的数据传输需求。
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。
光发射机基本组成
第4章
光端机
光发送机的技术要求
稳定的光功率输出和一定的光功率。入纤功率要求约
0.01~5mW，且环境温度变化及光源老化时，输出光功率应
保持稳定，变化不超过5％~10％。 消光比小于10％。
输出光脉冲上升、下降、延滞时间应尽量短。
尽量抑制弛豫振荡。
第4章
光端机
2. 调制电路和控制电路
第4章
光端机
(3) 对激光器应施加足够的偏置电流，以便抑制在较高
速率调制下可能出现的弛张振荡，保证发射机正常工作。
(4) 应采用自动功率控制(APC)和自动温度控制(ATC)， 以保证输出光功率有足够的稳定性。
3. 线路编码电路
线路编码之所以必要，是因为电端机输出的数字信号是 适合电缆传输的双极性码，而光源不能发射负脉冲，所以要
变换为适合于光纤传输的单
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、弛张振荡和自脉动现象。这种特性严重限制系统传输速
率和通信质量，因此在电路的设计时要给予充分考虑。
第4章
光端机
1. 电光延迟和弛张振荡现象 半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲和注入电 流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间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
第4章
光端机
第4章 光端机
光发射机
光接收机 线路编码 小 结
第4章
光端机
4.1 光发射机
数字光发射机的功能是把电端机输出的数字基带电信
号转换为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路，电/光 转换是用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的。 调制分为直接调制和外调制两种方式。受调制的光源特性参 数有功率、幅度、频率和相位。这里着重介绍在实际光纤通 信系统得到广泛应用的直接光强(功率)调制。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光发射机模型设计与仿真
一、光发送机原理简介
1、光发送机的结构
光发送机是它的一个光通信系统中重要的组成部分，它的作用是将电端机送来的电信号转变为光信号，并送进光纤线路进行传输。
光发送机的核心是光源及其驱动电路。
一般光发送机由以下三个部分组成：
1)光源（Optical Source）：一般为LED和LD，此次用的为连续波激光器
2)脉冲驱动电路（Electrical Pulse Generator）：提供数字量或模拟量的电信号。
3）光调制器（Optical Modulator）：将电信号（数字或模拟量）“加载”到光波上。
2、设计光发送机的原理图
此次设计是利用光源为频率193.1Thz的激光二极管CW Laser，同时使用一个Pseudo-Random Bit Sequence Generator模拟所需的数字信号序列，利用用户自定义码发生器，经过一个NRZ非归零码脉冲发生器转换为所需要的电脉冲信号，再通过低通高斯滤波器，再使信号通过一个LiNb Mach-Zehnder调制器，通过电光效应加载到光波上，成为最后入纤所需的载有“信息”的光信号。
图1 光纤发送机原理图
图中存在4个观察仪，分别为两个示波器观察仪和一个光时域观察仪和一个光谱仪，用来观察输出的光信号的时域特点和光谱特点。
二、电路的仿真图与参数设计
1、示波器的显示与设计
由原理图的驱动电路1的电压改变量ΔV1和驱动电路2的电压改变量ΔV2是相同的。
下图为MZ调制器的参数设定窗口。
其中MZ调制器以正交模式工作，外置偏压位于调制器光学响应曲线的中点，使偏压强度为其峰值的一半。
而消光系数设为200dB，以避免任何由于不对称Y型波导而导致的啁啾声。
图2 MZ调制器参数设计图
下面两个图为示波器的显示图，两个图的正负相反，是由于电增益的增益为负值，
图3 两个示波器的显示图
2、光时域观察仪图形
当调制器按照上述调制时，并且脉冲发生器的参数如下图时光时域观察仪的图形如下所示：
图4 调制器的参数设计
3、光谱仪的仿真图
图6 光谱仪的图像
由上图可以看出光谱仪中power 、power X 的图像是相同的，和power y 的不相同。