光纤通信系统组成1

驱动电路 光源
信号输入 调制器 通道耦 合器
光纤
光源：
光源是实现电/光转换的关键器件，在很大程度上决 定着光发射机的性能。 通信用光源的要求如下 ： 发射的光波长应和光纤通信使用的“窗口”一致，即 中心波长应在1.31m和1.55m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。
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V
V

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P1

L
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z来自百度文库
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电光调制原理
2
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V

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L
x
P2 -V
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z
调制信号 V t 共平面 条形电极 偏振光输入 C A D B
光源：
光源种类： 光纤通信中最常用的光源是半导体激光 器LD和发光二极管LED。发光二极管输出非相干光； 半导体激光器输出相干光。 LD 输出光功率较大，响应速度快，谱线窄，方向 性好，适合长距离，大容量的通信系统。但寿命较短， 价格高。 LED光功率较小，谱线宽，调制速率较低，寿命较 长，价格低。适合短距离，小容量的通信系统。 在短波段 (800~900nm) ，常使用镓铝砷 (GaAlAs)LD 和 LED ， 在 长 波 段 (1000~1600nm) ， 常 用 铟 镓 砷 磷 (InGaAsP)LED
数字信号传输过程
系统中的各种干扰 最终产生误码
光纤通信系统组成
一个基本的光纤通信系统由三大部分构成：光发射机、 光纤光缆、光接收机。
光发射机
输入
电信号
光纤 光缆
调 制
光 源
中 继 器
光纤 光缆
光接收机
光电 检测
放大 恢复
输出
电信号
1、 光发射机
光发射机的功能：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地注入光纤线路。光发射 机由光源、调制器和信道耦合器组成。
光信号调制方式：
光信号是用电信号调制光载波产生的。分为直接调 制和外调制两种。 直接调制：通过改变注入电流直接调制半导体光源 的输出。广泛应用的是直接光强(功率)调制。
外调制：在光路上设置一个光调制器对光进行调制。
内调制（直接调制） 将要传送的信息转变为电流信号注入LD或LED
LD
电信 号输 入
t
对 LD 直接调制
电信号 驱动 LD 调制光
低频电信号
调制后的光波
输出光信号反映输入电信号。数字光纤通信系统普遍采用二进 制二电平码，即“有光脉冲”表示“１”码， “无光脉冲”表 示“0”码。
外调制
将调制信号控制调制器，利用调制器的电光、声光等物理效应 使其输出光的强度等参数随信号而变。
电接口
输入 接口
线路 编码
调制 电路
耦合 器
光信号输出
控制电路
模拟信号对 LD 调制
P 激 光 器 输 出 功 率 P -I曲 线 输出光信号 Pb I 驱动电流 输入电信号 t t
Ith
Ib
数字信号对 LD 调制
激 P 光 器 P -I曲 线 输 出 功 率 Pth Ith I 驱动电流 输 入 电 脉 冲 输出光脉冲
调制信号 V t 共平面 条形电极 偏振光输入 C
t
t
LiNbO3
Ti - LiNbO3
波导
B
+
Ea A
-
电光调制器工作原理
两个理想的背对背相位 调制器，在外电场的作 用下，能够改变两个分 支中待调制传输光的相 位。
调制信号 V t 共平面 条形电极 偏振光输入 C A D B
输出
LiNbO3
输出
LiNbO3
Ti - LiNbO3
波导
由于外加电场控制着两个分支中相干光的相位差， 所以外加电场也控制着输出光的强度，从而对幅 度进行了调制。调制带宽可达 20 GHz。
电光调制器工作原理
电光调制器基于晶体和各向异性聚合物中的线性电光 效应，即电光材料的折射率 n随施加的外电场 E而变化， 即n = n（E） ，像LiNbO3这样的电光材料，它的折射 率明显随施加的外电压而改变，从而实现对光的调制。 y
数据 线路 编码 光隔离器 驱动 电路
控制 电路
LD
调制器
防止LD输出的 激光反射，实 现光的单向传 输
外调制方法
M-Z型电光调制器
激光部分 调制部分
电吸收调制器
外调制示意图
LD 输 出 连续光波 电调制信号
电信号 放大器 外调 制器 调制光
LD 调制后的光波
① M-Z型电光幅度调制器
调制 电信号 0 输出 光信号 A D B 输出 0
第9章 光纤通信系统简介
9.1 光纤通信系统的基本组成
9.2 光复用技术
9.3 光纤通信系统的分类
9.3 光纤通信的发展现状
9.4 光纤通信新技术
9.1 光纤通信系统组成和基本原理
光纤通信概念 光纤通信是光波为载波，光纤为传输介质的通信方 式。光纤只能传输光信号，不能传输电信号，通信 系统在发送端必须先把电信号变成光信号，在接收 端再把光信号变为电信号，即电/光和光/电转换。
Ti - LiNbO3
波导
由于加在两个分支中的电场方向相反，所以在两个分 支中的折射率和相位变化也相反，例如若在A分支中引 入的相位变化 /2 ，那么在 B 分支则引入 -/2 相位的变 化，因此A、B分支将引入相位 的变化。
电光调 制器工 作原理
调制信号 V t 共平面 条形电极 偏振光输入 C A D B
调制 电信号 0 输出 光信号 输出 0
t
t
LiNbO3
Ti - LiNbO3
波导
B
+
Ea A
-
②
电吸收波导调制器
电吸收调制器(EAM, Electro Absoption Modulator)是一种pi-n半导体器件，其 i 层对光的吸收损耗与外加的调制电压有 关。 当调制电压使 p-i-n 反向偏置时，入射光完全被 i 层吸收， 相当于输出 “0” 码； 反之，当偏置电压为零时，势垒消失，入射光不被 i 层吸收 而让其通过，相当于输出 “1” 码，从而实现对入射光的调 制。
y’ 加电压前
x’
x
电光调制原理 当光沿晶体光轴z方向传播时，经过长度为L的晶体后， 由于晶体的电光效应，两个正交的偏振分量将产生位 相差： y y’ x’ 2 V ( nx ' n y ' ) L V x V 3 2n0 63
电光调制原理
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