光通信调制解析

光通信调制解析
间接调制（外调制）
根据电光或声光晶体光波传输特性随电压或声压 变化而变化的物理现象。
☺电光调制：普科尔（克尔）效应—晶体的折
射率与外加电场幅度成线性（非线性）变化。
☺声光调制：声光（弹光）效应—被介质中弹
性波衍射的光波的强度、频率、方向等都随超 声场变化。（利用声光晶体）
☺磁光调制：法拉第效应—外加磁场引起线偏振
两个电光相位调制器组合后便可以构成一 个电光强度调制器。 这是因为两个调相光波在 相互叠加输出时发生了干涉， 当两个光波的相 位同相时光强最大， 当两个光波的相位反相时 光强最小， 从而实现了外加电压控制光强的开 和关的目标。
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声光调制
声光布拉格调制器
声波（主要指超声波）在介质中传播时会引 起介质的折射率发生疏密变化， 因此受超声波 作用的晶体相当于形成了一个布拉格光栅， 光 栅的条纹间隔等于声波的波长。 当光波通过此 晶体介质时， 光波将被介质中的光栅衍射， 衍射光的强度、 频率、 相位、 方向等随声波 场而变化， 这种效应称为声光效应。
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光纤通信系统的基本组成--1
光端机 电端机
传输光路
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光端机 电端机
电信号输入
电信号输出
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光纤通信系统的基本组成--2
电/光 前端
传输光路
光/电 前端
网卡 电信号输入
网卡 电信号输出
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光发射机的功能
➢ 电光变换---将信息从电信号“搬移”到高端电磁波 （光）的电路组件,及完成为了适应光信号的有关信号 变换(线路编码)
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声光 介质
I0 零级 光强
光输 入 电压 信号
换能 器 电极
I－ 1 － 1级 光 强
目录
第一章 信息与信号 第二章 光通信的一般概念 第三章 传输光路 第四章 光发射机 第五章 光接收机与基本光纤数字通信系统 第六章 基于电复用的光纤通信系统 第七章 光放大 第八章 光路复用技术
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第四章 光发射机
概述 第一节 光发射机使用的光源 第二节 光的调制 第三节 直接调制光发射机 第四节 外调制 第五节 线路编码
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声光布拉格调制器由声光介质、电声换能器、 吸声（反射）装置等组成。电压调制信号经过 电声换能器转化为超声波，然后加到电光晶体 上。电声换能器利用某些晶体(如石英、 LiNbO3等)的压电效应，在外加电场的作用下 产生机械振动形成声波。
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超声波使介质的折射率沿传播方向交替变化， 当一束平行光束通过它时，由于声光效应产生 的光栅使出射光束成为一个周期性变化的光波。 声光布拉格调制器的原理框图如图所示。当声 波频率较高且光波以一定的角度入射时，只出 现零级和±1级衍射光。如果入射声波很强， 则可以使入射光能几乎全部转移到零级或+1级 或-1级的某一级衍射光上。
➢ 是这样一种电路，其功能是将输入的数字电信号转化 为用光的强度表征信息的数字光信号
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直接强度调制和外调制的区别
电信号输入 线路编码
驱动电路
LD 或 光信号 LED
直接调制的光发射机
控制电路
电信号输入 线路编码
驱动电路
控制电路
LD或LED
外调制器件 光信号
间接调制的光发射机
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幅度调制和强度调制
➢ 幅度调制： 光场的幅度与调制信号成比例 只适用对单一谱线的幅度进行调制
➢ 强度调制： 光功率与调制信号成比例 可适用对多条谱线同时进行的总功率调制
➢ 强度调制分为 直接强度调制（改变光源的电流） 间接强度调制（外调制）
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“IM-DD”（强度调制-直接检测）
光偏振方向旋转。
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电光调制
电折射调制器
电折射调制器利用了晶体材料的电光效应， 常用的晶体材料有： 铌酸锂晶体（LiNbO3）、 钽酸锂晶体（LiTaO3）和砷化镓（GaAs）。
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电光效应是指由外加电压引起的晶体的非线 性效应， 具体讲是指晶体的折射率发生了变化。 当晶体的折射率与外加电场幅度成正比时， 称 为线性电光效应， 即普克尔效应； 当晶体的 折射率与外加电场的幅度平方成正比变化时， 称为克尔效应。 电光调制主要采用普克尔效应。
➢ 输入的是双极性数字电信号(电压)，输出的是“有 光”、“无光”或“光平”高低代表的数字信号(功率)
➢ 在光通信系统中，可能的承载信息的参量有光的强度、 光的频率、光的相位、光的偏振.
➢ 现在成熟利用的光的参量是强度，偏振。
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第二节 光的调制
➢ 可能的承载信息的参量: ➢ 光的幅度：幅度调制和强度调制 ➢ 光的频率：频率调制 ➢ 光的相位：相位调制 ➢ 光的偏振：偏振调制 ➢ 光的量子态：量子态调制 ➢ 现在成熟利用的光的参量是强度调制
直接调制
用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动 电流，使输出光随电信号变化而实现的。
这种方案技术简单，成本较低，容易实现。直接调制 时,会引起激光器的谱线展宽,导致单模光纤色散增加,限制通 信系统的容量。2.5Gb/s（10Gb/s）以下。
外调制
把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器 的输出光而实现的。
外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本 较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使 用。 适用高速系统 2.5Gb/s（10Gb/s）以上。
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两种调制方式比较
调制方式 直接调制
调制方法 所利用的物理效应 电流调制
间接调制
电光,声光. 磁光,其它
电光效应（普科尔、克尔效应） 声光效应（Bragg衍射效应） 磁光效应（法拉第旋光效应） 自由载流子吸收、共振吸收
最基本的电折射调制器是电光相位调制器， 它是构成其他类型的调制器如电光幅度、 电光 强度、 电光频率、 电光偏振等的基础。 电光 相位调制器的基本原理框图如图所示。
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波导
光输入
LiNbO3
电压 长度 L
已调光输出
电光相位调制器的基本原理框图
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当一个A sin(ωt+Φ0)的光波入射到电光调 制器（Z=0）， 经过长度为L的外电场作用区 后， 输出光场(Z=L)即已调光波为A sin(ωt+ Φ0 +ΔΦ)， 相位变化因子ΔΦ受外电压的控制从而 实现相位调制。