王佩光纤模拟基带直接光强调制光纤传输系统

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1、目录1光纤结构及光纤传输原理11.1光纤的结构及类型11.2光纤传输的原理22激光光源工作原理32.1半导体激光器的工作原理33模拟基带直接光强调制光纤传输及应用43.1模拟基带直接光强调制原理43.2模拟基带直接光强调制光纤传输系统组成框图43.3光发射机43.3.1光源53.3.2调制电路和控制电路63.4光接收机63.4.1光检测器73.4.2放大器73.4.3均衡和再生74光纤损耗与带宽85总结8参考文献9课程设计课程设计报告班级：通信10-2姓名：王佩学号：1006030219指导教师：冀常鹏成绩：

2、电子与信息工程学院信息与通信工程系模拟基带直接光强调制光纤传输系统摘要本文主要对模拟基带直接光强调制系统光纤系统进行了分析和研究，介绍了光纤的基本结构和光纤传输的基本原理，同时对激光光源的原理进行了简单的阐述，叙述了模拟基带直接光强调制的原理，对模拟基带直接光强调制系统的组成和各部分的功能、设计要求进行了详细的分析。在文章的最后对光纤损耗对传输距离的限制与系统对光纤带宽的要求也进行了简略的描述。关键词：光纤；激光器；直接光强调制；光纤损耗1光纤结构及光纤传输原理1.1光纤的结构及类型光纤（OpticalFiber

3、）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。光纤的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。光纤结构如图1-1：图1-1光线结构设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。纤芯和包层的相对折射率差Δ=（n1-n2）/n1的典型值，一般单模光纤为0.3%~0.6%，多模光纤为1%~2%。Δ越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量却越小。光纤种类很多，最为信息传输波导用的由高纯度石英制成的光纤

4、。实用光纤主要有三种基本类型。如图示出其横截面的结构和折射率的分布，光线在纤芯的传输路径，以及由于色散引起的输出脉冲相对于输入脉冲的畸变。这些光纤的主要特征如下：1、突变型多模光纤（StepIndexFiber,SIF），纤芯折射率为n1保持不变，到包层突变变n2。这种光纤一般纤芯的直径2a=50~80um,光线以折射形状沿纤芯中心轴线方向传播，0特点是信号畸变大。2、渐变型多模光纤（GradedIndexFiber,GIF），在纤芯中心折射率最大为n1,沿径向r向外围逐渐变小，直到包层变为n2.这种光纤一般纤芯

5、直径2a为50um，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点信号畸变小。3、单模光纤（SingleModeFiber,SMF），折射率分布和突变型光纤相似，纤芯直径只有8~10um,光线以直线形状沿纤芯中心轴方向传播。因为这种光纤只能传输一个模式，所以称为单模光纤，其信号畸变很小。1.2光纤传输的原理光纤传输，即以光导纤维为介质进行的数据、信号传输。光导纤维，不仅可用来传输模拟信号和模拟信号，而且可以满足视频传输的需求。光纤传输一般使用光缆进行，单根光导纤维的数据传输速率能达几Gbps，在不使用中继器的情况下，

6、传输距离能达几十公里。在极限介质空间尺寸>>波长λ条件下，可以用几何光学的射线方程作近似分析。几何光学的方法比较直观，容易理解，但并不十分严格。以突变型多模光纤的交轴(子午)光线为例，设纤芯和包层折射率分别为n1和n2，空气的折射率n0=1，纤芯中心轴线与z轴一致，如图1-1。光线在光纤端面以小角度θ从空气入射到纤芯(n0n2)。改变角度θ，不同θ相应的光线将在纤芯与包层交界面发生反射或折射。根据全反射原理，存在一

7、个临界角θc，当θ<θc时，相应的光线将在交界面发生全反射而返回纤芯，并以折线的形状向前传播，如光线1。根据斯奈尔(Snell)定律得到数值孔径：NA=n0sinθ=n1sinθ1=n1cosψ1（1-1）图1—1由于n0=1,由式（1）经简单计算得到（1-2）8式中Δ=(n1-n2)/n1为纤芯与包层相对折射率差。设Δ=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21或θc=12.2°。NA表示光纤接收和传输光的能力，NA(或θc)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。对于无损耗光纤，在θc内的入射

8、光都能在光纤中传输。NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。2激光光源工作原理2.1半导体激光器的工作原理半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡，输出激光。有源器件的物理基础是光和物质相互的作用的效应。在物质的原子中存在许多能级，最低能级E1称为基态，能级比基态大的能级Ei(i=