光发射机与光接收机与光纤通信系统方案

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1、....第八章光发射机与光接收机及光纤通信系统（4课时）韦文生本章内容简介光发射机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。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。光接收机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。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。（一）学习者分析：本章为光发射机与光接收机及光纤通信系统的基础知识，是光源及其驱动电路、光探测器及其驱动电路

2、、光通信系统的综合应用。学生学习了前面各章的知识，应该概括起来，对光通信系统有综合的认识。（二）教学目标：使学生掌握光发射机与光接收机及光纤通信系统的基本原理和结构组成，以及对光纤通信系统基本参数的认识。（三）主要内容（重点、难点）和方法：²光发射机与光接收机的基本原理和结构组成；²光纤通信系统的基本原理和结构组成。²措施：通过理论知识讲授、动画演示、图形解释、例题分析使学生牢记光发射机与光接收机的基本原理和结构组成；光纤通信系统的基本原理和结构组成。（四）基本要求：²掌握光发射机与光接收机的基本原理和组成结构；²掌握光纤通信波分复用技术的基本组成

3、结构和原理。（五）教学要点：重点阐述光发射机模拟/数字调制的工作原理及各项基本指标的含义，以及有关光源各种电路的原理；光接收机的原理、性能指标、光纤通信波分复用技术的原理框图。（六）教学特点：是本课程中光源、探测器、光传输学习资料....等内容的综合；为本课程其它学习内容的概括总结，为光通信系统的理解奠定基础。（七）教学安排：第一节2课时；第二节1课时；第三节1课时。第一节光发射机---光纤通信系统传输的是光信号，作为光纤通信系统的光源，便成为重要的器件之一。它的作用是产生作为光载波的光信号，作为信号传输的载体携带信号在光纤传输线中传送。由于光纤通

4、信系统的传输媒介是光纤，因此作为光源的发光器件，应满足以下要求：---(1)体积小，与光纤之间有较高的耦合效率；---(2)发射的光波波长应位于光纤的三个低损耗窗口，即0.85μm、1.31μm和1.55μm波段；---(3)可以进行光强度调制；---(4)可靠性高，要求它工作寿命长、工作稳定性好，具有较高的功率稳定性、波长稳定性和光谱稳定性；---(5)发射的光功率足够高，以便可以传输较远的距离；---(6)温度稳定性好，即温度变化时，输出光功率以及波长变化应在允许的范围内。---能够满足以上要求的光源一般为半导体二极管。目前全光纤激光器作为一种

5、新型的激光器也有望在光纤通信系统中发挥其作用。最常用的半导体发光器件是发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。前者可用于短距离、低容量或模拟系统，其成本低、可靠性高；后者适用于长距离、高速率的系统。在选用时应根据需要综合考虑来决定，因此它们都有自己的优缺点和特性，下面就两者的性能作系统的比较。激光二极管发光二极管学习资料....1．输出光功率较大，几mW一几十mw。输出光功率较小，一般仅1mw一2mW。2．带宽大，调制速率高，几百MHz一几十GHz。带宽小，调制速率低，几十一200MHz。3．光束方向性强，发散度小。方向性差，发散度大。4．与光纤

6、的耦合效率高，可高达80％以上。与光纤的耦合效率低，仅百分之几。5．光谱较窄。光谱较宽。6．制造工艺难度大，成本高。制造工艺难度小，成本低。7．在要求光功率较稳定时，需要APC和ATC。可在较宽的温度范围内正常工作。8．输出特性曲线的线性度较好。在大电流下易饱和。9．有模式噪声。无模式噪声。10．可靠性一般。可靠性较好。11．工作寿命短。工作寿命长。-根据LED和LD的性能，在选择光源时应作到技术上合理、经济上合理以及便于应用。图8-l为波长、通信容量、模式以及通信距离四者之间的定性关系以及光纤通信发展的历程和趋势。图8-l波长、通信容量、模式以及

7、通信距离四者之间关系图----在光纤通信系统中，由于信息由LED和LD发出的光波携带，因此光发射机主要有调制电路和控制电路组成，如图8-2所示。学习资料....在数字通信中，输入电路将输入的PCM脉冲信号变换成NRZ／RZ码后，通过驱动电路调制光源(直接调制)，或送到光调制器调制光源输出的连续光波(外调制)。对直接调制，驱动电路需给光源加一直流偏置；而外调制方式中光源的驱动为恒定电流，以保证光源输出连续光波。自动偏置和自动温度控制电路是为了稳定输出的平均光功率和工作温度，此外，光发射机中还有报警电路，用以检测和报警光源的工作状态。---本节首先简要

8、介绍光载波的调制方式，然后着重介绍光源的驱动和控制电路。8.1.1光波的调制----在光纤通信系统中，把随信息变化的电信号