第4章-光源的调制和光发射机.ppt

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1、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。§4-1光源的调制在目前技术成熟并在实际中广泛使用的强度调制――直接检波(IM-DD)，光纤通信系统中，主要有两种调制方式。一类是直接调制：即直接在光源上进行调制，直接调制半导体激光器的注入电流；另一类是间接调制：即不直接调制光源，而是在光源输出的通路上外加调制来对光波进行调制，这种调制器可通过电/光效应或声/光效应等，利用晶体传输特性随电压变化来实现对光

2、波的调制。第四章光源的调制和光发射机一、光源的直接调制这种调制方式又称为“内调制”。直接调制常用的三种方法①模拟强度调制（AIM）这种方式与基带传输相似。②脉冲位置调制（PPM）这种方式适应光源和检测管的特性，实际仍属于模拟调制。③数字调制，如PCM－IM，这是常用方式。模拟信号的直接调制这种调制方法就是直接让LED的注入电流跟随反映语音或图像等模拟量变化，从而使LED管的输出光功率跟随模拟信号变化(如图4.1)。由图可见，这了使已调制的光波信号的非线性失真小，应适当选择直流偏置注入电流的大小。数字信号

3、的直接调制LD和LED直接光强数字调制原理如图4.2所示：It：阈值电流IB：偏置电流ID：注入调制电流由图可见，当LD激光器的驱动电流I大于阈值It电流时，输出光功率P和驱动电流I基本上是线性关系，输出光功率正比于输入电流，所以输出光信号反映输入电信号。二、光源的间接调制如图4.3所示，它是根据某些“电/光”或“声/光”晶体的光波传输特性随电压或声压等外界因素的变化而变化的物理现象而提出的一种调制方式。对光源的直接调制，具有简单方便等优点，但这种调制方法会使得激光器的动态谱线增宽，造成在传输时色散增大

4、，从而限制了通信容量和传输速率。采用间接调制可克服上述缺点，尤其在调制速率上，至少可提高一个数量级。下面简单介绍常用的二种间接调制器。1、电/光调制器电－光调制器的基本工作原理是晶体的线性电光效应，电光效应是指：电场引起晶体折射率变化的现象。能够产生电光效应的晶体称为电光晶体。如令Δｎ为电光晶体折射率由外加电场引起的变化，它可随成线性变化，也可随E成平方变化（非线性）。在调制器中，主要利用电光晶体Δｎ的线性变化项，称帕克耳效应。（Pockel'seffect）。2、声/光调制器声/光调制器是利用介质的声

5、光效应制成。所谓声光效应，是由于声波在介质中传播时，介质受声波压强作用而产生应变，这种应变使得介质的折射率发生变化，从而影响光波传输特性，这就是声光效应。将钛（Ti）扩散到铌酸锂（LiNbO2）基底材料上，用光刻法制出波导的具体尺寸，可构成光波导调制器，它具有体积小，重量轻，有利于光集成等特点。具有代表性的光波导调制器包括：1°光波相位调制器2°行波方向耦合型光波导调制器3°干涉型光波导调制器4°衍射型光波导调制器三、光源的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

6、许多复杂现象。如常见的电光延迟，张驰振荡和自脉动现象。这种特性严重限制系统传输速率和通信质量，在电路的设计时，要给予充分考虑。1、电光延迟和张驰振荡现象半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲瞬态响应波形如图4.4所示：输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称光电延迟时间td，其数量级一般为ns。当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为张驰振荡，其频率一般为0.5～2GHz。这些特性与激光器有源区的电子自发复合寿命和谐振腔内光子寿命以及注入电流初始偏差量有关。张驰振荡

7、和电光延迟的后果是限制调制速率，当最高调制频率接近张驰振荡频率时(f调max＝fr)，波形失真严重，会使接收在抽样判决时增加误码率，因此，实际使用的最高调制频率应低于张驰振荡频率。电光延迟要产生码型效应：当电光延迟时间与数字调制的码元持续时间　　为相同数量级时，会使“0”码过后的第一个“1”码的脉冲宽度变窄，幅度减小，严重时可能使单个“1”码丢失，这种现象称“码型效应”如图4.5所示。用适当的“过调制”补偿方法，如图4.5（C）所示，可以消除型效应。2、自脉动现象某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注

8、入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的调频振荡，这种现象称自脉动现象（如图4.6所示）。频率可达2GHZ，严重影响LD的高速调制特性。自脉动现象是激光器内部不均匀增益或不均匀吸收产生的，往往和LD的P－I曲线的非线性有关，自脉动发生的区域和P－I曲线扭折区域相对应，因此，选择激光器时应特别注意。§4-2光发射机在光纤通信中，光发射机的作用是把从电端机送来的电信号转变成光信号，送入光纤路进行传输。一、对光发射机的要求1、有合适的输出光