光纤通信系统模型

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1、光纤通信系统模型光纤通信是以光纤作为传输媒质，以光作为信息载体的一种通信形式。因此发送端首先将所要传送的声音或图像转换成电信号，而后利用这个电信号来改变光的某个参数如光强或频率等，再利用光纤 将调制后的光 信号传送至远处的接收端，接收端则用光电 _极管(PIN) 或雪崩光电一极管(APD)等光检测器将光信号恢复为电信号，再经解调放大后恢复 出原始信号。在光纤通信系统中所要考虑的冈素很多，如调制方式、发光元件、 光纤、光检测器件、放大再生等，还需考虑所要传送的信号、传送系统编码格式、 传输距离、中继设备以及系统的可靠度等因素。光纤通信系统基本组成如图1-4所示。光纤通信系统主要由光发射机、光纤、

2、 中继器、光纤连接器、光接收机等部分组成。十基E纤钱输慕城f光光光坪线路 .射牧机机接牧机电我射机电搭号光倍号 光信号 电倍妙糯入 输出 WA输岀1-4单同怙输的比沪通临热统基木轨膛(1)光发射机光发射机的功能是把输入的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、驱动器和调制器组成，光源是 光发射机的核心。光发射机的性 能主要 取决于 光源 的特性，对光源的要求是： 输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输 岀功率和波长稳定，器件寿命长。目前广泛使用的光源有半导体发光二极管 (LED)、半导体激光二极管(L D)和动态单纵模分布

3、反馈(DFB)激光器。也有 使用固体激光器作为光源。光发射机把电信号转换为光信号的过程称为调制。调制方式主要有直接调 制和间接调制两种，如图1-5所示。所谓直接调制是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 低且易于实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。间接调制，亦 称外调制，它是把激光的产生和调制相互分开，用独立的调制器调制激 光器的输岀光实现的。目前有多种调制器可供选择，最常用的是电光调光信号出电佰号入仙直橫曲制他）阖按谈制囲I巧调制方式电光调制器利用电信号改变电光晶体的折射率，使通过调制器的光参数随 电信号变化而实现

4、的调制 过程。间接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间接 调制。对光参数的调制，原理上可以有光强、幅度、频率和相位，但实际上目前大多数光纤通信系统都采用直接光强调制。因为幅度、频率或相位调制，要求幅度和频率非常稳定，且 相位和偏振方 向可以控制，所以这些调制方 式只在新技术系统中（如相干光通信）使用。光接收机光接收机的功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成光检测器是光接收机的核心。对光检测器的要求是响应度高、噪声低、响应速度

5、快。目前广泛使用的光检测器有两种类型：1P11N光电二二极管（P IN - P D）和雪崩光电二极管（AP D）。光接收 机把光信号转换为电信号的过程，是通过光检测器的 检测实 现的。检 测方式有直接检测和外差检测两种。直 接检测是用检测器直接 把输入光信号转换为电信号。这种检测方式设备简单、经济实用，是当 前光纤通信系统普遍采用的方式。外差检测要设置一个本地振荡器和一 个光混 频器，使 本地振荡光和 光纤输出的信 号光在 混频器中进行 混频， 从而输岀中频光信号，再由光检测器把中频光信号转换为电信号。外差 检测方式的难点是需要频率非常稳定、相位和偏振方向可控制、谱线宽 度很窄的单模激光源；优

6、点是有很高的接收灵敏度。目前，实用光纤通 信系统 普遍采用直接 调制一直接检 测方式。间接调制一外差检测方式虽 然技术复杂，但是传输速率和接收灵敏度很高，是很有发展前途的通信 方式。（3）光纤或光缆光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的失真和衰减 传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光 纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。实际工程中使用的是可容 纳许多根光纤的光缆。光纤线路的性能主要由光缆内光纤的传输特性决定。对 光纤的基本要求是损耗和色散这两个传输特性参数尽可能小，同时还要求光 纤有足够好的机械特性和环境特性，即要求光纤或光缆在不可避免的应力

7、作 用下或环境温度改变时，也能保持传输特性稳定。目前使用的石英光纤有多模光纤和单模光纤，单模光纤的传输特性比多模光纤好，价格比多模光纤便宜，因而得到更广泛的应用。单模光纤配合半导体 激光器，适合大容量长距离光纤通信系统，而 小容量短距离系统用多模光纤 配合半导体发光二极管更加合适。为了适应不 同通信系 统的需要，市 场上 已 经岀现了多种结构不同、特性优良的单模光纤，并成功地投入实际应用。(4) 中继器中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是 补偿光信号在光纤中传输时产生的衰减；另一个是对波形失真的光脉冲进行校 正。(5) 光纤连接器、耦合器等无源器件由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的 拉制长度也是有限度的。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问 题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，都需要使用光纤连接 器、耦合器等无源器件。实际应用中光缆可以架空安装，可铺设于管道中，也可铺设于海底或直埋 于地下，如图1 . 6所示。