光纖通信系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法

1、光纖通信系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法一光纖通信概況1. 發(fā)展1966 年，美籍華人高錕和霍克哈姆發(fā)表論文，預(yù)見(jiàn)了低損耗的光纖能夠用于通信， 敲開(kāi)了光纖通信的大門，引起了人們的重視。 1970 年，美國(guó)康寧公司首次研制成功損耗為20dB km 的光纖，光纖通信時(shí)代由此開(kāi)始。由于光纖通信具有損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優(yōu)點(diǎn)，備受業(yè)內(nèi)人士青睞，發(fā)展非常迅速。光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量從1980 年到 2000 提高了 100 倍?；窘M成 2.年增加了近一萬(wàn)倍，傳輸速度在過(guò)去的10 年中大約光纖通信系統(tǒng)是以光為載波， 利用純度極高的玻璃拉制成極細(xì)的光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介， 通

2、過(guò)光電變換，用光來(lái)傳輸信息的通信系統(tǒng)。最基本的光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光纖線路和光接收機(jī)組成，具體如下圖所示二光調(diào)制與解調(diào)1. 基本概念類似于電通信中對(duì)高頻載波的調(diào)制與解調(diào)， 在光通信中葉對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)。 不管是模擬系統(tǒng)還是數(shù)字系統(tǒng)， 輸入到光發(fā)射機(jī)帶有信息的電信號(hào)， 都通過(guò)調(diào)制轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。 光載波經(jīng)過(guò)光纖線路傳輸?shù)浇邮斩耍儆山邮諜C(jī)通過(guò)解調(diào)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。2. 常用的調(diào)制方式根據(jù)調(diào)制和光源的關(guān)系，光調(diào)制可分為直接調(diào)制和間接調(diào)制兩類。直接調(diào)制方法是把要傳送的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)注入LD 或 LED，從而獲得相應(yīng)的光信號(hào)，是采用電源調(diào)制的方法。間接調(diào)制是利用晶體的光電效應(yīng)、 磁光效應(yīng)

3、、聲光效應(yīng)等性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光輻射的調(diào)制，有電光調(diào)制、磁光調(diào)制、聲光調(diào)制、電吸收效應(yīng)和共振吸收效應(yīng)等。 本文將詳細(xì)介紹現(xiàn)在常用的是電光調(diào)制和聲光調(diào)制兩種。三、調(diào)制方式的詳細(xì)介紹1. 直接調(diào)制（1）調(diào)制原理直接對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制， 通過(guò)控制半導(dǎo)體激光器的注入電流的大小來(lái)改變激光器輸出光波的強(qiáng)弱。傳統(tǒng)的PDH 和 2.5Gbit/s速率以下的SDH 系統(tǒng)使用的LED 或 LD 光源基本上采用的都是這種調(diào)制方式。(2) 優(yōu)缺點(diǎn)a. 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗小、成本低。b. 缺點(diǎn)：由于調(diào)制電流的變化將引起激光器發(fā)光諧振腔的長(zhǎng)度發(fā)生變化， 引起發(fā)射激光的波長(zhǎng)隨著調(diào)制電流線性變化， 這種變化被稱作調(diào)制啁啾， 它實(shí)際

4、上是一種直接調(diào)制光源無(wú)法克服的波長(zhǎng)（頻率）抖動(dòng)。啁啾的存在展寬了激光器發(fā)射光譜的帶寬，使光源的光譜特性變壞，限制了系統(tǒng)的傳輸速率和距離。（3）應(yīng)用場(chǎng)合寬帶， 3G 蜂窩技術(shù)，軍用設(shè)備，測(cè)試測(cè)量的應(yīng)用。(4)有關(guān)產(chǎn)品a. 法國(guó) 3S 推出 1915 LMA 直接調(diào)制模擬激光器，具有 RIN 低，輸出功率 10mW, 工作帶寬從 10MHz 到 20GHz，成本低等特點(diǎn)，適合針對(duì)各種射頻光傳輸系統(tǒng)應(yīng)用。b. e1 接口光纖Modem，e1 光纖 modem 是將非成幀或成幀的e1數(shù)據(jù)信號(hào)直接調(diào)制到單?；蚨嗄９饫w上傳輸，用戶可選擇任意fe1 時(shí)隙。適用于在不同光纖鏈路上傳輸帶內(nèi)管理通道，可以和v.3

5、5 光纖modem 或以太網(wǎng)光纖 modem 成對(duì)使用。是世界首個(gè)以直接調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送的10Gbps 光收發(fā)器。2. 聲光調(diào)制（1）調(diào)制原理利用光波被介質(zhì)中的超聲波衍射來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 聲光調(diào)制器包括光介質(zhì)、電聲換能器等部分。調(diào)制電信號(hào)加在由某些壓電晶體（如石英、鈮酸鋰等）做成的電聲換能器上，轉(zhuǎn)換為超聲波；當(dāng)超聲波在聲光介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)密度將會(huì)發(fā)生疏密交替的變化， 相當(dāng)于一個(gè)條紋間隔等于超聲波波長(zhǎng)的衍射光柵。 使得通過(guò)介質(zhì)的光波強(qiáng)度、 頻率和方向都將隨超聲波發(fā)生變化， 即起到了調(diào)制的作用。 目前主要有兩種聲光調(diào)制器：自由空間聲光調(diào)制器和光纖耦合聲光調(diào)制器。(2) 優(yōu)缺點(diǎn)a. 優(yōu)點(diǎn)： 有更小

6、的體積、重量和更好的輸出波形，可以獲得較高的對(duì)比度， 所需要的驅(qū)動(dòng)功率也遠(yuǎn)比電光調(diào)制小。 比直接調(diào)制技術(shù)有高得多的調(diào)制頻率，有更高的消光比（一般大于1000： 1），更低的驅(qū)動(dòng)功率，更優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性和更好的光點(diǎn)質(zhì)量以及低的價(jià)格b. 缺點(diǎn)：它的調(diào)制帶寬不如電光調(diào)制。（ 3）應(yīng)用場(chǎng)合a. 預(yù) ( 光 ) 刻伺服磁道技術(shù)的研究， 利用激光微斑記錄特性使磁盤存儲(chǔ)器的道密度得到大幅提高，而在預(yù)( 光 ) 刻伺服錄寫裝置中，一個(gè)重要的任務(wù)就是對(duì)激光束進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制集光脈沖調(diào)制。而通常采用的既是聲光調(diào)制。b.激光印刷機(jī)中，激光束的偏轉(zhuǎn)調(diào)制器就是應(yīng)用聲光調(diào)制布拉格衍射原理實(shí)現(xiàn)的。利用高頻驅(qū)動(dòng)電路可以產(chǎn)生高頻電

7、振蕩，通過(guò)超聲轉(zhuǎn)換能器形成超聲波，通過(guò)快速控制超聲波，實(shí)現(xiàn)聲光器件調(diào)制激光束的目的。c.在軍事上，它也有廣泛應(yīng)用。例如一種新式探測(cè)器:雷達(dá)波譜分析器?？哲婏w行員可以利用它分析射到飛機(jī)上的雷達(dá)信號(hào)來(lái)判斷飛機(jī)是否被敵方跟蹤。外來(lái)的雷達(dá)信號(hào)與本機(jī)內(nèi)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)經(jīng)混頻，放大后，驅(qū)動(dòng)聲光調(diào)制器，產(chǎn)生超聲波，當(dāng)外來(lái)信號(hào)變化時(shí)，超聲波長(zhǎng)也變化，衍射光的角度也變化，反映在二極管列陣上，我們可以很容易的識(shí)別敵方雷達(dá)信號(hào)。(4)有關(guān)產(chǎn)品a.美國(guó)CTI 公司生產(chǎn)的聲光調(diào)制器AOM，用于調(diào)節(jié)與控制激光的光強(qiáng)。b. 光纖耦合聲光調(diào)制器（全光纖聲光調(diào)制器）3. 電光調(diào)制（1）調(diào)制原理電光調(diào)制是基于線性電光效

8、應(yīng) （普克爾效應(yīng)） 即光波導(dǎo)的折射率正比于外加電場(chǎng)變化的效應(yīng)。 電光效應(yīng)導(dǎo)致的相位調(diào)制器中光波導(dǎo)折射率的線性變化，使通過(guò)該波導(dǎo)的光波有了相位移動(dòng), 從而實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。單純的相位調(diào)制不能調(diào)制光的強(qiáng)度。 由包含兩個(gè)相位調(diào)制器和兩個(gè) Y 分支波導(dǎo)構(gòu)成的馬赫澤德 （Mach-Zehnder）干涉儀型調(diào)制器能調(diào)制光的強(qiáng)度。電光調(diào)制器是利用某些晶體材料在外加電場(chǎng)的作用下所產(chǎn)生的電光效應(yīng)而制成的器件。 常用的有兩種方式： 一種是加在晶體上的電場(chǎng)方向與通光方向平行，稱縱向電光效應(yīng)（也稱為縱向運(yùn)用）；另一種是通光方向與所加電場(chǎng)方向相垂直， 稱橫向電光效應(yīng) （也稱為橫向運(yùn)用）。下圖為橫向光電調(diào)制器的結(jié)構(gòu)：(2)

9、優(yōu)缺點(diǎn)a.橫向調(diào)制 :優(yōu)點(diǎn)是可以增加材料的長(zhǎng)度，減少厚度，來(lái)減小斑駁電壓。缺點(diǎn)是會(huì)由自然雙折射引起相移，對(duì)溫度敏感。b.縱向調(diào)制 :優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 工作穩(wěn)定，無(wú)自然雙折射的影響，不需進(jìn)行補(bǔ)償。缺點(diǎn)是半波電壓太高， 功率損耗較大。一般橫向調(diào)制器橫向運(yùn)用時(shí)其半波電壓要低于縱向運(yùn)用,但由于存在著自然雙折射引起的相位延遲，且隨溫度的漂移而改變， 往往使已調(diào)波發(fā)生畸變，常采用“組合調(diào)制器 ”來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。（3）應(yīng)用場(chǎng)合a.調(diào)節(jié)激光束功率，速度如激光印刷，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速度記錄，或高光通信b.主動(dòng)鎖模c.開(kāi)關(guān)脈沖脈沖采摘， 再生放大器和腔倒空激光器(4)有關(guān)產(chǎn)品a. 美國(guó) ConOptics 公司生產(chǎn)的高重頻 / 高速普克爾盒系統(tǒng)，用于鎖模激光器和再生放大系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn) 5002000nm光譜范圍 MHZ以上頻率開(kāi)關(guān)，消除 EMI效應(yīng)。系統(tǒng)由光調(diào)制器、調(diào)制器驅(qū)動(dòng)和同步電路組成。b. 英國(guó) Leysop 公司生產(chǎn)的低電壓電光調(diào)制器，這是一款低電壓ADP橫向模式調(diào)制器，該器件可工作在整個(gè)可見(jiàn)光波段，并且沒(méi)有電壓共振現(xiàn)象，具有較高的溫度穩(wěn)定性， 但在需要長(zhǎng)期直流幅度的地方，它應(yīng)該在恒溫條件下使用。 調(diào)制頻率不受該器件本身特性的限制，而是受電容的限制。四 參考文獻(xiàn)淺論光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)（中國(guó)論文下載中心作者：何召舜編輯： studa0904