光纖通信系統(tǒng)模型

1、光纖通信系統(tǒng)模型 光纖通信是以光纖作為傳輸媒質(zhì)，以光作為信息載體的一種通信形式。因此發(fā)送端首先將所要傳送的聲音或圖像轉(zhuǎn)換成電信號，而后利用這個電信號來改變光的某個參數(shù)如光強或頻率等，再利用光纖將調(diào)制后的光信號傳送至遠(yuǎn)處的接收端，接收端則用光電_極管(PIN)或雪崩光電一極管(APD)等光檢測器將光信號恢復(fù)為電信號，再經(jīng)解調(diào)放大后恢復(fù)出原始信號。在光纖通信系統(tǒng)中所要考慮的岡素很多，如調(diào)制方式、發(fā)光元件、光纖、光檢測器件、放大再生等，還需考慮所要傳送的信號、傳送系統(tǒng)編碼格式、傳輸距離、中繼設(shè)備以及系統(tǒng)的可靠度等因素。光纖通信系統(tǒng)基本組成如圖1-4所示。光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)射機、光纖、中繼器、光纖

2、連接器、光接收機等部分組成。(1)光發(fā)射機 光發(fā)射機的功能是把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并用耦合技術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路。光發(fā)射機由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成，光源是光發(fā)射機的核心。光發(fā)射機的性能主要取決于光源的特性，對光源的要求是：輸出光功率足夠大，調(diào)制頻率足夠高，譜線寬度和光束發(fā)散角盡可能小，輸出功率和波長穩(wěn)定，器件壽命長。目前廣泛使用的光源有半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)、半導(dǎo)體激光二極管(LD)和動態(tài)單縱模分布反饋(DFB)激光器。也有使用固體激光器作為光源。光發(fā)射機把電信號轉(zhuǎn)換為光信號的過程稱為調(diào)制。調(diào)制方式主要有直接調(diào)制和間接調(diào)制兩種，如圖1-5所示。所謂直接調(diào)制是用電信號直接

3、調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動電流，使輸出光隨電信號變化而實現(xiàn)的。這種方案技術(shù)簡單、成本較低且易于實現(xiàn)，但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限制。間接調(diào)制，亦稱外調(diào)制，它是把激光的產(chǎn)生和調(diào)制相互分開，用獨立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光實現(xiàn)的。目前有多種調(diào)制器可供選擇，最常用的是電光調(diào)制器。電光調(diào)制器利用電信號改變電光晶體的折射率，使通過調(diào)制器的光參數(shù)隨電信號變化而實現(xiàn)的調(diào)制過程。間接調(diào)制的優(yōu)點是調(diào)制速率高，缺點是技術(shù)復(fù)雜、成本較高。因此只有在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中使用間接調(diào)制。對光參數(shù)的調(diào)制，原理上可以有光強、幅度、頻率和相位，但實際上目前大多數(shù)光纖通信系統(tǒng)都采用直接光強調(diào)制。因為幅度

4、、頻率或相位調(diào)制，要求幅度和頻率非常穩(wěn)定，且相位和偏振方向可以控制，所以這些調(diào)制方式只在新技術(shù)系統(tǒng)中(如相干光通信)使用。(2)光接收機光接收機的功能是把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號。光接收機由光檢測器、放大器和相關(guān)電路組成，光檢測器是光接收機的核心。對光檢測器的要求是響應(yīng)度高、噪聲低、響應(yīng)速度快。目前廣泛使用的光檢測器有兩種類型：PIN光電二極管(PIN-PD)和雪崩光電二極管(APD)。光接收機把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程，是通過光檢測器的檢測實現(xiàn)的。檢測方式有直接檢測和外差檢測兩種。直接檢測是用檢測器直接把輸入光信號轉(zhuǎn)換為電信

5、號。這種檢測方式設(shè)備簡單、經(jīng)濟實用，是當(dāng)前光纖通信系統(tǒng)普遍采用的方式。外差檢測要設(shè)置一個本地振蕩器和一個光混頻器，使本地振蕩光和光纖輸出的信號光在混頻器中進行混頻，從而輸出中頻光信號，再由光檢測器把中頻光信號轉(zhuǎn)換為電信號。外差檢測方式的難點是需要頻率非常穩(wěn)定、相位和偏振方向可控制、譜線寬度很窄的單模激光源；優(yōu)點是有很高的接收靈敏度。目前，實用光纖通信系統(tǒng)普遍采用直接調(diào)制一直接檢測方式。間接調(diào)制一外差檢測方式雖然技術(shù)復(fù)雜，但是傳輸速率和接收靈敏度很高，是很有發(fā)展前途的通信方式。(3)光纖或光纜光纖線路的功能是把來自光發(fā)射機的光信號，以盡可能小的失真和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C。光纖線路由光纖、光纖接頭和

6、光纖連接器組成。光纖是光纖線路的主體，接頭和連接器是不可缺少的器件。實際工程中使用的是可容納許多根光纖的光纜。光纖線路的性能主要由光纜內(nèi)光纖的傳輸特性決定。對光纖的基本要求是損耗和色散這兩個傳輸特性參數(shù)盡可能小，同時還要求光纖有足夠好的機械特性和環(huán)境特性，即要求光纖或光纜在不可避免的應(yīng)力作用下或環(huán)境溫度改變時，也能保持傳輸特性穩(wěn)定。目前使用的石英光纖有多模光纖和單模光纖，單模光纖的傳輸特性比多模光纖好，價格比多模光纖便宜，因而得到更廣泛的應(yīng)用。單模光纖配合半導(dǎo)體激光器，適合大容量長距離光纖通信系統(tǒng)，而小容量短距離系統(tǒng)用多模光纖配合半導(dǎo)體發(fā)光二極管更加合適。為了適應(yīng)不同通信系統(tǒng)的需要，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)不同、特性優(yōu)良的單模光纖，并成功地投入實際應(yīng)用。(4)中繼器中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補償光信號在光纖中傳輸時產(chǎn)生的衰減；另一個是對波形失真的光脈沖進行校正。(5)光纖連接器、耦合器等無源器件由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的。因此一條光纖