光纖通信系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法

3/3光纖通信系統(tǒng)中常用的調(diào)制方法光纖通信系統(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(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表論文，預(yù)見了低損耗的光纖能夠用于通信，敲開了光纖通信的大門，引起了人們的重視。1970年，美國康寧公司首次研制成功損耗為20dB／km的光纖，光纖通信時代由此開始。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，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年增加了近一萬倍，傳輸速度在過去的10年中大約提高了100倍。

2.基本組成

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，通過光電變換，用光來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、光纖線路和光接收機組成，具體如下圖所示

二．光調(diào)制與解調(diào)

1.基本概念

類似于電通信中對高頻載波的調(diào)制與解調(diào)，在光通信中葉對光信號進(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)射機帶有信息的電信號，都通過調(diào)制轉(zhuǎn)換為光信號。光載波經(jīng)過光纖線路傳輸?shù)浇邮斩?，再由接收機通過解調(diào)把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

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)殡娦盘栕⑷隠D或LED，從而獲得相應(yīng)的光信號，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)、聲光效應(yīng)等性質(zhì)來實現(xiàn)對激光輻射的調(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

直接對光源進(jìn)行調(diào)制，通過控制半導(dǎo)體激光器的注入電流的大小來改變激光器輸出光波的強弱。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

a.優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、損耗小、成本低。

b.缺點：由于調(diào)制電流的變化將引起激光器發(fā)光諧振腔的長度發(fā)生變化，引起發(fā)射激光的波長隨著調(diào)制電流線性變化，這種變化被稱作調(diào)制啁啾，它實際上是一種直接調(diào)制光源無法克服的波長（頻率）抖動。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)用場合

寬帶，3G蜂窩技術(shù)，軍用設(shè)備，測試測量的應(yīng)用。

(4)有關(guān)產(chǎn)品

a.法國3S推出1915LMA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，適合針對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)信號直接調(diào)制到單?；蚨嗄９饫w上傳輸，用戶可選擇任意fe1時

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.35光纖modem或以太網(wǎng)光纖modem成對使用。是世界首個以直接調(diào)制方式實現(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)中的超聲波衍射來實現(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，介質(zhì)密度將會發(fā)生疏密交替的變化，相當(dāng)于一個條紋間隔等于超聲波波長的衍射光柵。使得通過介質(zhì)的光波強度、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

a.優(yōu)點：有更小的體積、重量和更好的輸出波形，可以獲得較高的對比度，所需要的驅(qū)動功率也遠(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)動功率，更優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性和更好的光點質(zhì)量以及低的價格

b.缺點：它的調(diào)制帶寬不如電光調(diào)制。

（3）應(yīng)用場合

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，一個重要的任務(wù)就是對激光束進(jìn)行光強調(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現(xiàn)的。利用高頻驅(qū)動電路可以產(chǎn)生高頻電振蕩，通過超聲轉(zhuǎn)換能器形成超聲波，通過快速控制超聲波，實現(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上的雷達(dá)信號來判斷飛機是否被敵方跟蹤。外來的雷達(dá)信號與本機內(nèi)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的振蕩信號經(jīng)混頻，放大后，驅(qū)動聲光調(diào)制器，產(chǎn)生超聲波，當(dāng)外來信號變化時，超聲波長也變化，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別敵方雷達(dá)信號。

(4)有關(guān)產(chǎn)品

a.美國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。

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應(yīng)（普克爾效應(yīng)）即光波導(dǎo)的折射率正比于外加電場變化的效應(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，使通過該波導(dǎo)的光波有了相位移動,從而實現(xiàn)相位

調(diào)制。單純的相位調(diào)制不能調(diào)制光的強度。由包含兩個相位調(diào)制器和兩個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)制光的強度。

電光調(diào)制器是利用某些晶體材料在外加電場的作用下所產(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方向與通光方向平行，稱縱向電光效應(yīng)（也稱為縱向運用）；另一種是通光方向與所加電場方向相垂直，稱橫向電光效應(yīng)（也稱為橫向運用）。下圖為橫向光電調(diào)制器的結(jié)構(gòu)：

(2)優(yōu)缺點

a.橫向調(diào)制:優(yōu)點是可以增加材料的長度，減少厚度，來減小斑

駁電壓。缺點是會由自然雙折射引起相移，對溫度

敏感。

b.縱向調(diào)制:優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定，無自然雙折射的影響，

不需進(jìn)行補償。缺點是半波電壓太高，功率損耗較大。

一般橫向調(diào)制器橫向運用時其半波電壓要低于縱向運用,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”來進(jìn)行補償。

（3）應(yīng)用場合

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.主動鎖模

c.開關(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)，實現(xiàn)500—2000nm光譜范圍MHZ以上頻率開關(guān)，消除EMI效應(yīng)。系統(tǒng)由光調(diào)制器、調(diào)制器驅(qū)動和同步電路組成。

b.英國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可見光波段，并且沒有電壓共振現(xiàn)象，具有較高的溫度穩(wěn)定性，但在需要長期直流幅度的地方，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．

《光纖通信（第二版）