《光纤通信技术 教学课件 ppt 作者 彭利标 Fiber4-2光源和光发射机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤通信技术 教学课件 ppt 作者 彭利标 Fiber4-2光源和光发射机（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4.4 光源的调制方法,一、概述 1、信号形式 模拟信号 数字信号,2、调制方式 直接调制 间接（外）调制 3、光源类型 LD LED,二、光源的直接调制,1、调制方法： 将待发送的信息电信号（数字信号）经过复用、编码等处理后，直接注入LD或LED，控制光源的驱动电路，使发光强度I随调制信号电流幅度的变化规律而变化。从而获得相应的已调光信号。是一种光强度调制 (Intensity Modulation) -IM。 特点： 电路简单、经济、易实现，是在光纤通信系统中最常采用的调制方法。,2、LED直接调制,（1） LED模拟调制 模拟信号： 话音、视频等信号 -正弦波代替 对光源进行调制：对LE
2、D进行模拟调制，调制负载线， P-I曲线。 (LED无阈值 P-I曲线) 调制原理：连续变化的模拟信号电流叠加在直流偏置电流I0上。 注意事项：适当选择直流偏置电流I0的大小，可以减小光信号的非线性失真 模拟调制电路：是电流放大电路，最简单的模拟调制电路图。,（2） LED数字调制,(LED无阈值 P-I曲线) 数字信号： 话音、视频等的PCM编码 -0、1 对光源进行调制：对LED进行数字调制，调制负载线， P-I曲线。 调制原理：数字信号电流开关。（偏置电流I0可以为0） 数字调制电路：是电流开关电路。,3、LD直接调制,数字激光LD发射机与LED相比，LD的调制问题要复杂得多，尤其在高速
3、率调制系统中，驱动条件的选择、调制电路的形式和工艺、激光器的控制等都对调制性能影响很大。,（1）参数选择,LD偏置电流I0选择 选择直流工作点偏置电流I0时应考虑以下几方面： 加大直流偏置I0可以减小电光延迟时间。 当偏置I0在阈值附近时，较小的调制脉冲电流就能得到足够的输出光脉冲，I0和I0+ Im 的值相差不大，从而可以减小码型效应和PN结发热效应的影响。通常 I0+ Im 的值=（1.2-1.3）Ith,偏置电流太高，会使消光比恶化。 消光比: EXT=P1/P0=10lg(P1/P0)(dB) 要适当地选取偏置电流I0和Im,典型实例,美国亚特兰大的44.7Mbs光发射机激光器的直流偏
4、置I0在90mA左右，其阈值电流Ith =100mA；,北京邮电大学的140Mbs光发射机，激光器的直流偏置逼近阈值；高速数字光纤通信系统中，激光器偏置在阈值之上， I0 =118mA， Ith =108mA(减少电光延迟)。,调制电流幅度Im 的选择:,应根据激光器件的p-I曲线，既要有足够的输出光脉冲的幅度，又要考虑到光源的负担。 如果激光器在某些区域有自脉动现象发生，那么Im的选择，应避开自脉动发生的区域。,Im 的选择,（2）LD的调制特性,LD直接调制方法电路简单，设备价格低，原理简单，技术成熟，所以被广范使用，注意几点： （1）电光延迟 td 电脉冲到来后，载流子浓度达到一定阈值后
5、（0.5-2.5ns）才发光，偏置I0合适可减少电光延迟 td （2）张弛振荡 注入电子与产生光子的作用，量子力学过程,（3）小信号频率响应 当 I0 It Im I0- It 时，偏置电流增加，调制带宽增加;输出功率增加。 偏置电流增加的缺点？（负担、消光比） 4、大信号调制产生频率啁啾 当 I0 It Im I0- It 时。,三、光源的间接（外部）调制,间接（外部）调制技术不仅适合于半导体激光器，也适合于其他类型的激光器。间接调制技术有电光调制、磁光调制和声光调制等。其中最常用的是电光调制技术。,1、常用的光调制器,（1）LiNbO3电光调制器 原理：以Mach-Zehnder干涉仪(M
6、ZI)为基础的行波器件， 优点：采用了行波电极，可获得很高的工作速度； 调制器性能的波长依赖性很小。但这类调制器要求具有较高的驱动电压。,（2）半导体光调制器,半导体-电子器件材料，也是光电器件和光电子集成器件的理想材料， 半导体光调制器-解决了半导体激光器与光调制器的单片集成问题，使制作成本大幅度降低。,声光调制器 磁光调制器,四.光调制器主要参数,1、调制效率 调制效率也称调制深度，定义为： =|I-I0|/I0 100% 或 =|I-I0|/ Im 100% I为外加某调制信号时的调制光波光强度; I0为没有调制信号时的光波强度; Im为外加最大调制信号时的光波强度。,2、调制带宽fm
7、调制带宽定义为： fm=（RC）-1 RC是等效负载的时间常数 3、最高调制频率f max,五、对激光器的保护,激光器是光发射机的主要器件，为了使激光器发出足够大的光功率，就必须加大驱动电流。 由于发光效率的问题，必定会使激光器的温升提高，结温过高必然会降低激光器的稳定性和可靠性，所以激光器是易损器件。,为了提高激光器寿命，减少损坏，必须对激光器采取一定的保护措施。 保护措施：ATC APC,1、光源慢启动保护：,在光发射机电路中，许多工作单元电路与激光器公用一组电源，为了防止刚接通电源时的瞬态冲击电流损坏激光器，设有慢启动保护电路。,2、过流保护,为防止激光器光源受过大的电流而损坏，驱动电路
8、设有过流保护电路。 正常工作时三极管TR截止，对激光器LD无影响，当LD中的电流过大，取样电阻R上电压增加，使分流三极管TR导通，对LD形成分流，保护了激光二极管LD。,3、反向冲击电流保护,在LD上并联二极管D1 。 正常时：不影响光源的工作速度。 当反向冲击电流或反向冲击电压出现时，二极管D1迅速导通，形成泄放电路，保护了激光器光源。,4、无光告警,正常时（PIN检测）： V f VD ，A2输出高电平，反相后低电平，LED指示灯不亮； 无光时（PIN无光）： V f VD ， A2输出低电平，反相后高电平，LED指示亮。,5、焊接、人体静电保护,注意： （1）激光器组件焊接时，用带地线烙
9、铁。 （2）为了防止静电损伤激光器，应将人体静电放掉后再拿取激光器，如有条件最好在防静电工作台上进行工作。,（3）将烙铁烧热后，将电源断开再进行焊接，焊接时间不要超过10s，操作时要带防静电腕带。,4.5 光发射机,1、对光发射机的性能要求 光源特性：波长、线宽1/2、P-I特性、寿命。 调制特性：调制类型（内、外调制）；P-I曲线的线性度； 偏置电流I0的选择 输出特性：进纤功率 要求0.01-10mW；稳定性5%-10% ； 消光比EXT=（全1平均光功率）/（全0平均光功率）（大于10）,一、光发射机概述,（1）使用场合分类 光发射机 -光信号发送 光接收机 -光信号接收 光收、发一体机
10、 -中继器,2、光端机类型,（2）调制方式分类,直接调制光发射机： -电信号变化直接驱动光源功率-调制器隐含,间接（外）调制光发射机：外加调制器,二、光发射机的组成,1、结构组成 电信号输入设备+光源+调制器,光发射机外形,1331光发射机,2、信号输入电路,电路结构,均衡电路：信号调整、改善波形； 码型变换： 信源码（HDB3、CMI、三值码、RZ）变换成NRZ（处理方便、抗干扰）满足技术要求； 加扰电路：破坏长“0”长“1” 时钟控制：收发的依据 编码器：业务需要、改善性能,三、光发射机的主要性能指标,光源是光发射机的核心部件 1.光源的特性 (1)发射波长p：根据光纤的低损耗传输窗口，发
11、射机光源的发射波长应为850nm、1310nm和1550nm，目前使用的光发射机，其发射波长多为1310nm和1550nm。 (2)谱宽： 谱宽是指光发送机中光源器件的谱线宽度。谱宽越窄，则由它引起光纤的传输色散越小，越有利于进行大容量信息传输。 (3)寿命： 要求光源器件寿命越长越好，一般为数万小时以上。,2.调制特性 （1）调制方式：可采用直接调制或外调制。 (2)消光比EXT：消光比指信号为“0”时光功率的损失程度。 定义：电信号为全“1”时，光发送机发射的光功率与电信号为全“0”时光发射机发送光功率的比值，即 EXT=P1/P0 或 EXT=101g(P1/P0) dB 3.输出特性 （1）输出光功率：输出光功率指耦合进光纤的功率 （2）平均发光功率PAV：是指光发送机在0、1码等概率调制情况下的发光功率，单位为dBm。它与激光器最大发送光功率P max的关系是P= P max /2 （3）稳定性：是当环境温度变化或器件老化过程中，输出光功率基本保持不变。,
