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• 光发射机

  • 基本性能要求

    • 合适的发光波长

    • 良好的消光比

    • 合适的输出光功率

    • 调制特性好

  • 基本组成

    • 光源

      • 光源:是实现电光转换的关键器件，在很大程度上决定着光发射机的性能。 (1)发射的光波长应和光纤低损耗“窗口”一致，即中心波长应在 850nm、1310nm 和1550nm 附近(2)光谱单色性要好，即光谱宽度要窄，以减小光纤色散对带宽的限制。 (3)电/光转换效率要高，即要求在足够低的驱动电流下，有足够大而稳定的输出光功率，且线性发射光束的方向性要好，即远场的辐射角要小，以利于提高光源与光纤之间的耦合效率好。(4)允许的调制速率要高或响应速度要快，以满足系统对传输容量的要求。 (5)器件应能在常温下以连续波方式工作，要求温度稳定性好，可靠性高，寿命长(6)要求器件体积小，重量轻，安装使用方便，价格便宜。

    • 电路

      • 电路:是根据光源进行设计的，使得输出的光信号能够准确反应输入电信号。直接光强调制的数字光发射机主要电路有调制电路、控制电路和线路编码电路，采用激光器作光源时，还有偏置电路。对调制电路和控制电路的要求如下: (1)输出光脉冲的消光比≤10%，以保证足够的光接收信噪比。 (2)输出光脉冲的宽度应远大于开通延迟(电光延迟)时间，光脉冲的上升时间、下降时间和开通延迟时间应足够短，以便在高速率调制下，输出的光脉冲能准确再现输入电脉冲的波形。 (3)对激光器应施加足够的偏置电流，以便抑制在较高速率调制下可能出现的弛张振荡，保证发射机正常工作。 (4)应采用自动功率控制(APC)和自动温度控制(ATC)，以保证输出光功率有足够的稳定性

  • 调制特性

    • 现象

      • 电光延迟

        • 输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间td

      • 弛张振荡

        • 当电路脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡

      • 码型效应

        • 子主题 1

      • 子脉动现象

        • 某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围是，输出光脉冲出现持续等幅度的高频振动，这种现象称为子脉动现象。

  • 温度特性和自动温度控制

    • 温度特性

      • 对阈值电路的影响

        • 温度升高——阈值点了增加——输出光脉冲幅度下降

      • 对外微分量子效率（电光转换效率）的影响

        • 温度升高——效率减小——输出光脉冲幅度下降

      • 结发热效应：由于调制电路的影响，引起激光器结区温度的变化，因而使得输出光脉冲的形状发生变化。

        • 具体过程: (1)=0时电脉冲到来，注入电流为工，由于电流的热效应,在脉冲持续时间里，结区的温度随时间:而升高，激光器的阈值电流随t而增大，使输出光脉冲的幅度随,而减小。(2)-T时电流脉冲过后，注入电流从减小到，电流散发的热量减少，结区温度随t而降低，值电流减小，使输出光脉冲的幅度增大。

    • 自动温度控制

      • 组成

        • 制冷器

        • 热敏电阻：作为传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路

        • 控制电路：根据热敏电阻的反馈改变制冷量，使激光器输出特定保持恒定

• 光接收机

  • 基本组成和功能

    • 接收机前端：将微弱光信道转换成电信号

      • 前置放大器：低噪声放大器，它的噪声对光接收机的灵敏度影响很大

        • 常见的前置放大电路：

      • 光检测器：实现光电转换的关键器件（其响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度）

        • 对光检测器的要求如下: (1)波长响应要和光纤低损耗窗口(850nm、1310nm和1550nm)兼容;(2)响应度要高，在一定的接收光功率下，能产生尽可能大的光电流;(3)噪声要尽可能低，能接收微弱的光信号; (4)性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小。

      • 线性通道：将电信号放大

        • 主放大器：提供足够的增益，并通过它实现自动增益控制（AGC），以是输入光信号在一定范围变化是，输出电信号保持恒定。主放大器和AGC决定接收机的动态范围

      • 数据恢复：将电信号恢复为原始的数字码流

        • 码间干扰：是指光纤色散引起光脉冲展宽，当光脉冲展宽超过分配给它们的时隙时，以致一部份光脉冲能量进入相邻时隙，对邻近码元信号产生干扰的现象。同时，码间干扰使得留在本时隙内的光脉冲能量减小，使判决电路的输入信噪比降低。所以，码间干扰是产生误码的重要原因。

          • 消除方法：若单个码元的时域展宽波形的主峰峰值对应时刻以及名个零点对应时刻是等间隔分布的，并且其间隔时间等于码元周期T，则用这种码元时域展宽波形组成的码元序列，具有以下特性: (1)在传号码元波形的主峰峰值对应时刻上不会出现其他码元信号的非零值;(2)在空号码元的零值中心时刻上也不会出现其他码元信号的非零值。 所以，在传号码元的主峰峰值对应时刻上和在空号码元的零值中心时刻上进行幅度判决，不会产生误码。

        • 均衡——对已产生畸变（失真）的电信号进行补偿，使输出信号的波形适合于判决，以消除码间干扰，减小误码率

        • 再生电路（判决电路+时钟提取电路）：从放大器输出的型号和噪声混合的波形中提取码元时钟，并逐个的对码元波形进行取样判决，已得到原发送的码流

        • 噪声特性（内部噪声的主要来源：光检测器的噪声和前置放大器的噪声）

          • 量子噪声：由于光子的相位是随机的，因此光检测器在某个时刻实际接受到的光子数是在一个统计平均值上波动，因此产生噪声

          • 散粒噪声：由于光生电流是一种随机电路，他围绕一个平均值起伏，这种无规律的起伏就是散粒噪声。

          • 热噪声：在有限温度下，负载电阻内自由电子和振动离子间由于热相互作用引起的一种随机脉冲

          • 放大器噪声：在电路系统中，电阻晶体管等器件引入的噪声。（前置器放大器的噪声对系统性能影响是最大的）