【導(dǎo)讀】細(xì)的透明玻璃絲。光纖通信是以光波作為載波，以光纖作為傳輸。媒質(zhì)所進(jìn)行的通信。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)通信的要求越來(lái)越高。波和毫米波，它們都是通過(guò)提高載波頻率來(lái)擴(kuò)大通信容量的。高104～105倍，因此具有比微波大得多的通信容量。通信網(wǎng)的主要傳輸方式。代的烽火接力通信。但利用光導(dǎo)纖維作為光的傳輸介質(zhì)，真正。實(shí)現(xiàn)光纖通信，只有三十多年的歷史。1960年，美國(guó)科學(xué)家梅。曼發(fā)明了紅寶石激光器。1966年英籍華人高錕提。1970年，美國(guó)康寧公司首先研制出損。國(guó)際上一般都把1970年看做是光纖通信的開(kāi)元之年。此后世界各國(guó)紛紛開(kāi)展研究，光纖的發(fā)展十分迅速。m，通常稱它們?yōu)楫?dāng)前光。作為載波傳輸信號(hào)；二是用光導(dǎo)纖維構(gòu)成的光纜作為傳輸線路。造成同一光纜中各光纖之間的串?dāng)_。這種光纖通信系統(tǒng)稱為強(qiáng)。光纖通信既可用于數(shù)字通信，也可用于模擬通信。光纖一般由纖芯和包層組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖。介質(zhì)的折射率表示光在空氣中的傳播速度與光在某一介質(zhì)中。前的光纖，稱光纖芯線。

　　

【正文】 圖 一種簡(jiǎn)單的 LED數(shù)字信號(hào)直接調(diào)制電路 半導(dǎo)體光電檢測(cè)器 光電檢測(cè)器是將光信號(hào)變成電信號(hào)的器件 。 目前光纖通信系統(tǒng)中常用的是半導(dǎo)體激光器 PIN光電二極管和 APD雪崩光電二極管 。 它們都是基于半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)光 /電轉(zhuǎn)換的 。 1． PIN光電二極管 由于 PIN管具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可在 20V左右的低電壓下工作等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛地應(yīng)用于光接收機(jī)靈敏度要求不太高的中、短距離的光纖通信系統(tǒng)中。 2． APD雪崩光電二極管 由于 APD雪崩光電二極管是一個(gè)高靈敏度的光電檢測(cè)器 ， 它的響應(yīng)度高 ， 且器件的體積小 ，工作電壓不太高 （ 約為 100V左右 ） ， 所以常常被用于長(zhǎng)距離的光纖通信系統(tǒng)中 。 光纖通信系統(tǒng) 光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)射機(jī)、光纖、光接收機(jī)和光中繼器四部分組成。目前廣泛使用的是強(qiáng)度調(diào)制 直接檢波數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。在這一節(jié)主要介紹這一系統(tǒng)的光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光中繼器的基本組成及主要性能指標(biāo)。 光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī)是由信道編碼電路 、 光源及光源驅(qū)動(dòng)與調(diào)制電路三部分組成 ， 如圖 。 光源已在上一節(jié)予以介紹 ， 本節(jié)主要介紹信道編碼和光源驅(qū)動(dòng)與調(diào)制電路 。 圖 光發(fā)射機(jī)組成框圖 1． 信道編碼電路 信道編碼電路的功能是對(duì)基帶信號(hào)的波形和碼型進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ， 使其適于作為光源的控制信號(hào) 。 （ 1） 均衡器 由于在實(shí)際的系統(tǒng)中總是存在不同程度的碼間干擾 ，往往在系統(tǒng)中加入均衡器 ， 用以校正這些失真 。 本系統(tǒng)中由 PCM端機(jī)送來(lái)的 HDB3（ 三階高密度雙極性碼 ） 或 CMI（ 傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼 ） 碼流 ， 首先需要經(jīng)過(guò)均衡 ， 用于補(bǔ)償由電纜傳輸產(chǎn)生的衰減和畸變 ， 以便正確譯碼 。 （ 2） 碼型變換 由均衡器輸出的是 HDB3或 CMI碼 ， HDB3碼是三值雙極性碼 （ 即 + 0、 1） ， CMI碼是歸零碼 。 由于光源不能發(fā)射負(fù)脈沖 ， 因此要通過(guò)碼型變換電路 ， 將其變換成適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性的非歸零的 0、 1碼 （ 即 NRZ碼 ） 。 （ 3）擾碼 若信息碼流中出現(xiàn)長(zhǎng)連 0和長(zhǎng)連 1的情況，將會(huì)給時(shí)鐘信號(hào)的提取帶來(lái)困難。為了避免出現(xiàn)這種情況，需要附加一個(gè)擾碼器，將原始的二進(jìn)制碼序列加以變換，使之達(dá)到 0、 1等概率出現(xiàn)。相應(yīng)地，在光接收機(jī)的判決器后加一個(gè)解擾器，以恢復(fù)原始序列。 擾碼改變了 1碼與 0碼的分布 ， 從而改善了碼流的一些特性 。 例如 擾碼前： 1100000001000………… 擾碼后： 1101110110011………… （ 4） 編碼 經(jīng)過(guò)擾碼后的碼流 ， 盡量使得 0的個(gè)數(shù)均等 ， 便于接收機(jī)提取時(shí)鐘信號(hào) ， 但擾碼后的碼流仍具有一些缺點(diǎn) ， 如沒(méi)有引入冗余 ， 不能進(jìn)行在線誤碼檢測(cè) ， 信號(hào)頻譜中接近于直流的分量較大 ， 不能解決直流分量的波動(dòng)等問(wèn)題 。 因此 ， 在實(shí)際的光纖通信系統(tǒng)中 ， 對(duì)擾碼后的碼流再進(jìn)行編碼 ， 以便滿足光纖通信對(duì)線路碼型的要求 。 （ 5） 時(shí)鐘提取 由于碼型變換 、 擾碼和編碼的過(guò)程都需要以時(shí)鐘信號(hào)為依據(jù) ， 因此 ， 在均衡電路之后 ， 由時(shí)鐘提取電路提取時(shí)鐘信號(hào) ， 供碼型變換 、 擾碼和解碼電路使用 。 2． 光源驅(qū)動(dòng)與調(diào)制電路 光源驅(qū)動(dòng)電路功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào) ， 并將光信號(hào)送入光纖 。 （ 1） 光源驅(qū)動(dòng)電路 經(jīng)過(guò)編碼以后的數(shù)字信號(hào)控制光源發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電流 。 若驅(qū)動(dòng)電流為零 （ 信碼為 0） 則不發(fā)光 ， 若驅(qū)動(dòng)電流為預(yù)先規(guī)定的值 （ 信碼為 1） 則發(fā)光 ， 從而完成了電 /光轉(zhuǎn)換任務(wù) 。 （ 2） 自動(dòng)光輸出功率控制電路 （ APC） 由于光源經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用將出現(xiàn)老化 ， 使輸出光功率降低 ， 另外 ， 激光器的光輸出功率隨溫度的變化而變化 ， 因此為了使光源的輸出功率穩(wěn)定 ， 在實(shí)際使用的光發(fā)射機(jī)中常使用自動(dòng)功率控制 （ APC） 電路 。 它一方面使光輸出功率保持穩(wěn)定 ，另一方面防止光源因電流過(guò)大而損壞 。 （ 3） 自動(dòng)溫度控制電路 （ ATC） 對(duì)激光二極管而言 ， 結(jié)溫升高時(shí)光輸出功率會(huì)明顯下降 ，在 APC電路的作用下控制發(fā)光的驅(qū)動(dòng)電流就會(huì)自動(dòng)增加 ， 使得結(jié)溫進(jìn)一步升高 ， 這樣就造成惡性循環(huán) ， 從而導(dǎo)致激光二極管損壞 ， 所以在光發(fā)射電路中使用 ATC電路來(lái)控制光源的溫度 。 光接收機(jī) 光接收機(jī)由光電檢測(cè)器 、 光信號(hào)接收電路及信道解碼電路三部分組成 ，如圖 。 光電檢測(cè)器已在上一節(jié)予以介紹 ， 本節(jié)主要介紹光信號(hào)接收電路和信道解碼電路 。 圖 光接收機(jī)組成框圖 1． 光信號(hào)接收電路 （ 1） 前置放大器 由于從光電檢測(cè)器出來(lái)的電信號(hào)非常微弱 ， 在對(duì)其進(jìn)行放大時(shí)要經(jīng)過(guò)多級(jí)放大器進(jìn)行放大 。 第一級(jí)放大必須考慮抑制放大器的內(nèi)部噪聲 ， 因此它必須是低噪聲 、 高增益的低噪聲放大器 ， 一般輸出為毫伏數(shù)量級(jí) 。 （ 2）主放大器 將低噪聲放大器輸出的信號(hào)電平放大到判決電路所需要的信號(hào)電平。另外，它還必須具有增益可調(diào)的功能。當(dāng)光電檢測(cè)器輸出的信號(hào)出現(xiàn)起伏時(shí)，通過(guò)光接收機(jī)的自動(dòng)增益控制電路對(duì)主放大器的增益進(jìn)行調(diào)整，使主放大器的輸出信號(hào)幅度在一定范圍內(nèi)不受輸入信號(hào)的影響。一般輸出電平的峰 峰值是幾伏的數(shù)量級(jí)。 （ 3） 均衡器 經(jīng)過(guò)均衡器 ， 補(bǔ)償由光纜傳輸光電轉(zhuǎn)換和放大后產(chǎn)生的衰減和畸變 ， 使輸出信號(hào)的波形適合于判決 ， 以消除碼間干擾 ， 減少誤碼率 。 （ 4） 判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路 判決器是由判決電路和碼形成電路構(gòu)成 。 判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路合起來(lái)構(gòu)成脈沖再生電路的作用是將均衡器輸出的信號(hào)恢復(fù)為 0或 1的數(shù)字信號(hào) 。 （ 5） 自動(dòng)增益控制電路 （ AGC） 光接收機(jī)的自動(dòng)增益控制電路是主放大器的反饋環(huán)路 ， 當(dāng)信號(hào)強(qiáng)時(shí) ， 則通過(guò)反饋環(huán)路使主放大器的增益降低；當(dāng)信號(hào)弱時(shí) ， 則通過(guò)反饋環(huán)路使主放大器的增益提高 ， 從而使送到判決器的信號(hào)穩(wěn)定 ， 有利于判決 。 顯然 ， 自動(dòng)增益控制電路的作用是增加了光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍 。 2． 信道解碼電路 信道解碼電路是與發(fā)送端的信道編碼電路相對(duì)應(yīng)的 ，由解碼 、 解擾和碼型反變換電路組成 。 因?yàn)楣獍l(fā)射機(jī)輸出的信號(hào)是經(jīng)過(guò)碼型變換 、 擾碼和編碼處理的 ， 這種信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)浇邮諜C(jī)后 ， 必須由信道解碼電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行一系列的 “ 復(fù)原 ” 處理 ， 將它恢復(fù)成原始信號(hào)才能送入 PCM系統(tǒng) 。 光中繼器 光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)若干距離后 ， 由于光纖損耗和色散的影響 ， 將使光脈沖信號(hào)的幅度受到衰落 ， 波形出現(xiàn)失真 。 這樣 ， 就限制了光脈沖信號(hào)在光纖中做長(zhǎng)距離的傳輸 。 為此就需要在光波信號(hào)經(jīng)過(guò)一定距離的傳輸后 ， 加一個(gè)光中繼器 ， 用以放大衰減的信號(hào) ， 恢復(fù)失真的波形 ， 使光脈沖得到再生 。 目前所使用的光中繼器主要有半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器兩類 。 1． 半導(dǎo)體光放大器 半導(dǎo)體光放大器組成如圖 ， 它是由一個(gè)沒(méi)有信道解碼的光接收機(jī)和沒(méi)有信道編碼的光發(fā)射機(jī)相接構(gòu)成的 ， 是光 /電 /光轉(zhuǎn)換形式的中繼器 顯然，一個(gè)幅度受到衰減、波形發(fā)生畸變的信號(hào)經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體光放大器放大、再生之后，就可以恢復(fù)為原始的形狀。 圖 半導(dǎo)體光放大器組成框圖 2． 光纖放大器 光纖放大器是直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大的光中繼器 ，它無(wú)須經(jīng)過(guò)光 /電 /光的轉(zhuǎn)換過(guò)程 。 目前摻鉺光纖放大器得到了廣泛的應(yīng)用 。 20世紀(jì) 80年代末期 ， 波長(zhǎng)為?m的摻鉺光纖放大器 （ EDFA： ErbiumDoped Fiber Amplifier） 研制成功并投入使用 ， 解決了全光通信的關(guān)鍵問(wèn)題 ， 成為光纖通信發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑 。 ① 光中繼器。用 EDFA代替半導(dǎo)體光放大器，對(duì)線路中的光信號(hào)直接進(jìn)行放大，使得全光通信技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，如圖 。 圖 EDFA作為光中繼器使用 ② 前置放大器 。 由于 EDFA的低噪聲特點(diǎn) ， 如將它置于光接收機(jī)的前面 ， 放大非常微弱的光信號(hào) ， 可以大大提高接收機(jī)靈敏度 ， 如圖 。 圖 EDFA作為前置放大器使用 ③ 后置放大器 。 將 EDFA置于光發(fā)射機(jī)的輸出端 ， 則可用來(lái)提高發(fā)射光功率 ， 增加入纖光功率 ， 延長(zhǎng)傳輸距離 ， 如圖 。 圖 EDFA作為后置放大器使用