【正文】 30MHz，邊發(fā)光型 LED截止頻率為 100MHz～ 150MHz。但 LED性能穩(wěn)定，壽命長，使用簡單，輸出光功率線性范圍寬，而且制造工藝簡單，價格低廉。 LD通常和單模光纖耦合，用于 、長距離光通信系統(tǒng)。104 光電檢測器光電檢測器 光電檢測器完成光 /電信號的轉換。 目前常用的半導體光電檢測器有兩種， PIN光電二極管和 APD雪崩光電二極管。由于是輕摻雜，電子濃度很低，經擴散后形成一個很寬的耗盡層，如圖 310（ a）所示。結構示意圖如圖 310（ b）所示。它不但具有光 /電轉換作用，而且具有內部放大作用，其放大作用是靠管子內部的雪崩倍增效應完成的。 APD就是利用雪崩效應使光電流得到倍增的高靈敏度的檢測器。 保護環(huán)型在制作時淀積一層環(huán)形 N型材料，以防止在高反壓時使 PN結邊緣產生雪崩擊穿。圖 311（ a）所示的是縱向剖面的結構示意圖。的示意圖。 APD隨使用的材料不同有幾種： SiAPD（工作在短波長區(qū)）；GeAPD和 InGaAsAPD（工作在長波長區(qū)）等。 APD管除有上述特性外，還有雪崩倍增特性、溫度特性等。 響應度定義為：（ A/W） （ 310） 其中， Ip為光電檢測器的平均輸出電流， Pin為入射到光電二極管上的平均光功率。一般用響應時間（上升時間和下降時間）來表示。 （ 3）暗電流 在理想條件下，當沒有光照時，光電檢測器應無光電流輸出。 嚴格地說，暗電流還應包括器件表面的漏電流。因此，器件的暗電流越小越好。 無源光器件可分為連接用的部件和功能性部件兩大類。 功能性部件有分路器、耦合器、光合波分波器、光衰減器、光開關和光隔離器等，用于光的分路、耦合、復用、衰減等方面。 光纖連接器主要用于實現(xiàn)系統(tǒng)中設備與設備、設備與儀表、設備與光纖及光纖與光纖的非永久性固定連接等。兩個插頭裝進兩根光纖尾端；耦合管起對準套管的作用。圖 313 光纖活動連接器基本結構113 （ 2）光纖連接器的分類 光纖連接器按光纖數量、光耦合系統(tǒng)、機械耦合系統(tǒng)、套管結構和緊固方式進行分類，如表 31所示。平均損耗值應不大于 。其典型值應不小于 25dB。 ④ 重復性，即每次插拔時連接損耗變化量要小。115 （ 4）部分常見光纖連接器 ① FC型。 ② PC型。其對接面由平面變?yōu)楣靶屯姑妗? ③ SC型。 ④ DIN47256型。 ⑤ 雙錐型連接器。 （ 5）固定連接 光纖與光纖的連接有兩種，活動連接和永久性連接。永久性連接有粘接法和熔接法，目前多用熔接法。 光衰減器主要用于調整中繼段的線路衰減，測量光系統(tǒng)的靈敏度及校正光功率計等。 （ 1）固定衰減器，其造成的功率衰減值是固定不變的，一般用于調節(jié)傳輸線路中某一區(qū)間的損耗?？勺兯p器又分為連續(xù)可變和分擋可變兩種。 功能是把一個輸入的光信號分配給多個輸出（分路），或把多個輸入的光信號組合成一個輸出（耦合）。118圖 314 常用耦合器的類型119 2．主要性能指標 表示光纖耦合器性能指標的參數有：隔離度、插入損耗和分光比等。 （ 1）隔離度 A 如圖 320（ c）所示，由端 1輸入的光功率 P1應從端 2和端 3輸出，端 4理論上應無光功率輸出。隔離度 A表示為 （ 314）一般情況下，要求 。插入損耗等于輸出光功率之和與輸入光功率之比的分貝值，用 L表示為 （ 315） 一般情況下，要求 L≤ （ 3）分光比 T 分光比等于兩個輸出端口的光功率之比，如從端 1輸入光功率，則端 2和端 3分光比 （ 316） 一般情況下，定向耦合器的分光比為 1︰ 1～ 1︰ 10。 光隔離器主要用在激光器或光放大器的后面。如圖 315所示。圖 316所示為光環(huán)形器用于單纖雙向通信的例子。 （ 1）插入損耗 插入損耗是指在光隔離器通光方向上傳輸的光信號由于引入光隔離器而產生的附加損耗。124 （ 2）回波損耗 回波損耗是指由于構成光隔離器的各元件、光纖以及空氣折射率失配引起的反射造成的對入射光信號的衰減。 RL值越大越好。有 （ 319）其中， 為反向輸入光隔離器的光信號功率， 為反向通過光隔離器的光功率。125 （ 4）偏振相關損耗（ PDL） 是指輸入光偏振態(tài)發(fā)生變化而其他參數不變時，器件插入損耗的最大變化量。 （ 5）偏振模色散（ PMD） 是指通過器件的信號光不同偏振態(tài)之間的相位延遲。126 波長轉換器波長轉換器 波長轉換器：使信號從一個波長轉換到另一個波長的器件。 （ 1）光電型波長轉換器 如圖 317所示。圖 317 光電型波長轉換器127 （ 2）全光型波長轉換器 其波長轉換技術主要由半導體光放大器（ SOA）構成，如圖 318所示。圖 318 全光型波長轉換器128 光開關光開關 光開關：能夠控制傳輸通路中光信號通或斷或進行光路切換作用的器件。 ? 機械式光開關的開關功能是通過機械方法實現(xiàn)的。 優(yōu)點是插入損耗小，隔離度高，串擾小，適合各種光纖，技術成熟；缺點是開關速度較慢，體積較大。 優(yōu)點是開關速度快，易于集成化；缺點是插入損耗大，串擾大，只適合單模光纖。 如果所通過的光波長可以改變，則稱為波長可調諧光濾波器。 光濾波器的結構有兩類，干涉濾波器和吸收濾波器。 光敏性是指當外界入射的紫外光照射到纖芯中摻鍺的光纖時，光纖的折射率將隨光強而發(fā)生永久性改變。 光纖光柵最顯著的優(yōu)點是插入損耗低，結構簡單，便于與光纖耦合，而且它具有高波長選擇性。 2．光源器件作用是將電信號轉換成光信號送入光纖。 3． LD由工作物質、激勵源和光學諧振腔組成。 5．半導體光電檢測器的作用是將電信號轉換成光信號。 6．無源光器件，常用的無源光器件有光連接器、光衰減器、光耦合器、光隔離器、光環(huán)形器、光波長轉換器、光開關、光濾波器和光纖光柵等。? 光通信常用線路碼型。? 熟悉光中繼器的組成框圖及工作原理。135 光發(fā)送機與光接收機統(tǒng)稱為光端機。圖 41 光纖通信系統(tǒng)組成 光纖通信系統(tǒng)主要包括光纖（光纜）和光端機。光發(fā)送機完成 E/O轉換，光接收機完成 O/E轉換，光纖實現(xiàn)光信號的傳輸，光中繼器延長通信距離。對光發(fā)送機的要求： （ 1）有合適的輸出光功率 光發(fā)送機的輸出光功率，是指耦合進光纖的功率，亦稱入纖功率。 （ 2）有較好的消光比 消光比的定義為全 “1”碼平均發(fā)送光功率與全 “0”碼平均發(fā)送光功率之比。一般要求 EXT≥10dB。 除此之外，還要求電路盡量簡單、成本低、穩(wěn)定性好、光源壽命長等。如圖 42。 （ 2）碼型變換：將 HDB3碼或 CMI碼變化為 NRZ碼。 （ 4）擾碼：使信號達到 “0”、 “1”等概率出現(xiàn)，利于時鐘提取。 （ 6）調制（驅動）電路：完成電 /光變換任務。 （ 8）溫度控制和功率控制： 穩(wěn)定工作溫度和輸出的平均光功率。140 光源的調制光源的調制 1．光源 光源的作用是產生作為光載波的光信號，對光源的要求是： ① 發(fā)送光波的中心波長應在 、 。 ② 電 /光轉換效率高，發(fā)送光束方向性好，以提高耦合效率。 ④ 器件的溫度穩(wěn)定性好，可靠性高，壽命長。141 2．調制方式 有直接調制（內調制）和間接調制（外調制）。 調制原理如圖 43所示。但存在波長 (頻率 )的抖動。 ② 特點 調制系統(tǒng)比較復雜、損耗大、而且造價也高。144 光接收機光接收機 光接收機作用是將光纖傳輸后的幅度被衰減、波形產生畸變的、微弱的光信號變換為電信號，并對電信號進行放大、整形、再生后，再生成與發(fā)送端相同的電信號，輸入到電接收端機，并且用自動增益控制電路（ AGC）保證穩(wěn)定的輸出。前端性能是決定光接收機的主要因素。圖 415 數字光接收機方框圖146 1．光電檢測器 光電檢測器是把光信號變換為電信號的關鍵器件，對其要求是： ① 在系統(tǒng)的工作波長上要有足夠高的響應度，即對一定的入射光功率，光電檢測器能輸出盡可能大的光電流。 ③ 有足夠高的響應速度和足夠的工作帶寬。 ⑤ 光電轉換線性好，保真度高。 ⑦ 功耗和體積小，使用簡便。 對前置放大器要求是較低的噪聲、較寬的帶寬和較高的增益。 主放大器一般是多級放大器，它的功能主要是提供足夠高的增益，把來自前置放大器的輸出信號放大到判決電路所需的信號電平。 主放大器和 AGC決定著光接收機的動態(tài)范圍。 4．再生電路 再生電路的任務是把放大器輸出的升余弦波形恢復成數字信號，由判決器和時鐘恢復電路組成。作用是增加了光接收機的動態(tài)范圍，使光接收機的輸出保持恒定。這些噪聲的分布如圖 416所示。前置放大器的噪聲包括電阻熱噪聲及晶體管組件內部噪聲。 （ 1）光接收機的靈敏度 光接收機的靈敏度是指在系統(tǒng)滿足給定誤碼率指標的條件下，光接收機所需的最小平均接收光功率 Pmin（ mW）。即 (43) 151 （ 3）自動增益控制（ AGC） AGC就是利用反饋環(huán)路來控制主放大器的增益。 自動增益控制（ AGC）電路原理框圖如圖 417所示。 以上兩點不但限制了光信號的傳輸距離，也限制了光纖的傳輸容量。 光中繼器的功能是補償光能量損耗，恢復信號脈沖形狀有： ① 補償衰減的光信號； ② 對畸變失真的信號波形進行整形。153 光電中繼器光電中繼器 1．光電中繼器的構成 傳統(tǒng)的光中繼器采用光 —電 —光（ OEO）轉換形式的中繼器。圖 418 典型的數字光中繼器原理方框圖 2．光電中繼器的結構形式 有的設在機房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光纜在電桿上。摻鉺光纖放大器是一個直接對光波實現(xiàn)放大的有源器件，其工作原理如圖 419所示。缺點是，光放大器作中繼器時，對波形的整形不起作用。光發(fā)射機實現(xiàn) E/O，光接收機實現(xiàn) O/E轉換。 3．對光源進行強度調制的方法分為兩類，即直接調制（內調制）和間接調制（外調制）。間接調制適合于高速大容量的系統(tǒng)。156 5．光接收機的噪聲主要來自光接收機內部噪聲：包括光電檢測器的噪聲和光接收機的電路噪聲。 6．數字光接收機主要指標有光接收機的靈敏度和動態(tài)范圍。有兩種類型的中繼器，傳統(tǒng)的光電中繼器和全光中繼器。? 損耗受限和色散受限系統(tǒng)的再生段距離的設計示例。學習本章目的和要求? 掌握再生段距離設計的方法。所謂最壞值設計法，就是在設計再生段距離時，將所有參數值都按最壞值選取，而不管其具體分布如何。159 PP在實際中可以等效為附加接收損耗，可扣除，于是實際 SR點的允許損耗為 （ 52） 式中 A f表示再生段平均光纜衰減系數（ dB/km）， A S是再生段平均接頭損耗（ dB）， L f是單盤光纜的盤長（ km）， M c是光纜富余度（ dB/km）， A C是光纖配線盤上的附加活動連接器損耗（ dB），這里按兩個考慮。160 在中繼距離的設計中應考慮衰減和色散這兩個限制因素，因而對于中繼距離的設計可以分為兩種情況來討論。 第二種情況是色散受限系統(tǒng)，即再生段距離由 S和 R點之間的光通道總色散所限定。 采用最壞值法設計時，再生段距離 Ll的計算公式（ 5?4）可以簡化為下式 （ 57）163 應用舉例應用舉例 以 STM?16長途通信系統(tǒng)光傳輸設計為