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第六章：光端机 6.1光源与光纤的耦合 6.2光调制 6.3光发射机 6.4光接收机 6.5光接收机噪声分析 6.6光接收机的误码率和接收灵敏度 6.7光中继器 6.1光源与光纤的耦合 从光源发射出来的光功率尽可能多地送入光纤中传输，这就是光源与光纤的耦合问题。 衡量光源与光纤耦合的质量可以用耦合效率η，它定义为 η=PF/PS (6-1-1) 式中： PF—耦合进入光纤的光功率 PS—光源发射的功率。 光源与光纤的耦合效率： 与光源的类型(LED或LD)及光纤的类型(多模光纤或模光纤)有关。 LD与单模光纤的耦合效率较高，可以达到30～50%，而LED与单模光纤的耦合效率较低，可能小于1%。 光源与光纤的耦合方法， 一般采用下面两种： 直接耦合和透镜耦合 光源与光纤的透镜耦合如图所示 一个理想的微透镜耦合结构应用下列四个特征： 足够大的数值孔径收集激光辐射 焦距完全匹配于激光器和光纤的模式 无球差 端面应增透镀覆以消除反射。 作为光源的发光器件， 应满足以下要求： (1)体积小，与光纤之间有较高的耦合效率； (2)发射的光波波长应位于光纤的三个低损耗窗口，即0.85μm、1.31μm和1.55μm波段； (3)可以进行光强度调制； (4)可靠性高，要求它工作寿命长、工作稳定性好，具有较高的功率稳定性、波长稳定性和光谱稳定性； (5)发射的光功率足够高，以便可以传输较远的距离； (6)温度稳定性好，即温度变化时，输出光功率以及波长变化应在允许的范围内。 6.2 光调制 要实现光纤通信，首先要解决的问题是如何将电信号加载到光源的发射光束上，即需要进行光调制。 根据调制与光源的关系，光调制可分为：直接调制和间接调制。  1光源的直接调制 直接调制就是将调制信号直接作用在光源上，把要传送的信息转变为电源信号注入到LD或LED，获得相应的光信号。这种方法调制的是光源的发光强度调制(IM)。 直接调制具有简单、经济、容易实现等优点，但存在波长(频率)的抖动，是光纤通信系统中广泛采用的调制方式。 从调制信号的形式来说，光源的直接调制又可分为模拟信号调制和数字信号调制 2LD调制特性 LD的直接调制具有许多突出的特点，它在光纤通信系统中应用极其广泛。 LD的调制特性如下： (1) 电光延迟 (2) 张驰振荡 (3) 小信号输入的频率响应 (4) 频率啁啾（zhou jiu） LD在使用的时候一般加偏置电流 (1)加大直流偏置电流使其逼近阙值，可以大大减小电光延迟时间， 同时使张弛振荡得到一定程度的抑制。 （2）如果激光器的偏置电流IB过大，势必会使消光比恶化，降低接收机的灵敏度。通常取IB＝(0.85～0.9)Ith。驱动脉冲电流的峰-峰值Im一般取Im十IB＝(1.2～1.3)Ith，以避免结发热和码型效应 3光源的外部调制 光源内调制的优点是电路简单容易实现，但是，在高码速下将使光源的性能变坏，因此需要对光源的外调制方式。外调制方式需要调制器，结构复杂，但可获得优良的调制性能，特别适合高速率光通信系统 目前使用的外调制方式有： (1) 电光调制（2）声光调制 （3）磁光调制 6.3 光发射机 1对光发射机性能的要求 光发射机的作用是把电端机送来的电信号变为光信号送入光纤中传输。 包括以下方面： (1)光源特性 (2)调制特性 (3)输出特性 2光发射机的组成 目前使用的光发射机大多数是直接调制的光发射机，它的原理如图6-3-1所示。 为了保证激光器有稳定的输出光功率，需要有各种辅助电路，例如功率控制电路、温控电路、限流保护电路和各种告警电路等 自动功率控制电路(APC) 光功率自动控制有许多方法 一、是自动跟踪偏置电流，使LD偏置在最佳状态； 二、是峰值功率和平均功率的自动控制。 三、是P-I曲线效率控制法等 最简单的办法是通过直接检测光功率控制偏置电流，用这种办法即可收到良好的效果。该办法是利用激光器组件中的PIN光电二极管，监测激光器背向输出光功率的大小， 若功率小于某一额定值时，通过反馈电路后驱动电流增加，并达到额定输出功率值。反之，若光功率大于某一额定值，则使驱动电流减小，以保证激光器输出功率基本上恒定不变 自动温度控制电路(ATC) 温度变化引起LD输出光功率的变化，虽然可以通过APC电路进行调节，使输出光功率恢复正常值。但是，如果环境温度升高较多，经APC调节后，IB增大较多，则LD的结温因此也升高很多，致使Ith继续增大，造成恶性循环，从而影响了LD的使用寿命。因此，为保证激光