光电子第七章.pptVIP

§7.1 光纤通信 最早的光通信 烽火 旗语 1883: Alexander Graham Bell—光电话实验：200米，太阳光 关键问题 可靠的光源 相干性 适当传播介质 损耗低 可靠性高 1960 Maiman：红宝石激光器 1966 高锟、Hockham及Werts： 石英光纤的损耗可以减小到适合作为传输介质 1970—两大重要突破 康宁公司：损耗 20dB/km，传输介质的阈值 贝尔实验室：室温连续GaAlAs半导体激光器 波长850nm 寿命几分钟－数小时 第一代光纤通信系统 45 Mb/s 野外实验， Atlanta， MMF， 0.85μm 最大中继距离：10km 第二代光纤通信系统 1.3μm MMF ；1.7Gb/s；20km 第三代光纤通信系统 1.55μm, SMF, 2.5Gb/s 实验：10Gb/s 第四代光纤通信系统 波分复用（WDM）光放大器（EDFA） 1.55μm, SMF, 0.2dB/km ；400Gb/s 实验: Tb/s 下一代 光孤子？？？ 全光网络？ 对器件要求 集成化 小型化 通讯系统基本要素 1.信息源 2.发送单元 3.传输介质 4.接收单元 5.信息终端 * 7.1.1 光通信的历史 图 贝尔的光电话系统 随后的其它技术突破： 4dB/km GaAlAs激光二极管：寿命-几十万小时 (1978—107 小时） 7.1.1 光纤通信的优点 1、允许频带很宽，传输容量大 2、损耗很小，中继距离很长 3、重量轻、体积小 4、泄露小，必威体育官网网址性能好 5、节约有色金属，有利于资源合理使用 6、抗电磁干扰性能好 对通信系统的要求 1.提高传输保真度 2.提高速率 3.增加传输距离 载波：光频电磁波 光通信系统组成： 1.电端机 2.光端机 3.光纤、光缆 4.光端机 5.电端机 7.1.3 光纤通信系统的基本组成 电发射机 光纤（缆） 光发射机 电接收机 光接收机 光纤（光缆）、光放大器 7.1.3 光纤通信系统的基本组成 Driver  Optical Source Modulator Channel Coupler Output Electrical Input Optical 光发射端机 光端机由光源、驱动器和调制器组成。 光发射端机的功能是把输入电信号转换成光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。 对光源的要求？？ 输出功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。 半导体发光二极管（LED） 半导体激光二极管（或称激光器）（LD） 光发射端机 光发射机把电信号转换成光信号的过程（通常简称为电/光或E/O转换），是通过电信号对光信号的调制而实现的。 目前有直接调制和间接调制两种调制方案。 调制器 光发射端机 两种调制 直接调制：电信号调制器件的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现。 特点： 技术简单，成本较低，容易实现，但是调制速率受 激光器的频率特性所限制。 调制器 间接调制： 激光的产生和调制分开。目前有多种调制器可供选择，最常用的是电光调制器。 它是利用电信号改变电光晶体的折射率，使通过调制器的光参数随电信号变化而实现调制的。 特点： 调制速率高， 缺点是技术复杂， 成本较高 光接收端机 功能: 将畸变、微弱信号转换为电信号，并经放大 和处理后恢复成发射前的电信号。 组成：光探测器、放大器和相关电路 光探测器是光接收机的核心。 对光探测器的要求？？ 响应度高、噪声低、高可靠性、高性价比。 广泛使用的光探测器有两种类型： 在半导体PN结中加入本征层的PIN光电二极管（PIN-PD） 雪崩光电二极管（APD） 光接收端机 光纤 线路的功能是把来自光发射机的信号，以尽可能小的畸变（失真）传输到光接收机 光纤的两个重要参数是损耗和色散，它们都影响光纤通信系统的传输距离和传输容量。 7.1.4 光纤通信新技术 光波分复用（WDM: Wavelength Division Multiplexing）基本原理： 在发送端将不同波长的光信号组合起来 （复用），耦合到同一根光纤中进行传输，在接 收端又将组合波长的光信号分开（解复用），恢 复出原信号后送入不同的终端。 光纤放大器的实质是： 把工作物质制作成光纤形状的固体激光器，所以也称为光纤激光器。 20世纪80年代末期，波长为1.55 μm的掺铒(Er)光纤放大器(EDFA： ErbiumDoped Fiber Amplifier)研制成功并投入实用，把光纤通信技术水平推向一个新高度，成