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光纤器件基础知识（二） Outline 光纤通信 光调制 光源 光电检测器（暂缺） 光纤CATV传输系统 光发射机 光接收机 光放大器 首迈通信三网合一系统 CATV视频信号的复用 光纤链路 链路功率预算（首迈三网合一系统） 光纤通信： 是以激光为光源，光波为载波，传递的信息叠加到光载波上，以光纤为传输介质,再由光探测器系统解调，然后检测出所传递的信息 三大部分：光发射设备+传输光缆+光接收设备 光调制 光调制：将传递的信号叠加到光载波上 模拟调制：调制信号是模拟信号，取值连续 数字调制：调制信号是数字信号，取值离散波 光调制 光调制的形式 直接调制 要传递的信息转变为电信号，直接控制激光器发光/不发光 实现简单，价格低廉 缺点：波长漂移（啁啾）导致色散 用于低速、短距离网络 外部调制 激光器+调制器，电信号控制调制器 Electro-optic modulator 电光调制 Electro-absorption modulator电吸收调制 2.5G-40G高速网络 价格昂贵 光源 光通信中的光源应满足： 发射波长与光纤低损耗/低色散窗口匹配 室温下连续工作 光功率足够而且稳定 发光谱线宽度窄，减少光纤中的色散 调制方法简单 与光纤耦合效率高 可靠性高 常用的有： 半导体激光二极管(LD：LASER Diode) 中长距离、高速网络 半导体发光二极管(LED：Light Emitting Diode)： 短距离、低速网络 LED LED(Light Emitting Diode)发光二级管 发光机理： 半导体PN结，外加正向偏压，载流子（N区的电子及P区的空穴）源源不断地流向PN结区，并自发复合，电子从高能级跃迁到低能级，以光子的形式释放能量（自发辐射） 半导体及掺杂材料不同，导带和价带之间的带隙不同，发出光的波长也不同 GaAs: 930 nm GaAlAs: 750 - 900 nm (typically 820-850nm) GaAsP: 650 nm InGaAsP: 1200-1700 nm LD LD(Laser Diode)激光二极管： Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 结构及激射原理： 半导体PN结，外加正向偏压，驱动电流，使导带上的电子数巨增 ，形成粒子数反转 自然解理面形成光学谐振腔: 腔长为L（F-P谐振腔） 垂直于镜面方向运动的光子（方向性）在腔内多次反射形并激励已处于粒子数反转的半导体材料，不断地产生受激辐射，使光子数目雪崩式地增加，在腔内形成自激振荡 （光反馈） 阈值条件：为弥补腔内的光损耗及因激光输出等引起的损耗，必须要有足够强的电流注人。当注入电流大于阈值电流，时即有足够的粒子数反转，形成稳定振荡。 相位条件：频率或波长选择（单色性）。只有满足一定频率关系的光波，才能以驻波形式存在于谐振腔中。 LED vs. LD LD 按结构分： FP LD： Fabry-Perot LD,法布里--珀罗激光器 DFB LD： Distributed Feedback，分布反馈式激光器 VCSEL： Vertical Cavity Surface Emitting Laser垂直腔面发射激光器 FP LD vs. DFB LD FP-LD(Fabry-Perot ) -法布里--珀罗激光器 波长选择方式：两个平面反射镜形成的F-P谐振腔 满足相位条件的波长不止1个， 多纵模输出，频谱宽度3-20nm （色散大） 应用于短距离，低速率网络 DFB-LD（Distributed Feedback）-分布反馈式激光器 波长选择方式：衍射光栅 发射波长由光删周期决定 单纵模输出，频谱宽度1nm色散小） 应用于长距离，高速率网络 光纤CATV 传输系统 光纤CATV系统：电光转换-光传输-光电转换 射频前端：对信号源进行接收和处理，对频道调制器进行调制 光发射机：电光转换 光放大器：因损耗使得传输距离受限时，需要光纤放大器 光分路器及传输光缆 光接收机：光电转换 CATV系统的性能指标：噪声和失真 CNR：载噪比 47 dB @ Home for no “snow” CSO：组合二阶互调 CTB：组合三阶差拍 -54 dB @Home for no “lines” 光纤CATV传输系统------光发射机 光发射机: 电光转换 核心部件：DFB激光器 根据调制方式分： 直调式： 信号电流直接控制激光器，输出的光强度便随信号电流变化； 直接调制的缺点：激光啁啾，产生色散，接收端CSO失真大 通常1310nm发射机采用直接调制（1310nm光纤色散小