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第六章光端机发射和接收;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。;6.2光调制;1光源的直接调制;2LD调制特性;3光源的外部调制;6.3光发射机;2光发射机的组成;3输入电路;6.4光接收机;直接检测数字光纤通信接收机一般由三个部分组成，即光接收机的前端、线性通道和数据恢复。如图所示：;2光接收机前端;

一台性能优良的光接收机，应具有无失真地检测和恢复微弱信号的能力，这首先要求其前端应有低噪声，高灵敏度和足够的带宽。

根据不同的应用要求，前端的设计有三种不同的方案：

(1)低阻抗前端

(2)高阻抗前端。

(3)跨(互)阻抗前端。;3线性能道;主放大器的作用有两个方面：

①将前置放大器输出的信号放大到判决电路所需要的信号电平。

②它还是一个增益可调节的放大器，当光电检测器输出的信号出现起伏时，通过光接收机的自动增益控制电路对主放大器的增益进行调整，以使主放大器的输出信号幅度在一定范围不受输入信号的影响，一般主放大器的峰-峰值输出是几伏数量级。对于APD的光接收机还通过控制APD的偏压来控制雪崩倍增管的雪崩增益。;均衡滤波器的作用是均衡波形有利判决。均衡滤波器是必不可少的。

①没有均衡滤波器将出现这些现象

将会使前、后码元的波形重叠，产生码间干扰，严重时造成判决电路误判，产生误码。

②有均衡滤波器的波形

均衡滤波器是使经过均衡器以后的波形成为有利于判决的波形。例如，成为升余弦频谱脉冲。;均衡滤波器是使经过均衡器以后的波形成为有利于判决的波形。;4数据恢复

数据恢复电路由判决电路和时钟恢复电路组成，如果需要与电端机接口，还需要解码、解扰和编码电路

判决电路和时钟恢复电路的任务是把线性通道输出的升余弦波形恢复成数字信号。;

5辅助电路

光接收机除上面介绍的若干部分外，还有一些辅助电路，如：

(1)钳位电路。

(2)温度补偿电路。

(3)告警电路。;6集成光接收机

光接收机的组成部件，除了光电二极管外，都是标准的电子元器件，采用标准集成电路(IC)工艺技术，很容易集成在同一芯片上，做成集成光接收机。

在高比特工作时，这种集成光接收机具有很多优点。90年代末用Si和GaAs集成电路工艺已制成带宽超过2GHz的集成光接收机，现在带宽超过10GHz的集成光接收机也已用于光波实验系统。

;6.5光接收机噪声分析;图6-5-2为数字光纤通信系统中数字脉冲传输过程的变换特点;2光接收机的噪声源

光接收机的噪声是与信息无关的随机变化量，噪声源从引入过程来分，可分为两类，即与信号光电检测器有关的噪声和与光电接收机电路有关的噪声。

与信号光电检测器有关的噪声包括：量子噪声、雪崩倍增噪声、暗电流及漏电流噪声和背景噪声等等。

与光接收机电路有关的噪声包括：放大器噪声、负载电阻热噪声等。;3噪声的评价方法

噪声是一种随机性的起伏量，是电信号中不需要的成分，它干扰实际系统中信号的传输和处理，影响和限制了系统的性能。

(1)噪声的大小可以用均方值来表示

(2)信噪比(SNR)

SNR=平均信号功率/噪声功率;6.6光接收机的误码率和接收灵敏度;1光接收机的误码率;若I＞ID，采样值为“1”，若I＜ID，采样值则为“0”。

如果传输的信码为“1”，可是I＜ID，则发生错误。

同样传输的信码为“0”，可是I＞ID，则同样发生错误，这两个错误都将引起误码。;与信号光电检测器有关的噪声包括：量子噪声、雪崩倍增噪声、暗电流及漏电流噪声和背景噪声等等。

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%。

如果传输的信码为“1”，可是I＜ID，则发生错误。

(2)信噪比(SNR)

光接收机的误码率和灵敏度是描述光接收机准确检测光信号能力的性能指标。

(2)前置放大器

目前使用的外调制方式有：

主放大器的作用有两个方面：

焦距完全匹配于激光器和光纤的模式

直接调制具有简单、经济、容易实现等优点，是光纤通信系统中广泛采用的调制方式。

端面应增透镀覆以消除反射。

光电检测器输出的光电流是十分微弱的，需要多级放