光纤通信课设.pdfVIP

强度调制直接检测IM-DD系统设计

摘要

目前，在种类众多的光纤传输系统中，典型应用的光纤传输系统主要有两种：1.IM-DD

系统2.EDFA+WDM系统。本文将首先介绍光纤传输系统，接下来介绍IM-DD系统相关内容。

1光纤传输系统

1.1光纤

光纤是光导纤维的简写，它是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而

达成的光传导工具。它主要是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的

折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输提供反射面和光隔阂，并

在起一定的机械的保护作用。

1.1.1光纤传输

光纤传输，即以光纤为介质进行传输。光纤，不仅可用来传输模拟信号和数字信号，

而且可以满足视频传输的需求。其数据传输率能达几千Mbps。如果在不使用中继器的情况

下，传输范围能达到6-8km。

1.1.2光纤传输原理

由发光二极管LED或注入型激光二极管ILD发出光信号沿光媒体传播，在另一端则有

PIN或APD光电二极管作为检波器接收信号。对光载波的调制为移幅键控法，又称亮度调

制。典型的做法是在给定的频率下，以光的出现和消失来表示两个二进制数字。发光二极

管LED和注入型激光二极管ILD的信号都可以用这种方法调制，PIN和ILD检波器直接响

应亮度调制。

功率放大──将光放大器置于光发送端之前，以提高入纤的光功率。使整个线路系统

的光功率得到提高。

在线中继放大──建筑群较大或楼间距离较远时，可起中继放大作用，提高光功率。

前置放大──在接收端的光电检测器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。

1.1.3光纤传输特点

从带宽看，很大的优势是光纤具有较大的信息容量，这意味着能够使用尺寸很小的电

缆，将来就不用更新或增强传输光缆中信号。光纤电缆对诸如无线电、电机或其他相邻电

1

缆的电磁噪声具有较大的阻抗，使其免于受电噪声的干扰。

从长远维护角度来看，光缆最终的维护成本会非常低。光纤使用光脉冲沿光线路传输

信息，以替代使用电脉冲沿电缆传输信息,安全性强，在易燃，易爆等场合特别适用。

1.2光源

光源的功能是把电信号转换为光信号。目前光纤通信广泛使用的光源主要有半导体激

光二极管或称激光器和发光二极管或发光管，有的场合也使用固体激光器。

1.3激光器

主要包括激励源(泵浦系统)（或抽运）、具有亚稳态能级的工作介质(激光增益媒质)

和谐振腔3部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反

转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳

能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、

相位和运行方向，从而使激光具有良好的定向性和相干性。

（1）激光工作物质是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，

有时也称为激光增益媒质，它们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、

分子气体）、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求，是尽可能在其工作粒子

的特定能级间实现较大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可

能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。

（2）激励(泵浦)系统是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机

构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装置，

常见的有以下四种。

①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个

激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成。

②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整

个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。

③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求

有适当的化学反应物和相应的引发措施。

④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物

质并实现粒子数反转的。

（3）光学共振腔通常是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反射镜按特定的方式