常用名词

光纤通信系统组成

光发射器

LED

LD

工作原理

正向偏压，势垒降低，注入的非平衡载流子在扩散过程中符合发光

增益物质+谐振腔+泵浦源，粒子数反转

结构&分类

双异质结结构
光输出位置：边发射型，面发射型

双异质结平面条形结构
按结构分：FP、DFB、DBR、QW、VCSEL

基本特性

  • 发散角大

  • 响应速度受制于自发复合寿命

  • 非阈值器件：P-I成正比线性关系

  • 光功率随温度上升而下降；温度上升，峰值波长向长波长方向移动

  • 单纵模

  • 近场图样：输出镜面光强发布图样（横模决定）
    远场图样：远离反射镜面一定距离处光场分布

  • P-I输出光计算阈值电流Ith（ATC、APC）

  • 外微量子效率

  • 瞬态特性：弛豫振荡-衰减式振荡
    自脉动现象-注入一定电流下的持续振荡

LD种类

  • 分布反馈激光器DFB：高速调制仍保持单纵模特性；用于中长距离光纤通信系统

  • 分布布拉格反射激光器DBR：波长选择性（在宽带范围内进行波长调谐）

  • 量子阱半导体激光器QW：改变w来改变激光波长

  • 垂直腔面发射半导体激光器VCSEL：用于波分复用、信息处理、集成光学

调制电路

  1. 偏置电流I0的选择：电光延迟、驰豫振荡、码型效应、消光比、散粒噪声

  2. 调制电流幅度Im大小的选择：避开发生自脉动效区域

  3. 温度控制ATC

  4. 自动功率控制APC：I0控制自动跟踪Ith变化；调制电流幅度Im控制自动跟踪外微分量子效率

光纤

特性

应用

非色散位移光纤G652

中继距离不长

数据通信、CATV

色散位移光纤G653

色散零点是1550nm

适用于单信道系统，不适用于波分复用系统

截止波长位移光纤G654

用于不能插入有源器件的无中断海底光纤通信系统

非零色散位移光纤G655

无需色散补偿

适用于波分复用系统（可抑制非线性效应）

宽带光传输用非零色散位移光纤G656

适用于DWDM、CWDM

弯曲不敏感光纤G657（FTTH）

减小光纤模场直径、提高光纤截止波长

光纤入户

色散平坦光纤（DFF）

有点1310、1550nm两个零色散波长

适用于WDM

色散补偿光纤（DCF）

抵消1550nm正色散

保偏光纤（PMF）

偏振状态不变

光纤陀螺

光纤传输特性

  • 衰减

  • 偏振模色散PMD

  • 色散斜率S

  • 色散：减小色散方法

    • 减小光源谱宽、外调制

    • 用色散小的新型光纤

    • 色散补偿

  • 非线性效应

受激辐射

受激拉曼散射SRS

受激布里渊散射SBS

特征

光学波声子

声学波声子

现象

  • 复用信道串扰

  • 以前向散射为主

  • 对窄谱线光源影响严重

  • 对相干光通信系统影响严重

非线性折射率调制

折射率与光强有关

  1. 自相位调制SPM：导致脉冲展宽

  2. 交叉相位调制XPM：导致频谱展宽

  3. 四波混频FWM：导致WDM中的串扰

石英光纤的制备

流程：原料提纯--预制棒制造--拉丝--涂覆--筛选

预制棒制造方法：

  • 外气相沉积法OVPD

  • 气相轴向沉积法VAD

  • 改进的化学气相沉积法MCVD

  • 等离子激活化学气相沉积法PCVD

光接收器

光电二极管PIN

雪崩光电二极管APD

工作原理

反向偏压加宽耗尽层，受激吸收：光生载流子->光生电流

高电压场，碰撞电离形成雪崩效应

特性

  • 提高量子效率的措施（减小入射表面反射率、减小表面层厚度、增加耗尽层宽度）

  • 响应速度（由响应时间和带宽）

  • 暗电流：规定了最小可检测的信号电平

  • 噪声

  • G-V曲线

  • 响应速度特别快

  • 噪声特别大

光接收机的结构

前置放大器+主放大器+均衡滤波+AGC自动增益控制+判决器+时钟恢复

  1. 低阻抗前置放大器：噪声大；带宽和动态范围大

  2. 高阻抗前置放大器：噪声小、动态范围大；对均衡电路要求高

  3. 互阻抗前置放大器：高带宽、低噪声、动态范围大

光接收机的重要指标

  1. 灵敏度

  2. 动态范围

  3. 响应时间

  4. 时钟抖动