光纤通信光发射机
光纤通信 实验2实验报告 光发射机平均光功率测试实验
实验名称：实验2光发射机平均光功率测试实验姓名：班级：学号：实验时间：指导教师：得分：序号：42实验2光发射机平均光功率测试实验一、实验目的1、了解数字光发射机平均光功率的指标要求。
2、掌握数字光发射机平均光功率的测试方法。
二、实验器材1、主控&信号源模块2、25 号光收发模块3、23 号光功率计模块三、实验内容光发射机平均光功率测试四、实验原理光发送机的平均输出光功率被定义为当发送机送伪随机序列时，发送端输出的光功率值。
ITU-U 在规范标准光接口时，为使成本最佳，同时适应运行条件变化，并考虑了活动连接器的磨损、制造和测量容差以及老化因素的影响后，给出了一个允许的范围。
其中比较重要的激光器劣化机理是有源层的劣化和横向漏电流的增加所导致的激励电流增加以及光谱特性随时间的变化。
通常，光发送机的发送功率需要有1～1.5 dB 的富余度。
本实验将带领大家测量本实验系统发射光功率。
五、实验步骤注：实验过程中，凡是涉及到测试连线改变时，都需先停止运行仿真，待连线调整完后，再开启仿真进行后续调节测试。
1、登录e-Labsim 仿真系统，创建仿真工作窗口，选择实验所需模块和示波器。
2、按如下说明进行连线及设置：（1）将信号源P N 连至25 号光收发模块的T H2(数字输入)。
（2）连接25 号光收发模块的光发输出端和光收接入端，并将光收发模块的功能选择开关S1 打到“光功率计”。
（3）将25 号模块P4(光探测器输出)连至23 号模块P1（光探测器输入）。
，即数字光发。
将（4）将开关J1 拨为“10”，即无A PC 控制状态。
开关S3 拨为“数字”25 号光收发模块的电位器W4 和W2 顺时针旋至底，即设置光发射机输出光功率为最大状态。
3、运行仿真，开启所有模块的电源开关。
4、设置主控模块菜单，选择【主菜单】【光纤通信】→【光发射机平均光功率测试】，可以进入【光功率计】功能。
记录此时光功率计的读数，即为光发射机的平均光功率。
光纤通信系统的组成
光纤通信系统的组成
光纤通信系统是一种高速、高带宽、可靠性强的通信方式，由多个组件构成。
下面将介绍光纤通信系统的主要组成部分：
1. 光纤传输介质：光纤传输介质是光纤通信系统的核心，是传输光信号的媒介。
光纤通信系统中，采用的是光纤传输，光纤传输的优点是传输距离远、传输速度快、带宽大、信号损耗小等优点。
2. 光发射器：光发射器是将电信号转化为光信号的设备，它能将电信号通过调制方式转化成脉冲光信号，再通过光纤传输到接收端。
3. 光接收器：光接收器是将光信号转化为电信号的设备，它可以将光信号转化为电信号，再通过解调方式转化为原始的电信号。
4. 光纤收发器：光纤收发器是将光纤接收器和光发射器集成在一起的设备，将光信号转化为电信号，再通过光纤传输到接收端。
5. 光纤连接器：光纤连接器是将光纤连接在一起的设备，它可以将不同的光纤连接起来，实现光纤通信系统的扩展和连接。
6. 光纤交换机：光纤交换机是一种网络设备，它可以将光纤通信系统中不同的光信号进行转换、分发和管理，实现不同光纤之间的通信和交换。
以上是光纤通信系统的主要组成部分，其中光纤传输介质是光纤通信系统的核心，其他组件都是为了实现光信号的传输、转换和管理等功能而存在的。
随着技术的不断发展，光纤通信系统将会变得更加智能化、高速化和可靠化。
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光纤通信-重要知识点总结
光纤通信重要知识点总结第一章1.任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。
通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。
2.光纤：由绝缘的石英（2）材料制成的，通过提高材料纯度和改进制造工艺，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。
3.光纤通信系统的基本组成:以光纤为传输媒介、光波为载波的通信系统，主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
光纤通信系统既可传输数字信号也可传输模拟信号。
输入到光发射机的带有信息的电信号，通过调制转换为光信号。
光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。
系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。
光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制，可以省去调制器。
光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
它一般由光电检测器和解调器组成。
光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介，将光信号由一处送到另一处。
中继器分为电中继器和光中继器（光放大器）两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离。
为提高传输质量，通常把模拟基带信号转换为频率调制、脉冲频率调制或脉冲宽度调制信号，最后把这种已调信号输入光发射机。
还可以采用频分复用技术，用来自不同信息源的视频模拟基带信号（或数字基带信号）分别调制指定的不同频率的射频电波，然后把多个这种带有信息的信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机，由光载波进行传输。
在这个过程中，受调制的电波称为副载波，这种采用频分复用的多路电视传输技术，称为副载波复用技术。
目前大都采用强度调制与直接检波方式。
又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。
数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。
发送端的电端机把信息进行模数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件，则就会发出携带信息的光波，即当数字信号为“1”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号”。
光纤通信系统的基本概念、组成及特点。
光纤通信系统的基本概念、组成及特点。
光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。
光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。
光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。
光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。
然后再通过电流—电压转换器,变成电压信号输出。
模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。
光纤通信系统的特点有：1.频带宽、传输容量大，损耗小、中继距离长，重量轻、体积小，抗电磁干扰性能好，泄漏小、保密性好，节约金属材料，有利于资源合理使用。
2.传输损耗小：在光纤通信系统中，由于采用了石英等材质作为光纤材料，其传输损耗比普通金属线要小得多。
3.传输容量大：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其传输容量比普通金属线要大得多。
4.抗电磁干扰性能好：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其抗电磁干扰性能比普通金属线要好得多。
5.保密性好：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其保密性比普通金属线要好得多。
6.节约金属材料：由于光纤通信系统采用石英等材质作为光纤材料，因此可以节约大量的金属材料。
7.易于安装和维护：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其安装和维护相对容易。
8.适用于远距离传输：由于光纤通信系统采用石英等材质作为光纤材料，因此可以适用于远距离传输。
9.适用于大规模网络：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此可以适用于大规模网络。
光纤通信系统中光发射机的设计
光纤通信系统中光发射机的设计作者：汪杰君来源：《现代电子技术》2008年第01期摘要：光发射机功能是将AV信号接收、调制后，把电信号变换成光信号，经光纤发射出去。
在光纤通信系统的原理下，对光发射机的主要组成部分电源、调频电路及锁相器在原理和实现电路上进行设计,使信号源发出的信号经过光发射机后信号失真小、信噪比高，满足信号传输高质量的要求，实现低成本高质量的AV传输解决方案。
关键词：光发射机;变容二极管;调频;锁相环中图分类号：TN929 1 文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)0106803Design on Optical Transmitter in Optical Fiber Communication SystemWANG Jiejun(Electronic Engineering College,Guilin University of ElectronicTechnology,Guilin,541004,China)Abstract：The function of optical transmitter is to translate the electric signals into optical ones after the AV signals being received and modulated and transmit them through the optical source.On the theory of optical fiber communication system,the main parts of optical transmitter which are power supply,frequency modulation circuit andphase-locked loop are designed in theory and realization circuit.After passing through the optical transmitter,the signal which come from signal source could fulfill the requirements of high quality of signal transmission with a smaller distortion and a higher Signal-to-Noise in the new design，This design scheme is a low-cost and good-quality one to AV transmission.Keywords：optical transmitter；variable capacitance diode；frequency modulation；phase-locked loop随着信息技术的发展，与人们的生活密切相关的数据、图像及声音等信号都需要进行传输。
光发射机的关键指标
光发射机的关键指标光发射机是一种用于将电信号转换为光信号并发射出去的设备。
它是光纤通信系统中的重要组成部分，其关键指标直接影响着光通信的传输性能和质量。
本文将从光发射机的关键指标出发，依次介绍其作用、分类、参数以及对光通信系统的影响。
一、作用光发射机是将电信号转换为光信号的关键设备之一。
它的主要作用是将来自光源的电信号转换为光脉冲信号，并通过光纤传输到目标处。
光发射机作为光信号的发射源，直接决定了光通信系统的传输距离、传输速率以及抗干扰能力等重要性能指标。
二、分类根据不同的光源类型和工作原理，光发射机主要分为激光器发射机和 LED发射机两大类。
激光器发射机采用激光二极管作为光源，具有窄谱、高相干性和较高功率输出的特点，适用于高速、长距离的光通信传输；而LED发射机则采用发光二极管作为光源，具有较宽的光谱带宽和较低的功率输出，适用于短距离、低速的光通信传输。
三、关键指标1. 光发射功率：光发射功率是指光发射机发射的光信号的功率大小。
它直接决定了光信号在光纤中的传输损耗和接收端的接收灵敏度。
通常以毫瓦（mW）为单位进行表达。
2. 发射波长：发射波长是光发射机发射的光信号的波长。
不同的光纤通信系统对发射波长有不同的要求，常见的波长有850纳米（nm）、1310纳米（nm）和1550纳米（nm）。
发射波长的选择要根据光纤的材料和传输距离来确定。
3. 光发射机的调制方式：光发射机的调制方式决定了光信号的调制方式。
常见的调制方式有直接调制、外调制和内调制等。
不同的调制方式对光信号的传输速率和带宽有不同的要求。
4. 光发射机的频率响应：光发射机的频率响应是指光发射机对输入电信号的频率响应能力。
它直接影响着光信号的调制速率和带宽。
频率响应越宽，光发射机的传输速率和带宽就越高。
5. 发射端的光纤耦合效率：发射端的光纤耦合效率是指光发射机将发射的光信号有效地耦合到光纤中的能力。
它受到发射端光源的束缚效果、耦合器件的质量和光纤连接质量等因素的影响。
数字光纤通信系统基本组成
数字光纤通讯系统基本构成20 世纪 70 年月末，光纤通讯开始进入适用阶段，各样光纤通讯系统先后成立起来，但当前强度调制－直接检测 (IM-DD) 系统是最常用、最主要的方式，下边就我所理解的光纤系统做一下简要介绍。
数字光纤通讯系统的基本框图以下列图所示。
光发射端机光接收端机光缆光中继器光缆输入接口输出接口备用系统电发射机电接收机协助系统用户用户一、电发射机通讯中传输的很多信号都是模拟信号，如语音信号、图像信号等，电发射机的任务就是把模拟信号变换为数字信号（ A/D 变换），并用时分复用的方式把多路信号复接、合群，进而输出高比特率的数字信号。
PCM 包含抽样、量化、编码、传输、解码、低通等过程。
二、光发射机电发射机的输出电信号经输入接口进入光发射机。
输入接口的作用是保证电、光端机间信号的幅度、阻抗般配，还要进行合适的码型变换，以合适光发射机的要求。
如 PDH 的一、二、三次群 PCM 复接设施的输出码型是 HDB3 码，四次群是 CMI 码，在光发射机中，需要先变换成 NRZ 码。
光发射端机的构成以下列图所示。
数字信号线路编码调制电路光源光信号控制电路1、线路编码线路编码的作用是将传递码流变换成便于在光纤中传输接收及监测的线路码型。
线路编码的种类有：①扰码；②mBnB 码；③插入码。
我国 3 次群和 4 次群光纤通讯系统最常用的线路编码是5B6B 码。
2、调制电路光源的调制方式分直接调制和间接调制。
直接调制仅合用于半导体光源（ LD 和 LED ），它是把要传递的信息转变成电流信号注入 LD 和 LED ，进而获取相应的光信号，是一种电源调制方式。
直接调制分模拟调制和数字调制，模拟调制一般只好使用 LED ，数字调制可使用 LED 也可使用 LD 。
间接调制是利用晶体的电光效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，它既合用于半导体激光器，也适于其余种类激光器。
间接调制最常用的是外调制，即在激光形成此后加载调制信号，详细方法是在激光器谐振腔外的光路上搁置调制器。
清华大学-光纤通信技术
无损光纤中的光孤子传输
图8
图9
无损光纤中的光孤子传输
图 10
图 11
光孤子：利用非线性平衡色散效应 光孤子：
缺点：维持色散与非线性间 缺点： 的平衡条件过于精细， 的平衡条件过于精细，利用 非线性带来其它副作用
多种非线性效应共同作用
光纤的其它限制及解决方案
PMD补偿技术 PMD补偿技术 WDM/ETDM L+，S，S+ L+， +OTDM L波段WDM 波段WDM
WDM 色散补偿
PMD限制 PMD限制
改善PMD 改善PMD特 PMD特 性的光纤
新型光纤
OTDM
孤子
非线性限制 非零色散位移光纤 色散位移光纤
色散限制 普通单模光纤
提升容量方法：单信道比特率提高 提升容量方法：
OTDM 原理
时钟提取
MOD MOD
超短脉 冲光源
MOD
时分 解复 用器
EDFA
时钟源
2.5Gb/s 1:16 2.5 G Clock DeMultiplexer Optical Rx
2.5Gb/s Optical Output LOS/LOF +5v -5.2v
+3.3V DC TO DC Conventer
+3.3
五、WDM系统的发展趋势 WDM系统的发展趋势
单路超高速 单路超高速40Gb/s,160Gb/s,640Gb/s 超密信道间距 超密信道间距10GHz 信道数攀升 1022 Channel 展宽波长范围 Band,L-Band,S展宽波长范围C-Band,L-Band,S-Band 超长无中继 450km with remote Amp 超长传输距离 网络化
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光发送机基本结构
使光源有恒定 的光输出功率
微波/电接口
光发射机
数字或模拟电信号 驱动电路
功控 温控
保持光源恒定的温 度，保证激光参数 的稳定性（波长）
调制器
光隔离器 光源
防止LD输出的激 光反射，实现光
的单向传输
光发送机中的自动温度控制电路
激光器
热导
热敏电阻
制冷器
温度控制电路
激光器的温度主要影响发射波长 控制精度达到0.01ºC 波长稳定性达到200MHz/24小时
光发送机中的自动功率控制电路
自动功率控制（APC）电路 偏置电流
PD 激光器
热导
热敏电阻
制冷器
温度控制电路
由光检测器来感应激光器后端面辐射光功率的变化，并 与参考功率相比较，然后根据比较结果自动调整直流偏 置电流，最终使光功率峰值保持为一个稳定值。
最常用的光源
光纤通信中最常用的光源是:
半导体激光器（LD Laser Diode ） 发光二极管（LED Light Emitting Diode）
pn-junction
尤其是单纵模（或单频）LD，在高速率、大容量的 数字光纤系统中得到广泛应用；
近年来逐渐成熟的波长可调谐激光器是多信道WDM 光纤通信系统的关键器件，越来越受到人们的关注 。
物理基础
原子的能级、能带以及电子跃迁 自发辐射与受激辐射
能级(孤立原子）
原子核
低能级
电子
高能级
电子优先抢占低能级
能级理论是一种解释原子核外电子运动轨道的一
种理论。它认为电子只能在特定的、分立的轨道
上运动，各个轨道上的电子具有分立的能量，这
些能量值即为能级。
能带(晶体，大量原子阵列）
N= 4
n型 耗尽层p型 U
反向偏压使耗尽区加宽 扩散运动被抑制，只存在少数载流子的漂移运动
正向偏压
n型耗尽层p型
正向偏压使耗尽区变窄,
U
使得多数载流子在结区扩散
导致p型（或者n型）内的少数载流子浓度大大增加。 与多数载流子的复合是产生光辐射的机理。
电致发光
正向偏压使pn节形成一个增益区： -导带主要是电子，价带主要是空穴，实现了粒子数反转 -大量的导带电子和价带的空穴复合，产生自发辐射光
高精度温控与低纹波恒流流源
参数名称
特性指标
输出电流量程 100mA/300mA可选
调谐精度
0.01mA
电流纹波
<1μA
温控范围
10℃—40℃
温控精度
0.001℃
功耗
小于15W
外接电源
220V
储存温度
-40~85 ℃
工作温度
-20~65 ℃
TEC工作电压
5V
激光器保护
短路保护 缓启动保护 反接保护 TEC短路保护 防浪涌保护
核心器件：光源、调制器
正面
背面
机柜和机架设备的规格与标准
美国电子工业协会（EIA）制定的工业标准 19英寸标准机柜的“19英寸”表示机柜中安置的机架式设备的宽度 机柜内设备安装所占高度用一个特殊单位“U”表示；使用19寸标准机
柜的设备面板一般都是按nU的规格制造 。1U=44.45mm=1.75英寸 没有1U的机柜,只有1U的设备,机柜6U--47U不等；例如，一台42U
optical receiverfiber
dr iv e
se mic on duc t or
elec troniocps tical laser
fiber 光源
r中ep继eat器er
optical t ran sm it te r
elec tronics
optical modulator
optical receiver
n
hp
v
外加正偏压 à 注入载流子 à 粒子数反转 à 载流子复合发光
发光材料的选择
非本征半导体材料：p型
B 受主杂质
掺入第III族元素(如硼B,铟In,镓Ga,铝Al)，晶体只需要很少的能量 DEA < Eg 就可以产生自由空穴
PN结
讨论：什么是PN结？
浓度的差别导致载流子的扩散运动,平衡时，中间形成一个特殊 的区域-pn结，它阻挡了载流子的扩散运动，因此也称为耗尽区。
反向偏压
第三章：光发送机
刘建国 中国科学院大学
repe光ater 纤通信链路
optical transmitter
elec tronics
optical receiver
optic光al 发tra送ns机mitter
信源
optical amplifier
info rm at ion so urc e
光op纤tical
N= 9
电子能量
电子能量
电子能量
原子间距
Nà∞
原子间距
原子间距
能带理论
能带结构由多条能带组成，能带分为传导带（简称导带）、价 电带（简称价带）和禁带
能带结构可以解释导体、半导体、绝缘体三大类区别的由来
讨论：金属，半导体和绝缘体的区别？
非本征半导体材料：n型
施主杂质
As+45
掺入第V族元素(如磷P, 砷As, 锑Sb)后，某些电子受到 很弱的束缚，只要很少的能量DED (0.04~0.05eV)就能 让它成为自由电子。这个电离过程称为杂质电离。
优点： 高电流稳定度：纹波在μA量级。 高精度温控：精度在0.001℃量级。 自动保护功能：激光器短路保护，
反接保护，慢启动保护， TEC短路保护，防浪涌保护。 操作简便：人性化控制面板设计
光纤通信对光源的要求
波长准：窗口之内，符合ITU标准 功率高：以满足系统对光中继段距离的要求 高可靠：寿命长，可靠性高 单纵模：以减少光纤的材料色散 噪声低: 以提高模拟调制系统的信噪比 高线性: 以保证模拟调制不失真 。。。。。。
opt光ica接l r收ec机eiver
pho todetec tor
optical preamplifier
op光tic纤al fiber
op光tic纤al fiber
内容提要
光发送机 光源（LED&LD) LD动态特性与调制
光发送机
将数字或者模拟电信号加载到光波上，Байду номын сангаас耦合进 光纤中进行传输
eiver ronics
photodetec tor
optical preamplifier
e电lec信trica号l signal o光ptic信al s号ignal
信宿
info rm at ion receiver
光放大器
optical amplifier
receiver elec tronics