光接收机总结

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光接收机的应用与原理

光接收机的应用与原理

光接收机的应用与原理一、光接收机的概述光接收机是光通信系统中至关重要的组成部分,用于接收光信号并将其转换为电信号。

它在光纤通信、光无线通信等领域广泛应用,成为现代通信技术的重要支撑。

二、光接收机的原理光接收机的基本原理是利用光电二极管将光信号转换为电信号。

光电二极管是一种能够将光能转化为电能的器件,它的结构类似于半导体二极管。

当光子入射到光电二极管的PN结上时,会激发电子从价带跃迁到导带,产生电流。

这个电流的大小与入射光子的能量有关,所以可以借此将光信号转换为电信号。

三、光接收机的工作原理光接收机主要通过以下几个步骤将光信号转换为电信号:1.光接收:接收器接收到入射光信号,光子入射到光电二极管上;2.光电转换:光电二极管将光子能量转换为电子能量,激发电子从价带跃迁到导带;3.电荷放大:电荷放大器将产生的微弱电流放大为可以被检测的电信号;4.信号处理:经过信号处理电路,将电信号进行滤波、放大、整形等处理;5.输出:最终将处理后的电信号输出给其他设备进行处理或存储。

四、光接收机的应用光接收机在光通信、光无线通信等领域有着广泛的应用,具体包括以下几个方面:•光纤通信:光接收机作为光纤通信系统中的关键组件,用于将光信号转换为电信号,并完成信号处理和转发。

•光无线通信:光接收机在光无线通信系统中起到类似的作用,将光信号转换为电信号,并进行后续处理和传输。

•光传感器:光接收机可以用于制造各种光传感器,用于环境监测、光学测量等应用。

•光学测量:在科学研究和工程领域,光接收机可以用于精密光学测量,如激光测距、光谱分析等。

•光电子设备:光接收机也可以用于制造各种光电子设备,如光电开关、光电触发器等。

五、光接收机的发展趋势随着通信技术的不断发展,光接收机也在不断演进和创新,未来的发展趋势主要包括以下几个方面:1.高速化:随着通信速度的不断提升,光接收机需要具备更高的接收速度和处理能力。

2.多功能化:光接收机将不仅能够接收光信号,还能够进行信号处理、光谱分析等多种功能。

§4光检测器与光接收机总结

§4光检测器与光接收机总结

第四章 光检测器与光接收机1. 光接收机:分为模拟接收机和数字接收机。

1) 光检测器:把接收到的光信号转换成光电流。

2) 低噪声前置放大器:低噪声放大。

3) 主放大器:把前端输出的毫伏级信号放大到后面信号处理电路所需电平。

4) 均衡滤波器:消除放大器及其它部件引起的信号滤波失真,使噪声和码间干扰减小到最小。

其中,光检测器和低噪声前置放大器组成接收机的前端。

2. 性能指标1) 接收灵敏度:指达到指定误码率(信噪比)时的最小接收信号光功率。

mWmW P dBm P 1)(lg 10)(= 2) 动态范围:最大允许的接收光功率与最小可接收光功率之差。

3) 带宽:相邻两脉冲虽重叠但也仍能区分时的最高脉冲速率称为该光纤线路的最大可用带宽。

4) 响应时间:接收机开始具有稳定的工作状态的时间周期。

5) 误码率:接收机错误确定一个比特的概率(误码数与发送总码数比)。

6) 信噪比:噪声功率平均信号功率==22N S i i N S3. 光检测器1) PIN 二极管① 响应速度inP P I R =2) APD 二极管① 量子效率λη24.1R hf P e I in P == 或 24.1λη=R ② 0GR R =3) PIN 和APD 管的结构和工作原理→→≥产生电子-空穴对时当入射光子g E hf 在耗尽区电路作用下产生漂移运动,在外电路中产生光电流p I 。

电场在以上图中++n p ,表示高掺杂低阻区,电压降很小;π表示接近本征的低摻杂区um 100~30,大部分入射光子在此区吸收并建立初始电子-空穴对。

倍增的高电场区集中在+pn 结附近窄区域内。

当入射光子hf 在π区吸收后建立一次电子-空穴对,电子在电场作用下向+pn 结区漂移,并在+pn 区产生雪崩倍增,一次空穴则直接被+p 吸收。

4)响应时间:表征光检测器对光信号变化响应速度快慢,通常用光检测器受阶跃光脉冲照射时,输出脉冲前沿10%点到90%点间的时间间隔来衡量。

光接收机总结

光接收机总结

光接收机总结1,普通PIN接收机和APD接收机(直接检测)PIN光电二极管是在普通光电二极管的PN结中加入低掺杂的近乎本征半导体的I区形成的,用以加宽PN结的耗尽层(电子移动快)而减小扩散区(电子扩散慢),使电子空穴能够快速通过耗尽层到达P和N区,大大加快响应速度。

PIN的探测效率也很高。

PIN探测器拥有极宽的带宽,商业化的超过了50GHz。

PIN探测器的结构也非常简单,如图所示是PIN接受机的基本结构,光信号经过PIN光电探测器后经射频放大器,在通过窄带滤波器滤波,采样后经阈值判决得到数据。

图1 PIN接收机PIN的噪声来源主要是散弹噪声,但是比APD的噪声小得多。

PIN是无增益器件,一个光子至多产生一个电子空穴对,不适合用来检测微弱信号。

对于10Gbps的OOK信号,若BER要达到10^-9,这种接收机要求需要6200PPB[1]。

APD是利用雪崩特性制成的高增益光电二极管,APD接收机原理图与PIN接收机一致。

一个光子产生一个电子空穴对后发生碰撞电离效应产生了大量电子空穴对,因此能够探测很微弱的信号。

APD接收机灵敏度一般比PIN接收机好5~10dB,对于10Gbps的信号,误码率达到10^-9需要1000PPB[2]。

APD的噪声很大,主要是倍增噪声,而且APD一般需要很高的反向偏压来产生雪崩效应。

同时,和PIN相比,APD只有很窄的线性效应(光电流和光功率成比例)。

2,光电倍增管PMT(单光子检测)光电倍增管是利用外光电效应和二次电子发射效应来探测光信号的电真空器件,由阴极、电子倍增极、打拿极和收集极阳极等构成。

阴极和阳极之间加上高压,光子在阴极表面产生光电子,这些光电子被电场加速后通过倍增系统产生大量二次电子,经阳极吸收形成输出电流。

PMT的计数频率可以达到几十MHz,具有高灵敏度和低噪声的特点,同时探测面积大直径可达几英寸、响应速度快上升时间小于1ns、高增益超过以及宽谱宽等特点。

(整理)光接收机的结构及原理

(整理)光接收机的结构及原理

(整理)光接收机的结构及原理第三部分光接收机的结构及原理在有线电视HFC网络中,光接收机通常位于光纤接点和有线电视的前端位置,它的主要功能是把光信号转变为RF信号,前面已经详细讲述了光探测器、光接收组件的原理及应用。

光探测器是实现光/电转换的关键部件,其质量的优劣决定了光接收机的性能指标与档次,光接收组件是光探测器与前置放大器的组合,在光接收机中,无论是分离组件还是一体组件,该部分的成本比重都比较大,与光发射机的激光器一样,不仅决定了光接收机的性能指标,还将决定光接收机的价格。

光接收的整机组成主要由光接收组件、功率放大模块及其附属功能电路组成,除光接收组件外,功率放大模块是光接收机的第二大核心元件。

即使是采用相同的组件,由于采用不同档次、不同价位的放大模块组合,整机也会有显著不同。

有线电视技术发展到今天,光接收机采用分离元件制作放大模块已不多见,基本上全采用集成一体化组件结构。

该结构模块大多属于厚膜集成电路,它是用丝网印刷和烧结等工艺在同一陶瓷基片上制作无源网源,并在其上组装分立的半导体芯片或单片集成电路、放大三极管管芯等,另外再外加塑料密封,防止潮气、杂质的进入。

一、光接收机常用的放大模块介绍能用于光接收机的模块有众多型号,排除品牌命名的差异,根据放大模块的增益划分有14dB、18dB、20dB、22dB、27dB等,用于单模块放大器的34dB的放大模块在光接收机中少有应用,当然也不排除低档光接收机应用的可能。

根据放大模块具体放大电路结构的不同划分:有推挽放大模块、功率倍增放大模块两种,而根据放大元件工艺的不同,放大模块又分为硅放大工艺、砷化镓工艺两种,在光接收机中采用的模块的命名,一般以推挽和功率倍增为主要区分,同时附加增益的差异与器件工艺,如果不说是砷化镓工艺模块则所说的放大模块一般都是指硅工艺。

1.推挽放大模块的原理及结构。

在实用的放大电路中,三极管的集电极并非总有电流流过,根据集中极电流导通时间的长短,通常把放大器分成甲类、乙类、丙类等。

光接收机的工作原理及应用

光接收机的工作原理及应用

光接收机的工作原理及应用1. 工作原理光接收机是一种用于接收光信号并将其转化为电信号的设备。

其工作原理基于光电效应和半导体器件的特性。

光电效应是指当光线照射到某些物质上时,会引发物质内部电子的运动。

光接收机中的光电二极管就是利用光电效应实现光信号转换的关键组件。

当光信号通过光纤或其他光传输介质传输到光接收机中时,光线会照射到光电二极管上。

这时,光子的能量会导致光电二极管内部的电子从价带跃迁到导带,产生电流。

接收到的光信号经过放大和处理后就可得到电信号。

除了光电二极管,光接收机还包括前置放大器、滤波器、放大器、数字处理器等组件。

前置放大器用于增加接收到的微弱光信号的强度,滤波器用于滤除杂散信号和不需要的频段。

放大器可以进一步增强信号强度,并提高信号质量。

数字处理器则用于对电信号进行采样、解调和误码校正等操作。

2. 应用领域光接收机具有高速、低噪声、大动态范围等优点,因此在许多领域具有广泛的应用。

2.1 光通信光接收机在光通信领域中扮演着重要的角色。

光纤通信系统中的光接收机能够将光信号转换为电信号,并经过解调处理,从而实现数据的传输和通信。

光接收机的高速度和低噪声特性使其在长距离光纤通信和高速数据传输中具有独特的优势。

2.2 光信号检测光接收机也广泛用于光信号的检测。

例如,在光电子学实验中,光接收机可用于检测光的强度、频率和偏振等信息。

此外,在光谱分析和光学传感器中,光接收机也可以用于检测光信号的特征和变化。

2.3 光电子设备光接收机还可以被应用于光电子设备中。

例如,在光纤传感器中,光接收机可用于接收传感器部件发出的光信号,并转化为电信号进行处理和分析。

在光存储器和光计算机中,光接收机也是必不可少的组成部分。

2.4 其他领域除了以上几个主要领域,光接收机还可以用于激光雷达、光学成像、光电测量等应用中。

在这些领域中,光接收机能够帮助我们获取到光信号中的有用信息,并实现相关的应用和功能。

3. 总结光接收机是一种将光信号转换为电信号的设备,其工作原理基于光电效应和半导体器件的特性。

光接收机的原理

光接收机的原理

光接收机的原理光接收机是一种用于接收光信号并将其转换为电信号的设备。

它在光通信系统中起到非常重要的作用,用于接收来自光纤传输的信号,并将其转化为可供处理和解码的电信号。

光接收机的原理主要包括光检测和信号放大两个方面。

光检测是光接收机的核心部分。

当光信号到达光接收机时,首先经过光探测器的光敏区域。

光探测器通常使用光电二极管或光电二极管阵列。

在光敏区域中,光信号被吸收并产生光生电流。

光生电流的大小与入射光的光强成正比。

接下来,光生电流被传输到放大电路中进行信号放大。

放大电路通常由多个级联的放大器组成,以增加信号的幅度和质量。

放大器可以采用不同的技术,如电子管、晶体管或光电二极管。

放大电路的设计需要考虑到信号的频率范围、噪声性能和功耗等因素。

除了光检测和信号放大,光接收机还需要进行信号解调和数据恢复。

在数字光通信系统中,光信号通常采用调制技术传输数字信息。

因此,光接收机需要解调光信号,恢复出原始的数字信号。

解调技术通常包括光电探测器的电路设计和数字信号处理算法。

在光接收机的设计中,还需要考虑到其他一些关键因素。

例如,光接收机需要具备高灵敏度和低噪声的特性,以便能够接收到弱光信号并保持良好的信号质量。

此外,光接收机还需要具备较快的响应速度,以适应高速光通信系统的要求。

同时,光接收机的设计还要考虑到功耗和成本的问题,以确保在实际应用中具备可行性和可靠性。

光接收机是光通信系统中不可或缺的组成部分,它能够将光信号转换为电信号,并在此过程中起到信号放大、解调和数据恢复的作用。

光接收机的原理主要包括光检测和信号放大两个方面,其中光检测通过光电二极管或光电二极管阵列实现,信号放大通过放大电路实现。

光接收机的设计需要考虑到灵敏度、噪声、响应速度、功耗和成本等因素。

通过不断的研究和创新,光接收机的性能将得到进一步的提高,为光通信技术的发展做出更大的贡献。

光接收机项目年终总结报告

光接收机项目年终总结报告

光接收机项目年终总结报告一、光接收机宏观环境分析二、2018年度经营情况总结三、存在的问题及改进措施四、2019主要经营目标五、重点工作安排六、总结及展望尊敬的xxx投资公司领导:近年来,公司牢固树立“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念,以提高发展质量和效益为中心,加快形成引领经济发展新常态的体制机制和发展方式,统筹推进企业可持续发展,全面推进开放内涵式发展,加快现代化、国际化进程,建设行业领先标杆。

初步统计,2018年xxx投资公司实现营业收入16111.73万元,同比增长32.44%。

其中,主营业业务光接收机生产及销售收入为15170.48万元,占营业总收入的94.16%。

一、光接收机宏观环境分析(一)中国制造2025“高质量发展”是十九大报告、中央经济工作会议的高频词,今年两会首次写进政府工作报告。

高质量发展是我国发展阶段的里程碑,也是今后相当长时期要遵循的中国发展道路和建设现代化国家目标。

近年来,我市工业经济在加速发展过程中,主要存在传统产业比重偏高、产业结构不合理、科技含量不高、企业创新能力不足、产业链条短、市场竞争力弱等方面的问题。

针对这些工业经济发展中存在的问题及现状,该县进一步优化工业产业结构,推进工业产业转型升级,促进工业经济高质量发展。

(二)工业绿色发展规划我国主要资源人均占有量远低于世界平均水平,加上增长方式仍较粗放,国内资源供给难以保障经济社会发展需要,能源、重要矿产、水、土地等资源短缺矛盾将进一步加剧,重要资源对外依存度将进一步攀升,可持续发展面临能源资源瓶颈约束的严峻挑战。

我国环境状况总体恶化的趋势尚未得到根本遏制,重点流域水污染严重,一些地区大气污染问题突出,“垃圾围城”现象较为普遍,农业面源污染、重金属和土壤污染问题严重,重大环境事件时有发生,给人民群众身体健康带来危害。

按照产业结构绿色化、能源利用绿色化、运营管理绿色化、基础设施绿色化的要求,重点在我区现有自治区级以上工业园区中选择一批基础条件好、代表性强的工业园区,开展绿色园区创建示范。

光接收机的结构及原理

光接收机的结构及原理

光接收机的结构及原理光接收机是一种用于接收光信号并转换为电信号的设备。

它在光通信系统中起着至关重要的作用。

本文将详细介绍光接收机的结构和原理,以匡助读者更好地理解该设备的工作原理和性能。

一、光接收机的结构光接收机通常由以下几个主要组成部份构成:1. 光探测器:光探测器是光接收机的核心部件,用于将光信号转换为电信号。

常见的光探测器包括光电二极管(Photodiode)和光电导(Phototransistor)等。

光电二极管是一种半导体器件,当光照射到其PN结时,会产生电流。

光电导是一种具有放大功能的光电二极管,它可以将光信号转换为电流信号,并通过放大电路放大电流信号。

2. 光电转换电路:光电转换电路用于将光电二极管或者光电导输出的微弱电流信号转换为电压信号,并进行放大。

光电转换电路通常包括前置放大电路、滤波电路和放大器等。

前置放大电路用于提高光电二极管或者光电导的灵敏度,滤波电路用于滤除噪声和杂散信号,放大器用于放大电流信号,以便进一步处理和解析。

3. 接收电路:接收电路用于对光电转换电路输出的电压信号进行解码和处理。

它通常包括解调电路、解码电路和信号处理电路等。

解调电路用于将调制的光信号解调为基带信号,解码电路用于将基带信号解码为原始数据信号,信号处理电路用于对原始数据信号进行滤波、放大和整形等处理,以便进一步应用和分析。

4. 光纤连接器:光纤连接器用于将光接收机与光纤连接起来,以实现光信号的传输。

常见的光纤连接器有FC、SC、LC等不同类型,它们具有低插损、高耐用性和良好的光学性能,能够确保光信号的高质量传输。

二、光接收机的工作原理光接收机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤:1. 光信号接收:光接收机首先接收来自光纤的光信号。

光信号通过光纤传输到光接收机的光探测器。

2. 光电转换:光探测器将接收到的光信号转换为电信号。

光电二极管或者光电导在光照射下产生电流,电流的大小与光信号的强度成正比。

3. 电信号放大:光电转换电路对光电二极管或者光电导输出的微弱电流信号进行放大。

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光接收机总结1,普通PIN接收机和APD接收机(直接检测)PIN光电二极管是在普通光电二极管的PN结中加入低掺杂的近乎本征半导体的I区形成的,用以加宽PN结的耗尽层(电子移动快)而减小扩散区(电子扩散慢),使电子空穴能够快速通过耗尽层到达P和N区,大大加快响应速度。

PIN的探测效率也很高。

PIN探测器拥有极宽的带宽,商业化的超过了50GHz。

PIN探测器的结构也非常简单,如图所示是PIN接受机的基本结构,光信号经过PIN光电探测器后经射频放大器,在通过窄带滤波器滤波,采样后经阈值判决得到数据。

图1 PIN接收机PIN的噪声来源主要是散弹噪声,但是比APD的噪声小得多。

PIN是无增益器件,一个光子至多产生一个电子空穴对,不适合用来检测微弱信号。

对于10Gbps的OOK信号,若BER要达到10^-9,这种接收机要求需要6200PPB[1]。

APD是利用雪崩特性制成的高增益光电二极管,APD接收机原理图与PIN接收机一致。

一个光子产生一个电子空穴对后发生碰撞电离效应产生了大量电子空穴对,因此能够探测很微弱的信号。

APD接收机灵敏度一般比PIN接收机好5~10dB,对于10Gbps的信号,误码率达到10^-9需要1000PPB[2]。

APD的噪声很大,主要是倍增噪声,而且APD一般需要很高的反向偏压来产生雪崩效应。

同时,和PIN相比,APD只有很窄的线性效应(光电流和光功率成比例)。

2,光电倍增管PMT(单光子检测)光电倍增管是利用外光电效应和二次电子发射效应来探测光信号的电真空器件,由阴极、电子倍增极、打拿极和收集极阳极等构成。

阴极和阳极之间加上高压,光子在阴极表面产生光电子,这些光电子被电场加速后通过倍增系统产生大量二次电子,经阳极吸收形成输出电流。

PMT的计数频率可以达到几十MHz,具有高灵敏度和低噪声的特点,同时探测面积大直径可达几英寸、响应速度快上升时间小于1ns、高增益超过以及宽谱宽等特点。

PMT的量子效率受阴极材料和工作频率的影响:在紫外和可见光谱范围中,材料是GaAsP时,量子效率可以达到40%,在近红外区域,材料为GaAsInP时,量子效率小于1%,限制了PMT的使用。

LCTSX的LCT终端的接收机用的是PMT,碲镉汞APD作为备份接收机。

3,APD接收机(单光子检测)APD单光子检测器的原理是让偏置电压大于雪崩电压(即盖革模式),当有光子进入时,会产生uA甚至mA级别的光电流。

由于任何光子或噪声都将产生雪崩,所以会影响对每个光子之间的的检测,需要电路来抑制雪崩。

如图2所示,一般有三种方式来抑制雪崩,无源抑制、有缘抑制、门模抑制。

无源抑制就是在有光子进入时,APD雪崩,里面的结电容和分布电容通过电阻放电,然后停止恢复到接收光子状态。

这种模式的计数率很慢,由电容放电时间决定,在几百ns 级别。

有源抑制即利用雪崩信号的上升沿作为触发信号,通过反馈控制驱动电源,达到抑制的目的。

门模抑制,即在没有光子到达的时候APD两端电压高于雪崩电压相当于门打开,没有的时候则关闭,大大提高APD的性能和寿命。

对APD 性能影响最大是暗计数,暗计数有产生原因有多种,有本身的原因,如热噪声,也有外部原因,如黑体辐射、后脉冲计数、隧穿效应,门模模式能够有效减小后脉冲计数和热噪声,因此门模模式为APD的最佳工作模式。

APD单光子计数器噪声表现为暗计数和变化的量子效率,在一个门时间内最多测一个光子,且在门关闭时间内无法接受光子,限制了灵敏度。

[3]可见光频段Si-APD量子效率可以达到85%,Ge-APD工作在800~1550nm波段,InGaAs-APD工作在900~1700nm波段,在1550nm窗口应用较多,量子效率多为10%~20%,暗计数大多在KHz量级。

图2 (1)无源抑制(2)有源抑制(3)门模抑制如图3所示是各种探测器参考性能对比图,图中可以看出PMT(光电倍增管)暗计数较高,Si-APD主要工作在可见光波段。

InGaAs-APD单光子计数器的量子效率可以达到20%,暗计数也较低,但是重复频率不高,超导纳米线单光子探测器SSPD的重复频率很高,暗计数很低,量子效率较低。

该图只是作为参考,比如后面讲到SSPD通过一些方法量子效率能达到很高。

图3 各种探测器性能比较[3]欧洲航天局ESA在地面建立了一个OGS地面站与美国LLCD项目的月球卫星的LLST通信,其中的接收机使用的是一个基础的PMT和一个作为备份的碲镉汞APD[4],碲镉汞APD量子效率达到了60~80%,而且有着高增益和低噪声[5]。

LLST 发射的信号到达OGS时功率仅为350pW(经计算对于622Mbps约为4.4PPB)。

4,超导纳米线单光子计数器SSPD或SNSPD(单光子检测)超导体单光子计数器的原理是首先让超导材料工作在超导温度下,偏置电流接近超导体临界电流,当光子被吸收后在吸收处形成有电阻的热点,此时电流将向边缘没有电阻的地方走,导致电流密度大于临界密度产生电阻,形成一个脉冲信号。

SSPD有着超快的响应速度和极小的暗计数,但是一般量子效率较低。

SNSPD的灵敏度可以达到接近1PPB,并有达到小于1PPB的潜力。

美国LLCD项目的LLGT地面站使用的就是超导纳米线接收机(林肯实验室)。

如图4(1)所示是LLGT使用的超导纳米线结构,上面的氮化铌纳米线宽度为80/140nm,厚度为5nm,安装在硅晶片上。

这种结构是4元纳米线结构,即有4个纳米线阵列,文献[]采用2元纳米线结构,提到了多元结构能够提供更高的计数速率(reset time)和有限的光子数分辨率,探测效率也得到了提高,该超导纳米线也是由氮化铌制作,厚度4nm宽度100nm。

如图4(2)所示其探测效率相比单光子得到了提高。

由图4(2)还可以看出,脉冲(时隙)宽度也会极大的影响探测效率,进而影响灵敏度,因此LLCD下行在38Mbps时灵敏度要求为1.49PPB,而622Mbps时要求为3.48PPB。

SSPD阵列结构也有缺点,如果阶数过多会导致电路复杂,可能会引起由电磁场耦合和声子导致的码间串扰。

LLGT采用4个这样的4元阵列,即16根纳米线,重复时间为5ns(计数频率200MHz),暗计数为3000/s,量子效率达到75%。

由于每根纳米线都需要有单独的电路,限制了纳米线数量的进一步提高。

[6]SSPD的探测效率除了可以通过阵列提高,还有其他方法,比如文献[7]的单光子计数器在加入光学腔和抗反射膜的情况下探测效率达到了57%。

图4 (1)4元超导纳米线结构(2)脉冲宽度和探测效率关系图5,超导体转换边缘传感器TES(单光子检测)这种单光子探测器的工作原理是让超导体工作在超导状态下,当入射光入射到生长在绝缘衬底上的超导薄膜并被吸收,温度上升转变为正常态,由于环境的低温再次回到超导态,此时监测电阻率的变化就能实现单光子探测。

TES的量子效率能做到非常的高,达到90%,而且暗计数非常的低,甚至可以实现光子数分辨功能,但是有个明显的缺点是由于超导体材料再次冷却到超导状态时间较长,重复频率较低,仅在KHz量级。

6,前置放大直接检测(直接检测)图5(1)是普通前置放大器的接收机模型,图5(2)是采用平衡接收的前置放大器接收机模型。

文献[]中提到了这种接收机在Gbps速率下,对未编码的DPSK(DPSK对灵敏度的要求和4-PPM差不多,均相对OOK有3dB优势)灵敏度达25-30PPB(BER应该是10^-9),对编码的DPSK灵敏度达7-8PPB,而对于M-PPM,M较大或者带宽扩展系数较大(即降低带宽利用率)的情况下可以实现1-2PPB。

而且通过WDM可以很容易的实现Tbps的速率。

光放大器的ASE(放大器自发辐射噪声)噪声对接收机性能影响很大。

[8]图5 前置放大直接检测接收机LLCD项目中LLST卫星终端的接收机采用的是前置放大直接检测接收机接收4-PPM信号。

如图6所示,光信号经放大滤波后由PD转换为电信号,再放大后一路经一个时隙与自己混合,得到差信号和和信号,分别经两个时隙延时后与自己进入判决电路得到信号的高位和低位,实现解调[10]。

LCRD项目也将使用与此类似的前置放大直接检测接收机,并且同时有DPSK和PPM两种调制方式的收发机。

图6 LLST前置放大直接检测接收机7,相干接收机(相干检测)相干接收机有两种,一种是零差接收,一种是外差接收。

零差接收是指本地振荡器与接收信号光同频,经混频滤波后将调制在光信号上的RF信号提取出来。

而外差接收指本地振荡器与光信号不同频,经混频后用特殊方法将RF信号提取出来,外差接收在空间光通信中应用较少,不再赘述。

文献[8]写到在6Gbps未编码PSK接收机灵敏度要求35PPB,8Gpbs时要求为80PPB,和前置放大DPSK 几乎没有区别,在小于Gbps速率下则比DPSK更好一些,在4和565Mbps速率下分别是16和20PPB。

从理论上讲,PSK的零差接收机会优于DPSK2倍,优于OOK4倍,其中2倍是由于从星座图看出0和1信号距离是OOK的2倍,另外2倍则是零差相干接收提供的更高的灵敏度。

实际上由于各种原因PSK零差系统只比前置放大DPSK接收机略好,而且需要复杂的锁相系统。

欧洲LCTSX项目的LCT终端使用的零差相干接收,工作原理如图7所示。

种子光源经相位调制器和光放大器发射到信道,接收机是基于光学costas锁相的BPSK零差解调系统,光学锁相环可以解决多普勒效应等因素导致的频移,使接收信号与本振同频,再使用本振和接收信号光干涉,拍出RF信号,再经滤波得到RF信号。

图7参考文献[1]S.B. Alexander, Optical communication receiver design (Bellingham, Washington, USA:SPIE Optical Engineering Press, 1997.[2]Y. Miyamoto, Y. Hagimoto, and T. Kagawa, “A 10 Gb/s high sensitivity optical receiver using an InGaAs-InAlAs superlatticeAPD at 1.3 μm/1.5μm,” IEEE Photon. Technol. Lett.3, 372–374 ,1991.[3]李璐.基于雪崩二极管的通讯波段单光子探测器技术研究.学位论文,2010.[4]Receiver Performance of ESA Ground Terminal During Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD).Proc. International Conference on Space Optical Systems and Applications (ICSOS),2014.[5]Vojetta, G., et. al.,” Linear photon-counting with HgCdTe APDs,”Proc.SPIE Vol. 8375 83750Y-1, 2012.[6]Eric A. Dauler, Bryan S. Robinson, Andrew J. Kerman.Multi-Element Superconducting Nanowire Single-Photon Detector.IEEE transaction on applied superconductivity,2007.[7]Matthew E. Grein, Andrew J. Kerman, Eric A. Dauler.An optical receiver for the Lunar Laser Communication Demonstration based on photon-counting superconducting nanowires .Proc. of SPIE,2015.[8]Kristine M. Rosfjord1, Joel K. W. Yang.Nanowire Single-photon detector with an integrated optical cavity and anti-reflection coating.Optical Society of America,2006.[9]David O. ser communication transmitter and receiver design.J. Opt. Fiber. Commun. Rep. 4, 225–362 ,2007.[10]M. L. Stevens, D. M. Boroson.A simple delay-line 4-PPM demodulatorwith near-optimum performance.Optical Society of America,2012.。

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