電力系統(tǒng)通信技術(shù) 第4章 光纖通信技術(shù)

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1、 第第 4 4 章章 光纖通信技術(shù)光纖通信技術(shù)4.1光纖通信概述光纖通信概述4.2光纖和光纜光纖和光纜 4.3光源與光檢測(cè)器光源與光檢測(cè)器4.4光端機(jī)光端機(jī) 4.5數(shù)字光纖通信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)4.6同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列(SDH)4.7光纖通信新技術(shù)光纖通信新技術(shù)第第4章章 光纖通信技術(shù)光纖通信技術(shù)4.1光纖通信概述光纖通信概述4.1.1光纖通信基本概念光纖通信基本概念光纖通信是以光為載波，以光纖為傳輸介質(zhì)的通信方式。任何通信系統(tǒng)追求的最終技術(shù)目標(biāo)都是要可靠地實(shí)現(xiàn)最大可能的信息傳輸容量和傳輸距離。通信系統(tǒng)的傳輸容量取決于對(duì)載波調(diào)制的頻帶寬度，載波頻率越高，頻帶寬度越寬。光纖通信的載波是光

2、波。雖然光波和電波都是電磁波，但是頻率差別很大。目前，光纖通信用的近紅外光波長(zhǎng)范圍約0.8m1.8m。頻率約300THz。光纖通信用的頻帶寬度約為200THz，在常用的1.31m和1.55m兩個(gè)波長(zhǎng)窗口頻帶寬度也在20THz以上。由于光源和光纖特性的限制，目前，光強(qiáng)度調(diào)制的帶寬一般只有20GHz，因此還有3個(gè)數(shù)量級(jí)以上的帶寬潛力可以挖掘。光纖是由絕緣的石英(SiO2)材料制成的，通過(guò)提高材料純度和改進(jìn)制造工藝，可以在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)獲得很小的損耗。在光纖通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多，因此，相對(duì)于電纜通信或微波通信，光纖通信具有

3、許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。1.容許頻帶很寬，傳輸容量很大容許頻帶很寬，傳輸容量很大目前，單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率一般為2.5Gb/s和10Gb/s。采用外調(diào)制技術(shù)，傳輸速率可以達(dá)到40Gb/s。波分復(fù)用和光時(shí)分復(fù)用更是極大地增加了傳輸容量。DWDM最高水平為132個(gè)信道，傳輸容量為20Gb/s132=2640Gb/s。2.損耗小，中繼距離長(zhǎng)損耗小，中繼距離長(zhǎng)石英光纖在1.31m和1.55m波長(zhǎng)，傳輸損耗分別為0.50dB/km和0.20dB/km，甚至更低。因此，中繼距離長(zhǎng)。目前，采用外調(diào)制技術(shù)，波長(zhǎng)為1.55m的色散移位單模光纖通信系統(tǒng)，若其傳輸速率為2.5Gb/s，則中繼距離可達(dá)150km；若其

4、傳輸速率為10Gb/s，則中繼距離可達(dá)100km。傳輸容量大、傳輸誤碼率低、中繼距離長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，使光纖通信系統(tǒng)不僅適合于長(zhǎng)途干線網(wǎng)而且適合于接入網(wǎng)的使用，這也是降低每公里話路的系統(tǒng)造價(jià)的主要原因。3.重量輕、體積小重量輕、體積小光纖重量很輕，直徑很小。即使做成光纜，在芯數(shù)相同的條件下，其重量還是比電纜輕得多，體積也小得多。4.抗電磁干擾性能好抗電磁干擾性能好光纖由電絕緣的石英材料制成，光纖通信線路不受各種電磁場(chǎng)的干擾和閃電雷擊的損壞。無(wú)金屬光纜非常適合于存在強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的高壓電力線周圍和油田、煤礦等易燃易爆環(huán)境中使用。光纖(復(fù)合)架空地線(OPGW)是光纖與電力輸送系統(tǒng)的地線組合而成的通信光纜，

5、已在電力系統(tǒng)的通信中發(fā)揮重要作用。5.泄漏小，保密性能好泄漏小，保密性能好在光纖中傳輸?shù)墓庑孤┓浅Ｎ⑷?，即使在彎曲地段也無(wú)法竊聽。沒(méi)有專用的特殊工具，光纖不能分接，因此信息在光纖中傳輸非常安全。6.節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用制造同軸電纜和波導(dǎo)管的銅、鋁、鉛等為金屬材料；而制造光纖的石英(SiO2)在地球上基本上是取之不盡的材料?？傊饫w通信不僅在技術(shù)上具有很大的優(yōu)越性，而且在經(jīng)濟(jì)上具有巨大的競(jìng)爭(zhēng)能力，因此其在信息社會(huì)中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。4.1.2光纖通信系統(tǒng)的基本組成光纖通信系統(tǒng)的基本組成 光纖通信系統(tǒng)是以光為載波，以光纖為傳輸介質(zhì)的通信系統(tǒng)，可以

6、傳輸數(shù)字信號(hào)，也可以傳輸模擬信號(hào)。用戶要傳輸?shù)男畔⒍喾N多樣，一般有話音、圖像、數(shù)據(jù)或多媒體信息。為敘述方便，這里僅以數(shù)字電話和模擬電視為例。圖4-1示出單向傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)，包括發(fā)射、接收和作為廣義信道的基本光纖傳輸系統(tǒng)。圖4-1光纖通信系統(tǒng)的基本組成(單向傳輸)如圖4-1所示，信息源把用戶信息轉(zhuǎn)換為原始電信號(hào)，這種信號(hào)稱為基帶信號(hào)。電發(fā)射機(jī)把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，這個(gè)轉(zhuǎn)換如果需要調(diào)制，則其輸出信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。例如，對(duì)于數(shù)字電話傳輸，電話機(jī)把話音轉(zhuǎn)換為頻率范圍為0.33.4kHz的模擬基帶信號(hào)，電發(fā)射機(jī)把這種模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并把多路數(shù)字信號(hào)組合在一起。模/數(shù)轉(zhuǎn)換普遍采用

7、脈沖編碼調(diào)制(PCM)方式實(shí)現(xiàn)。一路話音轉(zhuǎn)換成傳輸速率為64kb/s的數(shù)字信號(hào)，然后用數(shù)字復(fù)接器把30路PCM信號(hào)組合成2.048Mb/s的一次群甚至高次群的數(shù)字系列，最后把這種已調(diào)信號(hào)輸入光發(fā)射機(jī)。還可以采用頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)，用來(lái)自不同信息源的模擬基帶信號(hào)(或數(shù)字基帶信號(hào))分別調(diào)制指定的不同頻率的射頻(RF)電波，然后把多個(gè)這種帶有信息的RF信號(hào)組合成多路寬帶信號(hào)，最后輸入光發(fā)射機(jī)，由光載波進(jìn)行傳輸。在這個(gè)過(guò)程中，受調(diào)制的RF電波稱為副載波，這種采用頻分復(fù)用的多路信號(hào)傳輸技術(shù)，稱為副載波復(fù)用(SCM)。不管是數(shù)字系統(tǒng)，還是模擬系統(tǒng)，輸入到光發(fā)射機(jī)帶有信息的電信號(hào)，都通過(guò)調(diào)制轉(zhuǎn)換為光信號(hào)

8、。光載波經(jīng)過(guò)光纖線路傳輸?shù)浇邮斩?，再由光接收機(jī)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。電接收機(jī)的功能和電發(fā)射機(jī)的功能相反，它把接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，最后由信息宿恢復(fù)用戶信息。在整個(gè)通信系統(tǒng)中，在光發(fā)射機(jī)之前和光接收機(jī)之后的電信號(hào)段，光纖通信所用的技術(shù)和設(shè)備與電纜通信相同，不同的只是由光發(fā)射機(jī)、光纖線路和光接收機(jī)所組成的基本光纖傳輸系統(tǒng)代替了電纜傳輸。光纖可以傳輸數(shù)字信號(hào)，也可以傳輸模擬信號(hào)。光纖通信在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，都得到了廣泛應(yīng)用。4.2.1光纖結(jié)構(gòu)和類型光纖結(jié)構(gòu)和類型1.光纖結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)光纖（OpticalFiber）是由中心的纖芯

9、和外圍的包層同軸組成的圓柱形細(xì)絲。纖芯的折射率比包層稍高，損耗比包層更低，光能量主要在纖芯內(nèi)傳輸。包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機(jī)械保護(hù)作用。光纖的外形如圖4-2所示。設(shè)纖芯和包層的折射率分別為n1和n2，光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是n1n2。纖芯和包層的相對(duì)折射率差=（n1-n2）/n1的典型值，一般單模光纖為0.3%0.6%，多模光纖為1%2%。4.2光纖和光纜光纖和光纜圖4-2光纖的外形 2.光纖類型光纖類型光纖種類很多，這里只討論作為信息傳輸波導(dǎo)用的由高純度石英（SiO2）制成的光纖。實(shí)用光纖主要有三種基本類型，圖4-3示出其橫截面的結(jié)構(gòu)和折射率分布、光線在纖芯傳播的路

10、徑以及由于色散引起的輸出脈沖相對(duì)于輸入脈沖的畸變。這些光纖的主要特征如下。突變型多模光纖（Step-IndexFiber,SIF）如圖4-3(a)，纖芯折射率為n1保持不變，到包層突然變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑2a=5080m，光線以折線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變大。漸變型多模光纖（Graded-IndexFiber,GIF）如圖4-3(b)，在纖芯中心折射率最大為n1，沿徑向r向外圍逐漸變小，直到包層變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑2a為50m，光線以正弦形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變小。單模光纖（Single-ModeFiber,SMF）如圖4-3(c)，折射

11、率分布和突變型光纖相似，纖芯直徑只有810m，光線以直線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播。因?yàn)檫@種光纖只能傳輸一個(gè)模式，所以稱為單模光纖。那么我們?cè)鯓永斫夤饫w模式的概念呢？光也是電磁波，電磁波是由交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)組成且滿足一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。光在光纖中的傳播就是電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互交替地變換傳播，電場(chǎng)和磁場(chǎng)不同的分布形式（滿足特定的方程）就構(gòu)成不同的模式。所謂單模光纖就是指只傳輸HE11一種矢量模式。多模光纖則指能同時(shí)傳輸多種模式（例如HE11、TM01、TE01、HE12等矢量模式）的光纖。漸變型多模光纖和單模光纖，包層外徑2b都選用125m。實(shí)際上，根據(jù)應(yīng)用的需要，可以設(shè)計(jì)折射率介于SIF和GIF之間的各

12、種準(zhǔn)漸變型光纖。為調(diào)整工作波長(zhǎng)或改善色散特性，可以在圖4-3(c)常規(guī)單模光纖的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特種單模光纖。有在1.31.6m之間色散變化很小的色散平坦光纖（DispersionFlattenedFiber,DFF）；有把零色散波長(zhǎng)移到1.55m的色散移位光纖（DispersionShiftedFiber,DSF）；有偏振保持光纖等。圖4-3三種基本類型的光纖(a)突變型多模光纖；(b)漸變型多模光纖；(c)單模光纖各種光纖，其用途也不同。突變型多模光纖信號(hào)畸變大，相應(yīng)的帶寬只有1020MHzkm，用于小容量、短距離系統(tǒng)。漸變型多模光纖的帶寬可達(dá)12GHzkm，適用于中等容量、中等

13、距離系統(tǒng)。大容量（565Mb/s2.5Gb/s）長(zhǎng)距離(30km以上)系統(tǒng)要用單模光纖。色散平坦光纖適用于波分復(fù)用系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以把傳輸容量提高幾倍到幾十倍。外差接收方式的相干光系統(tǒng)要用偏振保持光纖，這種系統(tǒng)最大優(yōu)點(diǎn)是提高接收靈敏度，增加傳輸距離。4.2.2光纖傳光原理光纖傳光原理要詳細(xì)描述光纖傳光原理，需要求解由麥克斯韋方程組導(dǎo)出的波動(dòng)方程。但在極限(波數(shù)k=2/非常大，波長(zhǎng)0)條件下，可以用幾何光學(xué)的射線方程作近似分析。幾何光學(xué)的方法比較直觀，容易理解，但并不十分嚴(yán)格。用幾何光學(xué)方法分析光纖傳輸原理，我們關(guān)注的問(wèn)題主要是光束在光纖中傳播的空間分布和時(shí)間分布，并由此得到數(shù)值孔徑和時(shí)間延遲的

14、概念。1.突變型多模光纖突變型多模光纖設(shè)纖芯和包層折射率分別為n1和n2，空氣的折射率n0=1，纖芯中心軸線與z軸一致，如圖4-4所示。圖4-4突變型多模光纖的光線傳播原理光線在光纖端面以小角度從空氣入射到纖芯(n0n2)。改變角度，不同相應(yīng)的光線將在纖芯與包層交界面發(fā)生反射或折射。根據(jù)全反射原理，存在一個(gè)臨界角c，當(dāng)c時(shí)，相應(yīng)的光線將在交界面折射進(jìn)入包層并逐漸消失，如光線3。由此可見，只有在半錐角為c的圓錐內(nèi)入射的光束才能在光纖中傳播。根據(jù)這個(gè)傳播條件，定義臨界角c的正弦為數(shù)值孔徑(NumericalAperture,NA)。根據(jù)定義和斯奈爾定律（4-2）N0=1，由式（4-2）經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算得

15、到（4-3）式中：=(n1-n2)/n1為纖芯與包層相對(duì)折射率差。設(shè)=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21。NA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA(或c)越大，光纖接收光的能力越強(qiáng)，從光源到光纖的耦合效率越高。對(duì)于無(wú)損耗光纖，在c內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸。NA越大，纖芯對(duì)光能量的束縛越強(qiáng)，光纖抗彎曲性能越好?，F(xiàn)在我們來(lái)觀察光線在光纖中的傳播時(shí)間。根據(jù)圖4-4，入射角為的光線在長(zhǎng)度為L(zhǎng)(ox)的光纖中傳輸，所經(jīng)歷的路程為l(oy)，在不大的條件下，得到最大入射角(=c)和最小入射角(=0)的光線之間時(shí)間延遲差近似為（4-4）式中：c為真空中的光速。這種時(shí)間延遲差在時(shí)域產(chǎn)生脈沖展寬，或稱為信

16、號(hào)畸變。由此可見，突變型多模光纖的信號(hào)畸變是由于不同入射角的光線經(jīng)光纖傳輸后，其時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的，其大小與成正比?？梢?，NA越大，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號(hào)畸變?cè)酱螅蚨拗屏诵畔鬏斎萘?。所以要根?jù)實(shí)際使用場(chǎng)合，選擇適當(dāng)?shù)腘A。2.漸變型多模光纖漸變型多模光纖漸變型多模光纖具有能減小脈沖展寬、增加帶寬的優(yōu)點(diǎn)。漸變型多模光纖的子午面(r-z)示于圖4-5，一般光纖相對(duì)折射率差都很小，光線和中心軸線z的夾角也很小，即sin。圖4-5漸變型多模光纖的光線傳播原理由圖可見，漸變型多模光纖的光線軌跡是傳輸距離z的正弦函數(shù)，對(duì)于確定的光纖，其幅度的大小取決于入射角0，其周期=2a/，取決于光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)

17、(a,)，而與入射角0無(wú)關(guān)。這說(shuō)明不同入射角相應(yīng)的光線，雖然經(jīng)歷的路程不同，但是最終都會(huì)聚在P點(diǎn)上，見圖4-5，這種現(xiàn)象稱為自聚焦(Self-Focusing)效應(yīng)。漸變型多模光纖具有自聚焦效應(yīng)，不僅不同入射角相應(yīng)的光線會(huì)聚在同一點(diǎn)上，而且這些光線的時(shí)間延遲也近似相等。這是因?yàn)楣饩€傳播速度v(r)=c/n(r)(c為光速)，入射角的光線經(jīng)歷的路程較長(zhǎng)，但大部分路程遠(yuǎn)離中心軸線，n(r)較小，傳播速度較快，補(bǔ)償了較長(zhǎng)的路程。入射角小的光線情況正相反，其路程較短，但速度較慢。所以這些光線的時(shí)間延遲近似相等。所以信號(hào)畸變比突變型多模光纖的信號(hào)畸變要小。4.2.3光纖傳輸特性光纖傳輸特性光信號(hào)經(jīng)光纖傳

18、輸后要產(chǎn)生損耗和畸變(失真)，因而輸出信號(hào)和輸入信號(hào)不同。對(duì)于脈沖信號(hào)，不僅幅度要減小，而且波形要展寬。產(chǎn)生信號(hào)畸變的主要原因是光纖中存在色散。損耗和色散是光纖最重要的傳輸特性。損耗限制系統(tǒng)的傳輸距離，色散則限制系統(tǒng)的傳輸容量。本節(jié)討論光纖的色散和損耗的機(jī)理和特性，為光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。（一）光纖色散（一）光纖色散色散(Dispersion)是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，由于不同成分的光的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。色散一般包括模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散。1）模式色散是由于不同模式的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的，它取決于光纖的折射率分布，并和光纖材料折射率的波長(zhǎng)特性有關(guān)。2）材料色散是由于光

19、纖的折射率隨波長(zhǎng)而改變，以及模式內(nèi)部不同波長(zhǎng)成分的光(實(shí)際光源不是純單色光)，其時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的。這種色散取決于光纖材料折射率的波長(zhǎng)特性和光源的譜線寬度。3）波導(dǎo)色散是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)與波長(zhǎng)有關(guān)而產(chǎn)生的，它取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯與包層的相對(duì)折射率差。色散對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)的影響，在時(shí)域和頻域的表示方法不同。如果信號(hào)是模擬調(diào)制的，色散限制帶寬(Bandwith)；如果信號(hào)是數(shù)字脈沖，色散產(chǎn)生脈沖展寬。所以，色散通常用3dB光帶寬f3dB 或脈沖展寬表示。光纖色散測(cè)量有相移法、脈沖時(shí)延法和干涉法等。（二）光纖損耗（二）光纖損耗由于損耗的存在，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，不管是模擬信號(hào)還是數(shù)字脈沖，其幅度都

20、要減小。光纖的損耗在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離。損耗的大小用損耗系數(shù)表示。（dB/km）（4-5）式中：L為光纖的長(zhǎng)度，km；Pi為輸入光功率；Po為輸出光功率。1.損耗的機(jī)理?yè)p耗的機(jī)理光纖損耗機(jī)理包括吸收損耗和散射損耗兩部分。吸收損耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。散射損耗主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利(Rayleigh)散射和由光纖結(jié)構(gòu)缺陷(如氣泡)引起的散射產(chǎn)生的。結(jié)構(gòu)缺陷散射產(chǎn)生的損耗與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。瑞利散射損耗與波長(zhǎng)四次方成反比。瑞利散射損耗是光纖的固有損耗，它決定著光纖損耗的最低理論極限。如果=0.2%，在1.55m波長(zhǎng)，光纖最低理論極限為0.149dB

21、/km。2.損耗測(cè)量損耗測(cè)量光纖損耗測(cè)量有兩種基本方法：一種是測(cè)量通過(guò)光纖的傳輸光功率，稱剪斷法和插入法；另一種是測(cè)量光纖的后向散射光功率，稱后向散射法。在工程上最實(shí)用的是后向散射法。由于瑞利散射光功率與傳輸光功率成比例。利用與傳輸光相反方向的瑞利散射光功率來(lái)確定光纖損耗系數(shù)的方法，稱為后向散射法。設(shè)在光纖中正向傳輸光功率為P，經(jīng)過(guò)L1和L2點(diǎn)(L1P2)，從這兩點(diǎn)返回輸入端(L=0)。光檢測(cè)器的后向散射光功率分別為Pd(L1)和Pd(L2)，經(jīng)分析推導(dǎo)得到，正向和反向平均損耗系數(shù)（4-6）式中：右邊分母中因子2是光經(jīng)過(guò)正向和反向兩次傳輸產(chǎn)生的結(jié)果。后向散射法不僅可以測(cè)量損耗系數(shù)，還可利用光在

22、光纖中傳輸?shù)臅r(shí)間來(lái)確定光纖的長(zhǎng)度L。（4-7）式中：c為光速；n1為光纖的纖芯折射率；t為光脈沖從發(fā)出到返回的時(shí)間。式中：c為光速；n1為光纖的纖芯折射率；t為光脈沖從發(fā)出到返回的時(shí)間。圖4-6示出后向散射法光纖損耗測(cè)量系統(tǒng)的框圖。光源應(yīng)采用特定波長(zhǎng)、穩(wěn)定的大功率激光器，調(diào)制的脈沖寬度和重復(fù)頻率應(yīng)和所要求的長(zhǎng)度分辨率相適應(yīng)。耦合器件把光脈沖注入被測(cè)光纖，又把后向散射光注入光檢測(cè)器。光檢測(cè)器應(yīng)有很高的靈敏度。圖4-6后向散射法光纖損耗測(cè)量系統(tǒng)圖4-7后向散射功率曲線的示例相對(duì)反向散射功率光纖長(zhǎng)度EDCBA圖4-7是后向散射功率曲線的示例，圖中A輸入端反射區(qū)；BC恒定斜率區(qū)，用以確定損耗系數(shù)；C連

23、接器、接頭或局部缺陷引起的損耗；D介質(zhì)缺陷(例如氣泡)引起的反射；E輸出端反射區(qū)（光纖斷點(diǎn)），用以確定光纖長(zhǎng)度。用后向散射法的原理設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x器稱為光時(shí)域反射儀(OTDR)。這種儀器采用單端輸入和輸出，不破壞光纖，使用非常方便。OTDR不僅可以測(cè)量光纖損耗系數(shù)和光纖長(zhǎng)度，還可以測(cè)量連接器和接頭的損耗，觀察光纖沿線的均勻性和確定故障點(diǎn)的位置，確實(shí)是光纖通信系統(tǒng)工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不可缺少的工具。（三）光纖標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用（三）光纖標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用制訂光纖標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際組織主要有ITU-T和IEC(國(guó)際電工委員會(huì))。應(yīng)用情況一般為：G.651多模漸變型(GIF)光纖，這種光纖在光纖通信發(fā)展初期廣泛應(yīng)用于中小容量、中短距離

24、的通信系統(tǒng)。G.652常規(guī)單模光纖，是第一代單模光纖，其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)1.31m色散為零，系統(tǒng)的傳輸距離只受損耗的限制。目前世界上已敷設(shè)的光纖線路90%采用這種光纖。G.653色散移位光纖，是第二代單模光纖，其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)1.55m色散為零，損耗又最小。這種光纖適用于大容量長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)。G.6541.55m損耗最小的單模光纖，其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)1.31m色散為零，在1.55m色散為1720ps/(nmkm)，和常規(guī)單模光纖相同，但損耗更低，可達(dá)0.20dB/km以下。這種光纖實(shí)際上是一種用于1.55m改進(jìn)的常規(guī)單模光纖，目的是增加傳輸距離。此外還有色散補(bǔ)償光纖，其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)1.55m具有大的負(fù)色

25、散。這種光纖是針對(duì)波長(zhǎng)1.31m常規(guī)單模光纖通信系統(tǒng)的升級(jí)而設(shè)計(jì)的，因?yàn)楫?dāng)這種系統(tǒng)要使摻鉺光纖放大器(EDFA)以增加傳輸距離時(shí)，必須把工作波長(zhǎng)從1.31m移到1.55m。用色散補(bǔ)償光纖在波長(zhǎng)1.55m的負(fù)色散和常規(guī)單模光纖在1.55m的正色散相互抵消，以獲得線路總色散為零損耗又最小的效果。G.655非零色散光纖，是一種改進(jìn)的色散移位光纖。具有常規(guī)單模光纖和色散移位光纖的優(yōu)點(diǎn)，是最新一代的單模光纖。這種光纖在密集波分復(fù)用和孤子傳輸系統(tǒng)中使用，實(shí)現(xiàn)了超大容量超長(zhǎng)距離的通信。4.2.4光纜及電力系統(tǒng)特種光纜光纜及電力系統(tǒng)特種光纜 在實(shí)際通信線路中，都是將光纖制成不同結(jié)構(gòu)型式的光纜。因?yàn)楣饫w本身脆弱

26、易裂，直接和外界接觸，易產(chǎn)生接觸傷痕，甚至被折斷。保護(hù)光纖固有機(jī)械強(qiáng)度的方法，通常是采用塑料被覆和應(yīng)力篩選。光纖從高溫拉制出來(lái)后，要立即用軟塑料(例如紫外固化的丙烯酸樹脂)進(jìn)行一次被覆和應(yīng)力篩選，除去斷裂光纖，并對(duì)成品光纖用硬塑料(例如高強(qiáng)度聚酰胺塑料)進(jìn)行二次被覆。二次被覆光纖有緊套、松套、大套管和帶狀線光纖四種。把一次被覆光纖裝入硬塑料套管內(nèi)，使光纖與外力隔離是保護(hù)光纖的有效方法。在工程應(yīng)用中，光纜不可避免要遭受一定的拉力而伸長(zhǎng)，或者遭遇低溫而收縮。因此，松套管內(nèi)的光纖要留有一定的余長(zhǎng)，使光纖受拉力或壓力的作用。（一）光纜結(jié)構(gòu)和類型（一）光纜結(jié)構(gòu)和類型光纜一般由纜芯和護(hù)套兩部分組成，有時(shí)在

27、護(hù)套外面加有鎧裝。1.纜芯纜芯纜芯通常包括被覆光纖(或稱芯線)和加強(qiáng)件兩部分。被覆光纖是光纜的核心，決定著光纜的傳輸特性。光纜類型多種多樣，圖4-8給出若干典型實(shí)例。根據(jù)纜芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，光纜可分為四種基本型式。圖4-8光纜類型的典型實(shí)例(a)6芯緊套層絞式光纜(架空、管道)；(b)12芯松套層絞式光纜(直埋防蟻)；(c)12芯骨架式光纜(直埋)；(d)6 48芯束管式光纜(直埋)；(e)108芯帶狀光纜；(f)LXE束管式光纜(架空、管道、直埋)；(g)淺海光纜；(h)架空地線復(fù)合光纜(OPGW)（1）層絞式。）層絞式。把松套光纖繞在中心加強(qiáng)件周圍絞合而構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)的纜芯制造設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝相

28、當(dāng)成熟，得到廣泛應(yīng)用。采用松套光纖的纜芯可以增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度，改善溫度特性。（2）骨架式。）骨架式。把緊套光纖或一次被覆光纖放入中心加強(qiáng)件周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內(nèi)而構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)的纜芯抗側(cè)壓力性能好，有利于對(duì)光纖的保護(hù)。（3）中心束管式。）中心束管式。把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中，加強(qiáng)件配置在套管周圍而構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件同時(shí)起著護(hù)套的部分作用，有利于減輕光纜的重量。（4）帶狀式。）帶狀式。把帶狀光纖單元放入大套管內(nèi)，形成中心束管式結(jié)構(gòu)，也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內(nèi)或松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。帶狀式纜芯有利于制造容納幾百根光纖的高密度光纜，這種光纜已廣泛應(yīng)用于接入網(wǎng)。2.護(hù)

29、套護(hù)套護(hù)套起著對(duì)纜芯的機(jī)械保護(hù)和環(huán)境保護(hù)作用，要求具有良好的抗側(cè)壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力。護(hù)套通常由聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)和鋁帶或鋼帶構(gòu)成。不同使用環(huán)境和敷設(shè)方式對(duì)護(hù)套的材料和結(jié)構(gòu)有不同的要求。根據(jù)使用條件，光纜又可以分為許多類型。一般光纜有室內(nèi)光纜、架空光纜、埋地光纜和管道光纜等。（二）光纜特性（二）光纜特性光纜的傳輸特性取決于被覆光纖。對(duì)光纜機(jī)械特性和環(huán)境特性的要求由使用條件確定。光纜生產(chǎn)出來(lái)后，對(duì)這些特性的主要項(xiàng)目：拉力、壓力、扭轉(zhuǎn)、彎曲、沖擊、振動(dòng)和溫度等，要根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定做例行試驗(yàn)。成品光纜一般要求給出上述特性。（三）電力系統(tǒng)特種光纜（三）電力系統(tǒng)特種光纜電力特

30、種光纜是適應(yīng)電力系統(tǒng)特殊的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的一種架空光纜體系，它將光纜技術(shù)和輸電線技術(shù)相結(jié)合，架設(shè)在10500kV不同電壓等級(jí)的電力桿塔上和輸電線路上，具有高可靠、長(zhǎng)壽命等突出優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)電力通信領(lǐng)域普遍使用。就目前來(lái)看，電力特種光纜主要包括全介質(zhì)自承式光纜ADSS、架空地線復(fù)合光纜OPGW、纏繞式光纜GWWOP、捆綁式光纜AL-Lash、相線復(fù)合光纜OPPC。但主要使用的是ADSS、OPGW。在電力線路上架設(shè)OPGW、ADSS、GWWOP等電力特種光纜以建立光纖通信網(wǎng)絡(luò)。1.ADSS光纜光纜目前世界上ADSS光纜的結(jié)構(gòu)主要有4種類型，如圖4-9。A型：中心束管式ADSS光纜；B型：層絞式ADS

31、S光纜；C型：分布式增強(qiáng)型ADSS光纜；D型：帶狀式ADSS光纜。其中A型與B型在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。圖4-9幾種無(wú)金屬自承式架空光纜（ADSS）的結(jié)構(gòu)圖其主要特點(diǎn)是:采用了具有高彈性模量的高強(qiáng)度芳綸紗作為抗張?jiān)?。芳綸紗彈性模量高、重量輕、具有負(fù)膨脹系數(shù)、有防彈能力。同時(shí)光纜幾何尺寸小，纜重僅為普通光纜的三分之一，可直接架掛在電力桿塔的適當(dāng)位置上，對(duì)桿塔增加的額外負(fù)荷很?。煌庾o(hù)套經(jīng)過(guò)中性離子化浸漬處理，使光纜具有極強(qiáng)的抗電腐蝕能力；光纜采用無(wú)金屬材料，絕緣性能好，能避免雷擊，電力線出故障時(shí)，不會(huì)影響光纜的正常運(yùn)行；利用現(xiàn)有電力桿塔，可以不停電施工，與電力線同桿架設(shè)，可降低工程造價(jià)；運(yùn)行溫度

32、范圍寬：4070；使用跨距范圍：501200m。2.OPGW光纜的的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)光纜的的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)OPGW光纜是將光纖媒體復(fù)合在輸電線路的架空地線里,地線和通信功能合二為一。OPGW光纜主要是由鋁包鋼線或鋁合金線組成的外部絞線包裹著光纖纜、中心加強(qiáng)件等組成的。OPGW按光纖與其外層束管的“緊密”程度分為“松套”和“緊套”兩種類型,大多數(shù)廠家都采用松套結(jié)構(gòu)。OPGW主要特點(diǎn)是:(1)OPGW既可避雷,又可用于通信,不需要另外加掛光纜。(2)光纜位于OPGW中,外層有鋁包鋼線或鋁合金線包裹,光纜受到保護(hù),可靠性較高。(3)OPGW是隨著電力線架設(shè)的,因而節(jié)省了施工費(fèi)。(4)OPGW是架設(shè)在輸電線路鐵

33、塔上的,這種鐵塔比起郵電部門的通信電桿可靠、安全,且不易被盜竊。目前電力系統(tǒng)主要使用如圖4-10所示幾種結(jié)構(gòu)的OPGW光纜。(A)(B)（C）圖4-10幾種OPGW光纜結(jié)構(gòu)示意圖1：光纖；2：不銹鋼鋼管(鋁管塑管)；3：鋁包鋼線；4：鋁合金線；5：螺旋型帶槽鋁合金骨架；6：鍍鋅鋼管A型：中心束管式；B型：偏管層絞式；C型：骨架式OPGW光纜 3.纏繞式光纜GWWOP GWWOP光纜是將無(wú)金屬的介質(zhì)光纜纏繞在已運(yùn)行的輸電線路地線上。它是由松套緩沖管與小強(qiáng)度件或填充件絞繞在一起以形成圓形光纖單元,光纖單元是用交聯(lián)聚乙烯護(hù)套加以保護(hù)。這個(gè)護(hù)套提供了機(jī)械和環(huán)境保護(hù),并且抗電弧和雷擊。其主要特點(diǎn)是:(1

34、)抗干擾能力強(qiáng)、耐高溫、抗老化,且不易被盜竊。(2)由于GWWOP光纜重量很輕,而且是使用專用的機(jī)械纏繞在輸電線路地線上,所以,在光纜架設(shè)時(shí)不需對(duì)原桿塔作復(fù)核與改動(dòng)即可施工。(3)光纜可在任何自承塔上熔接。GWWOP光纜的缺點(diǎn)是易受外界損壞。4.全介質(zhì)捆綁光纜AD-LASHAD-LASH光纜是將非金屬光纜采用捆綁式架設(shè)方法,通過(guò)捆綁機(jī)用捆綁帶把光纜與架空地線或相線捆綁在一起。AD-LASH光纜的特點(diǎn)是：(1)光纜直徑小、重量輕,將它捆綁在送電線路上,基本不會(huì)產(chǎn)生垂直的重力荷載,不會(huì)對(duì)原有桿塔造成明顯的影響。(2)光纜的全介質(zhì)設(shè)計(jì)減輕了光纜的重量。避免了送電線路短路或者雷擊影響。(3)可以在地線

35、或者相線上簡(jiǎn)單快捷地安裝。AD-LASH光纜的設(shè)計(jì)使得其外護(hù)套具有耐高溫及防電腐蝕等特點(diǎn),因此,AD-LASH光纜不但可以在地線上安裝,也可以在35kV及以下的相線上安裝。(4)光纜由粘性捆綁帶固定,不會(huì)在地線或者相線上移動(dòng)。光纜的捆綁帶表面有粘性物質(zhì),它可以使光纜、捆綁帶及送電線路牢固地粘連在一起,光纜不能左右移動(dòng),不會(huì)對(duì)光纜的外護(hù)套造成摩擦損傷。(5)光纜安裝完成后,由捆綁帶承受重量,光纜不會(huì)受永久性張力,不會(huì)由于張力而產(chǎn)生應(yīng)力衰減。(6)光纜與地線或相線被平行地捆綁在一起,不會(huì)有環(huán)形狀態(tài)產(chǎn)生。其缺點(diǎn)是易受外界損壞,且高壓送電線路檔距較大,桿塔較高,捆綁機(jī)施工比較困難。5.光纜結(jié)構(gòu)類型的選

36、擇光纜結(jié)構(gòu)類型的選擇電力特種光纜的選型主要是由它要架設(shè)的輸電線路的情況決定的。ADSS光纜是目前使用較多的類型，可在現(xiàn)有的輸電線路上附掛，不停電施工，但在500KV超高壓輸電線路上有抗電腐蝕能力較弱的缺點(diǎn)，且需驗(yàn)算鐵塔的承受能力。ADSS適合于在已運(yùn)行的220KV及以下輸電線路上使用。其安全性能稍次于OPGW光纜，但施工周期較OPGW短，工程造價(jià)也比OPGW低。OPGW光纜適合于新建的220500KV線路。若使用在已經(jīng)運(yùn)行的線路上，則必須對(duì)承掛的桿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，必要時(shí)還需對(duì)已有線路桿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)或改造，同時(shí)還要更換原有線路地線。工程量大，施工要求比較高，施工周期和故障恢復(fù)周期均較長(zhǎng)。G

37、WWOP光纜適合于在已運(yùn)行的電力線路上使用。該型光纜雖然工程造價(jià)最低，但易受外界損害。根據(jù)目前電力系統(tǒng)使用光纜的情況,一般在220kv及以下老線路采用抗電腐蝕的ADSS光纜；在新建的220kv及以上輸電線路上采用OPGW光纜；對(duì)ADSS抗拉強(qiáng)度不能滿足要求的特大跨越檔距可考慮采用GWWOP光纜；對(duì)35kv及以下運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的送電線路可考慮采用AD-LASH光纜。另外,隨著電力系統(tǒng)光纖通信的發(fā)展,出現(xiàn)了ADSS、OPGW與普通光纜交替使用的情況。位于城鎮(zhèn)地區(qū)的電業(yè)局、供電局及調(diào)度大樓等,由于高壓輸電線路很少伸入到城市中心,因而需在部分lOKV配電線路上附掛普通光纜,或沿城市規(guī)劃的電纜溝進(jìn)入市區(qū)以

38、便于電力調(diào)度、供電自動(dòng)化及行政管理工作。6.光纜應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題和主要解決措施光纜應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題和主要解決措施隨著電力通信網(wǎng)建設(shè)的加快，運(yùn)行中ADSS和OPGW暴露出來(lái)許多問(wèn)題，主要集中在ADSS外護(hù)套電腐蝕和OPGW雷擊問(wèn)題。針對(duì)ADSS外護(hù)套電腐蝕問(wèn)題，國(guó)內(nèi)有關(guān)單位已開始了大量研究工作，主要集中在電應(yīng)力作用下ADSS損傷機(jī)理的研究、耐電痕護(hù)套材料的開發(fā)、抗電應(yīng)力損傷的措施以及電腐蝕的測(cè)試方法等方面，并取得了大量的研究成果。在確保ADSS光纜質(zhì)量的前提下，規(guī)范工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行條件，ADSS的電腐蝕是可以控制的。ADSS應(yīng)用中的問(wèn)題主要有：ADSS掛點(diǎn)的選擇失誤?！案蓭щ娀　笔窃斐葾DS

39、S表面產(chǎn)生電腐蝕的最主要原因。電弧產(chǎn)生的高熱，使外護(hù)套表面的溫度升高，產(chǎn)生樹枝化的電痕，直至燒穿光纜的外護(hù)套，露出芳綸紗，最后造成斷纜事故發(fā)生；ADSS光纜鋁絲端部電暈放電引起的劣化，造成ADSS出現(xiàn)電腐蝕。解決ADSS腐蝕的主要措施有：ADSS外護(hù)套采用抗電應(yīng)力損傷的新技術(shù)和新材料；采取措施降低ADSS光纜表面電場(chǎng)強(qiáng)度和電位差；減少放電電壓的數(shù)值和均衡塔端的感應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)，如懸掛ADSS光纜的金具采用預(yù)絞絲結(jié)構(gòu)并相應(yīng)地安裝均壓環(huán)或防暈圈；在靠近桿塔的ADSS表面沿光纜方向安裝半導(dǎo)體棒；優(yōu)化ADSS的懸掛點(diǎn)等。而針對(duì)OPGW遭雷擊問(wèn)題，已采取了提高OPGW本身耐雷水平，在工程設(shè)計(jì)中提高OPGW防護(hù)水

40、平等措施。4.3光源與光檢測(cè)器光源與光檢測(cè)器光源、光檢測(cè)器是光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光中繼器的關(guān)鍵器件，和光纖一起決定著基本光纖傳輸系統(tǒng)的水平。4.3.1光源光源 光源是光發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵器件，其功能是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。目前光纖通信廣泛使用的光源主要有半導(dǎo)體激光二極管或稱激光器(LD)和發(fā)光二極管或稱發(fā)光管(LED)。（一）半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)（一）半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激光的基本原理是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩的。所以討論激光器工作原理要從受激輻射開始。1.受激輻射和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布受激

41、輻射和粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 有源器件的物理基礎(chǔ)是光和物質(zhì)相互作用的效應(yīng)。在物質(zhì)的原子中，存在許多能級(jí)，最低能級(jí)E1稱為基態(tài)，能量比基態(tài)大的能級(jí)Ei(i=2,3,4)稱為激發(fā)態(tài)。電子在低能級(jí)E1的基態(tài)和高能級(jí)E2的激發(fā)態(tài)之間的躍遷有三種基本方式(見圖4-11)：圖4-11能級(jí)和電子躍遷(a)受激吸收；(b)自發(fā)輻射；(c)受激輻射（1）在正常狀態(tài)下，電子處于低能級(jí)E1，在入射光作用下，它會(huì)吸收光子的能量躍遷到高能級(jí)E2上，這種躍遷稱為受激吸收。電子躍遷后，在低能級(jí)留下相同數(shù)目的空穴，見圖4-11(a)。（2）在高能級(jí)E2的電子是不穩(wěn)定的，即使沒(méi)有外界的作用，也會(huì)自動(dòng)地躍遷到低能級(jí)E1上與空穴復(fù)合，釋放

42、的能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去，這種躍遷稱為自發(fā)輻射，見圖4-11(b)。（3）在高能級(jí)E2的電子，受到入射光的作用，被迫躍遷到低能級(jí)E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量產(chǎn)生光輻射，這種躍遷稱為受激輻射，見圖4-11(c)。受激輻射是受激吸收的逆過(guò)程。電子在E1和E2兩個(gè)能級(jí)之間躍遷，吸收的光子能量或輻射的光子能量都要滿足波爾條件，即E2-E1=hf12(4-8)式中：h為普朗克常數(shù)，h=6.62810-34Js；f12為吸收或輻射的光子頻率。受激輻射和自發(fā)輻射產(chǎn)生的光其特點(diǎn)很不相同。受激輻射光的頻率、相位、偏振態(tài)和傳播方向與入射光相同，這種光稱為相干光；自發(fā)輻射光是由大量不同激發(fā)態(tài)的電子自發(fā)躍遷產(chǎn)生的，其

43、頻率和方向分布在一定范圍內(nèi)，相位和偏振態(tài)是混亂的，這種光稱為非相干光。產(chǎn)生受激輻射和產(chǎn)生受激吸收的物質(zhì)是不同的。設(shè)在單位物質(zhì)中，處于低能級(jí)E1和處于高能級(jí)E2(E2E1)的原子數(shù)分別為N1和N2。如果N1N2，則受激吸收大于受激輻射，當(dāng)光通過(guò)這種物質(zhì)時(shí)，光強(qiáng)按指數(shù)衰減，這種物質(zhì)稱為吸收物質(zhì)。如果N2N1，則受激輻射大于受激吸收，當(dāng)光通過(guò)這種物質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生放大作用，這種物質(zhì)稱為激活物質(zhì)。N2N1的分布，和正常狀態(tài)的分布相反，所以稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。如何得到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的狀態(tài)呢?2.PN結(jié)的能帶和電子分布結(jié)的能帶和電子分布在P型和N型半導(dǎo)體組成的PN結(jié)界面上，由于存在多數(shù)載流子(電子或空穴)的梯

44、度，因而產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成內(nèi)部電場(chǎng)，見圖4-12(a)。圖4-12PN結(jié)的能帶和電子分布(a)P-N結(jié)內(nèi)載流子運(yùn)動(dòng)；(b)零偏壓時(shí)P-N結(jié)的能帶圖；(c)正向偏壓下P-N結(jié)能帶圖內(nèi)部電場(chǎng)產(chǎn)生與擴(kuò)散相反方向的漂移運(yùn)動(dòng)，直到P區(qū)和N區(qū)的費(fèi)米能級(jí)Ef相同，兩種運(yùn)動(dòng)處于平衡狀態(tài)為止，結(jié)果能帶發(fā)生傾斜，見圖4-12(b)。這時(shí)在PN結(jié)上施加正向電壓，產(chǎn)生與內(nèi)部電場(chǎng)相反方向的外加電場(chǎng)，結(jié)果能帶傾斜減小，擴(kuò)散增強(qiáng)。使N區(qū)的電子向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，P區(qū)的空穴向N區(qū)運(yùn)動(dòng)，最后在PN結(jié)形成一個(gè)特殊的增益區(qū)。增益區(qū)的導(dǎo)帶主要是電子，價(jià)帶主要是空穴，結(jié)果獲得粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，見圖4-12(c)。在電子和空穴擴(kuò)散過(guò)程中，導(dǎo)帶的電

45、子可以躍遷到價(jià)帶和空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射光。3.激光振蕩和光學(xué)諧振腔激光振蕩和光學(xué)諧振腔粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是產(chǎn)生受激輻射的必要條件，但還不能產(chǎn)生激光。只有把激活物質(zhì)置于光學(xué)諧振腔中，對(duì)光的頻率和方向進(jìn)行選擇，才能獲得連續(xù)的光放大和激光振蕩輸出?；镜墓鈱W(xué)諧振腔由兩個(gè)反射率分別為R1和R2的平行反射鏡構(gòu)成,如圖4-13所示，稱為F-P諧振腔。由于諧振腔內(nèi)的激活物質(zhì)具有粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，可以用它產(chǎn)生的自發(fā)輻射光作為入射光。入射光經(jīng)反射鏡反射，沿軸線方向傳播的光被放大，沿非軸線方向的光被減弱。反射光經(jīng)多次反饋，不斷得到放大，方向性得到不斷改善，結(jié)果增益大幅度得到提高。另一方面，由于諧振腔內(nèi)激活物質(zhì)存在吸收

46、，反射鏡存在透射和散射，因此光受到一定損耗。當(dāng)增益和損耗相當(dāng)時(shí)，在諧振腔內(nèi)開始建立穩(wěn)定的激光振蕩。圖4-13激光器的構(gòu)成和工作原理(a)激光振蕩；(b)光反饋4.半導(dǎo)體激光器基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)多種多樣，基本結(jié)構(gòu)是雙異質(zhì)結(jié)平面條形結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由三層不同類型半導(dǎo)體材料構(gòu)成，不同材料發(fā)射不同的光波長(zhǎng)。（二）半導(dǎo)體激光器的主要特性（二）半導(dǎo)體激光器的主要特性1.發(fā)射波長(zhǎng)發(fā)射波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng)為：(4-9)式中：為發(fā)射光的波長(zhǎng)，m；c為光速；h為普朗克常數(shù)；Eg為半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，1eV=1.610-19J。2.激光束的空間分布激光束的空間分布激光束的空間分布用

47、近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)來(lái)描述。近場(chǎng)是指激光器輸出反射鏡面上的光強(qiáng)分布，遠(yuǎn)場(chǎng)是指離反射鏡面一定距離處的光強(qiáng)分布。典型半導(dǎo)體激光器遠(yuǎn)場(chǎng)的光束橫截面呈橢圓形。3.轉(zhuǎn)換效率和輸出光功率特性轉(zhuǎn)換效率和輸出光功率特性激光器的電/光轉(zhuǎn)換效率用外微分量子效率d表示，其定義是在閾值電流以上，每對(duì)復(fù)合載流子產(chǎn)生的光子數(shù)。激光器的光功率特性通常用P-I曲線表示，圖4-14是典型激光器的光功率特性曲線。P和I分別為激光器的輸出光功率和驅(qū)動(dòng)電流，Pth和Ith分別為相應(yīng)的閾值。當(dāng)IIth時(shí)，發(fā)出的是受激輻射光，光功率隨驅(qū)動(dòng)電流的增加而增加。圖4-14典型半導(dǎo)體激光器的光功率特性(a)短波長(zhǎng)AlGaAs/GaAs;(b)長(zhǎng)波長(zhǎng)InG

48、aAsP/InP4.溫度特性溫度特性對(duì)于線性良好的激光器，輸出光功率特性如圖4-14所示。激光器輸出光功率隨溫度而變化有兩個(gè)原因：一是激光器的閾值電流Ith隨溫度升高而增大，二是外微分量子效率d隨溫度升高而減小。圖4-15示出脈沖調(diào)制的激光器，由于溫度升高引起閾值電流增加和外微分量子效率減小，造成的輸出光功率特性P-I曲線的變化。圖4-15P-I曲線隨溫度的變化（三）分布反饋激光器（三）分布反饋激光器隨著光纖通信技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)激光器提出更高的要求。要求新型半導(dǎo)體激光器的譜線寬度更窄，并在高速率脈沖調(diào)制下保持動(dòng)態(tài)單縱模特性；發(fā)射光波長(zhǎng)更加穩(wěn)定，并能實(shí)現(xiàn)調(diào)諧；閾值電流更低，而輸出光功率更大。具有這

49、些特性的動(dòng)態(tài)單縱模激光器有多種類型，其中性能優(yōu)良并得到廣泛應(yīng)用的是分布反饋(DistributedFeedBack,DFB)激光器。DFB激光器用靠近有源層沿長(zhǎng)度方向制作的周期性結(jié)構(gòu)(波紋狀)衍射光柵實(shí)現(xiàn)光反饋。這種衍射光柵的折射率周期性變化，使光沿有源層分布式反饋，所以稱為分布反饋激光器。如圖4-16所示，由有源層發(fā)射的光，從一個(gè)方向向另一個(gè)方向傳播時(shí)，一部分在光柵波紋峰反射(如光線a)，另一部分繼續(xù)向前傳播，在鄰近的光柵波紋峰反射(如光線b)。如果光線a和b匹配，相互疊加，則產(chǎn)生更強(qiáng)的反饋，而其他波長(zhǎng)的光將相互抵消。雖然每個(gè)波紋峰反射的光不大，但整個(gè)光柵有成百上千個(gè)波紋峰，反饋光的總量足以

50、產(chǎn)生激光振蕩。圖4-16分布反饋(DFB)激光器(a)結(jié)構(gòu)；(b)光反饋圖中為光柵周期。DFB激光器與F-P激光器相比，具有單縱模、譜線窄、波長(zhǎng)穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)譜線好以及線性好等優(yōu)點(diǎn)。（四）半導(dǎo)體激光器的安全使用（四）半導(dǎo)體激光器的安全使用半導(dǎo)體激光器是一種貴重器件，其PN結(jié)很容易受損。對(duì)正常的LD，使用前可用指針式萬(wàn)用表Rlk檔測(cè)量，正向電阻約k，反向電阻大于500k，不正確使用，輕則降低其性能，重則導(dǎo)致永久性損壞，因此正確安全使用LD是非常重要的。LD對(duì)電路感應(yīng)及漏電十分敏感，如焊接時(shí)烙鐵漏電、人體靜電感應(yīng)、儀器漏電等很容易使LD損壞。因此在用電烙鐵焊接時(shí)應(yīng)很好接地，采用電池加熱或電容儲(chǔ)能式

51、烙鐵，或焊接時(shí)拔下電源插頭。進(jìn)行操作時(shí)戴金屬指環(huán)并通過(guò)（0.51）M電阻接地，以釋放人體靜電，這也是很好的措施。對(duì)未封裝的LD芯片，使用時(shí)一定要加裝面積足夠大(30mmX40mm銅板或鋁板)的散熱器，它與熱沉接觸的表面要精細(xì)拋光，將熱沉用螺釘固定在散熱器上。不宜用硅脂來(lái)改善接觸散熱，因它對(duì)LD鏡面有潛在危險(xiǎn)。如果購(gòu)置的是LD組件，使用就十分方便了。對(duì)LD的驅(qū)動(dòng)供電，應(yīng)避免二倍閾值電流以上的電流沖擊及浪涌電流的沖擊，為此可采用慢起動(dòng)電路，加裝電源濾波器。（五）發(fā)光二極管（五）發(fā)光二極管發(fā)光二極管(LED)的工作原理與激光器(LD)有所不同，LD發(fā)射的是受激輻射光，LED發(fā)射的是自發(fā)輻射光。LED

52、的結(jié)構(gòu)和LD相似，大多是采用雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，把有源層夾在P型和N型限制層中間，不同的是LED不需要光學(xué)諧振腔，沒(méi)有閾值。和激光器相比，發(fā)光二極管輸出光功率較小，譜線寬度較寬，調(diào)制頻率較低。但發(fā)光二極管性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，輸出光功率線性范圍寬，而且制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。因此，這種器件在小容量短距離系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用。LED通常和多模光纖耦合，用于1.3m(或0.85m)波長(zhǎng)的小容量短距離系統(tǒng)。因?yàn)長(zhǎng)ED發(fā)光面積和光束輻射角較大，而多模SIF光纖或G.651規(guī)范的多模GIF光纖具有較大的芯徑和數(shù)值孔徑，有利于提高耦合效率，增加入纖功率。LD通常和G.652或G.653規(guī)范的單模光纖耦合，用于1.3

53、m或1.55m大容量長(zhǎng)距離系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外都得到最廣泛的應(yīng)用。分布反饋激光器(DFB-LD)主要和G.653或G.654規(guī)范的單模光纖或特殊設(shè)計(jì)的單模光纖耦合，用于超大容量的新型光纖系統(tǒng)，這是目前光纖通信發(fā)展的主要趨勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，通常把光源做成組件，圖4-17示出LD組件構(gòu)成的實(shí)例。圖4-17LD組件構(gòu)成實(shí)例二、光檢測(cè)器二、光檢測(cè)器光檢測(cè)器（PD）是光接收機(jī)的關(guān)鍵器件，其功能是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。目前光纖通信廣泛使用的光檢測(cè)器主要有PIN光電二極管和APD雪崩光電二極管。下面介紹PIN和APD光檢測(cè)器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)和主要特性。（一）光電二極管工作原理（一）光電二極管工作原理光

54、電二極管(PD)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的功能，是由半導(dǎo)體PN結(jié)的光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。如圖4-18所示,當(dāng)入射光作用在PN結(jié)時(shí)，如果光子的能量大于或等于帶隙(hfEg)，便發(fā)生受激吸收，即價(jià)帶的電子吸收光子的能量躍遷到導(dǎo)帶形成光生電子-空穴對(duì)。在耗盡層，由于內(nèi)部電場(chǎng)的作用，電子向N區(qū)運(yùn)動(dòng)，空穴向P區(qū)運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流。圖4-18光電二極管工作原理在耗盡層兩側(cè)是沒(méi)有電場(chǎng)的中性區(qū)，由于熱運(yùn)動(dòng)，部分光生電子和空穴通過(guò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)可能進(jìn)入耗盡層，然后在電場(chǎng)作用下，形成和漂移電流相同方向的擴(kuò)散電流。漂移電流分量和擴(kuò)散電流分量的總和即為光生電流。當(dāng)入射光變化時(shí)，光生電流隨之作線性變化，從而把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這種由

55、PN結(jié)構(gòu)成，在入射光作用下，由于受激吸收產(chǎn)生的電子空穴對(duì)的運(yùn)動(dòng)，從而在閉合電路中形成光生電流的器件，就是簡(jiǎn)單的光電二極管。光電二極管通常要施加適當(dāng)?shù)姆聪蚱珘?，目的是增加耗盡層的寬度。但是提高反向偏壓，加寬耗盡層，又會(huì)增加載流子漂移的渡越時(shí)間，使響應(yīng)速度減慢。為了解決這一矛盾，就需要改進(jìn)PN結(jié)光電二極管的結(jié)構(gòu)。（二）（二）PIN光電二極管光電二極管為改善器件的特性，在PN結(jié)中間設(shè)置一層摻雜濃度很低的本征半導(dǎo)體(稱為I層)，這種結(jié)構(gòu)便是常用的PIN光電二極管。PIN光電二極管具有如下主要特性：1.量子效率量子效率光電轉(zhuǎn)換效率用量子效率或響應(yīng)度表示。量子效率的定義為一次光生電子-空穴對(duì)和入射光子數(shù)的

56、比值，響應(yīng)度的定義為一次光生電流和入射光功率P0的比值(4-10)式中：hf為光子能量；e為電子電荷。量子效率和響應(yīng)度取決于材料的特性和器件的結(jié)構(gòu)。2.響應(yīng)時(shí)間和頻率特性響應(yīng)時(shí)間和頻率特性光電二極管對(duì)高速調(diào)制光信號(hào)的響應(yīng)能力用脈沖響應(yīng)時(shí)間或截止頻率fc(帶寬B)表示。3.噪聲噪聲噪聲是反映光電二極管特性的一個(gè)重要參數(shù)，它直接影響光接收機(jī)的靈敏度。噪聲通常用均方噪聲電流(在1負(fù)載上消耗的噪聲功率)來(lái)描述。光電二極管的噪聲包括量子噪聲、暗電流噪聲、漏電流噪聲以及負(fù)載電阻的熱噪聲。量子噪聲是光通信中特有的最基本的噪聲，量子噪聲來(lái)源于光電流的本征起伏。光波雖然是一種電磁波，但是在光波頻率波段，電磁場(chǎng)的

57、量子效應(yīng)已十分顯著，入射到探測(cè)器上的光信號(hào)，實(shí)際上可以看成是由單個(gè)的光子（或光量子）所組成的。由于到達(dá)探測(cè)器上的光信號(hào)中所包含的光子以及由這些光子激發(fā)產(chǎn)生的光生載流子是隨機(jī)的、離散的，因此造成了光電流的起伏(這是“光信號(hào)”所產(chǎn)生的光電流的起伏)。這種起伏就形成了量子噪聲。暗電流噪聲是當(dāng)沒(méi)有入射光時(shí)流過(guò)器件偏置電路的電流，它是由于PN結(jié)內(nèi)熱效應(yīng)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)形成的。光電二極管中還有表面漏電流，表面漏電流是由于器件表面物理特性的不完善，如表面缺陷、不清潔和加有偏置電壓而引起的。（三）雪崩光電二極管（三）雪崩光電二極管(APD)為使入射光功率能有效地轉(zhuǎn)換成光電流，根據(jù)光電效應(yīng)，當(dāng)光入射到PN結(jié)時(shí)，

58、光子被吸收而產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。如果反向偏壓增加到使電場(chǎng)達(dá)到200kV/cm以上，初始電子(一次電子)在高電場(chǎng)區(qū)獲得足夠能量而加速運(yùn)動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的電子和晶格原子相碰撞，使晶格原子電離，產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)。新產(chǎn)生的二次電子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，致使載流子雪崩式倍增，雪崩過(guò)程倍增了一次光電流，使之得到放大。見圖4-19。所以這種器件稱為雪崩光電二極管(APD)。圖4-19APD載流子雪崩式倍增示意圖APD的結(jié)構(gòu)有多種類型，拉通型雪崩光電二極管具有光電轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快和附加噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。APD是有增益的光電二極管，在光接收機(jī)靈敏度要求較高的場(chǎng)合，采用APD有利于延長(zhǎng)系統(tǒng)的

59、傳輸距離。但是采用APD要求有較高的偏置電壓和復(fù)雜的溫度補(bǔ)償電路，結(jié)果增加了成本。因此在靈敏度要求不高的場(chǎng)合，一般采用PIN，通常把PIN和使用場(chǎng)效應(yīng)管(FET)的前置放大器集成在同一基片上，構(gòu)成FET-PIN接收組件，以進(jìn)一步提高靈敏度，改善器件的性能。這種組件已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。4.4光端機(jī)光端機(jī)4.4.1發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)的功能是把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度地注入光纖線路。光發(fā)射機(jī)完成把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)(常簡(jiǎn)稱為電/光或E/O轉(zhuǎn)換)，是通過(guò)電信號(hào)對(duì)光的調(diào)制而實(shí)現(xiàn)的。兩種調(diào)制方式兩種調(diào)制方式目前調(diào)制分為直接調(diào)制和外調(diào)制兩種方式。如圖4-20所示。圖4-20兩種調(diào)

60、制方案(a)直接調(diào)制；(b)間接調(diào)制(外調(diào)制)1直接調(diào)制直接調(diào)制直接調(diào)制是用電信號(hào)直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流，使輸出光隨電信號(hào)變化而實(shí)現(xiàn)的。圖4-21示出激光器(LD)和發(fā)光二極管(LED)直接光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制原理，對(duì)LD施加了偏置電流Ib。由圖4-21可見，當(dāng)激光器的驅(qū)動(dòng)電流大于閾值電流Ith時(shí)，輸出光功率P和驅(qū)動(dòng)電流I基本上是線性關(guān)系，輸出光功率和輸入電流成正比，所以輸出光信號(hào)反映輸入電信號(hào)。這種方案技術(shù)簡(jiǎn)單，成本較低，容易實(shí)現(xiàn)，但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限制。圖4-21直接光強(qiáng)數(shù)字調(diào)制原理(a)LED數(shù)字調(diào)制原理；(b)LD的數(shù)字調(diào)制原理2.外調(diào)制外調(diào)制外調(diào)制是把激光的產(chǎn)

61、生和調(diào)制分開，用獨(dú)立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光而實(shí)現(xiàn)的。如圖4-20（b）所示。目前有多種調(diào)制器可供選擇，最常用的是電光調(diào)制器。這種調(diào)制器是利用電信號(hào)改變電光晶體的折射率，使通過(guò)調(diào)制器的光參數(shù)隨電信號(hào)變化而實(shí)現(xiàn)調(diào)制的。外調(diào)制方式雖然技術(shù)復(fù)雜，但是傳輸速率和接收靈敏度很高，在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中使用，是很有發(fā)展前途的通信方式。（二）光發(fā)射機(jī)基本組成（二）光發(fā)射機(jī)基本組成 目前技術(shù)上成熟并在實(shí)際光纖通信系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的是直接光強(qiáng)(功率)調(diào)制。直接調(diào)制光發(fā)射機(jī)由輸入接口、編碼電路、光源、驅(qū)動(dòng)電路、公務(wù)及監(jiān)控電路、自動(dòng)偏置控制電路、溫控電路等組成(圖4-22)，其核心是光源及驅(qū)動(dòng)電路。

62、電信號(hào)光信號(hào)輸入電路驅(qū)動(dòng)電路光源保護(hù)、報(bào)警自動(dòng)偏置編碼電路圖4-22數(shù)字光發(fā)送機(jī)框圖工作過(guò)程是這樣的：輸入電路將輸入的PCM脈沖信號(hào)進(jìn)行整形，變換成NRZ/RZ碼后送給編碼電路，編碼電路將簡(jiǎn)單的二電平碼變換為適合于光纖傳輸?shù)木€路碼，因?yàn)樵诠饫w通信系統(tǒng)中，從電端機(jī)輸出的是適合于電纜傳輸?shù)碾p極性碼。光源不可能發(fā)射負(fù)光脈沖，因此必須進(jìn)行碼型變換，以適合于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)囊蟆Ｔ诠獍l(fā)射機(jī)中有編碼電路，在光接收機(jī)中有對(duì)應(yīng)的解碼電路。常用的光纖線路碼有擾碼、mBnB碼和插入碼。線路碼通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路調(diào)制光源。驅(qū)動(dòng)電路要給光源提供一個(gè)合適的偏置電流和調(diào)制電流。為了穩(wěn)定輸出的平均光功率和工作溫度，通常設(shè)置一

63、個(gè)自動(dòng)功率控制電路（APC）和自動(dòng)溫控電路（ATC）。此外，在光發(fā)射機(jī)中還有監(jiān)控、報(bào)警電路，對(duì)光源壽命及工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與報(bào)警等。數(shù)字光發(fā)射機(jī)最重要的性能指標(biāo)為平均輸出光功率和消光比。1.平均發(fā)送光功率平均發(fā)送光功率（1）平均發(fā)送光功率的定義。光端機(jī)的平均發(fā)送光功率是指光端機(jī)在正常工作的情況下，由電端機(jī)輸出223-1或215-1的偽隨機(jī)碼時(shí)，在光端機(jī)輸出端測(cè)量到的平均光功率。平均發(fā)送光功率的功率值用PT（W）表示，電平值用LT（dBm）表示，光功率值與電平值之間的關(guān)系是：（4-11）對(duì)于一個(gè)實(shí)際的光纖通信系統(tǒng)，平均發(fā)送光功率并不是越大越好，雖然從理論上講，發(fā)送光功率越大，通信距離越長(zhǎng)，但光功率

64、越大會(huì)使光纖工作在非線性狀態(tài)，這種非線性狀態(tài)會(huì)對(duì)光纖產(chǎn)生不良影響。2消光比消光比（1）消光比的定義。消光比是指光端機(jī)的電接口輸入為全“1”碼和全“0”碼時(shí)的平均發(fā)送光功率之比，用EXT表示。無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，光端機(jī)輸出平均發(fā)送光功率P0，對(duì)接收機(jī)來(lái)說(shuō)是一種噪聲，會(huì)降低接收機(jī)的靈敏度，因此希望消光比越小越好。但是，對(duì)激光器LD來(lái)講，要使消光比小就要減小偏置電流，從而使光源輸出功率降低，譜線寬度增加。所以要全面考慮消光比與其它指標(biāo)之間的矛盾。4.4.2光接收機(jī)光接收機(jī)（一）光接收機(jī)基本組成直接檢測(cè)方式的數(shù)字光接收機(jī)方框圖示于圖4-23，主要包括光檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、均衡器、時(shí)鐘提取電路、取樣

65、判決器以及自動(dòng)增益控制(AGC)電路。圖4-23數(shù)字光接收機(jī)方框圖 1.光檢測(cè)器光檢測(cè)器光檢測(cè)器是光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，其性能特別是響應(yīng)度和噪聲直接影響光接收機(jī)的靈敏度。2.放大器放大器前置放大器應(yīng)是低噪聲放大器，它的噪聲對(duì)光接收機(jī)的靈敏度影響很大。主放大器一般是多級(jí)放大器，它的作用是提供足夠的增益，并通過(guò)它實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制(AGC)，以使輸入光信號(hào)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電信號(hào)保持恒定。主放大器和AGC決定著光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。3.均衡和再生均衡和再生均衡的目的是對(duì)經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變(失真)的電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出信號(hào)的波形適合于判決(一般用具有升余弦譜的碼

66、元脈沖波形)，以消除碼間干擾，減小誤碼率。再生電路包括判決電路和時(shí)鐘提取電路，它的功能是從放大器輸出的信號(hào)與噪聲混合的波形中提取碼元時(shí)鐘，并逐個(gè)地對(duì)碼元波形進(jìn)行取樣判決，以得到原發(fā)送的碼流。（二）光電集成接收機(jī)（二）光電集成接收機(jī)為了適合高傳輸速率的需求，人們一直在努力開發(fā)而且已實(shí)現(xiàn)單片光接收機(jī)，即用“光電集成電路(OEIC)技術(shù)”在同一芯片上集成包括光檢測(cè)器在內(nèi)的全部元件。（三）噪聲特性（三）噪聲特性光接收機(jī)的噪聲有兩部分：一部分是外部電磁干擾產(chǎn)生的，這部分噪聲的危害可以通過(guò)屏蔽或?yàn)V波加以消除；另一部分是內(nèi)部產(chǎn)生的，這部分噪聲是在信號(hào)檢測(cè)和放大過(guò)程中引入的隨機(jī)噪聲，只能通過(guò)器件的選擇和電路的設(shè)計(jì)與制造盡可能減小，一般不可能完全消除。下面討論的噪聲是指內(nèi)部產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲。光接收機(jī)噪聲的主要來(lái)源是光檢測(cè)器的噪聲和前置放大器的噪聲。因?yàn)榍爸眉?jí)輸入的是微弱信號(hào)，其噪聲對(duì)輸出信噪比影響很大，而主放大器輸入的是經(jīng)前置級(jí)放大的信號(hào)，只要前置級(jí)增益足夠大，主放大器引入的噪聲就可以忽略。（四）主要性能（四）主要性能1.靈敏度靈敏度靈敏度Pr的定義是，在保證誤碼率的條件下，光接收機(jī)所需的最小平均接收光功