桂工光纤通信CH-3光接收机(final)

1、CH 3光纤通信B授课老师：覃国车授课老师：覃国车Email：2015年秋年秋CH 3教材教材：顾畹仪，：顾畹仪，光纤通信光纤通信（第（第2 2版），版），人民邮电出版社，人民邮电出版社，20112011。参考书参考书：1.Joseph C. Palais1.Joseph C. Palais，光纤通信光纤通信（第（第5 5版），版），电子工业出版社，电子工业出版社，20152015。2.2.王辉王辉 等，等，光纤通信光纤通信( (第第3 3版版) )电子工业出版电子工业出版社，社，20142014。3.3.马丽华马丽华 等，等，光纤通信系统光纤通信系统北京邮电大学北京邮电大学出版社，出版社，2

2、0092009。CH 3第3章 光接收机1.1.光电检测器光电检测器2.2.直接检测光接收机直接检测光接收机3.3.相干检测光接收机相干检测光接收机4.4.光接收机的主要性能指标光接收机的主要性能指标CH 3什么是光接收机？什么是光接收机？CH 3什么是光接收机？什么是光接收机？CH 3光接收机的作用光接收机的作用光信号在光纤中经过长距离传输，会受到光信号在光纤中经过长距离传输，会受到损耗、色散和损耗、色散和非线性非线性的影响，不仅的影响，不仅幅度被衰减幅度被衰减，而且脉冲的，而且脉冲的波形被展宽和波形被展宽和变形变形。因此，光接收机的首要任务是：。因此，光接收机的首要任务是：1.要能探测到微

3、弱光信号，按照某种规律将光信要能探测到微弱光信号，按照某种规律将光信号转换成电信号（号转换成电信号（光电转换光电转换）。）。2.要能对光电转换生产的电信号进行要能对光电转换生产的电信号进行整形、放大整形、放大以及再生以及再生。CH 3光接收机的分类光接收机的分类1.直接检测接收机直接检测接收机特点：特点：1.没有本振激光器，实现简单，成本低；没有本振激光器，实现简单，成本低；2.只能检测光信号的强度信息。只能检测光信号的强度信息。CH 3光接收机的分类光接收机的分类2.相干检测接收机相干检测接收机特点：特点：1.有本振激光器，实现复杂；有本振激光器，实现复杂；2.能检测光信号的相位信息。能检测

4、光信号的相位信息。CH 3光光CATVCATV接收模块接收模块PINPIN光光电电二二极极管管 CH 3一、光电检测器一、光电检测器光电检测器负责对光进行解调，实现将光信号转光电检测器负责对光进行解调，实现将光信号转换成电信号的光电转换功能。换成电信号的光电转换功能。CH 3一、光电检测器一、光电检测器光纤通信系统对光电检测器的要求：光纤通信系统对光电检测器的要求：(1)(1) 波长波长响应要和光纤低损耗窗口（响应要和光纤低损耗窗口（0.85m0.85m、1.31m1.31m和和1.55m1.55m）相一致；）相一致；(2) (2) 响应度要高响应度要高，在一定的接收光功率，在一定的接收光功率

5、下能下能产产生最大的光电流；生最大的光电流；(3) (3) 响应速度快响应速度快，满足高工作码速要求；，满足高工作码速要求；(4) (4) 噪声要尽可能低噪声要尽可能低，能接收极微弱的光信号；，能接收极微弱的光信号；(5) (5) 性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小。积小。CH 3一、光电检测器一、光电检测器光电检测原理光电检测原理CH 3一、光电检测器一、光电检测器光电检测原理光电检测原理CH 3一、光电检测器一、光电检测器光电检测原理光电检测原理CH 3一、光电检测器一、光电检测器光电检测原理光电检测原理CH 3一、光电检测器一、光电检测器光电检测

6、原理光电检测原理CH 3一、光电检测器一、光电检测器光电检测原理光电检测原理（一）漂移电流（一）漂移电流(1)(1) 产生电子产生电子空穴对：空穴对：当入射光子能量大于当入射光子能量大于禁带宽度禁带宽度能量；能量；(2) (2) 产生电流产生电流：施加反向电压。：施加反向电压。CH 3一、光电检测器一、光电检测器光电检测原理光电检测原理（二）扩散电流（二）扩散电流热运动引起热运动引起PNPN结外的中性区的空穴和电子扩散结外的中性区的空穴和电子扩散至至PNPN结中，在高场力的驱使下运动产生了与漂移电结中，在高场力的驱使下运动产生了与漂移电流方向相同的流方向相同的扩散电流扩散电流。高阻区高阻区中性

7、区中性区CH 3一、光电检测器一、光电检测器光电检测原理光电检测原理（三）几个要思考的问题（三）几个要思考的问题光电转换效率光电转换效率1.1.光子在耗尽层被吸收，在高场力的驱使下易于光子在耗尽层被吸收，在高场力的驱使下易于收集载流子。收集载流子。2.2.光子在中性区被吸收，不易于收集载流子。光子在中性区被吸收，不易于收集载流子。CH 3一、光电检测器一、光电检测器光电检测原理光电检测原理（三）几个要思考的问题（三）几个要思考的问题响应时间响应时间1.1. 载流子穿越耗尽层需要时间。载流子穿越耗尽层需要时间。2.2.渡越时间与耗尽层宽度和反向电压有关。渡越时间与耗尽层宽度和反向电压有关。CH

8、3二、二、PIN光电二极管光电二极管（一）结构特点（一）结构特点1.增加光电转换效率：增加光电转换效率：（1）I层很宽，层很宽，P+、N+区很薄区很薄。（2）P+区表面镀有抗反射膜。区表面镀有抗反射膜。2.提高响应速度：提高响应速度：I层是一个接近于本征半导体层是一个接近于本征半导体的低掺杂的低掺杂N区，区，反向电压完全施反向电压完全施加在加在I区区， P+、N+ 为为零场区零场区。CH 3二、二、PIN光电二极管光电二极管（二）光谱特性（二）光谱特性1.1.上截止波长上截止波长：受激吸收的条件：受激吸收的条件，所以上截，所以上截止波长定义为：止波长定义为：CH 3二、二、PIN光电二极管光电

9、二极管（二）光谱特性（二）光谱特性CH 3二、二、PIN光电二极管光电二极管（二）光谱特性（二）光谱特性2.2.下截止波长下截止波长：当入射：当入射波长太短时，大量光子在零波长太短时，大量光子在零场区被吸收场区被吸收，光电转换效率会下降。经过，光电转换效率会下降。经过x x距离后吸距离后吸收的光功率为：收的光功率为：P(xP(x) = P(0) 1 e) = P(0) 1 e- - ( ( )x)x SiSi材料的材料的PDPD：0.5-1.0 0.5-1.0 mm Ge Ge 或或InGaAsInGaAs材料：材料：1.1-1.6 1.1-1.6 mmCH 3二、二、PIN光电二极管光电二极

10、管（二）光电转换效率（二）光电转换效率光电转换效率是指光电转换效率是指PINPIN光电二极管将入射光能转换光电二极管将入射光能转换成电能的效率。通常用量子效率和响应度参数来衡量。成电能的效率。通常用量子效率和响应度参数来衡量。 1.1.量子效率量子效率: : 定义为单位时间内产生的光生定义为单位时间内产生的光生电子空穴对数与单位时间入射的总光子数之比。电子空穴对数与单位时间入射的总光子数之比。 光电检测器光电检测器平均输出电流平均输出电流单位电荷量单位电荷量光电检测器光电检测器平均输入光功率平均输入光功率单个光子能量单个光子能量CH 3二、二、PIN光电二极管光电二极管（二）光电转换效率（二）

11、光电转换效率光电转换效率是指光电转换效率是指PINPIN光电二极管将入射光能转换光电二极管将入射光能转换成电能的效率。通常用量子效率和响应度参数来衡量。成电能的效率。通常用量子效率和响应度参数来衡量。2.2.响应响应度度: : 定义为光生电流与入射光功率之比定义为光生电流与入射光功率之比。CH 3二、二、PIN光电二极管光电二极管（二）光电转换效率（二）光电转换效率0eh CH 3二、二、PIN光电二极管光电二极管（三）响应速度（三）响应速度光电检测器不是随着光功率的输入而瞬间响应生成光电检测器不是随着光功率的输入而瞬间响应生成与输入光功率呈线性关系的光生电流的，而是有一定与输入光功率呈线性关

12、系的光生电流的，而是有一定的响应时间。通常的响应时间。通常用上升时间和下降时间来表示光电用上升时间和下降时间来表示光电二极管的响应速度二极管的响应速度。上升时间上升时间：光生电流脉冲前沿由最大幅度的：光生电流脉冲前沿由最大幅度的1010%上升到上升到90%90%所需的时间。所需的时间。下降时间下降时间：光生电流脉冲后沿由最大幅度的：光生电流脉冲后沿由最大幅度的9090%下降到下降到10%10%所需的时间。所需的时间。CH 3二、二、PIN光电二极管光电二极管（三）响应速度（三）响应速度电路电路RC时间常数时间常数PINPIN光电二极管的等效电路图为：光电二极管的等效电路图为：有图可知电路的时间

13、常数（有图可知电路的时间常数（v v从从0 0上升至最大值上升至最大值的的63%63%所需的时间）为所需的时间）为C Cd dR RL L，故上升时间为：，故上升时间为： t tr r = 2.19 C = 2.19 Cd dR RL L光光电电流流二极管结电容二极管结电容负载电阻负载电阻CH 3二、二、PIN光电二极管光电二极管（三）响应速度（三）响应速度电路电路RC时间常数时间常数其中结电容其中结电容C Cd d= = A/wA/w，w w为耗尽层宽度，为耗尽层宽度，A A为结区有为结区有效面积。效面积。t tr r = 2.19 C = 2.19 Cd dR RL LCH 3二、二、PI

14、N光电二极管光电二极管（三）响应速度（三）响应速度载流子在耗尽层的渡越时间载流子在耗尽层的渡越时间在耗尽区里产生的电子在耗尽区里产生的电子- -空六对在电场的作用下进空六对在电场的作用下进行漂移运动。漂移运动的速度与电场强度有关。行漂移运动。漂移运动的速度与电场强度有关。当电场较低时，漂移运动的速度正比于电场强度当电场较低时，漂移运动的速度正比于电场强度E。当电场强度达到某一值当电场强度达到某一值Es（大约为（大约为106 Vm）后，载）后，载流子的漂移运动的速度不再变化，即达到极限漂移速流子的漂移运动的速度不再变化，即达到极限漂移速度。若想使载流子能以极限漂移速度渡越耗尽区，反度。若想使载流

15、子能以极限漂移速度渡越耗尽区，反向偏压须满足：向偏压须满足：V EsW 。CH 3二、二、PIN光电二极管光电二极管（三）响应速度（三）响应速度扩散运动引起的时间延迟扩散运动引起的时间延迟若在若在零电场的表层里产生较多的电子零电场的表层里产生较多的电子- -空穴对空穴对，那，那么其中的一部分将被复合掉，么其中的一部分将被复合掉，还有一部分先扩散到耗还有一部分先扩散到耗尽区，然后被电路吸收。尽区，然后被电路吸收。CH 3二、二、PIN光电二极管光电二极管（三）响应速度（三）响应速度扩散运动引起的时间延迟扩散运动引起的时间延迟这部分载流子作扩散运动的附加时延会这部分载流子作扩散运动的附加时延会使检

16、测器输使检测器输出的电脉冲的下降沿的拖尾加长出的电脉冲的下降沿的拖尾加长，从而明显地响应光，从而明显地响应光电二极管的响应速度。电二极管的响应速度。CH 3二、二、PIN光电二极管光电二极管（三）响应速度（三）响应速度影响响应速度的主要因素有：影响响应速度的主要因素有：l 光电二极管结电容及其负载电阻的光电二极管结电容及其负载电阻的RCRC时间常数时间常数l 载流子在耗尽区里的载流子在耗尽区里的渡越时间渡越时间l 耗尽区外产生的载流子由于扩散而产生的时间延迟耗尽区外产生的载流子由于扩散而产生的时间延迟 l 由于漂移运动速度远大于扩散运动速度，故漂移运由于漂移运动速度远大于扩散运动速度，故漂移运

17、动的渡越时间不是影响动的渡越时间不是影响PINPIN响应速度的主要因素。响应速度的主要因素。CH 3三、雪崩光电二极管（三、雪崩光电二极管（APD）在长途光纤通信系统中仅有毫瓦级的光功率从在长途光纤通信系统中仅有毫瓦级的光功率从光发射机输出，经过几十光发射机输出，经过几十kmkm光纤的传输衰减，到光纤的传输衰减，到达光接收机处的光信号将变得十分微弱。达光接收机处的光信号将变得十分微弱。为了使光接收机的判决电路正为了使光接收机的判决电路正常工作，应该采取什么措施？常工作，应该采取什么措施？在光电转换之后采用多级放大：引入额外噪声！在光电转换之后采用多级放大：引入额外噪声！提高光电转换效率，使光电

18、转换输出的电信号足够大。提高光电转换效率，使光电转换输出的电信号足够大。CH 3三、雪崩光电二极管（三、雪崩光电二极管（APD）（一）工作原理（一）工作原理光电效应光电效应 + + 碰撞电离碰撞电离 = = 雪崩雪崩倍增倍增效应效应一次电子一次电子空穴对空穴对二次电子二次电子空穴对空穴对APDAPD在结构上被设计成能够承受高反向偏压在结构上被设计成能够承受高反向偏压CH 3三、雪崩光电二极管（三、雪崩光电二极管（APD）（二）平均雪崩增益（二）平均雪崩增益平均平均雪崩增益定义为雪崩增益定义为: : 倍增后输出电流的平均值倍增后输出电流的平均值一次光电流一次光电流一般一般APDAPD的倍增因子在

19、的倍增因子在4040100100之间。之间。APDAPD的响应的响应度比度比PINPIN增加了增加了G G倍倍. .CH 3三、雪崩光电二极管（三、雪崩光电二极管（APD）（二）平均雪崩增益（二）平均雪崩增益反 向偏压 U光电 流暗电流输出光 电流 I00UBCH 3三、雪崩光电二极管（三、雪崩光电二极管（APD）（二）平均雪崩增益（二）平均雪崩增益CH 3三、雪崩光电二极管（三、雪崩光电二极管（APD）（三）结构特点（三）结构特点CH 3三、雪崩光电二极管（三、雪崩光电二极管（APD）（三）结构特点（三）结构特点CH 3三、雪崩光电二极管（三、雪崩光电二极管（APD）（三）结构特点（三）结构

20、特点拉通型拉通型CH 3三、雪崩光电二极管（三、雪崩光电二极管（APD）（三）结构特点（三）结构特点拉通型拉通型CH 3PIN光电二极管和光电二极管和APD的比较的比较材料材料结构结构上升时上升时间间(ns)波长波长(nm)响应度响应度(A/W)增益增益暗电流暗电流(nA)硅硅PIN0.5300-11000.511硅硅APD0.5400-10007515015锗锗PIN0.1500-18000.71200锗锗APD11000-16003550700InGaAsPIN0.3900-17000.6110InGaAsAPD0.251000H 3四、直接检测光接收机四、直接检

21、测光接收机直接检测（直接检测（DDDD）的数字光接收机框图）的数字光接收机框图 光光电电转转换换整形、放大、再生整形、放大、再生CH 3四、直接检测光接收机四、直接检测光接收机功能功能：把接收到的光信号转化成电信号。：把接收到的光信号转化成电信号。通常为通常为PINPIN光电二极管（输入光功率超过光电二极管（输入光功率超过1 1W W）和）和A APDPD，输出电流一般在，输出电流一般在A A数数量量级级, ,必须将这个微弱的电必须将这个微弱的电流经负载电阻建立起信号电压后送入前置放大器放大流经负载电阻建立起信号电压后送入前置放大器放大 。CH 3四、直接检测光接收机四、直接检测光接收机功能功

22、能：对光电检测器产生的微弱电流信号进行放大。：对光电检测器产生的微弱电流信号进行放大。由于前端噪声对整个放大器输出噪声影响甚大，因此由于前端噪声对整个放大器输出噪声影响甚大，因此前置放大器必须是前置放大器必须是低噪声和高带宽低噪声和高带宽的。前置放大器输出的。前置放大器输出电流一般在电流一般在mVmV数量级。数量级。CH 3四、直接检测光接收机四、直接检测光接收机功能功能：提供高的增益，将前置放大器的输出信号放大：提供高的增益，将前置放大器的输出信号放大到适合于判决电路所需的电平。到适合于判决电路所需的电平。主放大器的主放大器的输输出信出信号号一般一般为为1V1V3V(3V(峰峰峰峰值值) )

23、。 。CH 3四、直接检测光接收机四、直接检测光接收机功能功能：对主放大器输出的失真的数字脉冲信号进行：对主放大器输出的失真的数字脉冲信号进行整整形形，使之成为，使之成为最有利于判决、码间干扰最小最有利于判决、码间干扰最小的升余弦波形。的升余弦波形。CH 3四、直接检测光接收机四、直接检测光接收机功能功能：控制主放大器的增益，在接收机平均入射功率：控制主放大器的增益，在接收机平均入射功率很大时把放大器的增益自动控制在固定的输出电平上。很大时把放大器的增益自动控制在固定的输出电平上。变换成与输入信号的峰值成比例的直流信号变换成与输入信号的峰值成比例的直流信号CH 3四、直接检测光接收机四、直接检

24、测光接收机功能功能：判决均衡器输出的码是：判决均衡器输出的码是“0”0”还是还是“1”1”。 CH 3四、直接检测光接收机四、直接检测光接收机功能功能：为了精确地确定：为了精确地确定“判决时刻判决时刻”，需要从信号码，需要从信号码流中提取准确的时钟信息作为标定，以保证与发送端一致。流中提取准确的时钟信息作为标定，以保证与发送端一致。 信号码流信号码流CH 3四、直接检测光接收机四、直接检测光接收机功能功能：若判决结果为：若判决结果为“1”1”，则由再生电路重新产生一，则由再生电路重新产生一个矩形地个矩形地“1”1”脉冲；如果判决结果为脉冲；如果判决结果为“0”0”，则由再生电，则由再生电路产生

25、一个路产生一个“0”0”。如果在发射端进行了线路编码（或扰。如果在发射端进行了线路编码（或扰乱），在接收端需要有相应的译码（或解扰）电路。乱），在接收端需要有相应的译码（或解扰）电路。 CH 3五、光接收机的主要性能指标五、光接收机的主要性能指标误码率误码率是指在一定的时间间隔内，发生差错的脉冲是指在一定的时间间隔内，发生差错的脉冲数和在这个时间间隔内传输的总脉冲数之比。数和在这个时间间隔内传输的总脉冲数之比。（一）误码率（一）误码率光纤通信系统的误码率较低，典型误码率范围是光纤通信系统的误码率较低，典型误码率范围是1010-9-9到到1010-12-12。光接收机的误码来自于系统的光接收机的

26、误码来自于系统的各种噪声和干扰各种噪声和干扰。这。这种噪声经接收机转换为电流噪声叠加在接收机前端的种噪声经接收机转换为电流噪声叠加在接收机前端的信号上。信号上。CH 3五、光接收机的主要性能指标五、光接收机的主要性能指标接收灵敏度接收灵敏度S Sr r ：在一定误码率条件（：在一定误码率条件（BER=10BER=109 9）下，接收机能检测到的最小平均信号光功率下，接收机能检测到的最小平均信号光功率P Pminmin。在。在工程上常用相对功率值（工程上常用相对功率值（dBmdBm）来表示，即）来表示，即 （二）灵敏度（二）灵敏度CH 3五、光接收机的主要性能指标五、光接收机的主要性能指标灵敏度

27、主要取决于灵敏度主要取决于光电检测器的响应度光电检测器的响应度以及检测器以及检测器和放大器引入的和放大器引入的噪声噪声。（二）灵敏度（二）灵敏度影响因素之一影响因素之一0eh CH 3五、光接收机的主要性能指标五、光接收机的主要性能指标噪声主要来自于检测器和放大器引入的噪声，有以噪声主要来自于检测器和放大器引入的噪声，有以下几种类型：下几种类型：（二）灵敏度（二）灵敏度影响因素之一影响因素之一1 1散粒噪声散粒噪声：当光进入光电二极管时，：当光进入光电二极管时，光子的产光子的产生和结合具有统计特性，使得实际电子数围绕平均值生和结合具有统计特性，使得实际电子数围绕平均值的起伏的起伏，这种噪声称为

28、散粒噪声。，这种噪声称为散粒噪声。2 2热噪声热噪声：起源于电阻内的电子的热运动起源于电阻内的电子的热运动，即使，即使没有外加电压，由于电子热运动的随机性，使得电子没有外加电压，由于电子热运动的随机性，使得电子的瞬间数目围绕它的平均值起伏。的瞬间数目围绕它的平均值起伏。CH 3五、光接收机的主要性能指标五、光接收机的主要性能指标噪声主要来自于检测器和放大器引入的噪声，有以噪声主要来自于检测器和放大器引入的噪声，有以下几种类型：下几种类型：（二）灵敏度（二）灵敏度影响因素之一影响因素之一暗电流暗电流：光电二极管在反偏压条件下，即使处于没：光电二极管在反偏压条件下，即使处于没有光照的环境中，电路中

29、也会有反向直流电流，叫做有光照的环境中，电路中也会有反向直流电流，叫做暗电流。暗电流。3 3暗电流噪声暗电流噪声：对一个接收机来说，对一个接收机来说，暗电流决定暗电流决定了其可探测的信号功率水平的噪声基底了其可探测的信号功率水平的噪声基底。暗电流的典。暗电流的典型值为几型值为几nAnA。如果暗电流达到了。如果暗电流达到了100nA100nA，可能会引起，可能会引起严重的问题。严重的问题。CH 3五、光接收机的主要性能指标五、光接收机的主要性能指标比特速率比特速率对接收机灵敏度的影响：对接收机灵敏度的影响：（二）灵敏度（二）灵敏度影响因素之二影响因素之二随着随着比特速率的增加比特速率的增加，放大

30、器和均衡滤波器的带，放大器和均衡滤波器的带宽增加，宽增加，噪声等效带宽也随之增大噪声等效带宽也随之增大，造成光电检测，造成光电检测器和放大器引入的器和放大器引入的噪声影响加剧噪声影响加剧，导致光接收机，导致光接收机灵灵敏度下降敏度下降。CH 3五、光接收机的主要性能指标五、光接收机的主要性能指标输入波形输入波形对接收机灵敏度的影响：对接收机灵敏度的影响：（二）灵敏度（二）灵敏度影响因素之四影响因素之四1.1.在比特速率一定的情况下，输入脉冲波形越窄，在比特速率一定的情况下，输入脉冲波形越窄，所需的接收机灵敏度越高。所需的接收机灵敏度越高。2.2.在比特速率一定的情况下，发送归零码型时接在比特速

31、率一定的情况下，发送归零码型时接收机所需的灵敏度比非归零码型要高。收机所需的灵敏度比非归零码型要高。CH 3五、光接收机的主要性能指标五、光接收机的主要性能指标消光比消光比对接收机灵敏度的影响：对接收机灵敏度的影响：（二）灵敏度（二）灵敏度影响因素之四影响因素之四CH 3五、光接收机的主要性能指标五、光接收机的主要性能指标光接收机的动态范围光接收机的动态范围D D：在保证系统的误码率指标：在保证系统的误码率指标要求下，接收机的最低输出光功率（用要求下，接收机的最低输出光功率（用dBmdBm来描述）来描述）和最大允许输入光功率（用和最大允许输入光功率（用dBmdBm来描述）之差。来描述）之差。（

32、三）动态范围（三）动态范围低于这个动态范围的下限（即灵敏度）低于这个动态范围的下限（即灵敏度）, ,将产生过将产生过大的误码；高于这个动态范围的上限（即接收机的过大的误码；高于这个动态范围的上限（即接收机的过载功率），在判决时亦将造成过大的误码。载功率），在判决时亦将造成过大的误码。数字光接数字光接收机的动态范围一般应大于收机的动态范围一般应大于15 dB。CH 3六、相干检测光接收机六、相干检测光接收机 相干光通信的定义相干光通信的定义相干光通信相干光通信：在发射端对光载波进行幅度、频率或：在发射端对光载波进行幅度、频率或相位调制，在接收端，则采用零差检测或外差检测等相位调制，在接收端，则采

33、用零差检测或外差检测等相干检测技术进行信息接收的通信方式。相干检测技术进行信息接收的通信方式。信号光信号光混频器混频器基带信号基带信号s sL LCH 3（一）相干检测方式的分类（一）相干检测方式的分类六、六、相干检测相干检测光接收机光接收机 1. 1.零差检测零差检测选择选择L L=s s, ,即即IFIF=0=0。零差检测接收光功率可以零差检测接收光功率可以放大几个数量级，虽然噪声也增大，但仍能使灵敏放大几个数量级，虽然噪声也增大，但仍能使灵敏度大幅提高，但技术复杂，必须严格控制相位。度大幅提高，但技术复杂，必须严格控制相位。 CH 3（一）相干检测方式的分类（一）相干检测方式的分类六、六

34、、相干检测相干检测光接收机光接收机 2. 2.外差检测外差检测 选择选择Ls,即即IF= s L 0。外差检测外差检测也能提高灵敏度，信噪比改善比零差检测低也能提高灵敏度，信噪比改善比零差检测低3dB，但因无需实现相位锁定，接收机设计相对简但因无需实现相位锁定，接收机设计相对简单。 CH 3（一）相干检测方式的分类（一）相干检测方式的分类六、六、相干检测相干检测光接收机光接收机 3. 3.同步检测与异步检测同步检测与异步检测在相干光通信中，带有相位跟踪的接收机叫做在相干光通信中，带有相位跟踪的接收机叫做同步接收机。没有相位相位跟踪的接收机叫做异同步接收机。没有相位相位跟踪的接收机叫做异步接收机

35、。异步接收机的性能要差于同步接收机，步接收机。异步接收机的性能要差于同步接收机，但是异步接收机结构简单，使用成本低。但是异步接收机结构简单，使用成本低。 CH 3（二）相干接收机的构成（二）相干接收机的构成六、六、相干检测相干检测光接收机光接收机功能功能：使信号光和本振光发生光场干涉，输出的光：使信号光和本振光发生光场干涉，输出的光信号的信号的中频信号功率分量中频信号功率分量携带了信号光的携带了信号光的幅度、频率幅度、频率或相位或相位信息。信息。信号光信号光CH 3（二）相干接收机的构成（二）相干接收机的构成六、六、相干检测相干检测光接收机光接收机功能功能：生成一个和信号光的频差和相位差保持恒

36、定：生成一个和信号光的频差和相位差保持恒定的的本振光本振光。信号光信号光CH 3（二）相干接收机的构成（二）相干接收机的构成六、六、相干检测相干检测光接收机光接收机功能功能：光电转换，信号光携带信息的参数（幅度、：光电转换，信号光携带信息的参数（幅度、相位、或频率）的取值不同，光电检测器输出的电流相位、或频率）的取值不同，光电检测器输出的电流信号不同，从而能检测信号光的不同状态。信号不同，从而能检测信号光的不同状态。信号光信号光CH 3（二）相干接收机的构成（二）相干接收机的构成六、六、相干检测相干检测光接收机光接收机功能功能：滤除带外噪声，放大信号，提高信噪比。：滤除带外噪声，放大信号，提高

37、信噪比。信号光信号光CH 3（二）相干接收机的构成（二）相干接收机的构成六、六、相干检测相干检测光接收机光接收机功能功能：从反馈信号中提取控制分量用于控制本振激：从反馈信号中提取控制分量用于控制本振激光器的频率和相位，使得本振光和信号光之间的频差光器的频率和相位，使得本振光和信号光之间的频差和相位差保持恒定。和相位差保持恒定。信号光信号光CH 3（二）相干接收机的构成（二）相干接收机的构成六、六、相干检测相干检测光接收机光接收机功能功能：若采用外差检测，还需要将中频信号解调为：若采用外差检测，还需要将中频信号解调为基带信号。基带信号。信号光信号光CH 3（三）相干检测接收机的特点（三）相干检测

38、接收机的特点六、六、相干检测相干检测光接收机光接收机1.1.灵敏度高，中继距离长灵敏度高，中继距离长 相干光通信的一个最主要的优点是相干检测能相干光通信的一个最主要的优点是相干检测能改善接收机的灵敏度。由于热噪声、暗电流等因素改善接收机的灵敏度。由于热噪声、暗电流等因素的影响，的影响，IM/DDIM/DD系统的灵敏度通常比量子极限灵敏度系统的灵敏度通常比量子极限灵敏度低低20dB20dB。而在相干通信系统中，在同等热噪声和暗。而在相干通信系统中，在同等热噪声和暗电流作用下，电流作用下，通过提高本振光功率可以使灵敏度充通过提高本振光功率可以使灵敏度充分接近量子极限分接近量子极限。CH 3（三）相

39、干检测接收机的特点（三）相干检测接收机的特点六、六、相干检测相干检测光接收机光接收机 2. 2.选择性好，通信容量大选择性好，通信容量大 在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的混频光，因此混频光，因此只有在中频频带内的噪声才可以进入只有在中频频带内的噪声才可以进入系统系统，而其它噪声均被带宽较窄的微波中频放大器，而其它噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。可见，外差探测有良好的滤波性能。此外，滤除。可见，外差探测有良好的滤波性能。此外，由于相干探测优良的波长选择性，可用于信道间隔由于相干探测优良的波长选择性，可用于信道间隔小到小到GHzGHz量级的光频分复用技术，量级的光频分复用技术，实现多信道复用，实现多信道复用，有效使用光纤带宽有效使用光纤带宽。CH 3（三）相干检测接收机的特点（