第六章光纤通信系统

通信系统概论授课讲师：周晓天山东大学信息科学与工程学院2016年5月5日第六章：光纤通信系统1.对本课件中所引部分素材（如来源自网络）的原作者表示致谢

2.本课件为13级集成、通信专业同学课程学习使用所准备，请同学们勿将其发布或上传至网络光通信概念与特点光纤与光缆光端机光检测器光中继波分复用技术2光纤通信的基本概念光纤通信的概念：光纤通信系统的组成3利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统发送：激光设备传输：光纤接收：半导体光检测器光纤通信的基本概念光纤通信的工作区域4在电磁波谱中，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300mm--6×10−3mm光纤通信使用光波工作在近红外区，其波长为0.8～1.8μm发送信号的频率越高(波长越短)，可载送的信息量就越多目前使用的光载波频率~190THz光纤通信的基本概念光通信的发展史

烽火台、旗语、灯光、交通灯。。。近代光通信雏形可追溯到1880年Bell发明的光电话，但通信光电话未能像其他通信方式一样得到发展（link）1962年第一只半导体激光器诞生，随后半导体光检测器也研究成功1966年英（美）籍华人高锟博士提出光导纤维概念，开启了现代光纤通信(link)1978年工作于0.8um的第一代光波系统正式投入商业应用1980年代，采用多模光纤（1.3um）的第二代光波通信系统问世1990年，采用单模光纤、工作在1.55um，速率可达2.4Gbps的第三代光波系统已能够提供通信商业业务5光纤通信的基本概念光通信的发展史1990年代，第四代光波系统以采用光放大系统(OA)增加中继距离和采用频分与波分复用(FDM与WDM)增加比特率为特征第五代光波通信系统的研究与发展也经历了20多年历程，已取得突破性进展。它基于光纤非线性压缩抵消光纤色散展宽的新概念产生的光孤子*，实现光脉冲信号保形传输就目前的光纤通信而言，正逐渐淘汰着其他有线通信方式，但其实际应用仅是其潜在能力的2％左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发利用可见光通信的可能性被提出6孤子（Soliton）：1.又称孤立波，是一种特殊形式的超短脉冲，或者说是一种在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。2.首先在物理流体力学中提出。1834年美国科学家约翰·斯科特·罗素观察到这样的现象：在一条窄河道中，迅速拉一条船前进，在船突然停下时，在船头形成的一个孤立的水波迅速离开船头，以每小时14～15km的速度前进，而波形不变，前进了2～3km才消失。他称这个波为孤立波光纤通信的基本概念(link)7贝尔的“光电话”被其认为是他最重要的发明，没有之一！（Photophone）OnJune3,1880,Bell'sassistanttransmittedawirelessvoicetelephonemessageofconsiderabledistance,fromtheroofofthe

FranklinSchool

tothewindowofBell'slaboratory,some213meters(about700

ft.)

Belltoldareportershortlybeforehisdeaththatthephotophonewas

"thegreatestinvention[Ihave]evermade,greaterthanthetelephone“Bellwantedtonamehisnewseconddaughter“Photophone”光纤通信的基本概念8高锟爵士（Sir

CharlesKuenKao，1933年11月4日－），大紫荆勋贤，华裔电机工程师及物理学家,普世誉之为“光纤通讯之父”（FatherofFiberOpticCommunications），曾任香港中文大学校长。2009年，获诺贝尔物理学奖，以表扬他“在光传输于纤维的光学通信领域突破性成就”高锟在1966年发表的《光频率介质纤维表面波导》论文中指出：用石英基玻璃纤维进行长距离信息传递，将带来一场通讯事业的革命，并提出当玻璃纤维衰减率（Attenuation）下降到每公里20分贝时，光纤通讯即可成功。他的研究为人类进入光导新纪元打开了大门。为此，获得2009年诺贝尔物理学奖以及爱迪生电信奖、马可尼国际奖、贝尔奖、巴伦坦奖章、利布曼奖等高锟2003年罹患阿兹海默症，在诺贝尔典礼上获特别安排，免除走到台中领奖、鞠躬三次的礼仪，瑞典国王卡尔十六世·古斯塔夫破例走到他面前颁奖link光纤通信的基本概念从器件上看光纤通信的发展9激光器（发送源）1960年T.Maiman发明红宝石激光器1962年半导体激光器诞生（GaAs870nm）70年代室温工作的LD(GaAsAI850nm)1300、1500nm多模LD单模LD光纤（传输介质）1951年医用玻璃纤维(1000dB/km)1966年高锟的理论体系建立1970年康宁（CorningInc.）制造出低损耗光纤（20dB/km）1300(0.5dB/km)、1500nm(0.2dB/km)低损耗窗口光纤开发单模光纤光纤通信的基本概念光纤通信系统的基本组成10由光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机等基本单元组成。此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器等还包括电/光转换器等发送单元传输单元接收单元光纤通信的基本概念光纤通信的主要特点11通信容量大频率很高的光波作为载波，具有很宽的传输频带目前通信容量最大的通信方式商用光纤系统速率可达2.5Gb/s、10Gb/s、40Gb/s或更高中继距离长光纤传输损耗低，无中继传输距离长、比电缆中继距离大得多石英玻璃制成的光纤在1.55um波长的传输损耗为0.2dB/km这一优点对于长途干线、特别是跨洋通信来说，具有重大意义抗电磁干扰光纤由玻璃制成、传输光信号，不存在电磁干扰工作可靠耐高温、高压抗腐蚀，使用寿命长节约成本光纤材料来源丰富，可节约有色金属(如铜、铝)，直径小、重量轻光在光纤中传输，不泄露光能，也不会串话光通信概念与特点光纤与光缆结构、分类、导光原理、基本性能参数、光缆光端机光检测器光中继波分复用技术12光纤与光缆光纤的定义与作用13光导纤维，是一种圆柱形的介质波导，由玻璃或塑料制成，利用全反射原理传输光的工具光纤将发射设备中发光二极管或激光产生的光脉冲传送到接收端，由接收端的光敏材料检测脉冲，达到通信目的包含光纤的线缆称为光缆光纤与光缆光纤的结构通信用的光纤是一种能够到光的透明玻璃丝，外径一般为125um一般可以分为三部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层纤芯、包层材料为不同折射率的掺杂石英材料14光纤与光缆光纤的结构15纤芯和包层是高纯度石英材料，包层折射率略低于纤芯，与纤芯一起形成光的全反射通道，使光波的传输局限于纤芯内包层外面涂覆一层硅酮树脂或聚氨基甲酸乙酯，然后增加保护套加以保护裸纤光纤与光缆光纤的导光原理----全反射*16当移动于密度较高的介质的光线，以大角度入射于核心-包覆边界时，假若入射角的角度大于临界角的角度，则这光线会被完全地反射回去光纤就是应用这种效应来局限传导光线于核心。在光纤内部传播的光线会被边界反射过来，反射过去，向前移动由于光线入射于边界的角度必须大于临界角的角度，只有在某一角度范围内射入光纤的光线，才能够通过整个光纤，不会泄漏损失。该角度范围称为光纤的受光锥角，是光纤的核心折射率与包覆折射率的差值的函数*thenotesherearefromtheWikipedia光纤与光缆光纤的导光原理在光学理论中，当传输媒介的几何尺寸远大于光波波长时，可以把光表示成其传播方向上的一条几何线，称为光射线。用光射线来分析光传播特性的方法，称为射线法。17当折>90时，折射光线会反射回到纤芯进行传播，形成全反射。入=反光纤与光缆光纤的导光原理18调整入射角

，使得折2>90度而发生全反射光纤与光缆光纤的分类按照光纤剖面折射率分类19阶跃型光纤：纤芯折射率与包底的折射率成阶跃型分布渐变型光纤：纤芯折射率分布曲线近似为抛物线三角型光纤：纤芯折射率分布曲线为三角形，是一种新型单模光纤光纤的折射率变化可以用折射率沿半径的分布函数n(r)来表示。光纤与光缆折射率20折射率可以用来计算在物质里的光线速度。在真空里，及外太空，光线的传播速度最快，大约为3亿米／秒。一种物质的折射率是真空光速除以光线在这物质里传播的速度。所以，根据定义，真空折射率是1。折射率越大，光线传播的速度越慢。通常光纤的核心的折射率是1.48，包覆的折射率是1.46。所以，光纤传导信号的速度粗算大约为2亿米／秒光纤与光缆光纤的分类按传导模的数目分类21多模光纤：传输光波的模式有多个，纤芯直径为50um光纤剖面折射率为渐变型可用于中容量、中距离通信系统单模光纤：传输光波的模式只有一个，即只能传输基膜（最低阶模）的光纤纤芯直径近卫几微米（8um~10um），但外径与多模光纤一样，为125um适用于大容量、长距离通信系统光纤与光缆光纤的分类按光纤包层层数分类单包层光纤、双包层光纤、四包层光纤按光纤材料分类全石英系列光纤、多组分玻璃纤维、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤按工作波长分类短波长光纤、长波长光纤、超长波长光纤按ITU-T建议G.651渐变多模光纤、G.652标准单模光纤、G.653色散位移单模光纤、G.654最佳性能单模光纤、G.655非零色散位移单模光纤、全波光纤22光纤与光缆ITU建议的光纤分类23G.651光纤：计算机局域网或接入网G.652光纤：应用最广的单模光纤

G.653光纤：较少采用G.654光纤：弯曲性能好G.655光纤：适用于高速、大容量、高密集波分复用系统光纤与光缆光纤的尺寸2462.5mm125mm包层(Clad)多模Core8mm125mmClad单模85μm人的头发光纤与光缆模25所有发射的光都沿直线传播单模光纤的纤芯较细，使光线能够直接发射到中心。建议距离较长时采用单模光纤多模光纤允许多束光在光纤中同时传播多模光纤中光信号通过多个通路传播，距离较短多模光纤所谓“模”是指以一定角速度进入光纤的一束光光纤与光缆多模光纤26多模光纤（MultimodeopticalfiberMMF）光信号可以从不同的角度进入光纤的线芯进行传输。可以直线传输也可以使用折射和反射来向前发送信号纤芯直径：50um（欧洲标准）、62.5um（美国标准）外层直径：125um可通过波长：850nm，1300nm传输距离：300-600m通常以橘色外皮标示多模光纤纤芯直径较大，可以用几何光学理论来分析其物理性质光纤与光缆单模光纤27单模光纤（SingleModeFiber，SMF）只能有一道光信号传输，使用单独模式的光信号，没有光的信号色散，传输距离会更长，传输数据量也更高纤芯直径：8~10um外层直径：125um可通过波长：1310nm、1550nm典型传输距离：超过5英里通常以黄色外皮标示典型用途：长途电信长途电视监控共用天线电视系统单模SMF

核心直径小于传播光波波长约十倍的光纤，不能用几何光学理论来分析其物理性质。替而代之，必须改用麦克斯韦方程组来分析，导出相关的电磁波方程光纤与光缆单模与多模的比较28简单的作个比喻：可以把多模光纤想成是一条很宽的公路（光纤模截面宽），在这条公路上，可以行驶轿车、路车和卡车（信号的模式），但是由于车型不同（信号模式不同），所以到达终点的时间也会不同。而单模光纤则可以想成是一条铁路，虽然同时只能有一辆火车行驶，速度要高于公路项目单模光纤多模光纤距离长短数据传输率高低光源激光发光二极管信号衰减小大端接较难较易造价高低光纤与光缆光纤的基本特性参数29传输损耗(dB/km)：随着传输距离的增加，光束（或信号）强度会减低直接影响通信距离色散(ps/nm.km)单位波长间隔内各波长成分通过单位长度光纤所产生的时延信号在光纤内传输一段距离后逐渐扩散重叠会引起光脉冲信号展宽和码间串扰，影响通信的质量为实现高速长距离传输，要求光纤具有低损耗和低色散特性光纤的主要损耗损耗系数（单位：dB/km）：损耗类型：吸收损耗：是由1）SiO2材料引起的固有吸收和2）由杂质引起的吸收产生的散射损耗：主要有材料微观密度不均匀引起的瑞利(Rayleigh)散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的，是光纤的固有损耗，决定光纤损耗的最低理论极限其他损耗：辐射损耗、连接损耗、耦合损耗、非线性效应损耗30光纤的长度输入光功率输出光功率光纤的主要损耗单模光纤损耗谱示意图31光纤的主要损耗实用光纤的损耗谱32瑞利散射系数光信号波长结构缺陷散射损耗紫外吸收损耗杂质吸收损耗红外吸收损耗光纤的主要损耗其他损耗---辐射损耗又称弯曲损耗，光纤弯曲到一定程度后，会使光的传输途径改变。由传输模转换为辐射模，使一部分光能渗透到包层中或穿过包层向外泄漏损失掉，从而产生损耗包括两类：一是弯曲半径远大于光纤直径，二是光纤成缆时轴向产生的随机性微弯，弯曲半径大于5～10cm时，由弯曲造成的损耗可以忽略光纤损耗主要存在位置光纤本身：与长度和类型有关1310nm：0.35~0.5dB/Km1550nm：0.2~0.3dB/Km850nm：2.3~3.4dB/Km光纤连接点：0.2dB/Km33光线的色散特性光的色散效应34彩虹是怎么产生的?红花绿草的颜色是由什么决定的?光线的色散特性结论：白光不是单色光，而是由各种色光混合成的太阳光通过三棱镜后被分解成七种色光,依次是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫35

光的色散光线的色散特性光纤的色散效应现实光源信号不纯，含有不同的波长成分光纤中：1）不同频率（波长）的成分传播速度不同，2）不同传播模式传播速度不同，从而引起光脉冲产生时间弥散的现象色散效应是限制光纤通信系统传送容量和距离的关键因素之一光纤色散分类模式色散：光纤中不同传送模式的传送速度不同引起的色散模内色散：同一模式中不同频率成分传输速率不同引起的色散不同光纤的色散情况多模光纤的色散：以模式色散为主，模内色散较轻单模光纤的色散：只有模内色散36光纤的色散特性光纤的色散效应---模式色散定义：

同一波长光信号的不同模式成分之间的色散，称为模间色散或模式色散。模间色散只在多模光纤中存在产生原因：

多模光纤中同一波长分量在各个模式的光传播的路径、相位和速度不同，使得在光纤出射端各模式的到达时间不一致，产生时延差，引起光脉冲展宽37光纤的色散特性光纤的色散效应---阶跃式、渐变式光纤的模式色散38阶跃型光纤中，传播最快的和最慢的两条光线分别是沿轴线方向传播的光线①和以临界角θc入射的光线②，如图所示。因此，在阶跃型光纤中最大色散是光线①和光线②到达终端的时延差渐变型光纤中合理地设计光纤折射率分布，使光线在光纤中传播时速度得到补偿，从而模式色散引起的光脉冲展宽将很小光纤的色散特性光的色散效应---模内色散定义：

同一个波导模式的不同光波长之间的色散产生原因：39光纤石英材料的折射率不是一个常数，而是随光波长的增大而减小;（材料色散）光源光谱不纯;（材料色散）波导结构与折射率分布等参量有关，使得不同路径光线之间的速度差是一个随传输路径变化的复杂函数。（波导色散）这三方面原因导致同一个导波模式的不同波长光线之间产生时延差，引起光脉冲展宽光纤与光缆光缆：仅有纤芯和包层的光纤称为裸光纤，强度和柔韧性无法达到使用的要求在实际制造中，裸纤要用环氧树脂和硅橡胶分子材料进行涂敷，增强物理强度，再加工成不同类型的光缆多根光纤和辅助联络信号线、加强构建以及外护层等组成实用光缆40中心加强件抵御光缆在敷设和使用过程中可能产生的轴向应力，使光缆具有良好的抗拉伸功能。常用材料包括普通钢丝、磷化钢丝、不锈钢丝和玻璃钢圆棒松套管通过填充阻水油膏，防止水和潮气产生的氢氧根对光纤产生破坏，同时对多芯光纤进行分组双面涂塑复合金属带将中心加强件和松套管保护住，使其免受机械损伤聚乙烯外护套又名PE外护套，良好的绝缘体，既可以起到绝缘作用，还可以提高光缆的抗冲击、耐侧压等机械性能光纤与光缆光缆分类---室内vs室外室内光缆：用于室内环境，多为紧套结构，其特点是柔软、阻燃，满足室内布线的要求室外光缆：用于室外环境，能经受气候的变化，防止水渗透，抗阳光紫外线辐射，在大风及其他应力作用下不会受到损伤特种光缆：电力光缆（ADSS）、阻燃光缆光缆分类---敷设方式架空光缆：借助钢绞线等负重介质悬挂在线杆等位置的光缆管道光缆：一般沿管道进行敷设直埋光缆：一般用在长途干线中，可以直接埋入到规定深度和宽度的缆沟中，有较好的抗拉伸性能41光纤与光缆光缆分类---缆芯结构42束管光缆：一般小于12芯，直接放到一个松套管内,加强件在套管周围,管内填油膏，按蓝橙绿棕灰白红黑黄紫粉红天蓝进行排序。多用于局域网层绞式光缆：一根束管一般最多容纳12芯光纤，层绞式光缆采用多根束管构成。最大可做到288芯。常用的有4、6、8、12、16、24、32、48、96、144芯光纤与光缆成缆对光纤特性的影响43拉力特性光缆能承受的最大拉力取决于加强构件的材料和横截面积，一般要求大于1km光缆的重量，多数光缆在100～400kg范围压力特性光缆能承受的最大侧压力取决于护套的材料和结构，多数光缆能承受的最大侧压力在100～400kg/10cm弯曲特性弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折射率差Δ以及光缆的材料和结构成缆附加损耗不良的成缆工艺，把光纤制成光缆后，会带来附加损耗，称之为成缆损耗机械强度增加一般光纤的断点强度约为1～5kg，光缆结构中加入了加强构件、护套、甚至铠装层等，因此其断点强度远大于上述值温度特性成缆可以改善光纤的温度特性光纤与光缆成缆对光纤温度特性改善示意图44套塑光纤损耗随温度变化情况光缆损耗随温度变化情况光纤与光缆其他常见的光缆结构45光通信概念与特点光纤与光缆光端机光检测器光中继器波分复用技术46光端机光纤通信的发送设备47电端机：把信源消息转换成电数字信号光端机：位于电端机与光纤传输线路之间将电数字信号转换为适合光纤传输的光信号组成：光源驱动：即光调制，利用待传电信号控制发光强弱光源：产生光载波控制：自动光功率、温度控制光端机光源：自身正在发光，且能够持续发光的物体称为光源光纤通信使用光源的要求48发光波长应与光纤低损耗窗口相符0.85um，1.33um，1.55um输出功率足够大，且稳定度要高一般要求要有数十微瓦到数毫瓦的功率可靠性高、寿命长保证持续工作，寿命要在10万小时以上发光谱线宽度窄保证单色性，减少色散调制性能要好调制速率高，响应变化速度要快，调制效率也要高，满足高速传输目前使用的光源：发光二极管LED、半导体激光二极管LD光端机光源发光原理49原子是由原子核和围绕原子核旋转的电子构成。围绕原子核旋转的电子能量不能任意取值，只能取特定的离散值，这种现象称为电子能量的量子化在大量原子相互靠近形成半导体晶体时，由于半导体晶体内部电子的共有化运动，使孤立原子中离散能级变成能带半导体内部自由运动的电子(简称自由电子)所填充的能带称为导带；价电子所填充的能带称为价带；导带和价带之间不允许电子填充，所以称为禁带，其宽度称为禁带宽度，用Eg表示，单位为电子伏特(eV)光端机光源发光原理50自发辐射：处于高能级的电子状态是不稳定的，它将自发地从高能级(在半导体晶体中更多是指导带的一个能级)运动(称为跃迁)到低能级(在半导体晶体中更多是指价带的一个能级)与空穴复合，同时释放出一个光子。由于不需要外部激励，所以该过程称为自发辐射根据能量守恒定律，自发辐射光子的能量为：

hν12=E2-E1h为普朗克常数，其值为6.626×10-34J·s；ν12为光子的频率；E2为高能级能量；E1为低能级能量受激辐射：在外来光子的激励下，电子从高能级跃迁到低能级与空穴复合，同时释放出一个与外来光子同频、同相的光子。由于需要外部激励，所以该过程称为受激辐射受激吸收在外来光子激励下，也有可能使得电子吸收外来光子能量而从低能级跃迁到高能级，变成自由电子光端机光源发光原理51粒子数正常分布状态：在热平衡状态下，高能级上的电子数要少于低能级上电子数，不利于产生受激辐射！粒子数反转分布状态为了使物质发光，就必须使其内部的自发辐射和/或受激辐射几率大于受激吸收的几率实现能级之间的粒子数反转分布状态：光激励方法、电激励方法等光端机发光二极管光源（LED，Light-emmittingDiode）利用外加电流使发光区呈现粒子数反转状态，利用自辐射发光发出光谱线宽度较大按照器件输出光的方式，可以将发光二极管分为三种类型结构：表面发光二极管、边发光二极管及超辐射发光二极管52LED的工作原理可以归纳如下：当给LED外加合适的正向电压时，Pp结之间的势垒(相对于空穴)和Np结之间的势垒(相对于电子)降低，大量的空穴和电子分别从P区扩散到p区和从N区扩散到p区(由于双异质结构，p区中外来的电子和空穴不会分别扩散到P区和N区)，在有源区形成粒子数反转分布状态，最终克服受激吸收及其他衰减而产生自发辐射的光输出光端机半导体激光器光源（LD，LaserDiode）53工作原理：1.当给LD外加适当的正向电压时，由于有源区粒子数的反转分布而首先发生自发辐射现象2.传播方向与谐振腔高反射率界面垂直的自发辐射光子会在有源层内部边传播、边发生受激辐射放大(其余自发辐射光子均被衰减掉)，直至传播到高反射率界面又被反射回有源层，再次向另一个方向传播受激辐射放大。如此反复，直到放大作用足以克服有源层和高反射率界面的损耗后，就会向高反射率界面外面输出激光由三部分构成：激励源、工作物质及谐振腔利用光学谐振腔选频放大作用，产生同频、同相、同方向的相干光LD与LED的主要区别：LD有谐振腔，而LED没有谐振腔产生相干光（激光），谱线宽度极窄光端机光源的工作特性54P-I特性输出光功率P与输入电流I之间的关系曲线上图为LED的P-I特性，就整体而言，由于没有阈值而使LED具有非常优良的线性LD的P-I特性如下图所示。就曲线整体而言，由于存在阈值现象，整体线性不如LEDP-I特性还可以引出两个基本参数：微分量子效率和功率转换效率微分量子效率可以定义为输出光子数的增量与注入电子数的增量之比，曲线越陡，微分量子效率越大功率转换效率定义为输出光功率与消耗的电功率之比光端机光源的工作特性55光谱特性反映了光源光谱单色性的参数LED的光谱特性如上图所示。在图中，λ0为LED的峰值工作波长(典型值为0.85μm、1.31μm和1.55μm)；Δλ为谱线宽度，其定义为光强度下降到最大值一半时对应的波长宽度（3dB）LD的光谱特性如下图所示。在图中，λ0为LED的峰值波长(典型值如LED)；Δλ为谱线宽度，其定义为纵模包络或主模光强度下降到最大值一半时对应的波长宽度光谱曲线波峰约尖锐，则其单色性就越好光端机光源的工作特性56温度特性反映了光源阈值电流、发光功率与温度的关系温度特性主要影响到光源的平均发送光功率、P-I特性的线性及工作波长LED无阈值电流、谱线宽度大，温度特性好，因此适合传输模拟信号，不需要自动温控，寿命长、价格低。用于中低速、短距离通信系统LD的阈值电流、输出光功率及峰值工作波长受温度影响较大。为了降低温度对LD的影响，可以采用两种方法：选择温度特性优异的新型LD，或通过一个外加的自动温度控制电路，使LD的温度特性能够满足系统的要求光端机光源与光纤的耦合从光源发射出来的光功率应该尽可能多地送入光纤中传输，这就是光源与光纤的耦合问题衡量光源与光纤耦合的质量可以用耦合效率η，它定义为：LD与单模光纤的耦合效率较高，可以达到30～50%，而LED与单模光纤的耦合效率较低，可能小于1%57耦合进入光纤的光功率光源发射的功率光端机光调制模拟调制与数字调制58要实现光纤通信，首先要解决的问题是如何将电信号加载到光源的发射光束上，即需要进行光调制根据调制与光源的关系，光调制可分为：直接调制和间接调制从调制信号的形式来说，光源的直接调制又可分为模拟信号调制和数字信号调制模拟调制方式主要包括：强度调制(IM)、振幅调制(AM)、双边带抑制载波(DSB/SC)调制、单边带(SSB)调制方式及残余边带(VSB)调制方式数字调制方式主要包括：幅移键控(Amplitude-shiftedKeying，ASK)调制方式、频移键控(Frequency-shiftedKeying，FSK)调制方式及相移键控(Phase-shiftedKeying，PSK)调制方式等光端机光直接调制59直接调制就是将调制信号直接作用在光源上，把要传送的信息转变为电源信号注入到LD或LED，获得相应的光信号。常用发光强度调制(IM)用电场表示的、常用强度调制方式的已调制信号表达式： 式中：KT为与发送光功率有关的正常数；m为调制系数(0<m≤1)；x(t)为归一化幅度的调制信号波形；ωc为光载波角频率，φ0为初相位加载调制信号是在激光振荡的过程中进行的，以调制信号的规律去改变振荡的参数，从而达到改变激光输出特性实现调制的目的直接调制具有简单、经济、容易实现等优点，但存在波长(频率)的抖动，是光纤通信系统中广泛采用的调制方式光端机光直接调制60光端机光直接调制61光端机光外部调制62光源内调制的优点是电路简单容易实现，但因为要改变激光器内部振荡的参数，输出光的频率不能太高。因此不适合高码速场景。外调制是指加载调制信号在激光形成以后进行的，即调制器置于激光谐振腔外，在调制器上加调制信号电压。外调制不是改变激光器参数，而是改变已经输出的激光的参数（强度、频率等）外调制方式需要调制器，结构复杂，但可获得优良的调制性能，特别适合高速率光通信系统目前使用的外调制方式有：电光调制声光调制磁光调制光端机光外部调制--声光调制声光调制器利用介质的声光效应工作原理：当调制电信号变化时，由于压电效应，使压电晶体产生机械振动形成超声波，这个声波引起声光介质的密度发生变化，使介质折射率跟着变化，从而形成一个变化的光栅，光栅的变化使得光强随之发生变化，结果使光波受到调制光外部调制—电光调制电光调制的基本工作原理是晶体的线性电光效应电光效应是指电场引起晶体折射率变化的现象，能够产生电光效应的晶体称为电光晶体63光端机光外部调制—磁光调制磁光调制是利用法拉第效应得到的一种光外调制工作原理：入射光信号经过起偏器，使入射光变为偏振光，这束偏振光通过YIG（掺钇铁石榴石）磁棒时，其偏振方向随绕在上面线圈的调制信号而变化，当偏振方向与后面的检偏器相同时，输出光强最大，当偏振方向与检偏器方向垂直时，输出光强最小，从而使输出光强随调制信号变化，实现了光的外调制64光端机光端机的主要性能指标65平均发送光功率及其稳定度消光比定义为最大平均发送光功率与最小平均发送光功率之比，通常用符号EX表示:影响调制效率、传输距离等；对接收机的检测灵敏度也有影响光端机驱动电路和辅助电路66驱动电路作用：为光源提供驱动电流条件：电流较大、稳定；响应速度足够快，最好大于光源的驱动速度；保证光源具有稳定的输出特性自动温度、功率控制电路作用：稳定由于器件老化或者温度变化时激光器的输出功率光通信概念与特点光纤与光缆光端机光检测器光中继波分复用技术67光检测器基本组成及作用68将通过光纤传来的光信号通过光检测器变为电信号，再经过放大、均衡和定时再生恢复为原始数字信号电信号光检测器光纤通信系统对光检测器的主要要求在系统所用的波长内有足够高的灵敏度，能把微弱光信号转化为电信号输出有足够高