4.1. 光发射机

1. 受调制的光源特性参数有功率、幅度、频率和相位

2. 实际光纤系统广泛应用的是直接光强（功率）调制

3. LED无需偏置电流，信号电流直接调制，输出光功率与信号电流成正比

4. LD需要施加偏置电流，当激光器的驱动电流大于阈值电流后，输出光功率与信号电流成正比

4.1.1. 光发射机基本组成

对通信用光源的要求如下：

1. 发射的光波长应和光纤低损耗窗口一致，即中心波长应在850 nm、1310 nm、1550 nm附近。光谱单色性要好，即光谱宽度要窄，以减小光纤色散对带宽的限制

2. 电/光转换效率要高，即要求在足够低的驱动电流下，有足够大而稳定的输出光功率，且线性良好。发射光束的方向性要好，即远场的辐射角要小，以利于提高光源与光纤之间的耦合效率

3. 允许的调制速率要高或响应速度要快，以满足系统对传输容量的要求

4. 器件应能在常温下以连续的方式工作，要求温度稳定性好，可靠性高，寿命长

5. 此外要求器件体积小，重量轻，安装使用方便，价格便宜

对调制电路和控制电路的要求如下：

1. 输出光脉冲的通断比（全“1”码平均光功率和全“0”码平均光功率的比值，或消光比的倒数）应大于 10，以保证足够的光接收信噪比

2. 输出光脉冲的宽度应远大于开通延迟（电光延迟）时间，光脉冲的上升时间、下降时间和开通延迟时间应足够短，以便在高速率调制下，输出的光脉冲能准确再现输入电脉冲的波形

3. 对激光器应施加足够的偏置电流，以便抑制在较高速率调制下可能出现的驰张振荡，保证发射机正常工作

4. 应采用自动功率控制（APC）和自动温度控制（ATC），以保证输出光功率有足够的稳定性

线路编码：电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码，而光源不能发射负脉冲，所以要变换为适合于光纤传输的单极性码

4.1.2. 调制特性

电光延迟：半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间，其数量级一般为ns

码型效应：电光延迟要产生码型效应。在脉冲序列中较长的连“0”码后出现的“1”码，其脉冲明显变小，而且连“0”码数目越多，调制速率越高，这种效应越明显。用适当的过调制补偿方法，可以消除码型效应（同时最高调制频率应低于张弛振荡频率）

张弛振荡：当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为张弛振荡。因此实际使用的最高调制频率应低于张弛振荡频率

电光延迟和张弛振荡的后果是会限制调制速率

自脉动现象：某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡，这种现象称为自脉动现象（自脉动现象是激光器内部不均匀增益或不均匀吸收产生的）

4.1.3. 调制电路和自动功率控制

在LD的驱动电路里，为什么要设置功率自动控制电路 APC？功率自动控制实际是控制 LD的哪几个参数？

1. 在LD的驱动电路里，设置功率自动控制电路（APC）是为了调节LD的偏流，使输出光功率稳定

2. 功率自动控制实际是控制LD的偏置电流、输出光功率、激光器背向光平均功率

4.1.4. 温度特性和自动温度控制

在LD的驱动电路里，为什么要设定温度自动控制电路？具体措施是什么？控制电路实际控制的是哪几个参数？

1. 在LD的驱动电路里，设置自动温度控制电路是因为半导体光源的输出特性受温度影响很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感，为保证输出特性的稳定，对激光器进行温度控制是十分必要的

2. 温度控制装置一般由致冷器、热敏电阻和控制电路组成。致冷器的冷端和激光器的热沉接触，热敏电阻作为传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使激光器输出特性保持恒定

3. 控制电路实际控制的是：换能电桥的输出、三极管的基极电流和致冷器的电流

4.2. 光接收机

4.2.1. 光接收机基本组成

对光检测器的要求如下：

1. 波长响应要和光纤低损耗窗口（850 nm、1310 nm、1550 nm）兼容

2. 响应度要高，在一定的接收光功率下，能产生尽可能大的光电流

3. 噪声要尽可能低，能接收微弱的光信号;

4. 性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小。

目前，适合于光纤通信系统应用的光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）

4.2.2. 噪声特性

光接收机中有哪些噪声？

1. 光检测器的噪声：包括量子噪声、暗电流噪声及由APD的雪崩效应产生的附加噪声。这是一种散粒噪声，由光子产生光生电流过程的随机性所引起，即使输入信号光功率恒定时也存在

2. 热噪声及前置放大器的噪声：热噪声是在特定温度下由电子的热运动产生，任何工作于绝对零度以上的器件都是存在的，在光接收机中主要包括光检测器负载电阻、前置放大器输入电阻的热噪声

4.2.3. 灵敏度

灵敏度是限定误码率或信噪比条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率，表示光接收机接收微弱信号的能力，是衡量光接收机性能的综合指标

4.2.4. 动态范围

动态范围是在限定的误码率条件下，光接收机所能承受的最大平均接收光功率和所需最小平均接收光功率的比值，用dB表示：$DR=10*log(P_{max}/P_{min})$

在数字光接收机中，为什么要设置AGC电路：自动增益控制AGC使光接收机具有较宽的动态范围，以保证在入射光强度变化时输出电流基本恒定。由于使用条件不同，输入光接收机的光信号大小会发生变化，为实现宽动态范围，采用AGC是十分有必要的。AGC一般采用接收信号强度检测（一般设在放大器输出端）及直流运算放大器构成的反馈控制电路来实现。对于APD光接收机，AGC控制光检测器的偏压和放大器的增益；对于PIN光接收机，AGC只控制放大器的增益

数字光接收机量子极限的含义是什么：光接收机可能达到的最高灵敏度，这个极限值是由量子噪声决定的，所以称为量子极限

4.3. 线路编码

数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有：

1. 可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，有利于提高光接收机的灵敏度

2. 能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连“1”码和连“0”码的数目，使“1”码和“0”码的分布均匀，保证定时信息丰富。

3. 能提供一定的冗码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应适当减少冗余码，以免占用过大的带宽

常用的线路码型有哪些？：扰码、mBnB码和插入码

1. 扰码：将原始的二进制码序列加以变换，使其接近于随机序列

2. mBnB码：把一个码字（mB）变换为n个二进制码（nB），并在同一个时隙内输出

3. 插入码：在每组mB码末尾按一定规律插入一个码组成m+1个码为一组的线路码流

课后例题