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【摘要】

光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)射機(jī)、光纖傳輸線路和光接收機(jī)三個部分組成。光發(fā)射機(jī)用于電信號的發(fā)射、光纖傳輸線路用于光信號傳輸、光接收機(jī)用于光信號接收。本文主要討論光源、光纖、光探測器對光纖通信性能的影響。

【關(guān)鍵詞】

光源；光纖；光探測器

光纖通信技術(shù)(opticalfibercommunications)作為一門通信技術(shù)，近年來發(fā)展日新月異，已成為未來信息社會中各種數(shù)據(jù)承載的主要工具。光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)送機(jī)、光纖線路、光中繼器、光接收機(jī)和各種無源光器件等組成。本文主要探討光源、光纖、光探測器對光纖通信系統(tǒng)性能的影響。

1光源對光纖通信性能的影響

1．1合適的發(fā)光波長光源的發(fā)光波長必須在通信光纖的低損耗區(qū)，即0．85μm、1．31μm和1．55μm三個石英光纖的“低損耗窗口”。光通信系統(tǒng)中作為第一窗口的0．85μm“低損耗窗口”使用非常少了，1．31μm的“低損耗窗口”在實際應(yīng)用中非常廣泛，1．55μm的“低損耗窗口”也越來越多的被使用。

1．2足夠的輸出功率光源輸出功率的大小對于光纖通信系統(tǒng)的中繼傳輸距離有著直接的影響作用。在光纖通信系統(tǒng)工作在線性狀態(tài)下光源的輸出功率越大，系統(tǒng)的中繼傳輸距離就會越遠(yuǎn)。常用的光纖通信系統(tǒng)的光源輸出功率為100uw－2mW。

1．3可靠性高，壽命長光源的可靠性和使用壽命對光纖通信的可靠性影響非常大，通信工程要求通信光源的平均工作壽命在106小時內(nèi)(約工作使用100年)不允許因光源自然損壞而發(fā)生中斷通信。

1．4輸出效率高光源的輸出效率對光纖通信也有很大的影響，一般要求在低電壓工作狀態(tài)下光源器件有盡量高的輸出效率。這樣做的目的是有利于無人中繼站的供電。目前輸出效率的標(biāo)準(zhǔn)是大于10%，將來希望能夠達(dá)到50%。

1．5光譜寬度窄光源器件的光譜寬度影響統(tǒng)的傳輸帶寬，不同頻帶的光與光纖的色散效應(yīng)相結(jié)合，能夠產(chǎn)生噪聲，對光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量和傳輸距離有影響。理想的光源器件產(chǎn)生的光源只在一個頻點(diǎn)上，實際中這樣的光源器件還沒有辦法做出來，這樣就只能要求通信中使用光源的光譜寬度窄。

1．6聚光性好光纖通信中，光源器件所發(fā)的光要能夠更多地耦合進(jìn)光纖才能保證中繼距離遠(yuǎn)，這就是常說的耦合效率要高。耦合效率高，實際能夠進(jìn)入光纖的光功率就大，這就要求光源有較好的聚光性。

1．7調(diào)制方便光纖通信就是把各種數(shù)據(jù)信息加載到光波上傳輸。能夠高效和高頻率地用電信號來調(diào)制光波對光纖通信系統(tǒng)有很大的影響。除了以上對光源特性要求，在實際的光纖通信系統(tǒng)中還要考慮其他的因素。工程設(shè)計中通常選用半導(dǎo)體激光器和半導(dǎo)體發(fā)光二極管，這些光源器件的性能能夠滿足上述的各項要求。

2光纖對通信系統(tǒng)性能的影響

光纖是光信號傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)，其特性直接決定光纖傳輸系統(tǒng)的帶寬和傳輸距離。按理論計算，光纖通信常用波長1．3微米及1．55微米波長窗口的容量可達(dá)25000GHz。光纖通信的速率已從單波長的2．5Gb/s和10Gb/s爆炸性地發(fā)展到多波長的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)傳輸，實驗室光系統(tǒng)速率甚至達(dá)到10Tb/s。

2．1損耗對通信系統(tǒng)的影響由于光纖損耗的存在，光信號在光纖中傳輸時不管是模擬信號或者是數(shù)字脈沖信號幅度都要減小，其功率隨著傳輸距離的增加以指數(shù)形式衰減。這樣就導(dǎo)致光纖的損耗在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離。在最一般的條件下，在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β蔖隨距離z的變化，可以用下式表示，式中，α是損耗系數(shù)。

2．2色散對通信系統(tǒng)的影響光纖的色散是由于速度的不同而使得傳播時間不同，因此造成光信號中的不同頻率成分到達(dá)光纖終端有先有后，從而產(chǎn)生波形畸變的一種現(xiàn)象。這種現(xiàn)象表現(xiàn)在傳一個脈沖信號時，光脈沖將隨著傳輸距離的延長，脈沖的寬度越來越被展寬。色散一般包括模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散。常用光纖的種類有G．652單模光纖、G．653色散位移光纖和G．655零色散位移光纖等。

3光探測器對光纖通信性能的影響

3．1響應(yīng)度(R)對光纖通信性能的影響響應(yīng)度(R)是指在一定波長的光照射下，光電檢測器的平均輸出電流與入射的平均光功率之比稱為響應(yīng)度(或響應(yīng)率)。

3．2量子效率(η)對光纖通信性能的影響量子效率定義為通過結(jié)區(qū)的載流子數(shù)與入射的光子數(shù)之比。

3．3波長響應(yīng)對光纖通信性能的影響各種材料有著不同的禁帶寬度，這樣導(dǎo)致不同的材料制作的光電檢測器，有著各自的波長響應(yīng)范圍。Si材料制作的光電二極管，波長響應(yīng)范圍是0．5～1．06μm，Ge材料制作的光電二極管，波長響應(yīng)范圍是1．1～1．6μm。不同的光電接收器工作于不同的光纖系統(tǒng)。

3．4響應(yīng)速度對光纖通信性能的影響光接收器(光電二級管)的響應(yīng)速度是指它的光電轉(zhuǎn)換速率。響應(yīng)速率常用響應(yīng)時間來表示。響應(yīng)時間直接影響光電二極管所能接收的最高傳輸速率，因此越短越好。光電檢測器的性能直接影響光接收機(jī)的靈敏度。在實際應(yīng)用中光纖通信系統(tǒng)中常用的有PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)兩種類型。

4結(jié)語

光源、光纖、光探測器構(gòu)成了光纖通信系統(tǒng)的主體，各組成部分的性能好壞對光纖通信系統(tǒng)性能都起著非常重要的作用。是實際光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計中，要求熟知光源、光纖、光檢測器的相關(guān)產(chǎn)品及應(yīng)用有一定了解，重點(diǎn)在于掌握光纖通信系統(tǒng)的基本方法———功率預(yù)算和帶寬預(yù)算以及高速系統(tǒng)的色散受限和損耗受限對中繼距離的影響等。

參考文獻(xiàn):

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［2］錢浚霞，鄭堅立．光電檢測技術(shù)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1993．

［3］田國棟．光纖通信技術(shù)［M］．西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2008．

作者：程沖 單位：武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院