光纖通信系統(tǒng)中常用的調制方法

1、光纖通信系統(tǒng)中常用的調制方法一光纖通信概況1. 發(fā)展1966 年，美籍華人高錕和霍克哈姆發(fā)表論文，預見了低損耗的光纖能夠用于通信， 敲開了光纖通信的大門，引起了人們的重視。 1970 年，美國康寧公司首次研制成功損耗為20dB km 的光纖，光纖通信時代由此開始。由于光纖通信具有損耗低、傳輸頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音等優(yōu)點，備受業(yè)內人士青睞，發(fā)展非常迅速。光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量從1980 年到 2000 提高了 100 倍?；窘M成 2.年增加了近一萬倍，傳輸速度在過去的10 年中大約光纖通信系統(tǒng)是以光為載波， 利用純度極高的玻璃拉制成極細的光導纖維作為傳輸媒介， 通

2、過光電變換，用光來傳輸信息的通信系統(tǒng)。最基本的光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)射機、光纖線路和光接收機組成，具體如下圖所示二光調制與解調1. 基本概念類似于電通信中對高頻載波的調制與解調， 在光通信中葉對光信號進行調制與解調。 不管是模擬系統(tǒng)還是數(shù)字系統(tǒng)， 輸入到光發(fā)射機帶有信息的電信號， 都通過調制轉換為光信號。 光載波經(jīng)過光纖線路傳輸?shù)浇邮斩?，再由接收機通過解調把光信號轉換為電信號。2. 常用的調制方式根據(jù)調制和光源的關系，光調制可分為直接調制和間接調制兩類。直接調制方法是把要傳送的信息轉變?yōu)殡娦盘栕⑷隠D 或 LED，從而獲得相應的光信號，是采用電源調制的方法。間接調制是利用晶體的光電效應、 磁光效應

3、、聲光效應等性質來實現(xiàn)對激光輻射的調制，有電光調制、磁光調制、聲光調制、電吸收效應和共振吸收效應等。 本文將詳細介紹現(xiàn)在常用的是電光調制和聲光調制兩種。三、調制方式的詳細介紹1. 直接調制（1）調制原理直接對光源進行調制， 通過控制半導體激光器的注入電流的大小來改變激光器輸出光波的強弱。傳統(tǒng)的PDH 和 2.5Gbit/s速率以下的SDH 系統(tǒng)使用的LED 或 LD 光源基本上采用的都是這種調制方式。(2) 優(yōu)缺點a. 優(yōu)點：結構簡單、損耗小、成本低。b. 缺點：由于調制電流的變化將引起激光器發(fā)光諧振腔的長度發(fā)生變化， 引起發(fā)射激光的波長隨著調制電流線性變化， 這種變化被稱作調制啁啾， 它實際

4、上是一種直接調制光源無法克服的波長（頻率）抖動。啁啾的存在展寬了激光器發(fā)射光譜的帶寬，使光源的光譜特性變壞，限制了系統(tǒng)的傳輸速率和距離。（3）應用場合寬帶， 3G 蜂窩技術，軍用設備，測試測量的應用。(4)有關產品a. 法國 3S 推出 1915 LMA 直接調制模擬激光器，具有 RIN 低，輸出功率 10mW, 工作帶寬從 10MHz 到 20GHz，成本低等特點，適合針對各種射頻光傳輸系統(tǒng)應用。b. e1 接口光纖Modem，e1 光纖 modem 是將非成幀或成幀的e1數(shù)據(jù)信號直接調制到單?；蚨嗄９饫w上傳輸，用戶可選擇任意fe1 時隙。適用于在不同光纖鏈路上傳輸帶內管理通道，可以和v.3

5、5 光纖modem 或以太網(wǎng)光纖 modem 成對使用。是世界首個以直接調制方式實現(xiàn)遠距離傳送的10Gbps 光收發(fā)器。2. 聲光調制（1）調制原理利用光波被介質中的超聲波衍射來實現(xiàn)的。 聲光調制器包括光介質、電聲換能器等部分。調制電信號加在由某些壓電晶體（如石英、鈮酸鋰等）做成的電聲換能器上，轉換為超聲波；當超聲波在聲光介質中傳播時，介質密度將會發(fā)生疏密交替的變化， 相當于一個條紋間隔等于超聲波波長的衍射光柵。 使得通過介質的光波強度、 頻率和方向都將隨超聲波發(fā)生變化， 即起到了調制的作用。 目前主要有兩種聲光調制器：自由空間聲光調制器和光纖耦合聲光調制器。(2) 優(yōu)缺點a. 優(yōu)點： 有更小

6、的體積、重量和更好的輸出波形，可以獲得較高的對比度， 所需要的驅動功率也遠比電光調制小。 比直接調制技術有高得多的調制頻率，有更高的消光比（一般大于1000： 1），更低的驅動功率，更優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性和更好的光點質量以及低的價格b. 缺點：它的調制帶寬不如電光調制。（ 3）應用場合a. 預 ( 光 ) 刻伺服磁道技術的研究， 利用激光微斑記錄特性使磁盤存儲器的道密度得到大幅提高，而在預( 光 ) 刻伺服錄寫裝置中，一個重要的任務就是對激光束進行光強調制集光脈沖調制。而通常采用的既是聲光調制。b.激光印刷機中，激光束的偏轉調制器就是應用聲光調制布拉格衍射原理實現(xiàn)的。利用高頻驅動電路可以產生高頻電

7、振蕩，通過超聲轉換能器形成超聲波，通過快速控制超聲波，實現(xiàn)聲光器件調制激光束的目的。c.在軍事上，它也有廣泛應用。例如一種新式探測器:雷達波譜分析器?？哲婏w行員可以利用它分析射到飛機上的雷達信號來判斷飛機是否被敵方跟蹤。外來的雷達信號與本機內半導體激光器產生的振蕩信號經(jīng)混頻，放大后，驅動聲光調制器，產生超聲波，當外來信號變化時，超聲波長也變化，衍射光的角度也變化，反映在二極管列陣上，我們可以很容易的識別敵方雷達信號。(4)有關產品a.美國CTI 公司生產的聲光調制器AOM，用于調節(jié)與控制激光的光強。b. 光纖耦合聲光調制器（全光纖聲光調制器）3. 電光調制（1）調制原理電光調制是基于線性電光效

8、應 （普克爾效應） 即光波導的折射率正比于外加電場變化的效應。 電光效應導致的相位調制器中光波導折射率的線性變化，使通過該波導的光波有了相位移動, 從而實現(xiàn)相位調制。單純的相位調制不能調制光的強度。 由包含兩個相位調制器和兩個 Y 分支波導構成的馬赫澤德 （Mach-Zehnder）干涉儀型調制器能調制光的強度。電光調制器是利用某些晶體材料在外加電場的作用下所產生的電光效應而制成的器件。 常用的有兩種方式： 一種是加在晶體上的電場方向與通光方向平行，稱縱向電光效應（也稱為縱向運用）；另一種是通光方向與所加電場方向相垂直， 稱橫向電光效應 （也稱為橫向運用）。下圖為橫向光電調制器的結構：(2)

9、優(yōu)缺點a.橫向調制 :優(yōu)點是可以增加材料的長度，減少厚度，來減小斑駁電壓。缺點是會由自然雙折射引起相移，對溫度敏感。b.縱向調制 :優(yōu)點是結構簡單， 工作穩(wěn)定，無自然雙折射的影響，不需進行補償。缺點是半波電壓太高， 功率損耗較大。一般橫向調制器橫向運用時其半波電壓要低于縱向運用,但由于存在著自然雙折射引起的相位延遲，且隨溫度的漂移而改變， 往往使已調波發(fā)生畸變，常采用“組合調制器 ”來進行補償。（3）應用場合a.調節(jié)激光束功率，速度如激光印刷，數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸速度記錄，或高光通信b.主動鎖模c.開關脈沖脈沖采摘， 再生放大器和腔倒空激光器(4)有關產品a. 美國 ConOptics 公司生產的高重頻 / 高速普克爾盒系統(tǒng)，用于鎖模激光器和再生放大系統(tǒng)， 實現(xiàn) 5002000nm光譜范圍 MHZ以上頻率開關，消除 EMI效應。系統(tǒng)由光調制器、調制器驅動和同步電路組成。b. 英國 Leysop 公司生產的低電壓電光調制器，這是一款低電壓ADP橫向模式調制器，該器件可工作在整個可見光波段，并且沒有電壓共振現(xiàn)象，具有較高的溫度穩(wěn)定性， 但在需要長期直流幅度的地方，它應該在恒溫條件下使用。 調制頻率不受該器件本身特性的限制，而是受電容的限制。四 參考文獻淺論光纖通信技術的特點和發(fā)展趨勢（中國論文下載中心作者：何召舜編輯： studa0904