光探測器對光纖通信性能的影響范文

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【摘要】

光纖通信系統主要由光發射機、光纖傳輸線路和光接收機三個部分組成。光發射機用于電信號的發射、光纖傳輸線路用于光信號傳輸、光接收機用于光信號接收。本文主要討論光源、光纖、光探測器對光纖通信性能的影響。

【關鍵詞】

光源；光纖；光探測器

光纖通信技術(opticalfibercommunications)作為一門通信技術，近年來發展日新月異，已成為未來信息社會中各種數據承載的主要工具。光纖通信系統主要由光發送機、光纖線路、光中繼器、光接收機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性能的影響。

1光源對光纖通信性能的影響

1．1合適的發光波長光源的發光波長必須在通信光纖的低損耗區，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的中繼傳輸距離有著直接的影響作用。在光纖通信系統工作在線性狀態下光源的輸出功率越大，系統的中繼傳輸距離就會越遠。常用的光纖通信系統的光源輸出功率為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(約工作使用100年)不允許因光源自然損壞而發生中斷通信。

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。目前輸出效率的標準是大于10%，將來希望能夠達到50%。

1．5光譜寬度窄光源器件的光譜寬度影響統的傳輸帶寬，不同頻帶的光與光纖的色散效應相結合，能夠產生噪聲，對光纖通信系統的傳輸容量和傳輸距離有影響。理想的光源器件產生的光源只在一個頻點上，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，光源器件所發的光要能夠更多地耦合進光纖才能保證中繼距離遠，這就是常說的耦合效率要高。耦合效率高，實際能夠進入光纖的光功率就大，這就要求光源有較好的聚光性。

1．7調制方便光纖通信就是把各種數據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制光波對光纖通信系統有很大的影響。除了以上對光源特性要求，在實際的光纖通信系統中還要考慮其他的因素。工程設計中通常選用半導體激光器和半導體發光二極管，這些光源器件的性能能夠滿足上述的各項要求。

2光纖對通信系統性能的影響

光纖是光信號傳輸的物理介質，其特性直接決定光纖傳輸系統的帶寬和傳輸距離。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爆炸性地發展到多波長的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)傳輸，實驗室光系統速率甚至達到10Tb/s。

2．1損耗對通信系統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形式衰減。這樣就導致光纖的損耗在很大程度上決定了系統的傳輸距離。在最一般的條件下，在光纖內傳輸的光功率P隨距離z的變化，可以用下式表示，式中，α是損耗系數。

2．2色散對通信系統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光纖終端有先有后，從而產生波形畸變的一種現象。這種現象表現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響應度(R)對光纖通信性能的影響響應度(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度(或響應率)。

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區的載流子數與入射的光子數之比。

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

3．4響應速度對光纖通信性能的影響光接收器(光電二級管)的響應速度是指它的光電轉換速率。響應速率常用響應時間來表示。響應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的靈敏度。在實際應用中光纖通信系統中常用的有PIN光電二極管和雪崩光電二極管(APD)兩種類型。

4結語

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

參考文獻:

［1］杜慶波，曾慶珠，李潔．光纖通信技術與設備［M］．西安:西安電子科技大學出版社，2008．

［2］錢浚霞，鄭堅立．光電檢測技術［M］．北京:機械工業出版社，1993．

［3］田國棟．光纖通信技術［M］．西安:西安電子科技大學出版社，2008．

作者：程沖 單位：武漢鐵路職業技術學院