衡量接收机性能的主要指标是接收灵敏度。在接收机的理论中,中心的问题是如何降低输入端的噪声,提高接收灵敏度。光接收机灵敏度主要取决于光电检测器的响应度以及检测器和放大器的噪声。
2、半导体光电检测器件
光纤通信和光纤图像传输系统中,最常用的半导体光电检测器件是扩散型PIN硅光电二极管与雪崩光电二极管APD。PIN光电二极管比较简单,只需加10~20V的反向偏压即可工作,且不需偏压控制,并且由于在PN结间增加了I层,展宽了光电转换的有效工作区域,使结电容下降,提高了频率响应与灵敏度,但它没有增益,因此使用PIN管的接收机的灵敏度不如APD管 ; APD管具有10~200倍的内部电流增益,可提高光接收机的灵敏度,但使用APD管比较复杂,需要几十到200V的偏压,并且温度变化较严重地影响APD的增益特性,所以通常需对APD管的偏压进行控制以保持其增益不变,或采用温度补偿措施以保持其增益不变。
3、光接收端机的主要技术指标
①接收灵敏度
接收灵敏度是数字光接收机最重要的指标,它直接决定光纤传输(通信)系统中的中继距离和传输(通信)质量。数字光接收机灵敏度的定义如下 : 在指定误码率或信噪比时的最小接收信号光功率Pr(mW),通常用dBm表示。
Sr = 10logPr(dBm)
Pr或Sr越小,意味着数字光接收机接收微弱信号的能力就越强,灵敏度越高。此时,当光发射机输出功率一定时,则保证传输质量(满足一定误码率的要求)的中继传输(通信)距离就越长。因此,提高数字光接收机的灵敏度,可以延长光纤传输(通信)系统的中继距离和增加通信容量。
影响接收灵敏度的主要因素是,光信号检测过程及前置放大器中各种噪声。它包括光电检测器的噪声、放大器噪声和模分配噪声等。其中,光电检测器和放大器的噪声称接收机噪声 ; 模分配噪声是指在高速调制下,激光器呈多模特性,而且各纵模的功率是随机起伏造成的。此外,由于光纤具有色散特性,其多纵模的谱线经过光纤传输后会产生不同的延时,从而产生噪声。因此,这种模分配噪声是在发送端的光源和传输介质光纤中形成的噪声,而接收机无法避免。
在实际的光纤传输系统中,光接收机很少工作在极限灵敏度下,这是因为考虑到元件老化、温度变化及制造公差等引起的退化,因而在系统设计中必须留出一定的富余量(3 dB~6 dB)。此外,对接收灵敏度的要求,也和系统应用有关。例如对于海底光传输(通信)系统,总希望尽量减少中继站数目,以提高可靠性并易于维修。这样,就希望有很高的接收灵敏度,以延长中继距离;而对陆地光传输(通信)系统及数据网,中继距离常常取决于中继站的位置,因而对接收灵敏度的要求就不高。因此,接收灵敏度是接收机设计中最基本的问题。
②动态范围
在实际的系统中,由于中继距离、光纤损耗、连接器及熔接头损耗的不同,发送功率随温度的变化及老化等因素,接收光功率有一定的范围。
数字光接收机的动态范围是,最大允许的接收光功率和最小可接收光功率之差。而最大光功率取决于非线性失真和前置放大器的饱和电平,最小光功率则取决于接收灵敏度。