光纤制导技术在潜艇武器系统中的应用

　　2.光纤通信系统的实现

　　2．1 光纤通信系统的组成

　　光通信系统一般由光发送部分、光接收部分、光源、光电检测器、光波分复用器、光连接器等部分组成。下面对其中的几部分进行简单介绍：

　　1）光发送机和接收机

　　要实现信息传输，必须实现光调制和解调。信息信号对光源发出的光信号的调制即光调制。调制后的光信号经过光纤传送到光检测器，经过处理再恢复出原有的信息，这个过程称为解调。光信号的调制是光发送机来完成的，解调是光接收机来完成的。光信号的幅度、频率、相位和光强都可以被调制。对数字调制而言，前3种的调制方式与电信号的ASK，FSK，PSK相对应，光强度调制(IM)是目前光纤通信中最主要的调制方式。光强调度制用电信号的"1"，"0"来控制光源的开和关，因而也被称为开关键控制OOK(On-Off-Key)方式，它既可以直接对光源进行调制，也可以采用外调制器。直接调制方便，价格低廉；外调制技术复杂，价格高，但性能优越。

　　2）光电检测器

　　光电检测器是光纤通信系统的一个核心器件，主要完成光信号到电信号的转换功能，要求具有灵敏度高、响应时间短、噪声小、消耗低、可靠性高等优点。目前能较好地满足这些要求的是由半导体材料做成的光电检测器。实际应用的光电检测器有两种类型。一种是PIN光电二极管(PIN-PD)；另一种是雪崩光电二极管(APD)。PIN光电二极管主要应用于短距离、小容量的光纤通信系统；APD主要应用于长距离、大容量的光纤通信系统。

　　3）光波分复用器

　　光波分复用器的功能是把多个不同的光信号复合在一起，并注入到一根光纤传输。体特性的好坏很大程度上决定了整个系统的性能。根据其制造方法的不同，光波分复用器可以分为4种类型：角色散型，介质膜干涉型，光纤耦合型和集成光波导型。

　　4）光纤连接器

　　光纤连接方法：熔接法，V型槽机械连接和弹性管连接。

　　连接损耗分为内部损耗和外部损耗，外部损耗又称为机械对准误差或连接错位损耗，它顾名思义是由于光纤之间的连接错位引起的损耗。内部损耗又称为与光纤相关的损耗，这主要是由于光纤的波导特性和几何特性的差异导致的损耗。连接错位一般有以下几种情况：轴向位移，连接间隔，倾斜位移，截面不平。

　　2．2 光纤通信系统中的关键参数

　　1)平均发送光功率

　　光发送机的平均发送光功率，是在正常条件下光发送机发送光源尾纤输出的平均光功率。平均发送光功率指标应根据整个系统的经济性、稳定性、可维护性及光纤线路的长短等因素全面考虑，并不是越大越好。

　　2)消光比

　　消光比定义为全"1"码平均发送光功率与全"0"码平均发送光功率之比，可用式(1)表示：

　　(1) 式中：P11为全"1"码平均发送光功率；P00为全"0"码平均发送光功率。消光比直接影响光接收机的灵敏度，从提高接收机灵敏度的角度希望消光比尽可能大，有利于减少功率代价，但也不是越大越好。大的消光比会产生诸如啁啾声功率代价增加、激光器图案相关抖动增加等弊端。

　　3)光谱特性

　　对于高速光纤通信系统，光源的光谱特性成为制约系统性能的至关重要的参数指标，它影响了系统的色散性能，需要仔细考虑。

　　4)接收机的灵敏度

　　用满足给定的误码率(如10-9)指标条件下可靠工作所需要的最小平均光功率pmin(mw)来表示。工程上光接收机的灵敏度常用光功率相对值来表示，单位是分贝毫瓦(dBm)。二者的推算关系为：

　　(2) 式中：Pmin单位为W，S的单位即为dBm。当入射光功率P大于Pmin时，系统的误码率BER<10-9，能可靠地工作。当入射光功率小于Pmin时，误码率较大，不能正常工作。可见某一光接收机能在最低的入射功率下，达到同样的指标，该接收机灵敏度就比较高。

　　5)接收机的动态范围

　　是在保证系统的误码率指标要求下，光接收机最低输入光功率Pmin和最大允许光功率Pmax的变化范围。这个范围用D表示，一般在工程上用二者(用dBm描述)之差来表示。其表示了光接收机对信号的适应能力，数值越大越好。

　　(3) 之所以要求光接收机有一个动态范围，是因为光接收机的输入信号不是固定不变的，为了保证系统正常工作，光接收机必须具备适应输入信号在一定范围内变化的能力。低于这个动态范围的下限(即灵敏度)，将产生过大的误码；高于这个动态范围的上限，在判决时亦将造成过大的误码。显然一部好的光接收机应有较宽的动态范围。