[科普中國]-消光比

簡(jiǎn)述

在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，理論上光發(fā)射機(jī)在傳送數(shù)字信號(hào)過程中，發(fā)“0”碼時(shí)應(yīng)無光功率輸出。但實(shí)際的光發(fā)射機(jī)由于光源器件本身的問題或是直流偏置選擇不當(dāng)，致使發(fā)“0”碼時(shí)也有微弱的光輸出。理論分析表明，這種情況將導(dǎo)致接收機(jī)靈敏度下降，消光比EXT就是描述光發(fā)射機(jī)這種性能的指標(biāo)。所謂消光比，是指激光器在發(fā)射全“1”碼時(shí)的光功率P1與全“0”碼時(shí)發(fā)射的光功率P0之比。

光源的消光比將直接影響接收機(jī)的靈敏度，為了不使接收機(jī)的靈敏度明顯下降，消光比一般應(yīng)大于10dB，如果激光器的偏置電流過大，會(huì)使消光比惡化從而降低接收機(jī)的靈敏度。

設(shè)激光器閾值電流瓦，一般取如 =(0．85～0．95) 。令驅(qū)動(dòng)脈沖電流的峰一峰值為 ，為避免結(jié)發(fā)熱和碼型效應(yīng)， 需滿足關(guān)系式 + =(1．2～1．3) 。

所謂結(jié)發(fā)熱效應(yīng)，是指即使在環(huán)境溫度不變的情況下，由于調(diào)制電流作用引起激光器結(jié)區(qū)溫度的變化，結(jié)果導(dǎo)致輸出光脈沖形狀發(fā)生變化的效應(yīng)。在電流脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，結(jié)溫隨時(shí)間的增加而增加，而輸出光功率卻隨時(shí)間增加而減?。浑娏髅}沖過后，結(jié)溫隨時(shí)間減小，輸出的光功率卻隨時(shí)間增加，最后達(dá)到偏置電流的穩(wěn)定值。所以如果同一連續(xù)的脈沖電流去調(diào)制激光器而脈沖電流的寬度又足夠?qū)?，那么由于結(jié)發(fā)熱效應(yīng)，光脈沖將出現(xiàn)調(diào)制失真。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)偏流逼近閾值，并適當(dāng)選擇調(diào)制電流幅度，對(duì)減小結(jié)發(fā)熱效應(yīng)是有利的。碼型效應(yīng)的特點(diǎn)是脈沖序列中較長的連“0”碼后出現(xiàn)的“1”碼脈沖明顯減小。而且連“0”碼數(shù)目越多，調(diào)制速率越高，這種效應(yīng)越顯。1

馬呂斯定律與消光比透過兩偏振片的光強(qiáng)隨兩偏振片的透光軸的夾角θ而變化，即

=θ

式中，是兩偏振片透光軸平行(θ=0)時(shí)的透射光強(qiáng)。上式所表示的關(guān)系稱為馬呂斯(Malus)定律。當(dāng)它們的透光軸互相垂直時(shí)，如果偏振片是理想的(即自然光通過偏振片后成為完全的線偏振光)，透射光強(qiáng)應(yīng)該為零。隨著夾角p的變化，可連續(xù)改變透射光的光強(qiáng)。

實(shí)際的偏振器件總不是理想的，自然光透過后獲得到的不是完全的線偏振光，而是部分偏振光。因此，即使兩個(gè)偏振器的透光軸互相垂直，透射光強(qiáng)也不為零。稱這時(shí)的最小透射光強(qiáng)與兩偏振器透光軸互相平行的最大透射光強(qiáng)之比稱為消光比，它是衡量偏振器件質(zhì)量的重要參數(shù)；消光比愈小，偏振器件產(chǎn)生的偏振光的偏振度高。人造偏振片的消光比約為10～。2

實(shí)際應(yīng)用消光比的不足容易引起對(duì)碼元的誤判等一系列問題。假如二個(gè)偏振元件P1和P2左右排置放著，如我們稱P1為起偏器，透過P1的光為線偏振光，稱P2為檢偏器，如果P1和P2的光軸一致，則透過P2的光強(qiáng)最強(qiáng)，如果P1和P2的光軸相差90度，則光強(qiáng)為零。假如通過P1的線偏振光的振幅為E，則光強(qiáng)為I0=E^2。E可以分解為Ecosθ和Esinθ兩個(gè)互相垂直的分量，其中Ecosθ分量平行于檢偏器的透光軸，而Esinθ分量則是垂直于該透光軸，故這兩個(gè)分量中只有Ecosθ分量才能從檢偏器通過，因此I=（Ecosθ）^2=I0(cosθ)^2，此式稱為馬呂斯定律。消光比：實(shí)際上偏振器件并不都是理想的，也就是說自然光通過P1后得到的不是完全的偏振光，而是部分偏振光；即使P1和P2互相垂直，透過光強(qiáng)也不為零。當(dāng)它們相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，稱檢偏振器相對(duì)于被檢偏振器的最大透過光強(qiáng)與最小透過光強(qiáng)之比稱為消光比。消光比是衡量偏振器質(zhì)量的重要參數(shù)，消光比越大，該偏振器質(zhì)量越高。

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于設(shè)備及環(huán)境差異的問題，消光比很難控制，只能將消光比控制在某一范圍。由于消光比的決定因素是功率，所以消光比的影響因素可以從兩大方面考慮：

第一，溫度差異。溫度的差異會(huì)導(dǎo)致電路元件參數(shù)的改變，影響功率，從而引起消光比變化。

第二，光路潔凈度差異。光路的潔凈度會(huì)影響光功率的損耗，但是P1與P0的功率變化值不是線性關(guān)系（分子分母減去同一個(gè)值），根據(jù)定義消光比會(huì)變大。