光纖通信技術第四章

1、光纖通信技術第四章第1頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一光源調(diào)制器驅動電路放大器光電二極管判決器光纖光纖中繼器光發(fā)射機將電信號轉變?yōu)楣庑盘柕?頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一第四章 激光器及光發(fā)射機4.1 半導體激光器 4.1.1 法布里-珀羅型激光器F-P LD 4.1.2 分布反饋激光器DFB LD 4.1.3 分布Bragg反射型激光器DBR LD 4.1.4 量子阱激光器QW LD 4.1.5 垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL4.2 半導體激光器的工作特性4.3 光發(fā)射機第3頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一4.1 半導體

2、激光器LD激光器被視為20世紀的三大發(fā)明（還有半導體和原子能）之一，特別是半導體激光器LD倍受重視。光纖通信中最常用的光源是半導體激光器LD和發(fā)光二極管LED。主要差別：發(fā)光二極管輸出非相干光；半導體激光器輸出相干光。第4頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一發(fā)光二極管LED對于光纖通信系統(tǒng)，如果使用多模光纖且信息比特率在100200Mb/s以下，同時只要求幾十微瓦的輸入光功率，那么LED是可選用的最佳光源。比起半導體激光器，因為LED不需要熱穩(wěn)定和光穩(wěn)定電路，所以LED的驅動電路相對簡單，另外其制作成本低、產(chǎn)量高。第5頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一

3、LED的主要工作原理對應光的自發(fā)發(fā)射過程，因而是一種非相干光源。LED發(fā)射光的譜線較寬、方向性較差，本身的響應速度又較慢，所以只適用于速率較低的通信系統(tǒng)。在高速、大容量的光纖通信系統(tǒng)中主要采用半導體激光器作光源。發(fā)光二極管LED第6頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一半導體激光器LD半導體激光器的優(yōu)點：尺寸小，耦合效率高，響應速度快，波長和尺寸與光纖尺寸適配，可直接調(diào)制，相干性好。按結構分類： F-P LD、 DFB LD、 DBR LD、 QW LD、 VCSEL按波導機制分類：增益導引LD和折射率導引LD按性能分類：低閾值LD、超高速LD、動態(tài)單模LD、大功率LD第7頁

4、，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一4.1.1 法布里-珀羅型激光器F-P LDF-P LD是最常見最普通的LD.由外延生長的有源層和有源層兩邊的限制層構成，諧振腔由晶體的兩個解理面構成。通常為雙異質結（DH）LD。激光器實質上是一個受激發(fā)射的光振蕩放大器。第8頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一F-P LD基本工作原理實現(xiàn)F-P LD激射工作的四個基本條件：要有能實現(xiàn)電子和光場相互作用的工作物質要有注入能量的泵浦源（光泵或者電泵浦）要有一個F-P諧振腔要滿足振蕩條件第9頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一1. 光的自發(fā)發(fā)射、受激吸收和

5、受激發(fā)射工作物質和泵浦源是實現(xiàn)光的自發(fā)發(fā)射、受激吸收和受激發(fā)射的最基本條件。自發(fā)發(fā)射：大量處于高能級的粒子，各自分別發(fā)射一列一列頻率為=(E2 -E1) /h的光波，但各列光波之間沒有固定的相位關系，可以有不同的偏振方向，沿所有可能的方向傳播。各光子彼此無關。受激發(fā)射：處于高能級E2的粒子受到光子能量為的光照射時，粒子會由于這種入射光的刺激而發(fā)射出與入射光一模一樣的光子，并躍遷到低能級E1上。有相同的偏振方向和傳播方向。第10頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一雙能級原子系統(tǒng)的三種躍遷hE2E1自發(fā)發(fā)射躍遷E2E1受激吸收躍遷hhE2E1受激發(fā)射躍遷hh受激發(fā)射的光子與原光

6、子具有相同的波長、相位和傳播方向第11頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射的特點自發(fā)發(fā)射的同時總伴有受激發(fā)射發(fā)生。在熱平衡情況下，自發(fā)發(fā)射占絕對優(yōu)勢。當外界給系統(tǒng)提供能量時，如采用光照（即光泵）或電流注入（即電泵），打破熱平衡狀態(tài)，大量粒子處于高能級，即粒子數(shù)反轉后，在發(fā)光束方向上的受激發(fā)射比自發(fā)發(fā)射的強度大幾個數(shù)量級?？偨Y激光發(fā)射的首要條件：工作物質（即能實現(xiàn)粒子躍遷的晶體材料，如GaAs和InGaAsP）外界供給能量滿足粒子數(shù)反轉（常采用電流注入法）第12頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一2. F-P諧振腔只有增益介質而無光學反饋

7、裝置，便不能形成激光將已實現(xiàn)粒子數(shù)反轉分布的系統(tǒng)置于嚴格平行的一對反射鏡之間便形成F-P諧振腔。光在兩個反射鏡之間往返多次過程中，得到放大。第13頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一3. 振蕩條件當增益超過由部分反射和散射等多種因素引起的總損耗，經(jīng)過諧振腔的選頻作用，特定頻率的光波在諧振腔內(nèi)積累能量并通過反射鏡射出，形成激光（相干光）。振幅條件相位條件：n-有源層折射率；L-腔長m-任意整數(shù)；-波長滿足相位條件的頻率有無限多個，只有那些在譜線中心附近的頻率才能滿足振蕩條件，所以激光器的振蕩頻率只能取有限個分立值。第14頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一

8、Modes produced in a Typical Fabry-Perot LaserSpectral width and Linewidth at FWHM (Full Width Half Maximum)第15頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一Output spectrum changes as power is appliedTypical mode hopping behaviorF-P LD在高速調(diào)制下，或在溫度和注入電流變化時，不再維持原激射模式，而會出現(xiàn)模式跳躍和譜線展寬，這對高速應用很不利。為了維持單模，減小光譜展寬，需研究動態(tài)單模激光器DFB LD

9、及DBR LD（光纖通信最有前途的實用化器件）第16頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一FP LD的結構很難將光導引到光纖增益導引半導體激光器：沿激光長度方向放置一個窄的條形電極，將注入電流限制在一個窄條里。缺點：光功率增大時，光斑尺寸不穩(wěn)定，模式穩(wěn)定性亦不高。折射率導引半導體激光器，引入折射率差。結構簡單，制造工藝不太復雜，輻射光空間分布穩(wěn)定性高，被大多數(shù)光波系統(tǒng)使用。第17頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一4.1.2 分布反饋激光器DFB LDDFB LD同F(xiàn)-P LD的主要區(qū)別：DFB LD沒有集總的諧振腔反射鏡，它的反射機構是由有源區(qū)波導上的B

10、ragg光柵提供的。分布式反饋 非常好的單色性和方向性第18頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一DFB LD基本工作原理在有源區(qū)介質表面上使用全息光刻法做成周期性的波紋形狀。用泵浦（光泵浦或電泵浦）激發(fā)，造成足夠的粒子數(shù)反轉，具備增益條件只有波長滿足“Bragg反射條件”的光波才能在介質中來回反射，得到不斷的加強和增長。DFB LD已成為中長距離光纖通信應用的主要激光器第19頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一4.1.3 分布Bragg反射型激光器DBR LDDBR LD的周期性溝槽不在有源波導表面上，而是在有源層波導兩外側的無源波導層上，這兩個無源的光

11、柵波導充當Bragg反射鏡的作用。由于有源波導的增益特性和無源周期波導的Bragg發(fā)射，只有在Bragg頻率附近的光波才能滿足振蕩條件，從而發(fā)射出激光。GaAs/AlGaAs DBR激光二極管第20頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一4.1.4 量子阱激光器QW LD特點：低閾值電流高輸出功率窄線寬頻率啁啾改善調(diào)制速率高 有源區(qū)厚度薄110nm（FP腔100200nm） 周期結構，將窄帶隙的很薄的有源區(qū)夾在寬帶隙的半導體材料之間，形成勢能阱 多個勢能阱-多量子阱（MQW），單個勢能阱-單量子阱（SQW）第21頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一4.1.5

12、 垂直腔面發(fā)射激光器VCSELVertical Cavity Surface Emitting Laser垂直于襯底方向出光的面發(fā)射激光器優(yōu)點：發(fā)光效率高(850nm的VCSEL，10mA驅動1.5mW輸出光功率)工作閾值極低（工作電流515mA，簡化了驅動電路的設計）可單縱模也可多縱模工作（應用于以多模光纖為傳輸媒介底 局域網(wǎng)中或VSR）調(diào)制速率高壽命長（Honeywell進行了可靠性實驗）價格低、產(chǎn)量高第22頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一可任意配置高密度二維激光陣列。二維激光器陣列第23頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一第四章 激光器及光發(fā)射

13、機4.1 半導體激光器 4.1.1 法布里-珀羅型激光器F-P LD 4.1.2 分布反饋激光器DFB LD 4.1.3 分布Bragg反射型激光器DBR LD 4.1.4 量子阱激光器QW LD 4.1.5 垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL4.2 半導體激光器的工作特性4.3 光發(fā)射機第24頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一4.2 半導體激光器的工作特性激光器件的絕對最大額定值：光輸出功率（Po和Pf）：從一個未損傷器件可輻射出的最大連續(xù)光輸出功率。 Po是從器件端面輸出的光功率， Pf是從帶有尾纖器件輸出的光功率。正向電流（IF）：可以施加到器件上且不產(chǎn)生器件損傷的最大連

14、續(xù)正向電流。反向電壓（VR）：可以施加到器件上且不產(chǎn)生器件損傷的最大方向電壓。第25頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一一、半導體激光器的PI特性典型的PI曲線PI曲線：激光二極管的總發(fā)射光功率P與注入電流I的關系曲線。隨注入電流增加，激光二極管首先是漸漸地增加自發(fā)發(fā)射，直至開始發(fā)射受激發(fā)射。1. 閾值電流Ith：開始發(fā)射受激發(fā)射的電流值。閾值電流與腔的損耗、尺寸、有源區(qū)材料和厚度等因素有關。IIth，受激輻射，發(fā)出的是相干光第26頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一 表示激光器件把注入的電子空穴對（注入電荷）轉換成從器件發(fā)射的光子（輸出光）的效率。是一

15、個以百分數(shù)（）度量的性能系數(shù)。一個把100注入電流轉換成輸出光的理想假設器件(即器件沒有以熱形式消耗)，在理論上應具有100的e。e可從P-I特性的斜率（閾值以上）dP/dI求得：（對GaALAs材料）2. 外微分量子效率e：第27頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一內(nèi)量子效率i是衡量激光二極管把電子空穴對（注入電流）轉換成光子能力的一個參數(shù)。與e不同的的是， i與激光二極管的幾何尺寸無關，是評價激光二極管半導體晶片質量的主要參數(shù)。i和e既又關系又有差別。 i是激光二極管把電子空穴對（注入電流）轉換成光子（光）效率的直接表示，但要注意，并非所有光子都出射成為輸出光，有些光子

16、由于各種內(nèi)部損耗而被重新吸收。 e是激光二極管把電子空穴對（注入電流）轉換成輸出光的效率象征。 e總是比i小。內(nèi)量子效率i=有源區(qū)內(nèi)每秒鐘產(chǎn)生的光子數(shù)有源區(qū)內(nèi)每秒鐘注入的電子-空穴對數(shù)3. 內(nèi)量子效率i：第28頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一T0-LD的特征溫度，與器件的材料、結構等有關。T0代表Ith對溫度的靈敏度，也可解釋為激光二極管的熱穩(wěn)定性。較高的T0意味著當溫度快速增加時，激光二極管Ith增加不大。對于GaAs/GaALAs LD T0=100150K；InGaAsP/InP-LD T0=4070K。不同溫度下的PI曲線 4. 溫度特性：溫度升高時性能下降，閾

17、值電流隨溫度按指數(shù)增長。第29頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一 LD的模式特性首先取決于光腔的三個線度（橫向、側向、縱向的尺寸）及介質特性。通常腔內(nèi)能存在許多模式，但只有獲得凈增益（滿足閾值條件）的那些模式才能被激勵，它的頻率才會出現(xiàn)在輸出光中。在實際應用中，模式的穩(wěn)定性和線寬是對系統(tǒng)性能影響較大的兩個參量。 LD工作在基橫模時，相干性最好，因此要求LD在設計和結構上保證基橫模工作。根據(jù)基橫模的條件通過對光載流子的橫向以及垂直向限制、減小有源區(qū)寬度和厚度等措施可以實現(xiàn)LD的基橫模工作。 (詳見激光原理)二、半導體激光器的模式特性第30頁，共60頁，2022年，5月20日

18、，4點59分，星期一1、激光器縱模的概念： 激光器的縱模反映激光器的光譜性質。對于半導體激光器，當注入電流低于閾值時，發(fā)射光譜是導帶和價帶的自發(fā)發(fā)射譜，譜線較寬；只有當激光器的注入電流大于閾值后，諧振腔里的增益才大于損耗，自發(fā)發(fā)射譜線中滿足駐波條件的光頻率才能在諧振腔里振蕩并建立起場強，這個場強使粒子數(shù)反轉分布的能級間產(chǎn)生受激輻射，而其他頻率的光卻受到抑制，使激光器的輸出光譜呈現(xiàn)出以一個或幾個模式振蕩，這種振蕩稱之為激光器的縱模。第31頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一I=67mAP=1.2mWI=75mAP=2.5mWI=100mAP=10mWI=95mAP=6mWI=

19、80mAP=4mW隨著電流增加，主模的增益增加，而邊模的增益減小，縱模數(shù)減少，一個模式開始占優(yōu)勢，直到出現(xiàn)單個窄線寬的光譜為止。2、縱模數(shù)隨注入電流而變：第32頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一 在眾多的縱模中，只有那些頻率落在增益介質的增益曲線范圍內(nèi)，且增益大于損耗的那些腔模才能在LD的輸出中存在。3、譜線特性：第33頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一在縱向，光波以駐波形式振蕩。諧振頻率（正入射）:m-正整數(shù)；L-腔長；n-材料折射。相鄰縱模的頻率間隔:增益曲線：0-增益譜中心波長，由增益介質的能級差決定；-增益譜寬，由增益介質內(nèi)原子熱運動（多普勒

20、加寬）和原子碰撞（均勻加寬）造成；g(0)-正比于粒子數(shù)反轉的最大增益第34頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一4、峰值波長隨溫度變化：半導體激光器的發(fā)射波長隨結區(qū)溫度而變化。當結溫升高時，半導體材料的禁區(qū)帶寬變窄，因而使激光器發(fā)射光譜的峰值波長移向長波長。InGaAsP/InP激光器的發(fā)射波長隨注入電流漂移的情況，此激光器沒加溫度控制，由于電流的熱效應，使結溫度升高，從而使發(fā)射波長漂移。第35頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一5、動態(tài)譜線展寬：動態(tài)譜線展寬對高速光纖通信非常不利，各種動態(tài)單模激光器已得到迅速發(fā)展DFB LD及DBR LD。對激光器進行

21、直接強度調(diào)制會使發(fā)射譜線增寬，振蕩模數(shù)增加。這是因為對激光器進行脈沖調(diào)制時，注入電流不斷變化，使有源區(qū)里載流子濃度隨之變化，進而導致折射率隨之變化，激光器的諧振頻率發(fā)生漂移，動態(tài)譜線展寬。調(diào)制速率越高，調(diào)制電流越大，譜線展寬的越多。激光器的發(fā)射光譜隨調(diào)制電流變化的情況第36頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一6、動態(tài)單模半導體激光器：實現(xiàn)LD單縱模工作的方法：采用短腔結構，增大相鄰縱模間隔,使增益譜線范圍內(nèi)只有一個譜線存在，短腔制造困難，LD輸出功率低。 采用波長選擇反饋，使不同的縱模有不同的損耗，包括：分布反饋結構和耦合腔結構。單縱模LD的性能通常由邊模抑制比（MSR）來

22、表征，定義為MSR=Pmm/PsmPmm為主模功率； Psm為最大邊模功率。一個較好的單縱模LD，MSR應大于30dB。第37頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一7. 影響發(fā)射波長的因素：對于DFB激光器，影響發(fā)射波長的因素：管芯溫度；工作電流；光反射（利用隔離器減?。┍容^而言，溫度變化是波長漂移的主要因素。管芯溫度與發(fā)射波長的關系：溫度升高紅移相比之下，折射率波導LD的熱穩(wěn)定性差得多，其這種特性在泵浦激光器中是有用的，可以通過精確地控制溫度，把LD的發(fā)射波長調(diào)節(jié)到特定波長上，以滿足應用要求。第38頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一線寬是LD輸出光譜的

23、另一個重要參量。窄的線寬有利于減小光纖的色散。LD輸出的有限線寬源于兩個因素：一是激光腔內(nèi)自發(fā)輻射引起的光場相位脈動二是載流子濃度脈動引起的折射率變化，使光腔諧振頻率發(fā)生變化。簡化理論推導的光源線寬為：X-自發(fā)發(fā)射事件的平均速率；P-光功率；-線寬增強因子8、線寬降低線寬可采取以下措施：增大光功率減小自發(fā)發(fā)射速率從外部穩(wěn)定載流子密度FP-LD的線寬通常達幾nmDFB-LD線寬通常約510MHzMQW-LD線寬僅幾十幾百KHz第39頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一三、半導體激光器的瞬態(tài)性質半導體激光器具有電光轉換效率高、響應速度快、可以進行直接調(diào)制的優(yōu)點，被視為光纖通信中

24、的理想光源。但在對半導體激光器進行脈沖調(diào)制時，激光器往往呈現(xiàn)出復雜的動態(tài)性質光電瞬態(tài)響應。電光延遲張弛振蕩自脈動第40頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一張弛振蕩：當電流脈沖注入激光器以后，輸出光脈沖表現(xiàn)出衰減式振蕩。是激光器內(nèi)部光電相互作用所表現(xiàn)出來的固有特性。自脈動：某些激光器在某些注入電流下發(fā)生的一種持續(xù)振蕩。張弛振蕩和自脈動的結合。激光器激射以后，先出現(xiàn)一個張弛振蕩的過程，隨后則開始持續(xù)自脈動。光電瞬態(tài)響應波形：第41頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一1. 電光延遲原因：激光輸出與注入電脈沖之間存在一個時間延遲，一般為納秒量級。降低方法：預偏置

25、在Ith附近。上升時間：從額定功率的10升到90所需的時間下降時間：從額定功率的90降到10所需的時間第42頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一當注入電流從零快速增大到閾值以上時，經(jīng)電光延遲后產(chǎn)生激光輸出，并在脈沖頂部出現(xiàn)阻尼振蕩，經(jīng)過幾個周期后達到平衡值。采用預偏置在Ith附近的方法，可減小張弛振蕩2. 張弛振蕩第43頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一不同于張弛振蕩，沒有阻尼，脈動頻率范圍為0.24GHz,容易發(fā)生在閾值附近和P-I特性的扭曲區(qū)。造成自脈動的機理涉及量子噪聲效應、有源區(qū)的缺陷及溫度感應的變化等因素。抑制這種現(xiàn)象主要靠控制材料的質量，盡

26、量減少有源區(qū)的缺陷。3. 自脈動第44頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一4、碼型效應： 由于瞬態(tài)性質，輸出光脈沖會出現(xiàn)碼型效應。碼型效應起因：當?shù)谝粋€電流脈沖過后，存儲在有源區(qū)的電荷以指數(shù)形式衰減，回到初始狀態(tài)有一個時間過程sp，如果調(diào)制速率很高，脈沖間隔小于sp ，會使第二個電流脈沖到來時，前一個電流脈沖注入的電荷并沒有完全復合消失，有源區(qū)的存儲電荷起到直流預偏置的作用，于是第二個光脈沖延遲時間減小，輸出光脈沖的幅度和寬度增加。消除方法：增加直流偏置電流。電流脈沖光脈沖兩個連“1”的現(xiàn)象第45頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一起因：注入電流導致溫升

27、，進而引起閾值電流的變化，從而輸出光功率也發(fā)生變化。在電流脈沖持續(xù)階段，輸出光功率隨時間而減?。欢旊娏髅}沖過后，輸出光功率隨時間而增加。消除方法：適當增加偏置電流 5、結發(fā)熱效應： 半導體激光器是對溫度很敏感的器件，不僅環(huán)境溫度的變化會使激光器的閾值電流以及輸出光功率發(fā)生變化，注入電流的熱效應也會發(fā)生類似的變化結發(fā)熱效應。是激光器的另一種瞬態(tài)調(diào)制效應。第46頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一激光二極管的啁啾(Chirp)特性：在直接調(diào)制激光二極管時，不僅輸出光功率隨調(diào)制電流發(fā)生變化，而且光的頻率也會發(fā)生波動，即在幅度調(diào)制的同時還受到頻率調(diào)制。帶有頻率啁啾的信號在單模光纖

28、中傳播時，在色散作用下，將增大非線性失真。隨著調(diào)制速率增加，啁啾現(xiàn)象愈加嚴重。解決辦法：采用外部調(diào)制器。6、啁啾第47頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一LD的噪聲源主要有：（1）相位噪聲（2）工作不穩(wěn)定引起的噪聲（如自脈動）（3）光纖端面與LD之間互作用引起的噪聲（4）模噪聲（單模LD+多模光纖系統(tǒng)）與模分配噪聲（多模LD+單模光纖系統(tǒng)）（2）（4）可通過模式穩(wěn)定及光隔離器來減低或消除四、半導體激光器的噪聲特性由于LD諧振腔內(nèi)載流子和光子密度的量子起伏，造成輸出光波中存在著固有的量子噪聲，一般用相對噪聲強度RIN來度量，即光強度脈動的均方根與平均光強度平方之比。第48頁，

29、共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一第四章 激光器及光發(fā)射機4.1 半導體激光器 4.1.1 法布里-珀羅型激光器F-P LD 4.1.2 分布反饋激光器DFB LD 4.1.3 分布Bragg反射型激光器DBR LD 4.1.4 量子阱激光器QW LD 4.1.5 垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL4.2 半導體激光器的工作特性4.3 光發(fā)射機第49頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一4.3.1 發(fā)射機的結構防止LD輸出的激光反射，實現(xiàn)光的單向傳輸保持LD組件內(nèi)恒定的溫度，保證激光參數(shù)的穩(wěn)定性使LD有恒定的光輸出功率數(shù)據(jù)電接口線路編碼驅動電路調(diào)制器光隔離器LD功

30、控溫控光發(fā)射機第50頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一4.3.2 光源的調(diào)制方式調(diào)制方式：直接調(diào)制間接調(diào)制（外調(diào)制）一、直接調(diào)制的特點：將要傳送的信息轉變?yōu)殡娏餍盘栕⑷隠D或LED調(diào)制后的光波振幅的平方比例于調(diào)制信號（強度調(diào)制）簡單、經(jīng)濟、容易實現(xiàn)響應帶寬有限（2.5Gb/s）引入調(diào)制啁啾第51頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一加大偏置電流使其逼近激光器閾值，可以大大減小電光延遲時間，同時使張馳振蕩得到一定程度的抑制.偏置于閾值附近，較小的調(diào)制脈沖電流即可得到足夠的輸出光脈沖，從而可大大減小碼型效應和結發(fā)熱效應的影響.另一方面，加大直流偏置電流將會使

31、光信號消光比(EX)惡化，光源消光比將直接影響接收機靈敏度.實驗發(fā)現(xiàn)，異質結激光器的散粒噪聲在閾值處出現(xiàn)最大值，因此偏置電流不正好偏置在閾值處.調(diào)制電流幅度Im的選擇，應根據(jù)激光器的P-I曲線，既要有足夠的輸出光脈沖幅度，又要考慮到光源的負擔。如果激光器在某些區(qū)域有自脈動現(xiàn)象發(fā)生，則Im的選擇應避開自脈動發(fā)生的區(qū)域.二、數(shù)字直接調(diào)制中偏置電流和調(diào)制電流大小的選擇第52頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一三、外調(diào)制將調(diào)制信號控制激光器后接的外調(diào)制器，利用調(diào)制器的電光、聲光等物理效應使其輸出光的強度等參數(shù)隨信號而變。調(diào)制信號啁啾小。外調(diào)制器以LN電光調(diào)制和EA電致吸收為主。第53頁，共60頁，2022年，5月20日，4點59分，星期一1. 系統(tǒng)對光源的要求： (1)波長穩(wěn)定性要求WDM系統(tǒng)對光源發(fā)射波長的穩(wěn)定性具有較高的要求；波長的漂移將導致信道之間的串擾；溫度變化是波長漂移的主要因素。(2)功率穩(wěn)定性要求某信道功率的漂移，不僅影響本信道的傳輸性能，而且通過EDFA的瞬態(tài)效應影響其它信道的性能；影響發(fā)射功率的因素：管芯溫度：溫度增加功率下降器件老化：功率下降4.3.3 激光器控制電路第54頁，共60頁，202