光有源器件
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变化将导致折射率变化，从而对输出光信号形成一 个附加的相位变化；导致其频率随时间变化，即出 现频率啁啾。
i
0
d
dt
速度低的系统；高速率的系统不适合
2 1
B L
K S W -S P S T
J1 C ON2
C7 2 2u F 2 2 0V
C5
C6
1 00 p F 1 0u F 2 5 V
R2 2 4k Ω
Y型合路器的输出产生相消和相长干涉，就得到了 “通”和“断”的信号。
设输入的调制信号为余弦变化，则输出的信号功 率为
P
1
cos
U
s Ub U
式中，Us和Ub分别为信号电压和偏置电压，U 为光功率每变化半个周期（相位为0- ）所需的 外加电压，为半波电压。
由式可见，当Us+Ub=0，P=2为最大；当Us+Ub=U /2 时 ，P=0，从而实现光调制。驱动电压5-10V
原理：电压调制信号经过电声换能器转化为超声波， 然后加到电光晶体上。
电声换能器利用某些晶体(如石英、LiNbO3等)的压电 效应， 在外加电场的作用下产生机械振动形成声波。
ΔΦ受外电压的控制从而实现相位调制。
•两个电光相位调制器组合后便可以构成一个电光强 度调制器。
• 6.3.2 M-Z型调制器
M-Z型调制器是由一个Y型分路器、两个相位调制器和Y型合 路器组成的，其结构如下图所示。
触点
光输入
相 位 调制
L iN bO3
触点
图6.6 M-Z型调制器
已 调 光输 出
输入光信号被Y型分路器分成完全相同的两部分， 两个部分之一受到相位调制，然后两部分再由Y型合 路器耦合起来。按照信号之间的相位差，两路信号在
1、当n2=0时,晶体的折射率与外加电场幅度成正比，
称为线性电光效应，即普克尔效应；
2、当n1=0时,晶体的折射率与外加电场的幅度平方成 正比变化，称为克尔效应.
•电光调制主要采用普克尔效应。
•最基本的电折射调制器是电光相位调制器， 它是 构成其他类型的调制器如电光幅度、电光强度、 电光频率、 电光偏振等的基础。
• 6.3.3 声光布拉格调制器
• 超声波在声光介质中传播时，介质密度发生疏密变 化，因此受超声波作用的晶体相当于形成了一个布 拉格光栅，光栅的条纹间隔等于声波的波长。
当光波通过此晶体介质时，光波将被介质中的光栅衍 射，衍射光的强度、频率、相位、方向等随声波场而 变化，这种效应称为声光效应。
声光布拉格调制器由声光介质、电声换能器等组成。
R6 1 5Ω
空间激光无线通信系统原理框图
温度控制
半导体制冷技术
• 1、塞贝克效应（SEEBECK EFFECT） 1821年，德国入赛贝克发现了当两种不同的导体相 连接时，如两个连接点保持不同的温度，则在导体 中产一个温差电动势：
• V=a△T
2.帕尔帖效应 ： 把任何两种不同的导体焊接起来构成一个闭合电路，
最大温差：60摄氏度 尺寸：4 X 4 X 0.5Cm
6.1.2 外 调 制
• 电光调制器 • 电折射调制器利用了晶体材料的电光效应，
常用的晶体材料有：铌酸锂晶体（LiNbO3）、 钽酸锂晶体（LiTaO3）和砷化镓（GaAs）。
• 电光效应是是指晶体的折射率随外加电压的 变化而变化。
n n0 n1E n2E 2
R1 3 0k Ω
C8 4 .7 u F 25 V
R3 1 0k Ω
D5
激光发射器
J3
LED插孔
R4 5Ω
1
PB 20 6 M U1
4
2
1
Vin 7 80 5 Vo ut
GND 2
C12
3
2 20 u F 5 0V
U2
2
Vin 7 90 5 Vo ut
3
C1 2 00 u F 5 0V
C2 1 04
• 1、直接调制 • 2、外调制
6.2.1 直接强度调制IM光发送机
概念：
1、光强:单位面积上的光功率; 2、强度调制就是使光波的强度与调制信号电流成正
比的变化。
• 直接强度调制（ IM ）特点： • 简单、经济、容易实现的调制方式。 • IM适用LD和LED，这是因为：
PI
要求：光功率的变化能够响应注入电流信号的 高速变化。
直接调制示意图
• 模拟调制
• 模拟信号的直接调制，就是让LED或LD的注入电流 跟随语音或图像等模拟量变化，从而使LED或LD的
输出光功率跟随模拟信号变化，如下图所示。
图LED和LD的模拟调制
• 数字调制 • 数据信号的光强度调制原理如下图所示。
图 数字IM调制原理
直接调制的缺点
• 工作电流： I（t）=Ib+Imfb(t) • Im 为调制电流幅度；fb(t)为其随时间的变化。 • 电流的变化使载流子浓度发生变化，而载流子浓度
电压 波导
光输入
LiN bO3
长 度L
图6.5 电光相位调制器的基本原
E(z, t) Aeitk0nL
• 当一个A cos(ωt+Φ0)的光波入射到电光调制器
（Z=0）， 经过长度为L的外电场作用区后， 输出光 场(Z=L)即已调光波为:
E＝A cos(ωt+ Φ0 +ΔΦ)
第6章 光有源器件
2017.04.17
什么是光纤有源器件
• 是用光纤做成的一种能量产生型器件。如 光纤激光器，光纤放大器等。
• 主要功能：光信号产生，扩大通信容量， 增大中继距离，提高传感效能等。
光有源器件：LD，LED等等
主要内容
• 1、光调制器
2、光源 3、光探测器 4、光放大器
6.1 光调制器
输入一定电流后，在不同导体的两个接点间就产生了温 度差，当电流向某一方向流过时，接点发热，当电流方 向相反时，该接点则变冷，此现象称为帕尔帖效应。
半导体制冷器的基本元件是热电偶对，即把一个p 型半导体元件和一只 n型半导体元件连成的热电偶。 可用多级串连法制成半导体制冷器。
型号：TEC1-12605 额定电压：12v 额定电流： 5A
1 0k Ω
1 0k Ω 1 0k Ω
R7 R8
5
6
R9
7
0 82 D
3
NE55 3 2
1
2
3
4
C3 1 04
C9 1 0u F 5 0 V
8
R5 1 0k Ω
C10 1 04
GND 1
C4 1 0u F 5 0 V
RW1 1 0k Ω
J2
信号输入
RW2 4 7k Ω
C11 1 00 p F Q1 3 DG12 C
i
0
d
dt
速度低的系统；高速率的系统不适合
2 1
B L
K S W -S P S T
J1 C ON2
C7 2 2u F 2 2 0V
C5
C6
1 00 p F 1 0u F 2 5 V
R2 2 4k Ω
Y型合路器的输出产生相消和相长干涉，就得到了 “通”和“断”的信号。
设输入的调制信号为余弦变化，则输出的信号功 率为
P
1
cos
U
s Ub U
式中，Us和Ub分别为信号电压和偏置电压，U 为光功率每变化半个周期（相位为0- ）所需的 外加电压，为半波电压。
由式可见，当Us+Ub=0，P=2为最大；当Us+Ub=U /2 时 ，P=0，从而实现光调制。驱动电压5-10V
原理：电压调制信号经过电声换能器转化为超声波， 然后加到电光晶体上。
电声换能器利用某些晶体(如石英、LiNbO3等)的压电 效应， 在外加电场的作用下产生机械振动形成声波。
ΔΦ受外电压的控制从而实现相位调制。
•两个电光相位调制器组合后便可以构成一个电光强 度调制器。
• 6.3.2 M-Z型调制器
M-Z型调制器是由一个Y型分路器、两个相位调制器和Y型合 路器组成的，其结构如下图所示。
触点
光输入
相 位 调制
L iN bO3
触点
图6.6 M-Z型调制器
已 调 光输 出
输入光信号被Y型分路器分成完全相同的两部分， 两个部分之一受到相位调制，然后两部分再由Y型合 路器耦合起来。按照信号之间的相位差，两路信号在
1、当n2=0时,晶体的折射率与外加电场幅度成正比，
称为线性电光效应，即普克尔效应；
2、当n1=0时,晶体的折射率与外加电场的幅度平方成 正比变化，称为克尔效应.
•电光调制主要采用普克尔效应。
•最基本的电折射调制器是电光相位调制器， 它是 构成其他类型的调制器如电光幅度、电光强度、 电光频率、 电光偏振等的基础。
• 6.3.3 声光布拉格调制器
• 超声波在声光介质中传播时，介质密度发生疏密变 化，因此受超声波作用的晶体相当于形成了一个布 拉格光栅，光栅的条纹间隔等于声波的波长。
当光波通过此晶体介质时，光波将被介质中的光栅衍 射，衍射光的强度、频率、相位、方向等随声波场而 变化，这种效应称为声光效应。
声光布拉格调制器由声光介质、电声换能器等组成。
R6 1 5Ω
空间激光无线通信系统原理框图
温度控制
半导体制冷技术
• 1、塞贝克效应（SEEBECK EFFECT） 1821年，德国入赛贝克发现了当两种不同的导体相 连接时，如两个连接点保持不同的温度，则在导体 中产一个温差电动势：
• V=a△T
2.帕尔帖效应 ： 把任何两种不同的导体焊接起来构成一个闭合电路，
最大温差：60摄氏度 尺寸：4 X 4 X 0.5Cm
6.1.2 外 调 制
• 电光调制器 • 电折射调制器利用了晶体材料的电光效应，
常用的晶体材料有：铌酸锂晶体（LiNbO3）、 钽酸锂晶体（LiTaO3）和砷化镓（GaAs）。
• 电光效应是是指晶体的折射率随外加电压的 变化而变化。
n n0 n1E n2E 2
R1 3 0k Ω
C8 4 .7 u F 25 V
R3 1 0k Ω
D5
激光发射器
J3
LED插孔
R4 5Ω
1
PB 20 6 M U1
4
2
1
Vin 7 80 5 Vo ut
GND 2
C12
3
2 20 u F 5 0V
U2
2
Vin 7 90 5 Vo ut
3
C1 2 00 u F 5 0V
C2 1 04
• 1、直接调制 • 2、外调制
6.2.1 直接强度调制IM光发送机
概念：
1、光强:单位面积上的光功率; 2、强度调制就是使光波的强度与调制信号电流成正
比的变化。
• 直接强度调制（ IM ）特点： • 简单、经济、容易实现的调制方式。 • IM适用LD和LED，这是因为：
PI
要求：光功率的变化能够响应注入电流信号的 高速变化。
直接调制示意图
• 模拟调制
• 模拟信号的直接调制，就是让LED或LD的注入电流 跟随语音或图像等模拟量变化，从而使LED或LD的
输出光功率跟随模拟信号变化，如下图所示。
图LED和LD的模拟调制
• 数字调制 • 数据信号的光强度调制原理如下图所示。
图 数字IM调制原理
直接调制的缺点
• 工作电流： I（t）=Ib+Imfb(t) • Im 为调制电流幅度；fb(t)为其随时间的变化。 • 电流的变化使载流子浓度发生变化，而载流子浓度
电压 波导
光输入
LiN bO3
长 度L
图6.5 电光相位调制器的基本原
E(z, t) Aeitk0nL
• 当一个A cos(ωt+Φ0)的光波入射到电光调制器
（Z=0）， 经过长度为L的外电场作用区后， 输出光 场(Z=L)即已调光波为:
E＝A cos(ωt+ Φ0 +ΔΦ)
第6章 光有源器件
2017.04.17
什么是光纤有源器件
• 是用光纤做成的一种能量产生型器件。如 光纤激光器，光纤放大器等。
• 主要功能：光信号产生，扩大通信容量， 增大中继距离，提高传感效能等。
光有源器件：LD，LED等等
主要内容
• 1、光调制器
2、光源 3、光探测器 4、光放大器
6.1 光调制器
输入一定电流后，在不同导体的两个接点间就产生了温 度差，当电流向某一方向流过时，接点发热，当电流方 向相反时，该接点则变冷，此现象称为帕尔帖效应。
半导体制冷器的基本元件是热电偶对，即把一个p 型半导体元件和一只 n型半导体元件连成的热电偶。 可用多级串连法制成半导体制冷器。
型号：TEC1-12605 额定电压：12v 额定电流： 5A
1 0k Ω
1 0k Ω 1 0k Ω
R7 R8
5
6
R9
7
0 82 D
3
NE55 3 2
1
2
3
4
C3 1 04
C9 1 0u F 5 0 V
8
R5 1 0k Ω
C10 1 04
GND 1
C4 1 0u F 5 0 V
RW1 1 0k Ω
J2
信号输入
RW2 4 7k Ω
C11 1 00 p F Q1 3 DG12 C