光纤通信中的光源

光纤通信中的光源

光源器件是光纤通信设备的核心，它的作用时间电信号转换成光信号。光纤通信中常用的光元器件有半导体激光二极管（LD，或称半导体激光器）和半导体发光二极管（LED）两种。由于光纤通信系统中的传输媒介是光纤，因此，作为光源的发光器件，应满足以下基本要求：

1. 体积小，发光面积应与光纤芯径的尺寸相匹配，而且光源和光纤之

间应有较高的耦合效率。

2. 发射的光波波长应适合光纤的两个低损耗波段，即短波

长 0.8~0.9um和波长 1.2~1.6um。

3. 可以直接进行光强度调制，而且与调制器的连接应该是很方便的。

4. 可靠性高，工作寿命长，稳定性好，互换性好。

5. 发射的光功率应足够大，并且响应速度要快。

6. 温度特性要好。当温度变化时，其输出光功率及工作波长的变化在

允许的范围内。

这两种器件的发射波长与光纤的低损耗或低色散波长相一致；

能够在室温下连续工作、输出功率满足光纤通信系统的要求;

谱线宽度可以做的较窄，以减少光纤中的色散的影响

此外，它们还具有体积小、重量轻、使用寿命长、与光纤耦合效率高、调

制简便等一系列优点。

在光纤通信中，占主要地位的是半导体激光二极管，它主要用于长距离和大容量（高码速）的光纤通信系统中，其次是发光二极管，可用于短距离、低容量系统或者用于模拟系统

工作物质为半导体晶体的一类激光器称为半导体激光器，又称为半导体激光二极管（LD）。

任何激光器为了实现激光振荡，都必须满足两个条件：一是具有增益介质，实现粒子数反转；二是具在谐振腔提供正反馈，正反馈通过增益介质两端的反射镜来实现。

半导体激光的原理结构图所示:

在P区和N区之间的过度区为有源区，两个端面为自然解理面，它们与结面垂直，有源区长度一般为数百米，光反馈由解理面构成的F－P光学谐振腔来提供。谐振腔的作用是提供光学正反馈，以便在腔内建立并维持自激振荡，并控制激光束的特性。在自然解理面上，由于有源区的折射率n 与空气折射率不同构成折射镜R1 和R2，其折射率均为

一般半导体激光器的材料折射率典型值约为3.5，所以端面的折射率约为31％。尽管由两个解理面构成的F－P腔具有较大的腔损耗，但由于材料的增益很高，足以抵消损耗形成光振荡。同普通激光器一样，半导体激光器要产生稳定的激光振荡，也必须满足阈值条件和相位条件。

最简单的半导体激光器由带隙能量较高的P型和N型半导体材料，中间夹一层很薄的另一种半导体材料构成。通常采用的激光器为条形激光器，它们的激活区为条形结构，使在平行于结平面的方向上光子和载流子都受到限制，使之局限有一个较窄和很薄的条形区域内，同时提高载流子和光子的浓度，降低激光器的阈值。这种结构的激光器能够与光纤很好地耦合，耦合效率较高。条形激光器主要有两种结构，增益导引条开和折射率导引条形。

半导体激光器的的模式特性

半导体激光器中所允许的光场模式分为TE 和TM 两组，每一组模式对应着电（或磁）场在垂直于PN结平面方向（横向）、平行于PN结平面方向（侧向）各传播方向（纵向）的稳定驻波形

式，分别称为横模、侧模、和纵模。

发光二极管（LED）(略）

光源的驱动电路

光源注入偏置电流和调制电流，就能发射光，光源接上驱动电路就构成了光发送机的主体部分。根据光源种类（LED和LD）和调制方式（模拟和数字）的不同，驱动电路亦是不同的。通常所说的驱动电路实际上应提供恒定的偏置电流和调制信号，并采用伺服回路以保持平均光功率恒定不变，主要由调制电路和控制电路两部分组成。控制电路的作用是消除温度变化和光源器件老化导致的输出光信号的变化。目前主要有自动温度控制（ATC）和自动功率控制(APC)两种控制电路。