光纤通信光发射机

优点： 高电流稳定度：纹波在μA量级。 高精度温控：精度在0.001℃量级。 自动保护功能：激光器短路保护，
反接保护，慢启动保护， TEC短路保护，防浪涌保护。 操作简便：人性化控制面板设计
光纤通信对光源的要求
波长准：窗口之内，符合ITU标准 功率高：以满足系统对光中继段距离的要求 高可靠：寿命长，可靠性高 单纵模：以减少光纤的材料色散 噪声低: 以提高模拟调制系统的信噪比 高线性: 以保证模拟调制不失真 。。。。。。
高精度温控与低纹波恒流流源
参数名称
特性指标
输出电流量程 100mA/300mA可选
调谐精度
0.01mA
电流纹波
<1μA
温控范围
10℃—40℃
温控精度
0.001℃
功耗
小于15W
外接电源
220V
储存温度
-40~85 ℃
工作温度
-20~65 ℃
TEC工作电压
5V
激光器保护
短路保护 缓启动保护 反接保护 TEC短路保护 防浪涌保护
的单向传输
光发送机中的自动温度控制电路
激光器
热导
热敏电阻
制冷器
温度控制电路
激光器的温度主要影响发射波长 控制精度达到0.01ºC 波长稳定性达到200MHz/24小时
光发送机中的自动功率控制电路
自动功率控制（APC）电路 偏置电流
PD 激光器
热导
热敏电阻
制冷器
温度控制电路
由光检测器来感应激光器后端面辐射光功率的变化，并 与参考功率相比较，然后根据比较结果自动调整直流偏 置电流，最终使光功率峰值保持为一个稳定值。
最常用的光源
光纤通信中最常用的光源是:
半导体激光器（LD Laser Diode ） 发光二极管（LED Light Emitting Diode）
pn-junction
尤其是单纵模（或单频）LD，在高速率、大容量的 数字光纤系统中得到广泛应用；
近年来逐渐成熟的波长可调谐激光器是多信道WDM 光纤通信系统的关键器件，越来越受到人们的关注 。
eiver ronics
photodetec tor
optical preamplifier
e电lec信trica号l signal o光ptic信al s号ignal
信宿
info rm at ion receiver
光放大器
optical amplifier
receiver elec tronics
第三章：光发送机
刘建国 中国科学院大学
repe光ater 纤通信链路
optical transmitter
elec tronics
optical receiver
optic光al 发tra送ns机mitter
信源
optical amplifier
info rm at ion so urc e
光op纤tical
opt光ica接l r收ec机eiver
pho todetec tor
opt源自文库cal preamplifier
op光tic纤al fiber
op光tic纤al fiber
内容提要
光发送机 光源（LED&LD) LD动态特性与调制
光发送机
将数字或者模拟电信号加载到光波上，并耦合进 光纤中进行传输
物理基础
原子的能级、能带以及电子跃迁 自发辐射与受激辐射
能级(孤立原子）
原子核
低能级
电子
高能级
电子优先抢占低能级
能级理论是一种解释原子核外电子运动轨道的一
种理论。它认为电子只能在特定的、分立的轨道
上运动，各个轨道上的电子具有分立的能量，这
些能量值即为能级。
能带(晶体，大量原子阵列）
N= 4
N= 9
电子能量
电子能量
电子能量
原子间距
Nà∞
原子间距
原子间距
能带理论
能带结构由多条能带组成，能带分为传导带（简称导带）、价 电带（简称价带）和禁带
能带结构可以解释导体、半导体、绝缘体三大类区别的由来
讨论：金属，半导体和绝缘体的区别？
非本征半导体材料：n型
施主杂质
As+45
掺入第V族元素(如磷P, 砷As, 锑Sb)后，某些电子受到 很弱的束缚，只要很少的能量DED (0.04~0.05eV)就能 让它成为自由电子。这个电离过程称为杂质电离。
optical receiverfiber
dr iv e
se mic on duc t or
elec troniocps tical laser
fiber 光源
r中ep继eat器er
optical t ran sm it te r
elec tronics
optical modulator
optical receiver
n型 耗尽层p型 U
反向偏压使耗尽区加宽 扩散运动被抑制，只存在少数载流子的漂移运动
正向偏压
n型耗尽层p型
正向偏压使耗尽区变窄,
U
使得多数载流子在结区扩散
导致p型（或者n型）内的少数载流子浓度大大增加。 与多数载流子的复合是产生光辐射的机理。
电致发光
正向偏压使pn节形成一个增益区： -导带主要是电子，价带主要是空穴，实现了粒子数反转 -大量的导带电子和价带的空穴复合，产生自发辐射光
的机柜理论上可以安装42台1U高的设备，但实际一般放10-20个正 常,因为他们之间需要间隔散热
光发送机基本结构
使光源有恒定 的光输出功率
微波/电接口
光发射机
数字或模拟电信号 驱动电路
功控 温控
保持光源恒定的温 度，保证激光参数 的稳定性（波长）
调制器
光隔离器 光源
防止LD输出的激 光反射，实现光
非本征半导体材料：p型
B 受主杂质
掺入第III族元素(如硼B,铟In,镓Ga,铝Al)，晶体只需要很少的能量 DEA < Eg 就可以产生自由空穴
PN结
讨论：什么是PN结？
浓度的差别导致载流子的扩散运动,平衡时，中间形成一个特殊 的区域-pn结，它阻挡了载流子的扩散运动，因此也称为耗尽区。
反向偏压
n
hp
v
外加正偏压 à 注入载流子 à 粒子数反转 à 载流子复合发光
发光材料的选择
核心器件：光源、调制器
正面
背面
机柜和机架设备的规格与标准
美国电子工业协会（EIA）制定的工业标准 19英寸标准机柜的“19英寸”表示机柜中安置的机架式设备的宽度 机柜内设备安装所占高度用一个特殊单位“U”表示；使用19寸标准机
柜的设备面板一般都是按nU的规格制造 。1U=44.45mm=1.75英寸 没有1U的机柜,只有1U的设备,机柜6U--47U不等；例如，一台42U