Fiber光发射机

单，设备价格低，原理简单， 当 I0≥ It Im «I0- It 时，偏置
技术成熟，所以被广范使用， 电流增加，调制带宽增加;
注意几点：P129
输出功率增加，调制带宽增
（1）电光延迟 td 电脉冲到来后，载流子浓度达
到一定阈值后（0.5-2.5ns）
加。
偏置电流增加的缺点？（负担、 消光比）图6-2-5
也是光电器件和光电
生超短光脉冲和光孤
子集成器件的理想材
子的好办法。
料，
半导体光调制器----解决 了半导体激光器与光 调制器的单片集成问 题，使制作成本大幅 度降低。
三.光调制器主要参数
1、调制(深度)效率η 2、调制带宽Δfm
调制效率也称调制深度η，定义为： 调制带宽定义为：
η=|I-I0|/I0 × 100% 或η=|I-I0|/ Im × 100%
图4-34 激光器的反向冲击保护电路
5）焊接、人体静电保护
激光器组件焊接时，要用带地线烙铁， 将烙铁烧热后，将电源断开再进行焊接， 焊接时间不要超过10s，操作时要带防静电 腕带。为了防止静电损伤激光器，应将人 体静电放掉后再拿取激光器，如有条件最 好在防静电工作台上进行工作。
§4.3.3光源与光纤的耦合 P126
4.10 半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的 禁带宽度，已知GaAs材料的禁带宽度Eg=1.43eV，某 InGaAsP材料的禁带宽度Eg=0.96eV，分别求它们的发 射波长 。
P148 6-11 6-12
6.5 给LED加1.8V电压，有150mA的电流流过 LED，可产生6mW的光功率，其电光转换效率是 多少？
6.6 1300nm波长的LED，当驱动电流为50mA 时，产生2mW的输出光功率，计算注入电荷产生 光子的效率。
6.7 LD发射波长为1.31μm，光纤的零色散波长为 1.3μm，其谱宽为1.5nm，假设温度对LD发射波长的影 响为0.5nm/ 0C，材料色散为主，计算温度每增加100C， 引起3dB光带宽下降了多少？
Δfm=（πRC）-1
RC是等效负载的时间常数
3、最高调制频率f max
I为外加某调制信号时的调制 光波光强度，I0为没有调 制信号时的光波强度，Im 为外加最大调制信号时的
光波强度。
4、对激光器的保护
激光器是光发射机的主要器件， 为了使激光器发出足够大的光功率， 就必须加大驱动电流，由于发光效 率的问题，必定会使激光器的温升 提高，结温过高必然会降低激光器 的稳定性和可靠性，所以激光器是 易损器件。为了提高激光器寿命， 减少损坏，必须对激光器采取一定 的保护措施。
6.8 温度引起波长变化是0.5nm／ 0C ，计算波长 1μm的光其温度引起频率的变化是多少GHz/℃？
4.9 LD的RIN=-135dB/Hz,接收机的带宽为1.5GHz, 接收到的平均光功率为25μW，计算接收机收到LD的噪 声功率。若探测器的灵敏度为0.5μA/μW，计算LD的平 均噪声电流？
请同学们按座位要求就座
教学回顾
3、接收：
光电检测器件：类型、特
❖ 光纤通信系统的三大组成部分？(发点、、光传电、检收测)器件的工
1、发送：
作特性参数。 信号的处理：信号放大、
载波：光源的类型及特点？
信号的再生与恢复
信息加载：调制器
2、传输：
传输光纤：类型、传输模式、特性参数（衰减、色 散）、传输光纤的三个低损耗窗口？
等处理后，直接控制光源的驱动电路（发光强度I），使 发光强度I随调制信号幅度的变化规律而变化。是一种光 强度调制IM(Intensity Modulation)。 特点：
电路简单、ห้องสมุดไป่ตู้济、易实现，是在光纤通信系统中最常 采用的调制方法。
（1）LED直接调制
模拟调制(LED无阈值 P-I曲线) 模拟信号： 话音、视频等信号
才发光
4、大信号调制产生频率啁啾
偏置合适可减少电光延迟 td （2）张弛振荡
当 I0≥ It Im »I0- It 时，图62-6
注入电子与产生光子的作用， 量子力学过程
2、光源的间接（外）调制 （P131）
（1）结构图
间接（外）调制 技术不仅适合于半导 体激光器，也适合于 其他类型的激光器。 间接调制技术有电光 调制、磁光调制和声 光调制等。其中最常 用的是电光调制技术。
参数选择
（1） LD偏置电流I0选择
③偏置电流太高，会使消光
选择直流工作点偏置电流
比恶化。
I0时应考虑以下几方面： ①加大直流偏置I0可以
消光比:EXT=10lg(P1/P0)(dB) P132
减小电光延迟时间。
④要适当地选取偏置电流I0
②当偏置I0在阈值附近时，
较小的调制脉冲电流就
能得到足够的输出光脉
4）反向冲击电流保护
为了避免激光器光源在工作时受
到反向冲击电流和反向冲击电 压的破坏，通常在LD上并联一 只肖特基二极管。肖特基二极 管的PN结电容比较小，反向恢 复时间较短，不影响光源的工 作速度。图4-34 激光器的反向 冲击保护电路中的D1就是起反 向冲击电流保护的元件，当反
向冲击电流或反向冲击电压出 现时，肖特基二极管D1迅速导 通，形成泄放电路，从而保护 了激光器光源。
率） ≤0.1
2、光发射机的组成：
❖ 电信号输入设备+光源+调制器
❖ 光发射机外形
1331光发射机
三、调制器类型：
1、直接调制光发射机： P133
电信号输入
光源及保护---信号直接驱动 光源功率
2、间接（外）调制光发射机： 电信号输入-----调制器 光源及保护-----调制器
3、信号输入电路 p133
（2）常用的光调制器
LiNbO3光调制器 P131 原理：以Mach-Zehnder干涉
仪(MZI)为基础的行波器件，
优点：采用了行波电极，可 获得很高的工作速度；
调制器性能的波长依赖 性很小。但这类调制器要 求具有较高的驱动电压。
• 等效电路和光路
半导体光调制器
半导体----电子器件材料， • 半导体光调制器---产
传输光缆：类型、结构、用途。
§4.3 光发射机
内容提要
❖ §4.3.1光端机概述P132--133 ❖ 光端机的类型、光发射机性能要求、光发射机
组成组成； ❖ §4.3.2光源的调制 ❖ 调制器的种类、信号的调制 P128-P132
§4.3.3光源与光纤的耦合P126--128 耦合效率η及分析、提高耦合效率η的方 法
光(源)发射机的功率尽 量耦合到光纤中，光源的光 功率本身就很弱（mW）,提 高耦合效率η 。
• 示意图
一、耦合效率η
1、定义： η=PF/PS × 100% PF：进入光纤的功率 PS：光源的功率(E LD)
2、几种光源与光纤的耦合情况
光源
LED LD
1% 30% --50%
单模 光纤
多模
3、耦合方法
冲，I0和I0+ Im 的值相差 不大，从而可以减小码
型效应和PN结发热效应
的影响。通常
I0+ Im 的值=（1.2-1.3）Ith
典型实例
❖ 美国亚特兰大的 44.7Mb／s光发射机激 光器的直流偏置I0在 90mA左右，其阈值电 流Ith =100mA；
❖ 北京邮电大学的140Mb ／s光发射机，激光器 的直流偏置逼近阈值； 高速数字光纤通信系统 中，激光器偏置在阈值 之上， I0 =118mA， Ith =108mA(减少电光延 迟)。
❖ 直接耦合（η低）； ❖ 微透镜聚焦耦合（η高）
二、耦合效率η的分析
❖ 1、直接耦合
以面发光LED为例
光强I是朗伯分布：
I(θ)=I0COSθ
❖ θ =00
I=I0
❖ θ =900 I=0
P126
η=PF/PS = =sin2 αmax=(NA)2
❖ NA=0.1—0.3(0.2) η=4%
2、提高耦合效率η的方法
要实现光纤通 信，必须解决待传
收端，光接收机鉴别 出光信号的变化规律， 再重现出原来要传输
输的信号怎样加载 到光源的发射光束 上，即需要将待传
的信息，这个过程称 为光信号的解调。
调制和解调是光 纤通信系统的重要内
输的信号对光载波 容。
进行调制。
二、调制方法
根据调制信号与光源 的关系，信号对光载波 的调制方式目前有两种 基本形式，直接调制和 间接(外)调制。 直接调制：
1）恒温保护：可采用半导体制冷措施等恒温技术， 保证激光二极管正常工作在250C左右
2）光源慢启动保护：
在光发射机电路中，
一般是许多工作单元
电路与激光器公用一 组电源，为了防止刚
图4-32 激光器的慢启动保护电路
接通电源时的瞬态冲
击电流损坏激光器，
通常设有慢启动保护 电路。
3）过流保护
为了防止激光器光源在工作 时受到过大的电流而损坏， 图4-33 激光器的过流保护电路 光源驱动电路都设有过流 保护电路，如图4-33所示。 正常工作时三极管TR截止， 对激光器LD无影响，一旦 LD中的电流过大，取样电 阻R上的取样电压增加， 使三极管导通，对LD形成 分流，从而保护了激光二 极管LD。
数字信号： 话音、视频等的
PCM编码
------0、1
对光源进行调制：对LED进行数 字调制，调制负载线， P-I曲 线。
调制原理：数字信号电流开关。 （偏置电流I0可以为0）。
数字调制电路：是电流开关电路。
（2）LD直接调制
数字激光LD发射机与LED相比，LD的调制 问题要复杂得多，尤其在高速率调制系统中， 驱动条件的选择、调制电路的形式和工艺、激 光器的控制等都对调制性能影响很大。