光源的调制和光发射机优秀课件
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光纤通信第5章光源与光发送机PPT
N2
N1
为了实现粒子数反转，就需要大量电子跃迁到导带， 为此，需要泵浦为跃迁提供能量。 此外，还需要亚稳态能级使激发的电子保持一段时 间，形成粒子数反转。
例如：T ～103 K； kT～1.38×10-20 J ～ 0.086 eV; 在可见光和近红外，Eg=hv=E 2-E 1～1eV;
N2
E2 E1
光器件与电器件的类比
电线 电阻 二极管 放大器 滤波器 电接插件 开关
光纤 光衰减器 光隔离器 光放大器 光滤波器 光连接器 光开关
调制器
光调制器
三通（多通） 光耦合器
混频器
光波分复用器
频率转换器 光波长转换器
电源
光源
探头
光探测器
集成电路
集成光路
光器件的应用
光放大
DWDM 光色散补偿 光隔离器 光环行器
光放大器件
• 掺铒光纤放大(EDFA) • 掺镨光纤放大(PDFA) • 掺钕光纤放大(NDFA) • 分布式光纤放大
– 喇曼光纤放大(SRFA) – 布里渊光纤放大(SBFA) • 半导体光放大(SOA)
系统：Systems 模块：Modules 器件：Devices 元件：Components
• 多波长光源与波长可调谐激光器
• 光电探测器(PD、PIN、APD)
光调制器件
• 幅度调制
– 机械调制 – 电光调制 – 直接调制 – 电吸收光调制(EA)
• 相位调制 • 偏振调制 • 光电集成芯片(OEIC) • 光子集成芯片(PIC)
光色散补偿器件
• 色散控制
– 色散位移单模光纤 – 非零色散位移单模光纤 – 大有效截面单模光纤 – 色散平坦单模光纤
3 受激吸收 (stimulated absorption)
N1
为了实现粒子数反转，就需要大量电子跃迁到导带， 为此，需要泵浦为跃迁提供能量。 此外，还需要亚稳态能级使激发的电子保持一段时 间，形成粒子数反转。
例如：T ～103 K； kT～1.38×10-20 J ～ 0.086 eV; 在可见光和近红外，Eg=hv=E 2-E 1～1eV;
N2
E2 E1
光器件与电器件的类比
电线 电阻 二极管 放大器 滤波器 电接插件 开关
光纤 光衰减器 光隔离器 光放大器 光滤波器 光连接器 光开关
调制器
光调制器
三通（多通） 光耦合器
混频器
光波分复用器
频率转换器 光波长转换器
电源
光源
探头
光探测器
集成电路
集成光路
光器件的应用
光放大
DWDM 光色散补偿 光隔离器 光环行器
光放大器件
• 掺铒光纤放大(EDFA) • 掺镨光纤放大(PDFA) • 掺钕光纤放大(NDFA) • 分布式光纤放大
– 喇曼光纤放大(SRFA) – 布里渊光纤放大(SBFA) • 半导体光放大(SOA)
系统：Systems 模块：Modules 器件：Devices 元件：Components
• 多波长光源与波长可调谐激光器
• 光电探测器(PD、PIN、APD)
光调制器件
• 幅度调制
– 机械调制 – 电光调制 – 直接调制 – 电吸收光调制(EA)
• 相位调制 • 偏振调制 • 光电集成芯片(OEIC) • 光子集成芯片(PIC)
光色散补偿器件
• 色散控制
– 色散位移单模光纤 – 非零色散位移单模光纤 – 大有效截面单模光纤 – 色散平坦单模光纤
3 受激吸收 (stimulated absorption)
光纤通信光源和光发射机介绍PPT(108张)
激光器是指能够产生激光的自激振荡器。受激辐射 是产生激光的关键。
粒子数反转条件：是使物质产生光放大的必要条件
光学谐振腔：建立光反馈，实现光的频率和方向选择
Laser 发射波长 p50
3.1.2 PN结
PN结的形成过程
泵浦（正向偏压）下
外加电场
同质结
异质结 P53
双异质结的优点P53
LED和LD的直接调制
小信号调制：调制响应平坦无起伏
1. 没有两个人是一样的；
2. 一个人不能控制另外一个人；
3. 有效果比有道理更重要；
4. 只有由感官经验塑造出来的世界，没有绝 对的真实世界；
5. 沟通的意义决定于对方的回应（自己说什 么不重要，对方接受什么才重要）
6. 重复旧的做法，只会得到旧的结果（只有 不断地改变做法，才能与其他事物保持理 想的关系）；
10. 在任何一个系统里，最灵活的部分便是最能影响大局的 部分（灵活就是适应，就是接受。灵活是使事情更快有 效果的重要因素）；
11. 没有挫败，只有回馈信息（“挫败”是把焦点放在过去的 事情上，“怎样改变做法”是把焦点放在未来）；
12. 动机和情绪总不会错，只是行为没有效果而已
激光器的组成和封装P82
3.我们还知道制约化学和生物的基本 定律， 这样在 原则上 ，我们 应能确 定大脑 如何工 作。但 是制约 大脑的 方程几 乎肯定 具有混 沌行为 ，初始 态的非 常小的 改变会 导致非 常不同 的结果 。这样 ，尽管 我们知 道制约 人类行 为的方 程，但 在实际 上我们 不能预 言它。
4.宇宙的其他地方对于地球上发生的 任何事 物根本 不在乎 。绕着 太阳公 转的行 星的运 动似乎 最终会 变成混 沌，尽 管其时 间尺度 很长。 这表明 随着时 间流逝 ，任何 预言的 误差将 越来越 大。在 一段时 间之后 ，就不 可能预 言运动 的细节 。
粒子数反转条件：是使物质产生光放大的必要条件
光学谐振腔：建立光反馈，实现光的频率和方向选择
Laser 发射波长 p50
3.1.2 PN结
PN结的形成过程
泵浦（正向偏压）下
外加电场
同质结
异质结 P53
双异质结的优点P53
LED和LD的直接调制
小信号调制：调制响应平坦无起伏
1. 没有两个人是一样的；
2. 一个人不能控制另外一个人；
3. 有效果比有道理更重要；
4. 只有由感官经验塑造出来的世界，没有绝 对的真实世界；
5. 沟通的意义决定于对方的回应（自己说什 么不重要，对方接受什么才重要）
6. 重复旧的做法，只会得到旧的结果（只有 不断地改变做法，才能与其他事物保持理 想的关系）；
10. 在任何一个系统里，最灵活的部分便是最能影响大局的 部分（灵活就是适应，就是接受。灵活是使事情更快有 效果的重要因素）；
11. 没有挫败，只有回馈信息（“挫败”是把焦点放在过去的 事情上，“怎样改变做法”是把焦点放在未来）；
12. 动机和情绪总不会错，只是行为没有效果而已
激光器的组成和封装P82
3.我们还知道制约化学和生物的基本 定律， 这样在 原则上 ，我们 应能确 定大脑 如何工 作。但 是制约 大脑的 方程几 乎肯定 具有混 沌行为 ，初始 态的非 常小的 改变会 导致非 常不同 的结果 。这样 ，尽管 我们知 道制约 人类行 为的方 程，但 在实际 上我们 不能预 言它。
4.宇宙的其他地方对于地球上发生的 任何事 物根本 不在乎 。绕着 太阳公 转的行 星的运 动似乎 最终会 变成混 沌，尽 管其时 间尺度 很长。 这表明 随着时 间流逝 ，任何 预言的 误差将 越来越 大。在 一段时 间之后 ，就不 可能预 言运动 的细节 。
《光源与光发送机》PPT课件
1. 孤立原子的能级
原子是由原子核和围绕原子核旋转的电子构成。 围绕原子核旋转的电子能量不能任意取值，只能取特 定的离散值，这种现象称为电子能量的量子化。电子 既绕原子核旋转（动能），又作自旋运动（位能）， 动能和位能之和称为内能。
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9
1913年丹麦物理学家玻尔提出了原子只能处于由 不连续能级表征的一系列状态（定态），对于每一种 运动状态来说，都具有一定的内能（位能和动能之 和）。 内能是一些不连续的特定值，对应电子运动 的特定轨道，这些特定的轨道称为能级。电子通过与 外界交换能量从一种运动状态转变为另一种运动状态。
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7
6、聚光性好
要求光源发光尽量集中，会聚到一点，尽可能 多地把光送过光纤，即耦合效率高，这样进入光结 的功率大，系统中继距离就可增加。
7、调制方便
调制是把话音等信息附载在光波上，如何高效 地用电信号来调制光波是决定系统成败的关键。
8、价格低廉，体积小，应用方便
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8
5.1 半导体光源的物理基础
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23
粒子数反转分布状态
在热平衡状态下，高能级上的电子数要少于低能级 上电子数。在单位时间内，从高能级跃迁到低能级 上的粒子数，总是少于从低能级跃迁到高能级上的 粒子数，因此，这时受激吸收大于受激辐射，也就 是说，在热平衡条件下的物质，不可能有光的放大 作用。因而必须到非平衡体系中去找。
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25
2.
如果N1>N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通 过这种物质时，光强按指数衰减， 这种物质称为吸收 物质。
如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通 过这种物质时，会产生放大作用，这种物质称为激活 物质。
原子是由原子核和围绕原子核旋转的电子构成。 围绕原子核旋转的电子能量不能任意取值，只能取特 定的离散值，这种现象称为电子能量的量子化。电子 既绕原子核旋转（动能），又作自旋运动（位能）， 动能和位能之和称为内能。
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9
1913年丹麦物理学家玻尔提出了原子只能处于由 不连续能级表征的一系列状态（定态），对于每一种 运动状态来说，都具有一定的内能（位能和动能之 和）。 内能是一些不连续的特定值，对应电子运动 的特定轨道，这些特定的轨道称为能级。电子通过与 外界交换能量从一种运动状态转变为另一种运动状态。
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7
6、聚光性好
要求光源发光尽量集中，会聚到一点，尽可能 多地把光送过光纤，即耦合效率高，这样进入光结 的功率大，系统中继距离就可增加。
7、调制方便
调制是把话音等信息附载在光波上，如何高效 地用电信号来调制光波是决定系统成败的关键。
8、价格低廉，体积小，应用方便
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8
5.1 半导体光源的物理基础
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23
粒子数反转分布状态
在热平衡状态下，高能级上的电子数要少于低能级 上电子数。在单位时间内，从高能级跃迁到低能级 上的粒子数，总是少于从低能级跃迁到高能级上的 粒子数，因此，这时受激吸收大于受激辐射，也就 是说，在热平衡条件下的物质，不可能有光的放大 作用。因而必须到非平衡体系中去找。
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25
2.
如果N1>N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通 过这种物质时，光强按指数衰减， 这种物质称为吸收 物质。
如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通 过这种物质时，会产生放大作用，这种物质称为激活 物质。
第4章光源和光发射机电子通信专业优秀课件
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
3. 外加正向电场的PN结
图解1: 外接电源
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
图解2: 接通电源, 内电场被削弱,耗尽层变窄
外加正向电场的PN结
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
图解3: 能带发生移动, 产生激活区
激活区电子-空穴复合发光是LED,LD产生辐射的 “源”!
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
2. PN结 P型和N型半导体接触,在接触面附近形成PN结.
P区 N区 I1
P区 N区 I2
正向
I1>> I2
反向
外电场方向不同, 导电性大不相同.
4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
PN结形成图解:
图解1: P,N半导体接触前
4.1 光源
则
ni=2.62*106cm-3
4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论
2. N型和P型半导体
向本征半导体中掺杂V族元素(P,As,Sb), 导带中的电子浓 度增加,电子为多数载流子. 电子-负电荷-Negative-N型
向本征半导体中掺杂III族元素(B,Al,Ga,In), 价带中的空穴浓 度增加,空穴为多数载流子. 空穴-正电荷-Positive-P型
第4章光源和光发射机电子通信 专业
光纤通信系统的组成
驱动电路
光源
调制器
光发射机
光纤
中继器
光纤
光电二 极管
放大器 判决器
光接收机
组成基本单元: 光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机。
互连与光信号处理器件: 光纤连接器、隔离器、调制器、滤波 器、光开关及路由器、分插复用器ADM等。
光纤通信光源和光发射机ppt课件
特性？
纵模和横模p65-66
半导体激光器的P-I特性曲线p69
特征温度p72
光束特性
近场和远场分布 远场
LED
LED的P-I特性（掌握） LED的输出光谱分布（掌握） LED的典型结构（了解）
LED 用途
照明用LED材料的选择
典型结构
LD的优点
LED和LD的调制 直接调制：内调制 间接调制：外调制
3.1.3 非辐射复合—直接带隙和间接带隙半导体材料
内量子效率 P70 （公式2-21）
载流子寿命
辐射复合
3.1.4 半导体材料：晶格常数匹配
小结：半导体光源材料的选取
半导体材料的禁带宽度的计算公式
半导体材料的制备
3.2 半导体激光器
半导体激光器的工作条件
工作物质
泵浦源
10. 在任何一个系统里，最灵活的部分便是最能影响大局的 部分（灵活就是适应，就是接受。灵活是使事情更快有 效果的重要因素）；
11. 没有挫败，只有回馈信息（“挫败”是把焦点放在过去 的事情上，“怎样改变做法”是把焦点放在未来）；
12. 动机和情绪总不会错，只是行为没有效果而已
激光器的组成和封装P82
7. 凡事必有至少三个解决方法（只有相信尚有未知的有效 方法，才会有机会找到它并使事情改变）；
8. 每一个人都选择给自己最佳利益的行为（没有不对的行 为，只有在当时环境下没有效果的行为）；
9. 每个人都已经具备使自己成功快乐的资源（所有事情或 经验里面，正面和负面的意义同时存在，究竟是我们的 绊脚石还是踏脚石，须由自己决定）；
FP腔激光器
图2-15：基本结构 图2.16：典型结构 p59 图2.17 ：示意图 p59 图2.18：商用结构
纵模和横模p65-66
半导体激光器的P-I特性曲线p69
特征温度p72
光束特性
近场和远场分布 远场
LED
LED的P-I特性（掌握） LED的输出光谱分布（掌握） LED的典型结构（了解）
LED 用途
照明用LED材料的选择
典型结构
LD的优点
LED和LD的调制 直接调制：内调制 间接调制：外调制
3.1.3 非辐射复合—直接带隙和间接带隙半导体材料
内量子效率 P70 （公式2-21）
载流子寿命
辐射复合
3.1.4 半导体材料：晶格常数匹配
小结：半导体光源材料的选取
半导体材料的禁带宽度的计算公式
半导体材料的制备
3.2 半导体激光器
半导体激光器的工作条件
工作物质
泵浦源
10. 在任何一个系统里，最灵活的部分便是最能影响大局的 部分（灵活就是适应，就是接受。灵活是使事情更快有 效果的重要因素）；
11. 没有挫败，只有回馈信息（“挫败”是把焦点放在过去 的事情上，“怎样改变做法”是把焦点放在未来）；
12. 动机和情绪总不会错，只是行为没有效果而已
激光器的组成和封装P82
7. 凡事必有至少三个解决方法（只有相信尚有未知的有效 方法，才会有机会找到它并使事情改变）；
8. 每一个人都选择给自己最佳利益的行为（没有不对的行 为，只有在当时环境下没有效果的行为）；
9. 每个人都已经具备使自己成功快乐的资源（所有事情或 经验里面，正面和负面的意义同时存在，究竟是我们的 绊脚石还是踏脚石，须由自己决定）；
FP腔激光器
图2-15：基本结构 图2.16：典型结构 p59 图2.17 ：示意图 p59 图2.18：商用结构
光源和光发射器PPT课件
有源区内每秒钟产生的光子数
内量子效率i= 有源区内每秒钟注入的电子-空穴对数
内量子效率i是衡量激光二极管把电子－空穴对（注入 电流）转换成光子能力的一个参数。
与D不同的的是， i与激光二极管的几何尺寸无关，是 评价激光二极管半导体晶片质量的主要参数。
i和D既有关系又有差别。 i是激光二极管把电子－空 穴对（注入电流）转换成光子效率的直接表示，但要注 意，并非所有光子都出射成为输出光，有些光子由于各 种内部损耗而被重新吸收。 D是激光二极管把电子－ 空穴对（注入电流）转换成输出光的效率象征。 D总 是比i小。
LD的噪声源主要有： RIN p 2 P 2
（1）相位噪声 （2）工作不稳定引起的噪声（如自脉动） （3）光纤端面与LD之间互作用引起的噪声 （4）模噪声（单模LD+多模光纤系统）与模分配噪 声（多模LD+单模光纤系统） 通过模式稳定及光隔离器来减低或消除
来的固有特性。
自脉动：某些激 光器在某些注入 电流下发生的一 种持续振荡。
张弛振荡和自脉动 的结合。激光器激 射以后，先出现一 个张弛振荡的过程， 随后则开始持续自
脉动。
2. 张弛振荡
•当注入电流从零 快速增大到阈值以 上时，经电光延迟 后产生激光输出， 并在脉冲顶部出现 阻尼振荡，经过几 个周期后达到平衡 值。 •采用预偏置在Ith 附近的方法，可减 小张弛振荡
0
1.0
相 0.8
对 光
0.6
强 0.4
2~5nm
0.2
0 -40 -20 0 20 40
波长 (nm)
(b) 多模 LD 的 光谱特性
0
1.0
相 0.8
对 光
0.6
强 0.4
0.02nm
内量子效率i= 有源区内每秒钟注入的电子-空穴对数
内量子效率i是衡量激光二极管把电子－空穴对（注入 电流）转换成光子能力的一个参数。
与D不同的的是， i与激光二极管的几何尺寸无关，是 评价激光二极管半导体晶片质量的主要参数。
i和D既有关系又有差别。 i是激光二极管把电子－空 穴对（注入电流）转换成光子效率的直接表示，但要注 意，并非所有光子都出射成为输出光，有些光子由于各 种内部损耗而被重新吸收。 D是激光二极管把电子－ 空穴对（注入电流）转换成输出光的效率象征。 D总 是比i小。
LD的噪声源主要有： RIN p 2 P 2
（1）相位噪声 （2）工作不稳定引起的噪声（如自脉动） （3）光纤端面与LD之间互作用引起的噪声 （4）模噪声（单模LD+多模光纤系统）与模分配噪 声（多模LD+单模光纤系统） 通过模式稳定及光隔离器来减低或消除
来的固有特性。
自脉动：某些激 光器在某些注入 电流下发生的一 种持续振荡。
张弛振荡和自脉动 的结合。激光器激 射以后，先出现一 个张弛振荡的过程， 随后则开始持续自
脉动。
2. 张弛振荡
•当注入电流从零 快速增大到阈值以 上时，经电光延迟 后产生激光输出， 并在脉冲顶部出现 阻尼振荡，经过几 个周期后达到平衡 值。 •采用预偏置在Ith 附近的方法，可减 小张弛振荡
0
1.0
相 0.8
对 光
0.6
强 0.4
2~5nm
0.2
0 -40 -20 0 20 40
波长 (nm)
(b) 多模 LD 的 光谱特性
0
1.0
相 0.8
对 光
0.6
强 0.4
0.02nm
光源的调制和光发射机课件
光源的调制和光发射机课件
目录
• 光源的调制技术 • 光发射机的原理与结构 • 光发射机的关键技术 • 光发射机的应用和发展趋势 • 光发射机的实验与测试
01
光源的调制技术
直接调制
直接调制总结
通过控制电流或电压等外部参 数来改变光源的发光特性，实
现信号的传输。
直接调制原理
通过改变光源的驱动电流或电 压，使光源的发光波长、强度 等特性发生变化，从而携带信 息。
激光雷达
在激光雷达系统中，光发 射机用于产生调制激光束 ，对目标进行探测和定位 。
生物医疗
光发射机在生物医疗领域 的应用包括光学成像、激 光治疗和光学传感等。
光发射机的发展趋势
高速调制
智能化
随着通信技术的发展，光发射机正朝 着更高的调制速度发展，以满足大数 据传输的需求。
智能化光发射机能够实现自动调整和 优化，提高系统的稳定性和可靠性， 降低运维成本。
集成化
集成化是光发射机未来发展的重要趋 势，通过将多个功能模块集成在一个 芯片上，实现小型化、低成本和高可 靠性。
光发射机面临的挑战和解决方案
挑战
光发射机在高调制速度下可能面临信 号失真、热效应和噪声等问题。
解决方案
采用新材料、新工艺和优化电路设计 等技术手段，提高光发射机的性能和 可靠性。同时，加强产学研合作，推 动光发射机技术的创新发展。
号的波长和强度。
光源
光源是光发射机中的重要组成 部分，负责产生光信号。
耦合器
耦合器用于将光源发出的光信 号耦合到光纤中，实现光的传
输。
光发射机的主要参数
波长
光发射机的波长决定了其工作频带和传输容 量。
消光比
消光比是指光发射机输出光信号的强弱之比 ，是衡量光发射机性能的重要参数。
目录
• 光源的调制技术 • 光发射机的原理与结构 • 光发射机的关键技术 • 光发射机的应用和发展趋势 • 光发射机的实验与测试
01
光源的调制技术
直接调制
直接调制总结
通过控制电流或电压等外部参 数来改变光源的发光特性，实
现信号的传输。
直接调制原理
通过改变光源的驱动电流或电 压，使光源的发光波长、强度 等特性发生变化，从而携带信 息。
激光雷达
在激光雷达系统中，光发 射机用于产生调制激光束 ，对目标进行探测和定位 。
生物医疗
光发射机在生物医疗领域 的应用包括光学成像、激 光治疗和光学传感等。
光发射机的发展趋势
高速调制
智能化
随着通信技术的发展，光发射机正朝 着更高的调制速度发展，以满足大数 据传输的需求。
智能化光发射机能够实现自动调整和 优化，提高系统的稳定性和可靠性， 降低运维成本。
集成化
集成化是光发射机未来发展的重要趋 势，通过将多个功能模块集成在一个 芯片上，实现小型化、低成本和高可 靠性。
光发射机面临的挑战和解决方案
挑战
光发射机在高调制速度下可能面临信 号失真、热效应和噪声等问题。
解决方案
采用新材料、新工艺和优化电路设计 等技术手段，提高光发射机的性能和 可靠性。同时，加强产学研合作，推 动光发射机技术的创新发展。
号的波长和强度。
光源
光源是光发射机中的重要组成 部分，负责产生光信号。
耦合器
耦合器用于将光源发出的光信 号耦合到光纤中，实现光的传
输。
光发射机的主要参数
波长
光发射机的波长决定了其工作频带和传输容 量。
消光比
消光比是指光发射机输出光信号的强弱之比 ，是衡量光发射机性能的重要参数。
光纤通信系统光源与光发射机课件
01
02
光源与光发射机
用于将电信号转换为光信号，是 光纤通信系统的核心部件。
03
04
光接收机
用于将接收到的光信号转换为电 信号，以便进一步处理。
光纤通信系统的优点
传输距离远
光纤传输损耗低，可以实现长距离的光信号 传输。
带宽高
光纤不受电磁干扰的影响，传输质量稳定可 靠。
抗干扰能力强
光纤的传输带宽较高，可以实现高速数据传 输。
光发射机在科研、教育等领域 用于高速数据传输和远程实验 观测，促进科技进步。
光发射机的发展趋势
1 高速率
随着数据传输需求的增长，光发射机正朝着更高传输速 率的方向发展。
2 长距离
随着数据传输需求的增长，光发射机正朝着更高传输速 率的方向发展。
3 集成化
随着数据传输需求的增长，光发射机正朝着更高传输速 率的方向发展。
调制器将信息信号加载到 光信号上，实现信息的传 输。
驱动器控制调制器
驱动器为调制器提供必要 的控制信号，确保调制过 程稳定可靠。
光发射机的组成
光源模块
包括激光二极管、驱动 电路等，负责产生光信
号。
调制器模块
将信息信号加载到光信 号定的 直流电源，确保其正常
液体激光器
利用液体作为工作物质，常见的有 染料激光器、有机溶液激光器等。
激光器的性能参数
波长
稳定性
激光器的输出波长是衡量其性能的重 要参数，不同的应用需要不同波长的 激光器。
激光器的稳定性对其输出光的质量和 使用寿命具有重要影响，稳定的激光 器能够保证信号传输的可靠性。
功率
激光器的输出功率决定了其能够应用 的范围和效果，高功率激光器能够实 现更远距离的传输和更好的信号质量 。
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响应波形如图4.4所示：
输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟
时间，称光电延迟时间td，其数量级一般为ns。
当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐
渐衰减的振荡，称为张驰振荡，其频率
fr
(
r 2
)
一般为
0.5～2GHz。这些特性与激光器有源区的电子自发复合 寿命和谐振腔内光子寿命以及注入电流初始偏差量有关。
用适当的“过调制”补偿方法，如图4.5（C）所示，可以 消除型效应。
第四章 光源的调制和光发射机
2、自脉动现象
某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动 下，当注入电流达到某个范围时，输出光 脉冲出现持续等幅的调频振荡，这种现象 称自脉动现象（如图4.6所示）。频率可 达2GHZ，严重影响LD的高速调制特性。
It：阈值电流 IB：偏置电流 ID：注入调制电流
由图可见，当LD激光器的驱动电流I大于阈值It电流时，输出 光功率P和驱动电流I基本上是线性关系，输出光功率正比于输 入电流，所以输出光信号反映输入电信号。
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二、光源的间接调制 如图4.3所示，它是根据某些“电/光”或“声/光”晶
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张驰振荡和电光延迟的后果是限制调制速率，当最高调制 频率接近张驰振荡频率时(f调max＝fr)，波形失真严重，会使 接收在抽样判决时增加误码率，因此，实际使用的最高调制频 率应低于张驰振荡频率。
电光延迟要产生码型效应：当电光延迟时间 t d 与数字调制 的码元持续时间 T / 2 为相同数量级时，会使“0”码过后的第一 个“1”码的脉冲宽度变窄，幅度减小，严重时可能使单个“1” 码丢失，这种现象称“码型效应”如图4.5所示。
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三、光源的调制特性
半导体激光器是光纤通信的理想光源，但在高速脉
冲调制下，其瞬态特性仍会出现许多复杂现象。如常见
的电光延迟，张驰振荡和自脉动现象。这种特性严重限
制系统传输速率和通信质量，在电路的设计时，要给予
充分考虑。
1、电光延迟和张驰振荡现象
半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲瞬态
自脉动现象是激光器内部不均匀增益 或不均匀吸收产生的，往往和LD的P－I 曲线的非线性有关，自脉动发生的区域和 P－I曲线扭折区域相对应，因此，选择激 光器时应特别注意。
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§4-2 光发射机
在光纤通信中，光发射机的作用是把从电端机送来的 电信号转变成光信号，送入光纤路进行传输。
体的光波传输特性随电压或声压等外界因素的变化而变化 的物理现象而提出的一种调制方式。
对光源的直接调制，具有简单方便等优点，但这种调 制方法会使得激光器的动态谱线增宽，造成在传输时色散 增大，从而限制了通信容量和传输速率。
采用间接调制可克服上述缺点，尤其在调制速率上， 至少可提高一个数量级。
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下面简单介绍常用的二种间接调制器。 1、电/光调制器
电－光调制器的基本工作原理是晶体 的线性电光效应，电光效应是指：电场 引起晶体折射率变化的现象。能够产生 电光效应的晶体称为电光晶体。
如令Δｎ为电光晶体折射率由外加电 场 引E 起的变化，它可随 成E 线性变化， 也可随E成平方变化（非线性）。在调制 器中，主要利用电光晶体Δｎ的线性变化 项，称帕克耳效应。（Pockel's effect）。
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2、声/光调制器 声/光调制器是利用介质的声光效应制成。 所谓声光效应，是由于声波在介质中传播时，介质受声
波压强作用而产生应变，这种应变使得介质的折射率发生变 化，从而影响光波传输特性，这就是声光效应。
将钛（Ti）扩散到铌酸锂（Li Nb O2）基底材料上，用光 刻法制出波导的具体尺寸，可构成光波导调制器，它具有体 积小，重量轻，有利于光集成等特点。 具有代表性的光波导调制器包括： 1°光波相位调制器 2°行波方向耦合型光波导调制器 3°干涉型光波导调制器 4°衍射型光波导调制器
一、对光发射机的要求
1、有合适的输出光功率 光发射机的输出光功率，通常是指耦合进光纤的功率，
亦称入纤功率。入纤功率越大，可通信的距离就越长，但太 大也会使系统工作于非线性状态，对通信产生不良影响，甚 至烧坏光接机的PIN管，这要根据实际情况进行设计，同时 要求光功率稳定度在5～10%。
调制方法就是直接让LED的注入电
流跟随反映语音或图像等模拟量变化，从而 使LED管的输出光功率跟随模拟信号变化(如 图4.1)。
由图可见，这了使已调制的光波信号的 非线性失真小，应适当选择直流偏置注入电 流的大小。
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数字信号的直接调制 LD和LED直接光强数字调制原理如图4.2所示：
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二、光发射机的组成 数字光发射机的原理框图如下：
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光发射机主要由光源和电路两部分组成，各部分功能如下： 1、光源 对通信用光源的要求如下 （1）发射的光波长和光纤低损耗“窗口”一致，即中心波长应
在0.85μm,1.31μm和1.55μm附近，光谱单色性要好，即谱线 宽度要窄，以减小光纤色散对带宽的限制。 （2）电/光转换效率要高，即要求在足够低的驱动电流下，有 足够大而稳定的输出光功率，且线性良好，发射光束的方向 性要好，即远场的辐射角要小，以利于提高光源与光纤之间 的耦合效率。 （3）允许的调制速率要高或响应速度要快，以满足系统大传输 容量的要求。 （4）器件能在常温下以连续波方式工作，要求温度稳定性好， 可靠、长寿命。 （5）其它：体积小，重量轻，安装方便，价低。
2、有较好的消比Ext
定义： Ext＝
全“0”码时的平均光功P率0 全“1”码进的平均光功P率1
对已调制的光源，希望在“0”码时，没有光功率输出， 否则它将使系统产生噪声，从而使接收机灵敏度下降， 一般要求Ext≤10%。 3、调制特性好 即要求调制效率和调制频率要高，以满足大容量、高 速率光纤通信系统的要求。 4、其它 要求电路简单，成本低，光源寿命长，运行稳定可行等。
第四章 光源的调制和光发射机
光源的调制和光发射机优秀课 件
第四章 光源的调制和光发射机
一、光源的直接调制
这种调制方式又称为“内调制”。 直接调制常用的三种方法 ①模拟强度调制（AIM）这种方式与基带传输 相似。 ②脉冲位置调制（PPM）这种方式适应光源和 检测管的特性，实际仍属于模拟调制。 ③数字调制，如PCM－IM，这是常用方式。