光源的调制和光发射机
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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。
模拟信号的直接调制 这种调制方法就是直接让LED的注入电
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。
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）。
第四章 光源的调制和光发射机
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
第四章 光源的调制和光发射机
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
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。
第四章 光源的调制和光发射机
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
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。
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
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
f
r
(
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。
wk.baidu.com
第四章 光源的调制和光发射机
二、光发射机的组成 数字光发射机的原理框图如下：
第四章 光源的调制和光发射机
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。
第四章 光源的调制和光发射机
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 td 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。
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。
第四章 光源的调制和光发射机
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：
It：阈值电流 IB：偏置电流 ID：注入调制电流
2、有较好的消比Ext
定义： Ext＝
全“0”码时的平均光功率 P0 全“1”码进的平均光功率 P1
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。
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。
第四章 光源的调制和光发射机
§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。
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%。
第四章 光源的调制和光发射机
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。
第四章 光源的调制和光发射机
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。
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。
模拟信号的直接调制 这种调制方法就是直接让LED的注入电
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。
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）。
第四章 光源的调制和光发射机
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
第四章 光源的调制和光发射机
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
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。
第四章 光源的调制和光发射机
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
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。
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
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
f
r
(
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。
wk.baidu.com
第四章 光源的调制和光发射机
二、光发射机的组成 数字光发射机的原理框图如下：
第四章 光源的调制和光发射机
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。
第四章 光源的调制和光发射机
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 td 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。
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。
第四章 光源的调制和光发射机
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：
It：阈值电流 IB：偏置电流 ID：注入调制电流
2、有较好的消比Ext
定义： Ext＝
全“0”码时的平均光功率 P0 全“1”码进的平均光功率 P1
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。
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。
第四章 光源的调制和光发射机
§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。
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%。
第四章 光源的调制和光发射机
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。
第四章 光源的调制和光发射机
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。