光纖與通信：第3章光源與光發(fā)射機(jī)

光源與光發(fā)射機(jī)第三章主要內(nèi)容激光器原理半導(dǎo)體激光器(LD)LD的特性常用光源光發(fā)射機(jī)光纖通信系統(tǒng)對(duì)光源的要求：1、光源發(fā)光的峰值波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)與光纖的低損耗窗口一致。

2、光源的輸出功率應(yīng)當(dāng)足夠大。（10uw~幾mw）3、光源應(yīng)當(dāng)有高度的可靠性。（10萬(wàn)小時(shí)以上）4、光源的譜線不能太寬。5、光源應(yīng)利于調(diào)制。6、電光轉(zhuǎn)換效率應(yīng)當(dāng)高。7、光源體積小重量輕功耗小。常用光源半導(dǎo)體激光器（LD）雙異質(zhì)結(jié)激光器（DH-LD）分布反饋式激光器（DFB-LD）量子阱激光器（QW-LD）發(fā)光二極管（LED）面發(fā)光二極管邊發(fā)光二極管§3.1激光器原理簡(jiǎn)介2、原子的能級(jí)E原子的能級(jí)1、光子普朗克常數(shù)電子在能級(jí)的概率玻爾茲曼常數(shù)一、光與物質(zhì)的作用3、光與物質(zhì)的三種作用形式光與物質(zhì)的轉(zhuǎn)變存在三種不同的形式：自發(fā)輻射受激吸收受激輻射（1）、自發(fā)輻射處于原子高能級(jí)的電子是不穩(wěn)定的，它將自發(fā)的向低能級(jí)躍遷，發(fā)射出一定能量的光子。E電子光子光子的能量滿足特點(diǎn)：各個(gè)能級(jí)上的電子都是自發(fā)的、獨(dú)立的進(jìn)行躍遷，輻射的光子的頻率或相位、方向不同，是非相干光。E2E1自然光（2）、受激吸收在入射光子的激勵(lì)下，原子低能級(jí)上的電子吸收光子的能量從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)。E電子光子特點(diǎn)：這個(gè)過(guò)程不是自發(fā)的，必須有外來(lái)的光子的激勵(lì)。E2E1（3）、受激輻射在入射光子的激勵(lì)下，電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，同時(shí)發(fā)出一個(gè)能量為

的光子。E電子光子光子特點(diǎn)：（1）受激輻射必須在外來(lái)光子的能量等于躍遷時(shí)的能級(jí)差時(shí)發(fā)生，（2）產(chǎn)生的光子與原光子的頻率、相位、偏振方向相同，稱為全同光子，將使光的能量放大。光子E2E1受激輻射是激光器發(fā)光的主要原因(LASER-LightAmplificationbyStimulateEmissionofRadiation)受激輻射可能產(chǎn)生光放大二、光放大的條件在熱平衡時(shí)單位時(shí)間受激輻射的電子數(shù)+自發(fā)輻射的電子數(shù)=受激吸收的電子數(shù)受激輻射的電子數(shù)〈受激吸收的電子數(shù)自發(fā)輻射系數(shù)受激輻射系數(shù)受激吸收系數(shù)自發(fā)輻射入射光出射光入射光自發(fā)輻射受激吸收受激輻射光譜密度出射的光子數(shù)入射的光子數(shù)正常分布受激吸收受激輻射受激輻射的電子數(shù)受激吸收的電子數(shù)光放大：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)非熱平衡狀態(tài)有光放大能力激活物質(zhì)、增益物質(zhì)光放大器=工作物質(zhì)+泵浦源工作物質(zhì)被泵浦源激活后具有光放大作用，就是光放大器入射光受激吸收受激輻射工作物質(zhì)外在激勵(lì)泵浦源粒子數(shù)反轉(zhuǎn)出射的受激輻射光子數(shù)入射光子數(shù)光放大的條件：三、激光器組成正反饋諧振回路光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔組成：兩個(gè)反射率為R1，R2的反射鏡作用：能量反饋，方向選擇，頻率選擇。激光器=光放大器+正反饋諧振回路Fabry-Perot電子震蕩器工作物質(zhì)泵浦激勵(lì)光放大器激光器就是一個(gè)內(nèi)部具有光發(fā)大器的光子發(fā)生器光子振蕩器=放大器+正反饋回路——法布里－珀羅（F-P）諧振腔光方向選擇：R1R2與中軸平行的光線不斷在同一直線上反射，反射光疊加，強(qiáng)度加強(qiáng)R1R2與中軸不平行的光多次反射后離開(kāi)諧振腔結(jié)論：只有與中軸平行的光才存在，否則將在多次反射后消失工作物質(zhì)輻射的光的波長(zhǎng)有一定譜線寬度光頻率的選擇：λG當(dāng)反射光與入射光的相位相等或相差2π的整數(shù)倍時(shí)，發(fā)生相強(qiáng)的干涉，光的能量加強(qiáng)。干涉加強(qiáng)干涉減弱相位條件：結(jié)論：只有滿足相位條件的波長(zhǎng)的光才會(huì)被加強(qiáng)，否則會(huì)被減弱。不滿足相位條件時(shí)，則發(fā)生相消干涉，光的能量漸漸減弱。激光產(chǎn)生的條件：諧振腔的衰減：工作物質(zhì)的吸收，反射鏡的吸收和透射等。諧振腔的增益：工作物質(zhì)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布后受激輻射光放大的增益。結(jié)論：只有滿足以上條件時(shí)，才有功率穩(wěn)定的光存在同相激勵(lì)的相位條件：振蕩器起振的幅度條件：增益損耗外在激勵(lì)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布自發(fā)輻射方向選擇受激輻射反射反饋閾值條件相位條件方向性好、功率穩(wěn)定、頻率窄的激光激光的產(chǎn)生過(guò)程§3.2半導(dǎo)體激光器原理SemiconductorLaserLaserDiode激光二極管LD1、半導(dǎo)體能級(jí)半導(dǎo)體是由大量原子周期有序的排列構(gòu)成的共價(jià)晶體，相鄰原子原子之間的相互作用使得電子在整個(gè)半導(dǎo)體中進(jìn)行共有化運(yùn)動(dòng)，所處的離散能態(tài)擴(kuò)展成連續(xù)分布的能帶。半導(dǎo)體電子的能帶LD是激光器的一種，主要分析工作物質(zhì)、粒子數(shù)反轉(zhuǎn)及反饋回路LD的工作物質(zhì)是半導(dǎo)體材料形成的PN結(jié)化學(xué)鍵電子所處的能帶叫價(jià)帶比價(jià)帶高的能帶叫導(dǎo)帶能帶之間不允許電子的存在，稱為禁帶價(jià)帶（EV）導(dǎo)帶（EC）禁帶（Eg）2、直接帶隙和間接帶隙直接帶隙間接帶隙半導(dǎo)體材料的帶隙是動(dòng)量k的函數(shù)，依照帶隙的形狀，可以將半導(dǎo)體分為直接帶隙材料和間接帶隙材料兩類。一個(gè)電子和一個(gè)空穴復(fù)合，隨后輻射一個(gè)光子，在最簡(jiǎn)單和最有可能發(fā)生的復(fù)合過(guò)程中，電子和空穴具有相同的動(dòng)量導(dǎo)帶最小能級(jí)和價(jià)帶最大能級(jí)有不同的動(dòng)量，所以此時(shí)導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的復(fù)合必須要有另外的粒子參與以保持動(dòng)量守恒，聲子就能完成這樣的功能x＝0.08的典型Ga1－xAlxAs光譜圖工作在800-900-nm光源：

使用的主要的材料是（鎵鋁砷）（砷化鋁與砷化鎵的混合材料）工作在光源，使用的材料主要是（銦鎵砷磷）3、光源材料砷化鋁與砷化鎵的比率x決定了合金的帶隙，相應(yīng)地也就決定了其輻射光的峰值波長(zhǎng)。通過(guò)改變有源區(qū)材料的的摩爾比率，可構(gòu)造出峰值發(fā)光波長(zhǎng)在之間

4、本征材料費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米能級(jí)：是一個(gè)假象能級(jí)，電子處在該能級(jí)上的概率是1/2本征半導(dǎo)體的電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)

本征材料：沒(méi)有缺陷和未摻雜的理想半導(dǎo)體材料位于禁帶中央。電子在的能級(jí)上的概率小于1/2電子在的能級(jí)上的概率大于1/2向晶體中摻微量的Ⅴ族元素,如摻雜的元素原子核的外層有五個(gè)電子，其中四個(gè)電子用來(lái)與相鄰的原子形成共價(jià)鍵，余下一個(gè)電子受到的束縛很弱，可以用來(lái)傳導(dǎo)電流，使導(dǎo)帶的電子增加。5、n型材料的費(fèi)米能級(jí)導(dǎo)帶價(jià)帶n型材料的導(dǎo)帶中電子數(shù)增加，電子位于導(dǎo)帶的概率增加。摻雜濃度越高，電子位于導(dǎo)帶的概率越大，使費(fèi)米能級(jí)抬高可以使得晶體的導(dǎo)電性能大為增加。6、p型材料的費(fèi)米能級(jí)

通過(guò)向晶體中摻微量的Ⅲ族元素，也可以使得晶體的導(dǎo)電性能增加，這些用來(lái)?yè)诫s的元素在原子核的外層有三個(gè)電子，這三個(gè)電子與相鄰的原子形成共價(jià)鍵，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與施主電子電量相等的空穴，這樣就在價(jià)帶上方產(chǎn)生一個(gè)非占用能級(jí)（受主能級(jí)）。導(dǎo)帶價(jià)帶p型材料的價(jià)帶中空穴數(shù)增加，電子位于價(jià)帶的概率減少。摻雜濃度越高，電子位于價(jià)帶的概率越小，使費(fèi)米能級(jí)降低7、pn結(jié)

當(dāng)p型材料和n型材料接觸時(shí)，兩種材料的電荷區(qū)相接觸，就會(huì)形成pn結(jié)，它決定了半導(dǎo)體器件的電特性。

當(dāng)pn結(jié)形成后，在pn結(jié)上就形成一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)（或勢(shì)壘）由于電子和空穴都形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，所以結(jié)區(qū)就不再有移動(dòng)的載流子，稱這個(gè)區(qū)域稱為耗盡區(qū)（或空間電荷區(qū)）.

空間電荷區(qū)pn結(jié)pn結(jié)電子分布8、PN結(jié)正向偏置電流流過(guò)PN結(jié)，破壞了熱平衡時(shí)統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)，在P區(qū)和N區(qū)各自形成了準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。這時(shí)，導(dǎo)帶上費(fèi)米能級(jí)以下充滿了電子，價(jià)帶上費(fèi)米能級(jí)以上沒(méi)有電子，因此，形成了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，成為激活區(qū)。當(dāng)PN結(jié)加上正向偏壓時(shí)，外加電壓的電場(chǎng)方向正好和內(nèi)建場(chǎng)的方向相反，因而削弱了內(nèi)建電場(chǎng)，有電流流過(guò)PN結(jié)，使導(dǎo)帶電子密度增加。電流越大，導(dǎo)帶的電子密度越大。形成光放大器7、pn結(jié)空間電荷區(qū)8、加正向偏置粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)粒子數(shù)未翻轉(zhuǎn)解理面解理面解理面解理面9、諧振腔反射面利用晶體解理面構(gòu)成反射面當(dāng)激光器閾值電流很大時(shí)，器件發(fā)熱，使壽命很短。如何使激光器閾值電流減少，使壽命長(zhǎng)？采用異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)10、閾值電流LD要輸出激光必須要滿足以下條件：（1）粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；（2）增益大于損耗。只有電流大于一定值時(shí)才能滿足以上條件。即LD存在一閾值電流才有激光產(chǎn)生。同質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)載流子限制11、異質(zhì)結(jié)LD同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)單異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)(1)同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)

PN結(jié)是否為同一種材料（2）異質(zhì)結(jié)的特點(diǎn)載流子限制與光波限制限制載流子在有源區(qū)，在電流不大時(shí)就容易達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)異質(zhì)結(jié)折射率分布光波限制光功率分布采用異質(zhì)結(jié)，由于載流子限制和光波限制，再配合別的工藝，使LD的閾值電流從幾百mA下降到mA。使LD可以長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作。限制光波在有源區(qū)使有源光密度增加從而使光增益增加§3.3半導(dǎo)體激光器（LD)特性1、輸出光功率與激光器驅(qū)動(dòng)電流之間關(guān)系

外量子效應(yīng)閾值電流2、激光二極管的模式在半導(dǎo)體激光器的諧振腔內(nèi)，在橫向有不同的場(chǎng)分布稱為橫模

在縱向有不同的場(chǎng)分布稱為縱模諧振腔中縱向模式。激光二極管諧振腔中的的橫模與縱模橫模：由激光器諧振腔橫向結(jié)構(gòu)決定縱模：由激光器諧振腔縱向長(zhǎng)度決定不同的縱模對(duì)應(yīng)不同的諧振頻率3、光譜特性LD輸出光功率和波長(zhǎng)的關(guān)系（1）半導(dǎo)體材料的自發(fā)輻射發(fā)光特性（2）激光器增益和波長(zhǎng)的關(guān)系（3）諧振腔的選頻特性有很多縱模多縱模激光器考慮激光器相位關(guān)系

在多模激光器中縱模的頻率的間隔為：多縱模激光器的縱模間隔例：有一GaAs多縱模激光器,腔長(zhǎng)500μm，材料折射率n＝3.7,激光器工作波長(zhǎng)為850nm,頻率和波長(zhǎng)的間隔各為多少？解：4、溫度特性其中是激光器對(duì)溫度敏感程度的度量的特性溫度；是一個(gè)常數(shù)。（1）溫度對(duì)閾值電流的影響（2）溫度對(duì)量子效率的影響（3）溫度輸出光譜的影響溫度升高，光譜變寬電光延遲、張弛振蕩、自脈動(dòng)、啁啾（1）電光延遲激光器的輸出光信號(hào)滯后于電信號(hào)td原因：有源區(qū)的電子密度必須增加到一定的閾值才會(huì)有光出來(lái)。5、瞬態(tài)特性電信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)光信號(hào)（2）張弛振蕩當(dāng)電脈沖注入激光器后，輸出光脈沖有一個(gè)幅度逐漸衰減的振蕩。影響：當(dāng)調(diào)制速度接近張弛振蕩的頻率時(shí)，容易產(chǎn)生誤判，影響了調(diào)制的速度。原因：光子激發(fā)與電子注入的時(shí)間延遲。通過(guò)增加偏置電流可以改善電光延遲和張弛振蕩引起的碼型效應(yīng)。電光延遲和張弛振蕩在光通信中會(huì)引起碼型效應(yīng)。碼型效應(yīng)：輸出的光信號(hào)中“1”碼的波形和碼型有關(guān)，在檢測(cè)時(shí)容易引起誤碼電信號(hào)碼型光信號(hào)碼型（3）自脈動(dòng)現(xiàn)象有些激光器在脈沖調(diào)制下或直流驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)注入電流足夠大時(shí)，輸出的光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅的高頻振蕩。（4）啁啾（Chirp）效應(yīng)有的激光器在輸入電流變化時(shí)載波有一附加的調(diào)頻現(xiàn)象§3.4分布反饋半導(dǎo)體激光器（DFB)異質(zhì)結(jié)LDDistributedfeedbacklaser多縱模LDF-P諧振腔光譜比較寬幾個(gè)只有一個(gè)縱模光譜就很窄如何實(shí)現(xiàn)單縱模單縱模LD采用分布反饋是一種很好的方法（用反射面集中反饋）（1）DFB激光器的結(jié)構(gòu)

DFB是用Brag衍射光柵代替F-P諧振腔對(duì)光進(jìn)行波長(zhǎng)的選擇，使激光器形成單縱模。Bragg波紋光柵是由于材料折射率的周期性變化而形成。（2）DFB激光器的工作原理DFB激光器用布拉格（Bragg)光柵代替F-P鏡面反射。

P區(qū)N區(qū)有源區(qū)光柵布拉格反射條件

布拉格反射條件

DFB激光器的優(yōu)點(diǎn)

當(dāng)光柵的周期長(zhǎng)度為L(zhǎng)時(shí)，只有滿足布拉格反射條件波長(zhǎng)為的光波，才能產(chǎn)生激光振蕩，因而使激光器得到單頻輸出。由于分布饋激光器是由光柵來(lái)選擇單縱模，因而在高速調(diào)制下仍維持單縱模輸出。----DFB激光器的譜線窄，其線寬大約為普通型激光器線寬的1/10左右，如圖所示，從而使色散的影響大為降低，可以實(shí)現(xiàn)速率為Gb/s的超高速傳輸。DFB的優(yōu)點(diǎn)：1、單縱模

2、譜線窄(0.02~0.06nm),波長(zhǎng)穩(wěn)定3、動(dòng)態(tài)譜線好，啁啾小，利于高速調(diào)制4、線性好，利于調(diào)制模擬信號(hào)。DFB的應(yīng)用：2.5G以上的1550nm第三代光纖通信系統(tǒng)光纖CATV3、量子阱激光器（QW-LD）量子阱：一般雙異質(zhì)結(jié)激光器的有源層的厚度為0.15um,若將有源層的厚度減少到德布羅意波長(zhǎng)（50nm）以下，半導(dǎo)體的性質(zhì)將發(fā)生根本的改變，出現(xiàn)量子效應(yīng)，相應(yīng)的勢(shì)阱稱為量子阱。（我們將窄帶隙Eg稱為勢(shì)阱，將寬帶隙Eg稱為勢(shì)壘）量子阱激光器：將雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器的有源層做到nm級(jí)，形成量子阱結(jié)構(gòu)，使之出現(xiàn)量子效應(yīng)，這樣的激光器叫做量子阱激光器。單量子阱激光器(SQW-LD)具有一個(gè)勢(shì)阱和兩個(gè)勢(shì)壘的激光器多量子阱激光器（MQW-LD）具有n個(gè)勢(shì)阱和n+1個(gè)勢(shì)壘的激光器勢(shì)壘勢(shì)阱6.3nm<Lw<50nm勢(shì)壘勢(shì)阱量子阱激光器（QW-LD）Quantum-well3.5發(fā)光二極管一、發(fā)光原理LED與LD的最大不同：沒(méi)有光學(xué)諧振腔反射，發(fā)出的是自發(fā)輻射光。P層N層有源層＋－低高E外電場(chǎng)在正向偏壓的情況下，N區(qū)的電子將向正方向擴(kuò)展進(jìn)入有源區(qū)，P區(qū)的空穴也將向負(fù)方向擴(kuò)展進(jìn)入有源區(qū)。進(jìn)入有源區(qū)的電子和空穴由于勢(shì)壘的作用而被封閉在有源區(qū)，這些電子將發(fā)生自發(fā)輻射，發(fā)出自發(fā)輻射的光。只要有外加電流的作用，就會(huì)源源不斷的向有源層提供電子和空穴得到穩(wěn)定的自發(fā)輻射光。

LEDLightemittingdiode二、分類邊發(fā)光二極管面發(fā)光二極管面發(fā)光二極管正面發(fā)光輻射角大輸出功率大耦合效率低邊發(fā)光二極管側(cè)面發(fā)光輻射角小輸出功率小耦合效率高三、工作特性1、光譜特性和輻射特性沒(méi)有經(jīng)過(guò)光學(xué)諧振腔的光強(qiáng)反饋、方向選擇和光頻選擇，譜線寬，輻射角大，強(qiáng)度不大。λ

P△λ3dBⅠθ

3dBθoⅠ0Ⅰ=Ⅰ0·cosθ2、P–Ⅰ特性ⅠP邊發(fā)光二極管面發(fā)光二極管無(wú)閾值自發(fā)光近似直線ⅠPⅠth（閘值電流）3、溫度特性10℃20℃30℃40℃50℃ⅠP對(duì)溫度不敏感，不用ATC電路。ⅠP20℃30℃40℃60℃80℃4、可靠性工作壽命長(zhǎng)，可靠性好，達(dá)3×105小時(shí)，合34年。5、耦合效率低LED發(fā)散角大，耦合效率低。一般小于10%。四、應(yīng)用中低速數(shù)字通信和模擬通信中根據(jù)LED和LD的性能，在選擇光源時(shí)應(yīng)作到技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)上合理以及便于應(yīng)用。§3.6光發(fā)射機(jī)

光發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換。由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。功能:用電信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號(hào)耦合到光纖光纜中。光源光調(diào)制器光載波電信號(hào)光信號(hào)光源驅(qū)動(dòng)1、光纖通信的調(diào)制什么是調(diào)制：把隨信息變化的電信號(hào)加到光載波上，使光載波承載上信息，隨電信號(hào)變化，這就是調(diào)制。如何調(diào)制：模擬信號(hào)調(diào)幅AM調(diào)頻FM調(diào)相PM數(shù)字信號(hào)ASKFSKPSKQAM目前光纖通信系統(tǒng)采用那種調(diào)制：IMimmediacymodulate光的功率（強(qiáng)度）隨電信號(hào)變化

IM-DD（immediacymodulate-directdetection）選用調(diào)制技術(shù)要主要考慮的因素：頻譜利用率（帶寬或容量）抗干擾性電路復(fù)雜性如何實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制：內(nèi)調(diào)制（直接調(diào)制）外調(diào)制（間接調(diào)制）強(qiáng)度調(diào)制在接收端解調(diào)采用直接檢測(cè)IM的特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)容易，成本很低要傳輸?shù)男盘?hào)載波內(nèi)調(diào)制（直接調(diào)制）：設(shè)備簡(jiǎn)單，但有啁啾，不利于高速調(diào)制。LED調(diào)制IPIPLD調(diào)制直接光調(diào)制圖：偏置電流直接用電信號(hào)去驅(qū)動(dòng)光源。外調(diào)制（間接調(diào)制）

：調(diào)制器電信號(hào)激光器直流驅(qū)動(dòng)電路光信號(hào)解決了啁啾現(xiàn)象，適于高速數(shù)字信號(hào)、模擬CATV、軍事雷達(dá)等，并且可進(jìn)行幅度、相位、頻率調(diào)制，但對(duì)光源和光調(diào)制器要求很高。利用外調(diào)制器對(duì)激光器輸出光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。電信號(hào)激光器直流驅(qū)動(dòng)電路外調(diào)制器光信號(hào)對(duì)數(shù)字信號(hào)的IM鈮酸鋰光調(diào)制器2、光發(fā)射機(jī)組成光源（1）內(nèi)調(diào)制光發(fā)射機(jī)組成（2）外調(diào)制光發(fā)射機(jī)組成驅(qū)動(dòng)（調(diào)制）電路光源控制保護(hù)與電路線路編碼輸入接口電路光源驅(qū)動(dòng)電路光源控制保護(hù)電路線路編碼輸入接口電路調(diào)制器調(diào)制器控制電路（1）、激光器的直接調(diào)制電路模擬信號(hào)調(diào)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制3、直接調(diào)制電路工作在線性段可以飽和輸出激光器的數(shù)字調(diào)制電路偏置電流和調(diào)制電流的選擇

偏置電流的選擇直接影響激光器的高速調(diào)制性質(zhì)。(1)加大直流偏置電流使其逼近閾值，可以大大減小電光延遲時(shí)間，同時(shí)使張弛振蕩得到一定程度的抑制。從而可以大大減小碼型效應(yīng)。LD無(wú)偏置和有偏置時(shí)脈沖瞬態(tài)波形和光譜LD加了足夠的預(yù)偏置電流，調(diào)制電流脈沖幅度較小，預(yù)偏置后張弛振蕩大大減弱，譜線減少，光譜寬度變窄；另外，電光延遲的減小，也大大提高了調(diào)制速率。選擇直流預(yù)偏置電流要兼顧電光延遲、張弛振蕩、碼型效應(yīng)、激光器的消光比以及散粒噪聲等各方面情況，根據(jù)器件特別是激光器的具體性能和系統(tǒng)的具體要求，適當(dāng)?shù)倪x擇偏置電流的大小。

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（2)加大直流偏置電流會(huì)使激光器的消光比惡化。

光源的消光比將直接影響接收機(jī)的靈敏度，為了不使接收機(jī)的靈敏度明顯下降，如果激光器的偏置電流IB過(guò)大，勢(shì)必會(huì)使消光比惡化，降低接收機(jī)的靈敏度。消光比：在全“l(fā)”碼時(shí)發(fā)送的光功率(P1)與全“0”碼時(shí)發(fā)射的光功率(Po)之比：通常取IB＝(0.85～0.9)Ith。(3)實(shí)驗(yàn)證明，異質(zhì)結(jié)激光器的散粒噪聲在閾值處出現(xiàn)最大值，如激光器正好偏置在閾值上，散粒噪聲的影響較嚴(yán)重。由于激光器的電阻較小，因此激光器的偏置電路應(yīng)是高阻恒流源。調(diào)制電流幅度的選擇：應(yīng)根據(jù)激光器的特性曲線，既要有足夠的輸出光脈沖功率，又要考慮到光源的負(fù)擔(dān)?？紤]到某些激光器在某些區(qū)域有自脈動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，Im的選擇應(yīng)避應(yīng)避開(kāi)這些區(qū)域。自動(dòng)功率控制電路(APC)自動(dòng)溫度控制電路(ATC)

激光器保護(hù)電路

光源慢啟動(dòng)保護(hù)電路激光器反向沖擊電流保護(hù)電路激光器過(guò)流保護(hù)電路激光器關(guān)斷電路4、控制保護(hù)電路自動(dòng)功率控制峰值功率控制：偏置電流控制調(diào)制電流幅值控制平均功率控制：偏置電流控制通常要求：輸出平均光功率:0~-3dBm;

不穩(wěn)定度:0.5dB(模塊表面溫度0-50C)

消光比:10dB

自動(dòng)功率控制電路(APC)

6、自動(dòng)溫度控制電路(ATC)

熱敏電阻半導(dǎo)體制冷器制冷器驅(qū)動(dòng)電路激光器的過(guò)流保護(hù)電路正常情況下，電阻Rl上的電壓小于T4的導(dǎo)通降壓，因而T4截止，保護(hù)電路不工作。T3為激光器提供偏流IB。保護(hù)電路由晶體管T4、電阻Rl組成當(dāng)偏流IB過(guò)大，致使Rl上的壓降VRl劇增并超過(guò)T4的導(dǎo)通壓降時(shí)，T4飽和導(dǎo)通，使Vce4≈0，從而導(dǎo)致T3截止，保護(hù)了激光器不致因偏流IB過(guò)大而被損壞。一、普通二進(jìn)制碼的缺點(diǎn)：

（1）碼流中的0、1個(gè)數(shù)隨機(jī)變化，使得直流分量也發(fā)生隨機(jī)的起伏，從而影響了判決電平。（2）隨機(jī)碼流容易出現(xiàn)長(zhǎng)串連0和連1，使得同步時(shí)鐘的提取困難。（3）沒(méi)有冗余碼，不利于誤碼檢測(cè)。所以必須重新進(jìn)行光線路編碼。5、線路編碼（4）雙極性碼，不能進(jìn)行光纖傳輸光源驅(qū)動(dòng)（調(diào)制）電路光源控制保護(hù)與電路線路編碼輸入接口電路信道編碼二、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)編碼的要求：（1）減少光信號(hào)中的高頻和低頻分量。低頻：容易導(dǎo)致基線的漂移，產(chǎn)生誤判。高頻：使得系統(tǒng)帶寬增加，加大電路設(shè)計(jì)的難度。（2）定時(shí)信息豐富避免長(zhǎng)的連0和連1，使0、1交替分布。（3）有適當(dāng)?shù)娜哂啻a。一定的冗余碼可以用于平衡碼流，誤碼檢測(cè)，公務(wù)通信。但過(guò)多的冗余信息會(huì)降低接收機(jī)的靈敏度。1、NRZ碼（非歸零碼）與RZ碼（歸零碼）NRZ碼是最簡(jiǎn)單的碼型。NRZ碼很容易產(chǎn)生和譯碼，但它們沒(méi)有內(nèi)在的誤差監(jiān)測(cè)或糾錯(cuò)能力，也沒(méi)有自有時(shí)鐘（定時(shí)）特征。三、線路碼型NRZ碼RZ碼

2、mBnB分組碼

將原始二進(jìn)制碼分組，m個(gè)為一組，變換后為n個(gè)一組,（m>n）

新的分組以NRZ或RZ的格式傳輸。

什么是mBnB分組碼？mBnB分組碼的特點(diǎn)：1、避免了長(zhǎng)的連0和連1，定時(shí)信息豐富。2、總的0、1比例相等，基線漂移小。3、引入冗余碼，便于誤碼檢測(cè)。數(shù)字3B4B方式1方式2012345670000010100111001011101110100001101010110100110101100001010110011010101101001101011001101如：3B4B分組碼（1）不出現(xiàn)連續(xù)4個(gè)以上的“0”碼或“1”，易于定時(shí)提取。（2）電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。（3)有一定的糾錯(cuò)能力。當(dāng)編碼規(guī)則被破壞后，即