第章光源的调制和光发射机
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光纤(带答案)
第一章：光纤通讯1、什么是光纤通讯光纤通讯及系统的构成光纤通讯使用光导纤维作为传输光波信号的通讯方式。
光纤通讯系统往常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等构成。
2、什么事光通讯光通讯就是以光波为载波的通讯。
3、光纤通讯的长处①传输频带宽，通讯容量大。
② 传输衰减小，传输距离长。
③ 抗电磁扰乱，传输质量好。
④ 体积小、重量轻、便于施工。
⑤ 原资料丰富，节俭有色金属，有益于环保4、光纤通讯的工作波长光源：近红外区波长：—μm频次：167—375THz5 、 WDM是指什么DWDM指什么WDM：波分复用DWDM：密集波分复用6、光纤从资料上能够分为哪几种从资料上分为石英光纤、多组份玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等7、光纤活动连结器从连结方式来看分为哪几种常有的插针端面有哪几种PC、 APC、 SPC（球面、斜面、超级抛光端面呈球面的物理接触）8、按缆芯构造分，光缆分为哪几种层绞式、单位式、骨架式、带状式9、光芒的制造分哪几个步骤I资料准备与提纯II制棒III拉丝、涂覆IV塑套此中制棒分为：（ 1） MCVD改良的化学气相积淀法（2）PCVD等离子化学气相积淀法10 、按资料光纤分几种同611、无源器件的种类连结器、分路器与耦合器、衰减器、隔绝器、滤波器、波分复用器、光开关和调制器等第二章：光纤通讯的物理学基础1、经过哪些现象能够证明光拥有颠簸性光的颠簸性能够从光的干涉、光的衍射和光的偏振等现象证明2、什么叫光电效应光电效应拥有哪些试验规律因为光的照耀使电子从金属中溢出的现象称为光电效应⑴每种金属都有一个确立的截止频次γ0，当入射光的频次低于γ 0时，无论入射光多强，照耀时间多长，都不可以从金属中开释出电子。
⑵关于频次高于γ 0的入射光，从金属中开释出的电子的最大动能与入射光的强度没关，只与光的频次相关。
频次越高开释出的电子的动能就越大。
⑶关于频次高于γ 0的入射光，即便入射光特别轻微，照耀后也能立刻开释出电子。
第4章光源讲义和光发射机
在这些光场作用下，受激发射和受激吸收过程 同时发生，受激发射和受激吸收发生的概率相 同。
17
LD发射激光的 首要条件---粒子数反转
若注入电流增加到一定值后，使Nc Nv ， 受激发射占主导地位，光场迅速增强，此时的 PN 结区成为对光场有放大作用的区域(称为有源 区)，从而形成激光发射。
半导体材料在通常状态下，总是Nc Nv ， 因此称 Nc Nv 的状态为粒子数反转。使有源区产
14
光接收器件 原理
输入 h
光子
Ec
吸收光子后 产生电子 (输出电流)
Ev (c) 光 探 测 器 件 — 光 的 吸 收
如果把光照射到占据低能带的电子上；
则该电子吸收光子能量后，激励而跃迁到 较高的能带上。
在半导体结上外加电场后（反向电压）， 可以在外电路上取出处于高能带上的电子， 使光能转变为电流。
10
图4.2.1 半导体发光原理
能 E量 EFn
Ec
eV Eg
Ev EFp
导带费米能级
电子 hv 光 子
空穴
价带费米能级
E Eg Ec Ev hv
c v
hc 1.2398（m）
E E
状态密度
在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带；
如果占据高能带（导带）的电子跃迁到低能带（价带） 上，就将其间的能量差（禁带能量）以光的形式放出； 这时发出的光，其波长基本上由能带差所决定。
16
当有入射光场存在时，受激吸收过程与受激发 射过程同时发生，哪个过程是主要的，取决于 电子密度在两个能带上的分布。
若高能带上电子密度高于低能带上的电子密度， 则受激发射是主要的，反之受激吸收是主要的。
激光器工作在正向偏置下，当注入正向电流时， 高能带中的电子密度增加，这些电子自发地由 高能带跃迁到低能带发出光子，形成激光器中 初始的光场。
17
LD发射激光的 首要条件---粒子数反转
若注入电流增加到一定值后，使Nc Nv ， 受激发射占主导地位，光场迅速增强，此时的 PN 结区成为对光场有放大作用的区域(称为有源 区)，从而形成激光发射。
半导体材料在通常状态下，总是Nc Nv ， 因此称 Nc Nv 的状态为粒子数反转。使有源区产
14
光接收器件 原理
输入 h
光子
Ec
吸收光子后 产生电子 (输出电流)
Ev (c) 光 探 测 器 件 — 光 的 吸 收
如果把光照射到占据低能带的电子上；
则该电子吸收光子能量后，激励而跃迁到 较高的能带上。
在半导体结上外加电场后（反向电压）， 可以在外电路上取出处于高能带上的电子， 使光能转变为电流。
10
图4.2.1 半导体发光原理
能 E量 EFn
Ec
eV Eg
Ev EFp
导带费米能级
电子 hv 光 子
空穴
价带费米能级
E Eg Ec Ev hv
c v
hc 1.2398（m）
E E
状态密度
在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带；
如果占据高能带（导带）的电子跃迁到低能带（价带） 上，就将其间的能量差（禁带能量）以光的形式放出； 这时发出的光，其波长基本上由能带差所决定。
16
当有入射光场存在时，受激吸收过程与受激发 射过程同时发生，哪个过程是主要的，取决于 电子密度在两个能带上的分布。
若高能带上电子密度高于低能带上的电子密度， 则受激发射是主要的，反之受激吸收是主要的。
激光器工作在正向偏置下，当注入正向电流时， 高能带中的电子密度增加，这些电子自发地由 高能带跃迁到低能带发出光子，形成激光器中 初始的光场。
第3章光源和光发射机
第3章 光源和光发射机
(4)粒子数反转分布与光的放大 受激辐射是产生激光的关键。 设低能级上的粒子密度为N1，高能级上的粒 子密度为N2，在正常状态下， N1 ＞ N2，总是 受激吸收大于受激辐射。即在热平衡条件下，物 质不可能有光的放大作用。 要想物质产生光的放大，就必须使受激辐射大 于受激吸收，即使N2 ＞N1 （高能级上的电子数多 于低能级上的电子数），这种粒子数的反常态分布 称为粒子（电子）数反转分布。 粒子数反转分布状态是使物质产生光放大而发光 的首要条件。
第3章 光源和光发射机
导带、价带和禁带
导带：最外层能级所组成的能带，是高能带。 价带：次外层的能带称为价带，是低能带。 禁带：导带和价带之间不允许电子填充，所以称为禁 带，其宽度称为禁带宽度，用Eg表示。
共有化态－能带 原子能级 导带 禁带 价带 原子轨道
晶体中的能级
第3章 光源和光发射机
光子频率（或波长）和能带差的关系
第3章 光源和光发射机
激光器示意图
第3章 光源和光发射机
③ 光学谐振腔的谐振条件与谐振频率
设谐振腔的长度为L，则谐振腔的谐振条件为
2 nL q
（3-1）
cq 2 nL
或
f
c
（3-2）
式中，c为光在真空中的速度，λ为激光波长，n为激活物 质的折射率，L为光学谐振腔的腔长，q=1，2，3…称为纵模 模数。 谐振腔只对满足式（3-1）的光波波长或式（3-2）的光波 频率提供正反馈，使之在腔中互相加强产生谐振形成激光。
第3章 光源和光发射机
第3章光源和光发射机
1激光二极管(LD) 2发光二极管(LED) 3光发射机
4外调制器
第3章 光源和光发射机
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
第4章光源和光发射机电子通信专业
第4章光源和光发射机电子通信专业
第四章 光源和光发射机
在光纤通信中，将电信号转变为光信号是 由光发射机来完成的。
光发射机的关键器件是光源： LED(Light Emission Diode) LD (Laser Diode)
第4章光源和光发射机电子通信专业
第四章 光源和光发射机
4.1 光源 4.2 光发射机
第4章光源和光发射机电子通信专业
•4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
•1. 半导体导电性
•无论本征半导体,还是掺杂的N型,P型半导体,在外加 电场下均可导电,导电性介于导体和绝缘体之间.
•外电场方向不 影响导电性.
第4章光源和光发射机电子通信专业
•4.1 光源
4.1.2 PN结 同质结 异质结
•导带: •由于热或光的激发,价带中的部分电子挣脱原子束缚
成为自由电子进入价带上面空着的能带,这些电子是 能参与导电的,故称价带上面的能带为导带.
第4章光源和光发射机电子通信专业
•4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论
•电子 •空穴
•激发 •复合
•--导带底能级
•--价带顶能级
•--禁带宽度,能隙
第4章光源和光发射机电子通信专业
•4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论
•1. 能带 •在半导体中，由于邻近原子的作用，电子所处的
能态扩展成能级连续分布的能带。
第4章光源和光发射机电子通信专业
•4.1 光源
4.1.1 半导体的能带理论
•价带: •与原子价电子相应的能带.接近绝对0K时电子均束
缚于价带中,价带以上的能带是空的.
•Donor level
光纤通信系统-第三章光源与光发射机
根据能带能量的高低，有导带、禁带和价 带之分。
能量低的能带是价带，相对应于原子
最外层电子（价电子）所填充的能带，处 在价带的电子被原子束缚，不能参与导电。 价带中电子在外界能量作用下，可以克服 原子的束缚，被激发到能量更高的导带之 中去，成为自由电子，可以参与导电。处 在导带底Ec与价带顶Ev之间的能带不能为 电子所占据，称为禁带，其能带宽度称为 带隙Eg(Eg=Ec-Ev)。
有波长范围 线宽：某一纵模中功率等于大于最大功率一
半的所有波长范围 边模抑制比(SMSR)：主模功率与最强边模
功率之比 (Side Mode Suppression Ratio)
SMSR 10 lg(P主 / P边 )
半导体激光器的发光谱线较为复杂，会 随着工作条件的变化而发生变化。
当注入电流低于阈值电流时，激光器发 出的是荧光，光谱较宽；当电流增大到 阈值电流时，光谱突然变窄，强度增强， 出现激光；当注入电流进一步增大，主 模的增益增加，而边模的增益减小，振 荡模式减少，最后会出现单纵模。
第三章光源与光发射机
光发射机的作用： 将电信号转变成光信号，并有效的把
光信号送入传输光纤。
光发射机=光源+驱动电路+辅助电路
两种半导体光源
发光二极管（LED）： 输出非相关光，谱宽宽、入纤功率小、调
制速率低。
适用短距离低速系统
激光二极管(LD): 输出相干光，谱宽窄、入纤功率大、调制
速率高。
受激辐射——高能级电子受到外来光子 作用，被迫跃迁到低能级，同时释放出 光子，且产生的新光子与外来激励光子 同频同方向，为相干光。
受激吸收——低能级电子在外来光子作 用下吸收光能量而跃迁到高能级。
图：能级和电子跃迁
能量低的能带是价带，相对应于原子
最外层电子（价电子）所填充的能带，处 在价带的电子被原子束缚，不能参与导电。 价带中电子在外界能量作用下，可以克服 原子的束缚，被激发到能量更高的导带之 中去，成为自由电子，可以参与导电。处 在导带底Ec与价带顶Ev之间的能带不能为 电子所占据，称为禁带，其能带宽度称为 带隙Eg(Eg=Ec-Ev)。
有波长范围 线宽：某一纵模中功率等于大于最大功率一
半的所有波长范围 边模抑制比(SMSR)：主模功率与最强边模
功率之比 (Side Mode Suppression Ratio)
SMSR 10 lg(P主 / P边 )
半导体激光器的发光谱线较为复杂，会 随着工作条件的变化而发生变化。
当注入电流低于阈值电流时，激光器发 出的是荧光，光谱较宽；当电流增大到 阈值电流时，光谱突然变窄，强度增强， 出现激光；当注入电流进一步增大，主 模的增益增加，而边模的增益减小，振 荡模式减少，最后会出现单纵模。
第三章光源与光发射机
光发射机的作用： 将电信号转变成光信号，并有效的把
光信号送入传输光纤。
光发射机=光源+驱动电路+辅助电路
两种半导体光源
发光二极管（LED）： 输出非相关光，谱宽宽、入纤功率小、调
制速率低。
适用短距离低速系统
激光二极管(LD): 输出相干光，谱宽窄、入纤功率大、调制
速率高。
受激辐射——高能级电子受到外来光子 作用，被迫跃迁到低能级，同时释放出 光子，且产生的新光子与外来激励光子 同频同方向，为相干光。
受激吸收——低能级电子在外来光子作 用下吸收光能量而跃迁到高能级。
图：能级和电子跃迁
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。
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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。
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。
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
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。
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：
一类是直接调制：即直接在光源上进行调制，直接调制 半导体激光器的注入电流；
另一类是间接调制：即不直接调制光源，而是在光源输 出的通路上外加调制来对光波进行调制，这种调制器可通过 电/光效应或声/光效应等，利用晶体传输特性随电压变化来实 现对光波的调制。
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。
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。
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。
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。
张驰振荡和电光延迟的后果是限制调制速率，当最高调制
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。
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
响应波形如图4.4所示：
二、光发射机的组成 数字光发射机的原理框图如下：
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
§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%。
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）。
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
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。
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。
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。
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
第四章 光源的调制和光发射机
数字光发射机的功能是把电端机输出的数字基带电信号 转换为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路。电/光转换 是用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的。
§4-1光源的调制
在目前技术成熟并在实际中广泛使用的强度调制――直 接检波(IM-DD)，光纤通信系统中，主要有两种调制方式。
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。
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。
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。
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
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。
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：
一类是直接调制：即直接在光源上进行调制，直接调制 半导体激光器的注入电流；
另一类是间接调制：即不直接调制光源，而是在光源输 出的通路上外加调制来对光波进行调制，这种调制器可通过 电/光效应或声/光效应等，利用晶体传输特性随电压变化来实 现对光波的调制。
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。
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。
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。
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。
张驰振荡和电光延迟的后果是限制调制速率，当最高调制
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。
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
响应波形如图4.4所示：
二、光发射机的组成 数字光发射机的原理框图如下：
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
§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%。
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）。
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
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。
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。
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。
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
第四章 光源的调制和光发射机
数字光发射机的功能是把电端机输出的数字基带电信号 转换为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路。电/光转换 是用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的。
§4-1光源的调制
在目前技术成熟并在实际中广泛使用的强度调制――直 接检波(IM-DD)，光纤通信系统中，主要有两种调制方式。
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。