光纤通信第四章光发射机.ppt

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1、第4章光发射机和光接收机4.1光发射机4.2光接收机4.1光发射机4.1.1光发射机基本组成和主要指标4.1.2光源的调制原理4.1.3光发射机及控制电路4.1.1光发射机基本组成和主要指标一、光发射机的基本组成光发送电路主要由驱动电路、发光器件、自动功率控制（APC）电路、自动温度控制（ATC）电路组成。其功能是将输入的电脉冲信号转换为输出光脉冲信号（即E/O转换）。光发射机基本组成框图驱动电路起调制作用，调制分为内调制（即直接调制）和外调制（即间接调制）。内调制是直接在光源上调制，系统结构较简单，广泛应用于通信系统中；外调制是在光输出通路上加调制器，对光源性能影响小

2、，但系统结构复杂，目前尚未广泛应用。图中给出的驱动电路，是用输入电信号的大小来直接调制发光器件的发光强度，所以属于内调制。驱动电路的输入电脉冲信号和发光器件的输出光脉冲信号都要求是光纤码型信号；APC电路用来使光信号的功率稳定而不随外界条件变化；ATC电路用来使发光器件工作温度恒定。二、光发射机的主要性能指标1.平均发送光功率PT定义为正常工作条件下光发送电路输出的平均光功率。通常PT使用毫瓦分贝（dBm）单位，即平均发送光功率与光发送电路（驱动电路）的输入电脉冲信号幅度和码型有关。所以，离线测试时应在正常工作的注入电流条件下进行，并且测试信号使用伪随机码，以便尽可能接

3、近实际情况。(mW)２．消光比（EX）定义为光发送电路输出全“1”码时的平均输出光功率P1与输出全“0”码时的平均输出光功率P0之比，即消光比应大于10，以保证足够的光接收信噪比。4.1.2光源的调制原理光源的两种调制方式DIM:电流注入式器件，发光和调制集中在结区，载流子光子作用关系复杂，影响腔的振荡特性，动态光谱展宽。外调制：电光、磁光、声光效应，发光与调制分开光源的直接调制LD数字调制过程的瞬态分析光电瞬态响应波形1．阶跃响应的瞬态分析激光器的瞬态过程2．速率方程组简化的速率方程组是基于下列条件提出的：（1）注入电流均匀恒定，即电流密度j为常数，电子和光子密度在腔

4、内处处均匀，因而可以不考虑梯度场和漂移场的作用；（2）光子完全被介质波导限制在有源区中，不需要考虑侧向光场的漏出；（3）忽略非辐射复合的影响；（4）激光器在阈值之上单纵模振荡。在上述条件下，速率方程组可以简化为n(t)为有源区中自由电子密度；s(t)为有源区中光子密度；j为注入电流密度；e0为电子电荷；d为有源区厚度；Rsp为自发辐射速率；g(n)为增益函数，它与电子密度n的依赖关系由有源区的材料及掺杂决定；ph为光子寿命时间，指光子从谐振腔端面逸出或在腔内被吸收之前存在的平均时间；为自发发射进入激光模式的系数3．速率方程组的解用小信号分析法求速率方程组的瞬态解可以

5、得到小信号近似下速率方程组的瞬态解为对双异质结激光器，可以得到用表示张弛振荡的幅度衰减为初始值的1/e的时间，称之为张弛振荡的衰减时间。可知张弛振荡的衰减时间与自发辐射的寿命时间（sp）同一数量级，并随注入电流密度j的增加而减小；张弛振荡的角频率与ph和sp有关，并随注入电流密度的增加而升高；4．电光延迟时间在阈值以下，受激复合过程可以忽略，速率方程组可以写为由得到电光延迟时间为设直流预偏置电流密度为j0，由于直流偏置电流预先注入，当脉冲电流到来时，有源区里的电子密度已达到这时电光延迟时间为利用速率方程组的稳态关系，上式可化简为光源的间接调制1．电光效应与电

6、光调制器当把电压加到某些晶体上时，可能使晶体的折射率发生变化，结果引起通过该晶体的光波特性发生变化，晶体的这种性质称为电光效应。当晶体的折射率与外加电场幅度成线性变化时，称为线性电光效应，即普科尔（Pockel）效应；当晶体的折射率与外加电场幅度的平方成比例变化时，称为克尔（Kerr）效应。电光调制器主要利用普科尔效应。线性电光效应仅出现在具有反演对称的晶体中。对这样的晶体，电场E所引起的的线性变化为i=1，2，3，…，6用矩阵表示式中n为折射率，rij为电光系数。由电光系数组成的6×3矩阵称为电光张量。对于各类电光晶体，电光张量的元素可能有许多等于零。电光相位调制器基

7、本原理框图M-Z（Mach-Zahnder）波导调制器2．磁光效应与磁光调制器磁光调制器原理图3．电吸收效应与电吸收调制器电吸收效应是利用Franz-keldysh效应和量子约束Stark效应产生材料吸收边界波长移动的效应。电吸收多量子阱MQW调制器是很有发展前途的调制器，它不仅具有低的驱动电压和低的啁啾特性，而且还可以与DFB激光器单片集成。MQW调制器实际上类似于半导体激光器的结构，它对光具有吸收作用。通常情况下，电吸收MQW调制器对发送波长是透明的，一旦加上反向偏压，吸收波长在向长波长移动的过程中产生光吸收。利用这种效应，在调制区加