第4章 光源與光發(fā)送機(jī)

1、光通信原理與技術(shù) 第4章 光源與光發(fā)送機(jī) 本章內(nèi)容 n物質(zhì)與光之間的互作用 n半導(dǎo)體發(fā)光二極管 n半導(dǎo)體激光器 n光放大器 n光發(fā)送機(jī)的基本組成及指標(biāo) 4.1 物質(zhì)與光之間的互作用 光的波粒二象性 n光具有波粒二象性 n光波，光子 n描述光波的特征參量： n頻率和波矢量k n描述光子的特征參量： n能量E和動(dòng)量P n之間的關(guān)系 hE/hhkP 原子的能級(jí) n原子的能量狀態(tài)是量子化的，這些 分離的能量狀態(tài)稱(chēng)為能級(jí) n最低的能量狀態(tài)稱(chēng)為基態(tài)或基能級(jí)， 其他的較高的能量狀態(tài)都稱(chēng)為激發(fā) 態(tài)或高能級(jí) n處于高能級(jí)原子有向高能級(jí)躍遷的 趨勢(shì)，處于低能級(jí)的原子有吸收能 量向高能級(jí)躍遷的可能 費(fèi)米-狄拉克分布

2、 n在熱平衡狀態(tài)下，某個(gè)能級(jí)被電子占據(jù)的幾率服從費(fèi) 米-狄拉克分布，即電子占據(jù)能量為 E 的能級(jí)的幾率為 n其中，T 為絕對(duì)溫度，k為玻爾茲曼常數(shù)，Ef為材料的 費(fèi)米能級(jí)，是一個(gè)參考能級(jí) n對(duì)于 EEf 的能級(jí)，被電子占據(jù)的可能性小于1/2，而對(duì) 于 EEf 的能級(jí)，被電子占據(jù)的可能性大于1/2。 1 ( ) 1exp f f E EE kT 原子中電子的躍遷 n原子中的電子存在著三種躍遷過(guò)程，對(duì)應(yīng)著三種光與 物質(zhì)的互作用過(guò)程 n受激吸收 n自發(fā)輻射 n受激輻射 h h h h h E2 E1E1 E2 E1 E2 受激吸收 自發(fā)輻射受激輻射 躍遷幾率 n受激吸收幾率 n自發(fā)發(fā)射幾率 n受激發(fā)

3、射幾率 2 2 Nr dt dN R spsp 112 2 NB dt dN R fab 221 2 NB dt dN R fst B12 和 B21： 愛(ài)因斯坦系數(shù) 發(fā)光與光的放大 n在熱平衡狀態(tài)下，低能級(jí)粒子占絕對(duì)多數(shù)，此時(shí)光子的受激吸收 是占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的 n非熱平衡狀態(tài)下，可能出現(xiàn)高能級(jí)粒子數(shù)占多數(shù)的情況，稱(chēng)之為 粒子數(shù)反轉(zhuǎn) n粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的情況下，物質(zhì)的自發(fā)輻射和受激輻射占一定優(yōu)勢(shì)， 物質(zhì)表現(xiàn)出發(fā)光特性 n光放大 n受激發(fā)射的特點(diǎn)：產(chǎn)生的新光子與原光子嚴(yán)格同頻、同相、同極化 n如果外部有合適頻率的光信號(hào)進(jìn)入粒子數(shù)反轉(zhuǎn)區(qū)，則在受激輻射的 作用下，該光信號(hào)被放大、光子數(shù)倍增，原有光波特點(diǎn)保留

4、4.2 半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED） 4.2.1 半導(dǎo)體發(fā)光機(jī)理 純凈半導(dǎo)體晶體的能帶 n半導(dǎo)體晶體的晶格結(jié)構(gòu)使分立的能級(jí)形成具有一定寬度的能帶 n在共價(jià)晶體中，最外層的電子和相鄰的原子形成共價(jià)鍵 n通常把價(jià)電子所占據(jù)的能帶稱(chēng)為價(jià)帶 n價(jià)帶以上的能帶（被自由電子占據(jù)）稱(chēng)為導(dǎo)帶 n價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底之間的能量差為 Eg，稱(chēng)為禁帶寬度或帶隙寬度 n在較低溫度下，本征半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)處于禁帶的中間位置 nEg 較大時(shí)，導(dǎo)帶被電子占據(jù)的可能性遠(yuǎn)小于1/2，而價(jià)帶被占據(jù)的可能性遠(yuǎn) 大于1/2 價(jià)帶 導(dǎo)帶 禁帶寬度Eg Ef費(fèi)米能級(jí) 半導(dǎo)體的摻雜 n純凈半導(dǎo)體幾乎是絕緣體 n摻雜可使其特性發(fā)生變化 n當(dāng)摻入受主

5、雜質(zhì)時(shí)（外層電子數(shù)少于4個(gè)），P型半 導(dǎo)體 n當(dāng)摻入施主雜質(zhì)時(shí)（外層電子數(shù)多于4個(gè)），N型半 導(dǎo)體 Ef 本征半導(dǎo)體 Ef P型半導(dǎo)體 Ef N型半導(dǎo)體 PN結(jié)的形成 nP型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸時(shí)，在邊界面 上，由于載流子濃度不同，出現(xiàn)擴(kuò)散 nP區(qū)空穴向N區(qū)擴(kuò)散并與該區(qū)電子復(fù)合 nN區(qū)電子向P區(qū)擴(kuò)散并與該區(qū)空穴復(fù)合 n載流子擴(kuò)散后，打破了原先的電平衡，在P 區(qū)和N區(qū)的界面附近形成自建場(chǎng)，方向從N 區(qū)指向P區(qū) n載流子在自建場(chǎng)作用下發(fā)生漂移，方向與 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相反 n載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)終將取得平 衡，此時(shí)PN結(jié)形成 自建場(chǎng) 空間電荷區(qū) -+-+- +-+ -+-+- +-+ -+-+-

6、+-+ -+-+- +-+ -+-+- +-+ P區(qū)N區(qū) PN結(jié)的特點(diǎn) n自建場(chǎng)的方向由 N 區(qū)指向 P 區(qū) n空間電荷區(qū)幾乎沒(méi)有載流子存在，又稱(chēng)為耗盡區(qū) nPN 結(jié)具有單向?qū)щ娦?n當(dāng)在 N 區(qū)加正電壓 P 區(qū)接地時(shí)，外加電場(chǎng)與自建場(chǎng)方向一致， 加強(qiáng)了自建場(chǎng)，在漂移作用下，耗盡區(qū)變寬，PN 結(jié)電阻愈大， 幾乎不導(dǎo)電 n當(dāng)在 P 區(qū)加正電壓 N 區(qū)接地時(shí)，外加電場(chǎng)與自建場(chǎng)方向相反， 抵消了自建場(chǎng)，當(dāng)消弱后的自建場(chǎng)不再能阻止載流子發(fā)生擴(kuò) 散運(yùn)動(dòng)時(shí)，PN 結(jié)開(kāi)始導(dǎo)電 有源區(qū)的形成 P區(qū)N區(qū) 熱平衡狀態(tài)下，費(fèi)米能級(jí)統(tǒng)一 P區(qū)N區(qū) Ef 外加正向電壓時(shí)，費(fèi)米能級(jí)分裂， 形成兩個(gè)準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) （Ef）c

7、（Ef）v 有源區(qū) 增益區(qū) 有源區(qū)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，自發(fā)輻射和受激輻射將占優(yōu)勢(shì)，半導(dǎo)體發(fā)光， 且光子能量約為禁帶寬度，即：h Eg 4.2.2 LED的結(jié)構(gòu) 直接帶隙和間接帶隙 n直接帶隙半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂在E-k空間中是對(duì)齊的，電子-空穴復(fù)合時(shí)，電 子的動(dòng)量不變，直接產(chǎn)生輻射復(fù)合 n間接帶隙半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂在E-k空間中是錯(cuò)位的，為了保持動(dòng)量守恒，電 子-空穴復(fù)合時(shí)，必須有一個(gè)聲子參與，因此發(fā)光概率非常低 n硅是間接帶隙半導(dǎo)體，所以難以用于制作發(fā)光器件 n常用的直接帶隙半導(dǎo)體材料包括GaAs、GaInP、AlGaAs、InGaAs和GaAsP等 同質(zhì)結(jié)的效率問(wèn)題 n同質(zhì)結(jié)指制作P區(qū)和

8、N區(qū)均使用同一種 半導(dǎo)體摻雜制成 n同質(zhì)PN結(jié)發(fā)光效率比較低 n電子-空穴分布范圍大，濃度低，輻射躍 遷幾率也低 nPN結(jié)與P區(qū)和N區(qū)的相對(duì)折射率差小， 光子方向雜散，不能有效輸出 n改進(jìn)辦法：使用異質(zhì)PN結(jié) Eg 導(dǎo)帶 價(jià)帶 折射率 光強(qiáng) 0.11% 使用異質(zhì)結(jié)提高發(fā)光效率 n異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)指在有源區(qū)的兩邊加上相異的寬帶隙的半導(dǎo)體材料 n異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，特別是雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，對(duì)載流子和光子都形成約束， 大大提高了發(fā)光效率 導(dǎo)帶 價(jià)帶 折射率 光強(qiáng) 0.11% 同質(zhì)結(jié) 單異質(zhì)結(jié) 5% 雙異質(zhì)結(jié) 面發(fā)射和邊發(fā)射 n按發(fā)光面可以將LED分為兩種 類(lèi)型 n面發(fā)射二極管 n發(fā)射方向垂直于p-n結(jié)區(qū) n優(yōu)點(diǎn)：便于

9、與圓形的光纖端 面耦合 n邊發(fā)射二極管 n從p-n結(jié)型有源區(qū)的端面發(fā)射 n優(yōu)點(diǎn)：功率較大，方向性較 好 4.2.3 發(fā)光二極管的工作特性 LED的P-I特性 n輸出光功率基本上與注入電流成正比 P I 頻譜特性 nLED沒(méi)有諧振腔，其光譜就是半導(dǎo)體材料的自發(fā)輻射譜 nLED的發(fā)射譜線(xiàn)較寬 nGaAlAs LED譜線(xiàn)寬度約3050nm nInGaAsP LED譜線(xiàn)寬度約60120nm n面發(fā)光LED較邊發(fā)光LED的譜寬更寬 邊發(fā)光邊發(fā)光LED 面發(fā)光面發(fā)光LED 光束發(fā)射特性 nLED發(fā)出的光束為非相干光，可視作朗伯光源，空間發(fā)散角較大 n面發(fā)光LED光束的輻射功率隨角度的變化而呈余弦變化，光束

10、的 半功率發(fā)散角為120 n邊發(fā)光LED由于在平行于PN結(jié)的方向有異質(zhì)結(jié)的折射率變化約束， 因此光束的垂直發(fā)射角小一些，約3050，另外一個(gè)方向上發(fā) 射角較大，約120 調(diào)制特性 nLED的頻率響應(yīng)特性取決于以下幾個(gè)因素 n有源區(qū)的摻雜濃度 n復(fù)合區(qū)的注入載流子壽命 nLED的寄生電容 n提高LED調(diào)制特性的方法 n加大有源區(qū)的摻雜濃度，減小有源區(qū)的體積 n加大調(diào)制電流，提高空穴濃度 n減少寄生電容 通信用LED的常用典型值 n出纖功率 n典型值：-15dBm n調(diào)制帶寬 n100Mbps以上 n半功率譜線(xiàn)寬度 n50120nm n工作電流 n100mA 4.3 半導(dǎo)體激光器（LD） 4.3.

11、1 LD的工作原理 F 光與物質(zhì)的三種相互作用 F 發(fā)光及光放大 F 有源區(qū)的形成 形成有源區(qū)是否可以產(chǎn)生激光？ 激射條件 n當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓形成有源區(qū)后，還不能產(chǎn) 生激光 n電振蕩器的起振必要條件 n反饋，凈增益 n同樣，產(chǎn)生激光也需要類(lèi)似的兩個(gè)條件 n存在光學(xué)諧振腔（振蕩的必要條件：反饋） n有源區(qū)對(duì)光的增益足夠大（振蕩的必要條件：克服 損耗） LD的基本結(jié)構(gòu) n增益介質(zhì) n由P區(qū)和N區(qū)之間的有源區(qū) （增益區(qū)）提供 n光反饋 n解理面構(gòu)成的F-P腔提供 n泵浦 n注入電流 P N 解理面 L 有源區(qū) 注入 電流 R1R2 增益介 質(zhì) F-P腔 Z X Y 工作條件 n物質(zhì)條件 n增益介

12、質(zhì) n光反饋 n泵浦 n起振條件 n閾值條件 n相位條件 起振條件閾值條件 n閾值條件 n指光在腔內(nèi)往返一次，在介質(zhì) 中所獲得的增益必須不小于介 質(zhì)的損耗和腔的反射損耗 ) 1 ln(22 21R R LLg P N 解理面 L 有源區(qū) 注入 電流 R1R2 增益介 質(zhì) F-P腔 Z X Y 起振條件相位條件 n相位條件 n指波從某一點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)腔內(nèi)往 返一周后應(yīng)與初始相位同相， 即相差為 2 的整數(shù)倍，從而形 成光的相加干涉 nLqcf q 2 nLcf2 .3 , 2 , 1q P N 解理面 L 有源區(qū) 注入 電流 R1R2 增益介 質(zhì) F-P腔 Z X Y 頻率間隔： 結(jié)論 n閾值增益

13、n穩(wěn)定駐波條件 21 1 ln 2 1 RRL gth , 3 , 2 , 1, 2 q nf c qL nLnL c f 22 2 4.3.2 LD的分類(lèi)與制作 n按制作材料分 n直接帶隙、間接帶隙 n按垂直于PN結(jié)方向上的結(jié)構(gòu)分 n同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)、量子阱 n按平行于PN結(jié)方向上的結(jié)構(gòu)分 n寬面激光器 n條形激光器 n臺(tái)面條形、平面條形、隱埋條形 LD的分類(lèi) 制作材料 n短波長(zhǎng)LD n雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，由襯底開(kāi)始各層及其大約厚度為： nN-GaAs(5080m)、N-GaAlAs (2m) 、P-GaAs (有源層，0.052m) 、 P-GaAlAs (2) 、P-GaAs (1m

14、) n工作在850nm左右 n長(zhǎng)波長(zhǎng)LD n雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，各層厚度與短波長(zhǎng)LD接近，使用材料為 nN+-InP、N-InP、P-InGaAsP、P-InP、P-InGaAsP n根據(jù)InGaAsP各材料濃度的不同，可實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)從9201650nm變化， 用于光纖通信時(shí)一般選擇在1310nm和1550nm附近 制作工藝流程 n制備襯底材料 外延生長(zhǎng) 襯底 n 按結(jié)構(gòu)要求連續(xù)生長(zhǎng)出各外延層 n 液相外延生長(zhǎng) n 汽相外延生長(zhǎng) n 分子束外延生長(zhǎng) n 掩蔽和隔離 n 形成耦合電極 n 解理和鍵合 n 耦合和封裝 InP或GaAs 與光纖直接耦合 熱沉 LD 管芯 光纖 光纖 夾持器 邊發(fā)光器件邊發(fā)光器

15、件 電極 光纖 膠 有源區(qū) Cu熱沉 SiO2SiO2 面發(fā)光器件面發(fā)光器件 存在問(wèn)題 nLD發(fā)射的光束均有一定的空間發(fā)散角度 n掩埋條形LD： 約3050， 約510 n光纖的集光能力： n數(shù)值孔徑：多模光纖NA約0.2，空間角度約11.5 ；單模光纖 NA約0.1，空間角度約6 n如果光纖和光源直接耦合，將有大部分光能量不能耦 合進(jìn)光纖，耦合效率很低，僅有10%左右，造成出纖 功率下降 提高耦合效率方法 n兩大類(lèi)方法 n加入微型光學(xué)元件 n在光源與光纖之間加入各種透鏡等光學(xué)元件，使更多的光能量能 夠有效入射進(jìn)光纖纖芯 n處理光纖端面 n將光纖端面加工成球形、楔形等，提高其集光能力 n通過(guò)上

16、述方法，光源與光纖的耦合效率可提高到70% 左右 用微型光學(xué)元件提高耦合效率 球透鏡 微球透鏡 附加透鏡 GRIN 柱透鏡 處理光纖端面提高耦合效率 圓頭光纖 球形 光纖端面 楔形 光纖端面 面發(fā)光器件面發(fā)光器件 組合方法 柱透鏡 + 球形光纖端面 柱透鏡 LD 柱透鏡 光纖 熱沉 LD管芯 致冷器 封裝 接線(xiàn)條 PD管芯 熱敏電阻 4.3.3 LD的工作特性 激光器的工作特性?xún)?nèi)容 n包括以下幾個(gè)方面 nP-I特性 n轉(zhuǎn)換效率 n頻譜特性 n溫度特性 n調(diào)制特性 n激光光束的空間特性 P I 1、P-I特性 n激光器的P-I特性表現(xiàn)出明顯的 閾值特性 n當(dāng)注入電流小于閾值電流時(shí)，不 發(fā)射激光，

17、輸出光功率隨注入電 流的增加而緩慢增長(zhǎng) n當(dāng)注入電流大于閾值電流時(shí)，發(fā) 射激光，輸出光功率隨注入電流 的增加而迅速線(xiàn)性增長(zhǎng) Ith 兩個(gè)問(wèn)題 n對(duì)于通信應(yīng)用來(lái)說(shuō)，閾值電流大點(diǎn)好還 是小點(diǎn)好？ n如何改善？ 2、轉(zhuǎn)換效率 n功率效率 n輸出光功率比上輸入電功率 n內(nèi)量子效率 n有源區(qū)內(nèi)每秒產(chǎn)生的光子數(shù)比上每秒注入的電子-空穴對(duì)數(shù) n外量子效率 n每秒LD輸出的光子數(shù)比上外部向激光器內(nèi)注入的電子-空穴對(duì) 數(shù) n外微分量子效率 n在激射段，凈增的輸出光子速率比上凈增的注入電子-空穴對(duì) 速率 3、頻譜特性 n使用天然解理面構(gòu)成F-P諧振腔的半導(dǎo)體 激光器存在多縱模振蕩的情況 n每一個(gè)縱模對(duì)應(yīng)一個(gè)振蕩波

18、長(zhǎng) n總體上LD的頻譜呈現(xiàn)多譜線(xiàn)結(jié)構(gòu)，譜線(xiàn) 包絡(luò)為高斯輪廓 縱模波長(zhǎng) 主模 頻率（波長(zhǎng)） 增益譜 f q f nLqcfq2 nLcf2 n縱模頻率（波長(zhǎng)） 滿(mǎn)足兩個(gè)條件 n增益條件，各縱模 對(duì)應(yīng)的光子的能量 必須在有源區(qū)的增 益譜內(nèi) n相位條件，各縱模 頻率必須是2倍腔 長(zhǎng)倒數(shù)的整數(shù)倍 輸出譜線(xiàn)隨注入電流變化 75mA 2.3mW80mA 4mW 100mA 10mW n縱模之間存在競(jìng)爭(zhēng)，即爭(zhēng)奪反轉(zhuǎn)的粒子數(shù) n在低注入條件下，各縱模競(jìng)爭(zhēng)力均不強(qiáng)，在較寬譜范圍內(nèi)出 現(xiàn)多條振蕩譜線(xiàn) n隨著注入電流的增大，主模的競(jìng)爭(zhēng)力提高，邊模在較大程度 上被抑制，電流增大到一定程度時(shí)，出現(xiàn)單縱模輸出 LD的光譜

19、特性參數(shù) n峰值波長(zhǎng) n具有最大輻射功率的縱模的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) n中心波長(zhǎng) n光譜中各模波長(zhǎng)的加權(quán)平均值 n光譜輻射寬度（譜寬） n發(fā)射功率大于等于峰值波長(zhǎng)功率一半的所有波長(zhǎng)，也稱(chēng)為半高全寬光譜 寬度 n光譜線(xiàn)寬（線(xiàn)寬） n在一個(gè)縱模中光譜輻射功率為其最大值一半的譜線(xiàn)兩點(diǎn)間的波長(zhǎng)間隔 n邊模抑制比MSR n主模功率與最強(qiáng)邊模功率之比，是半導(dǎo)體激光器頻譜純度的一種度量 譜寬和線(xiàn)寬 4、溫度特性 nLD是溫度敏感器件，溫度變化對(duì)LD的工作狀 態(tài)影響主要存在以下幾個(gè)方面 n溫度升高，閾值電流升高 n溫度升高，外微分量子效率降低 n溫度變化，LD發(fā)光的中心波長(zhǎng)變化 n溫度升高時(shí)性能下降，閾值電流隨溫

20、度按指 數(shù)增長(zhǎng) nT0是LD的特征溫度，與器件的材料、結(jié)構(gòu)等 有關(guān) n上式反映了 Ith 對(duì)溫度的敏感度 00 expTTII th 溫度 vs. 閾值電流 溫度變化的P-I曲線(xiàn) 溫度 vs. 中心波長(zhǎng) n溫度升高或電流增加，由 電流的熱效應(yīng)使結(jié)溫升高， 從而使發(fā)光的中心波長(zhǎng)漂 移 n結(jié)溫升高，半導(dǎo)體材料禁 寬變窄，激光器發(fā)射光譜 峰值波長(zhǎng)移向長(zhǎng)波長(zhǎng) 5、調(diào)制特性-瞬態(tài)性質(zhì) n對(duì)半導(dǎo)體激光器進(jìn)行調(diào)制時(shí)，呈現(xiàn)出復(fù)雜的 動(dòng)態(tài)性質(zhì)光電瞬態(tài)響應(yīng) n光強(qiáng)相關(guān) n電光延遲 n張弛振蕩 n碼型效應(yīng) n光譜相關(guān) n頻譜展寬與啁啾 電光延遲與張馳振蕩 nLD存在兩種現(xiàn)象會(huì)影響其調(diào)制特性 n電光延遲 n激光輸出較

21、電流滯后 n張馳振蕩 n當(dāng)階躍電流注入激光器后（0），電子濃度 持續(xù)增大，達(dá)閾值后輸出光子（1） n由于光子密度增加需要時(shí)間，在到達(dá)穩(wěn)態(tài) 前（1-3），電子出現(xiàn)超量填充，如此光子 密度可增大到穩(wěn)態(tài)值以上 n高密度光子超量消耗電子（3-5），造成電 子濃度迅速下降，直到穩(wěn)態(tài)以下，如此光 子密度也將隨之下降到穩(wěn)態(tài)以下 n重復(fù)以上過(guò)程，出現(xiàn)張馳振蕩 I N P 0 1 2 3 4 5 SNg tsp N ed j dt dN )( tsp N tph S SNg dt dS )( 碼型效應(yīng) n由于電光延遲的存在，光脈沖的高度與信號(hào)序列圖樣出現(xiàn)關(guān)聯(lián)， 稱(chēng)之為碼型效應(yīng) n長(zhǎng)連 0 后的 1 碼光脈沖高度

22、較低 n在用兩個(gè)相鄰的 1 碼調(diào)制 LD，前一個(gè)延遲較大且幅度和寬度較??； 而后一個(gè)光脈沖的延遲時(shí)間較小而幅度和寬度較大 抑制光強(qiáng)相關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)的方法 n電光延遲、張弛振蕩及碼型效應(yīng)均可使用加偏 置電流的方法來(lái)抑制 n偏置電流越大，抑制效果越好，但如果超過(guò)閾 值電流則可能引入較大的0碼光，這將使接收 機(jī)誤碼率升高 n通常偏置電流取得小于但又很很接近閾值電流 頻譜展寬與頻率啁啾 n頻譜展寬 n在強(qiáng)注入條件下，LD進(jìn)入單縱模振蕩狀態(tài)，但如果加上變化的調(diào)制 電流，LD將重新回到多縱模振蕩狀態(tài)，出現(xiàn)頻譜展寬 n頻率啁啾 n有源區(qū)內(nèi)，電子濃度的變化將導(dǎo)致其折射率發(fā)生微小的變化，直接 影響縱模波長(zhǎng)和縱模的競(jìng)

23、爭(zhēng) n在調(diào)制脈沖的上升沿主模波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)方向漂移，在調(diào)制脈沖的下 降沿主模波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向漂移，此即為頻率啁啾 n頻率啁啾同樣會(huì)造成LD的頻譜展寬，光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，受到 色散的影響將加重 啁啾（Chirp） n在直接調(diào)制激光器時(shí)，不僅輸出光功率隨調(diào)制電流 發(fā)生變化，而且光的頻率也會(huì)發(fā)生波動(dòng)，即在幅度 調(diào)制的同時(shí)還受到頻率調(diào)制 n解決辦法：采用外部調(diào)制器 6、光束發(fā)射特性 n半導(dǎo)體激光器的有源區(qū)是一個(gè)類(lèi)似于矩形平面介質(zhì)波導(dǎo) n近區(qū)場(chǎng)呈橢圓形分布，長(zhǎng)軸在波導(dǎo)的寬邊方向，短軸在窄邊方向 n遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)也呈橢圓形分布，但由于激光為相干光，相干疊加的結(jié)果使 得光束的長(zhǎng)軸在波導(dǎo)的窄邊方向，短軸在寬邊方向

24、n遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)表現(xiàn)出LD光束的發(fā)射特性，通常垂直發(fā)散角約 300500，水 平發(fā)散角約 50100 4.3.4 LD的改進(jìn) 理想的光纖通信光源 n性能考慮 n合適的功率 n窄光譜 n高調(diào)制速率 n成本考慮 n長(zhǎng)壽命 n小體積 n低功耗 n簡(jiǎn)單的外圍電路 早期LD的情況 n1962年，出現(xiàn)同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器（GaAs） n低溫下脈沖工作 n77K，重頻50kHz n高閾值電流密度 n105 A/cm2 n壽命短 n小時(shí)量級(jí) 問(wèn)題剖析 n壽命 n影響因素：大電流溫度壽命短 n性能 n更高的效率 n更窄的譜線(xiàn) 方法 n效率 n載流子利用效率（內(nèi)量子效率） n光子輸出效率（外量子效率） n譜線(xiàn) n動(dòng)態(tài)單縱模

25、振蕩 解決內(nèi)量子效率問(wèn)題 同質(zhì)結(jié)的效率問(wèn)題 n同質(zhì)PN結(jié)發(fā)光效率比較低 n電子-空穴分布范圍大，濃度低，增益低 nPN結(jié)與P區(qū)和N區(qū)的相對(duì)折射率差小， 雜散方向上光子多，不能有效反饋、輸 出 n發(fā)光效率低意味著閾值高，工作電流大， LD溫度高，壽命短 n改進(jìn)辦法：使用異質(zhì)PN結(jié) Eg 導(dǎo)帶 價(jià)帶 折射率 光強(qiáng) 0.11% 矮墻 使用異質(zhì)結(jié)提高發(fā)光效率 n異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)指在有源區(qū)的兩邊加上相異的寬帶隙的半導(dǎo)體材料 n異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，特別是雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，對(duì)載流子和光子都形成約束， 大大提高了發(fā)光效率，可降低LD的閾值，延長(zhǎng)LD的壽命 導(dǎo)帶 價(jià)帶 折射率 光強(qiáng) 0.11% 同質(zhì)結(jié) 單異質(zhì)結(jié) 5% 雙異質(zhì)結(jié)

26、量子阱（QW）技術(shù) n對(duì)非平衡載流子的約束 n雙異質(zhì)結(jié)相當(dāng)于用“寬溝”將對(duì)載流子進(jìn)行約束， 溝內(nèi)的載流子能量連續(xù)分布 n量子阱技術(shù)使用“窄溝”對(duì)載流子進(jìn)行約束，溝 內(nèi)載流子由于空間約束，其能量形成量子化分布 n在注入條件一定的情況下，量子阱技術(shù)可在局部 （勢(shì)阱內(nèi)）形成某些能量差之間更高的非平衡載 流子濃度，使閾值條件變得更低 n量子阱的實(shí)現(xiàn) n將有源層厚度減小到nm量級(jí)，可出現(xiàn)量子阱 n多層半導(dǎo)體可形成多量子阱結(jié)構(gòu) Eg2 有源層（100） Eg1 SQW 勢(shì)壘量子阱 MQW 量子線(xiàn)與量子點(diǎn)技術(shù) n思路：利用空間分割，進(jìn) 一步約束注入載流子的分 布 n方法： 3維納米尺度 n效果 n10Gb/

27、s直調(diào) n在20至50的溫度范圍內(nèi)， 光輸出特性基本不依賴(lài)溫度 的變化 內(nèi)量子效率改進(jìn)小結(jié) n同質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，105 A/cm2 n勢(shì)阱結(jié)構(gòu) n雙異質(zhì)結(jié)， 103 104 A/cm2 n量子阱， 102 A/cm2 n空間分割 n量子線(xiàn)， 101 A/cm2 n量子點(diǎn)， 100 A/cm2 解決外量子效率問(wèn)題 增益導(dǎo)引激光器 n特點(diǎn) n使用窄條形金屬電極和SiO2掩蔽層限制載流子分布，利用有源區(qū)內(nèi)載 流子濃度引起的微小射率變化對(duì)光子進(jìn)約束 n使用晶體的天然解理面作為諧振腔反射鏡 n存在問(wèn)題 n光子輸出效率低 Cu熱沉 N-GaAs襯底 N-GaAlAs P-GaAs有源層 P-GaAlAs 金屬電

28、極層 SiO2掩蔽層 解理鏡面 折射率導(dǎo)引激光器 n優(yōu)點(diǎn) n可以對(duì)有源區(qū)的橫向光場(chǎng)形成更好的限制 P-InPSiO2SiO2 有源層-InGaAsP N-InP N+-InP 襯底 Cu熱沉 脊 弱折射率脊型導(dǎo)引LD P-InP InGaAsP (有源層) N-InP N+-InP 襯底 Cu熱沉 P-InP N-InP 臺(tái)面 強(qiáng)折射率導(dǎo)引掩埋型LD 解決動(dòng)態(tài)單縱橫振蕩問(wèn)題 單縱模振蕩 nLD單縱模振蕩的實(shí)現(xiàn)方式 n選頻反饋 n外腔式選頻 n分布反饋選頻 nDFB分布反饋 nDBR分布布拉格反射 n使用超短諧振腔，增大縱模波長(zhǎng)間隔，使邊模落在增益 譜外 n存在問(wèn)題：腔太短易引起光在腔內(nèi)來(lái)回反射

29、一次的增益不 足以補(bǔ)償反射鏡的損耗 DFB和DBR Bragg光柵 P區(qū) N區(qū) Bragg光柵 有源區(qū) DBR-LD DFB和DBR均可實(shí)現(xiàn)單縱模輸出， 輸出波長(zhǎng)為布喇格波長(zhǎng) 二者相比較，DBR制作工藝要求 更高，特性也更好一些 有源區(qū)內(nèi)載流子濃度會(huì)對(duì)其折射 率造成影響 有源區(qū)折射率的變化引起了光柵 參數(shù)的變化，布拉格波長(zhǎng)隨之變 化，導(dǎo)致LD譜線(xiàn)移動(dòng) 對(duì)LD調(diào)制時(shí)，信號(hào)電流導(dǎo)致載流 子濃度交變，LD輸出產(chǎn)生頻率啁 啾，頻譜展寬 DBR的光柵反射區(qū)基本沒(méi)有折射 率變化，因此反射波長(zhǎng)穩(wěn)定 P區(qū) N區(qū) 1/4波長(zhǎng) Bragg光柵 有源區(qū) DFB-LD VCSEL nVCSEL：Vertical-Ca

30、vity Surface Emitting Laser，垂直腔面發(fā)射激 光管 n專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了反射鏡以降低反射損 耗，有時(shí)還使用布拉格光柵增強(qiáng) 其對(duì)特定波長(zhǎng)的反射率 n優(yōu)點(diǎn)：調(diào)制存速率高，結(jié)構(gòu)較為 簡(jiǎn)單，成本低，易集成 n缺點(diǎn)：功率較低，長(zhǎng)波長(zhǎng)VCSEL 器件還不成熟 電極 光纖 膠 N-InP InGaAsP MQW有源區(qū) 限流區(qū) 鏡面 Cu熱沉 P-InP 4.3.5 LD的典型參數(shù) 實(shí)際產(chǎn)品參數(shù)列表 參數(shù)參數(shù)最小最小典型典型最大最大單位單位測(cè)試條件測(cè)試條件 出纖功率出纖功率-1-m WC W 工作電流工作電流-3 5-m AP f= 1 m W 閾值電流閾值電流-1 22 0m AC W 中

31、心波長(zhǎng)中心波長(zhǎng)1 5 1 01 5 5 01 5 9 0n mC W , P f= 1 m W 光譜寬度光譜寬度-25n mC W , P f= 1 m W 上升時(shí)間上升時(shí)間-0 .5n s1 0 % 9 0 % 下降時(shí)間下降時(shí)間-0 .5n s9 0 % 1 0 % 參數(shù)參數(shù)最小最小典型典型最大最大單位單位測(cè)試條件測(cè)試條件 出纖功率出纖功率-1-m WC W 工作電流工作電流-3 04 0m AP f= 1 m W 閾值電流閾值電流-1 02 0m AC W 中心波長(zhǎng)中心波長(zhǎng)1 2 8 01 3 1 01 3 4 0n mC W , P f= 1 m W 光譜寬度光譜寬度-1 .53n mC

32、 W , P f= 1 m W 上升時(shí)間上升時(shí)間-0 .5n s1 0 % 9 0 % 下降時(shí)間下降時(shí)間-0 .5n s9 0 % 1 0 % F-P MQW LD 參數(shù)參數(shù)符號(hào)符號(hào)最小值最小值典型值典型值最大值最大值單位單位 輸出功率輸出功率 Pf41020mW 閾值電流閾值電流 Ith-1030mA 工作電流工作電流 If-60120mA 工作電壓工作電壓 Vf-1.52V 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 154015501570nm 頻譜寬度頻譜寬度 -0.41nm 邊模抑制比邊模抑制比 SMSR3040-dB 光隔離度光隔離度 Iso30-dB 工作溫度工作溫度 To-20-65 儲(chǔ)存溫度儲(chǔ)存溫度 Tstg

33、-40-85 DFB-MQW LD P-I和V-I特性曲線(xiàn) 通信用LD常用典型值 n功率 n大多LD功率可達(dá)0dBm n閾值電流 n雙異質(zhì)結(jié)LD的Ith為典型值為20mA40mA n多量子阱 LD的Ith典型值為10mA n譜寬 nF-P腔LD的RMS譜寬典型值為2nm nDFB LD的-20dB譜寬典型值為0.4nm 4.4 光放大器 4.4.1 光放大器基本概念 光傳輸中的中繼問(wèn)題 n光纖通信目標(biāo)：大容量、長(zhǎng)距離通信 n對(duì)傳輸距離的限制因素 n損耗：信號(hào)幅度下降，接收機(jī)信噪比降低 n色散：信號(hào)脈沖展寬，出現(xiàn)碼間串?dāng)_ n延伸傳輸距離的方法 n對(duì)光信號(hào)進(jìn)行中繼 TR 320 km RRR 80

34、 km 80 km80 km80 km 兩種中繼方法（一） n光-電-光中繼 n優(yōu)點(diǎn) n損耗、色散問(wèn)題均可解決 n沒(méi)有噪聲積累問(wèn)題，最大通信距離不受限 n缺點(diǎn) n中繼距離受限于接收機(jī)靈敏度，對(duì)于高速系統(tǒng)，中繼距離較短 n速率受電器件限制，一般情況下，不同系統(tǒng)速率的中繼器不通用 n在波分復(fù)用環(huán)境中，系統(tǒng)配置較為復(fù)雜 電域光域光域 O/EE/O2R/3R 光纖光纖 電中繼DWDM應(yīng)用時(shí)的情況 電中繼DWDM應(yīng)用時(shí)的情況 兩種中繼方法（二） n全光中繼（放大） n優(yōu)點(diǎn) n能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)波長(zhǎng)的中繼放大 n透明，信號(hào)速率幾乎不受限制 n光放大器小信號(hào)增益能夠達(dá)35dB以上，中繼距離較長(zhǎng) n缺點(diǎn)： n存

35、在光噪聲積累問(wèn)題，全光中繼最大通信距離受限 n不能解決光纖色散造成的光脈沖展寬問(wèn)題，全光中繼距離受限 光放大器光放大器 光域 兩種中繼方法的常見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)合 n光/電/光中繼 n單路系統(tǒng)，需要上下低速通路，通信速率不高 n典型應(yīng)用場(chǎng)景： n早期單路光纜通信線(xiàn)路，長(zhǎng)途光纜線(xiàn)路上下通路站 n全光中繼 n高速多路系統(tǒng)，不需要上下低速通路 n典型應(yīng)用場(chǎng)景 n海纜通信，我國(guó)西部長(zhǎng)途光纜線(xiàn)路 光放大器基本概念 n定義 n一種可以不經(jīng)過(guò)任何光電、電光的內(nèi)部轉(zhuǎn)換 而直接放大光信號(hào)的放大器 n作用 n對(duì)光信號(hào)放大，延伸中繼距離 光放大器基本原理 n受激輻射 E1 E2 h h h 同頻、同相、同偏振態(tài) 光放大器基本

36、結(jié)構(gòu) 輸入信號(hào)光 輸出信號(hào)光 輔助部件 （耦合，隔離） 光放大器與電放大器的異同 n工作原理（異） n電放大器：四兩撥千斤 n光放大器：滾雪球 n工作特性（同） n增益、帶（譜）寬、線(xiàn)性、噪聲 n工作方式（同） n小信號(hào)放大，功率放大 光放大器種類(lèi) n半導(dǎo)體光放大器SOA n光纖放大器 n摻雜光纖放大器 n典型代表：EDFA n非線(xiàn)性光纖放大器 n典型代表：RFA 光放大器的主要工作參數(shù) n功率增益 n飽和輸出功率 n噪聲系數(shù) n增益帶寬（譜寬） 功率增益 n功率增益定義 n表示光放大器的放大能力 )(lg10dB 輸入光功率 輸出光功率 功率增益 飽和輸出功率 n輸出飽和功率定義為小信號(hào)增益

37、下降3dB時(shí)的輸出功率 噪聲系數(shù) n信噪比的惡化用噪聲系數(shù)Fn表示,定義為輸 入信噪比與輸出信噪比之比： n噪聲系數(shù)與粒子數(shù)反轉(zhuǎn)差有關(guān)，充分泵浦有 利于減小噪聲 out in n SNR SNR F )( )( 增益帶（譜）寬 n由于粒子受激輻射產(chǎn)生光放大的速度非?？?， 因此可以認(rèn)為光放大器的輸出能夠完美地跟 蹤輸入光信號(hào)的變化 n光放大器的增益帶寬主要指可增益的光譜寬 度，一般也稱(chēng)作增益譜寬 n對(duì)光放大器增益譜的要求 n盡可能寬 n盡可能平坦 4.4.2 半導(dǎo)體光放大器(SOA) FP型SOA n原理 n半導(dǎo)體晶體的兩個(gè)解理面作為形成法布里珀羅腔的部分 反射端面鏡 n光信號(hào)進(jìn)入FPA后，在兩

38、個(gè)鏡面間來(lái)回反射并得到放大， 直到以較高的強(qiáng)度輻射出去 n特點(diǎn) n優(yōu)點(diǎn)：容易制作，增益較高 n缺點(diǎn)：可能出現(xiàn)自激，存在諧振特性，且受外界影響大 n溫度敏感，注入電流強(qiáng)度敏感，入射光頻率敏感 TW（行波）型SOA n基本原理 n對(duì)LD的端面做增透處理（鍍膜），或者斜切形 成角度，避免發(fā)生內(nèi)反射，入射光僅通過(guò)一次即 形成光放大 n特點(diǎn) n優(yōu)點(diǎn)：增益譜較寬 n缺點(diǎn)：由于半導(dǎo)體腔長(zhǎng)很短，因此增益受限 SOA的優(yōu)缺點(diǎn) n優(yōu)點(diǎn)： n體積小、制作工藝成熟，且便于與其它光器件進(jìn)行集成、組 件器件少，結(jié)構(gòu)緊湊 n具有快速的增益響應(yīng) n工作波段可覆蓋1.3um和1.5um兩個(gè)波段 n缺點(diǎn) n與光纖耦合困難，耦合損

39、失大 n噪聲及串?dāng)_較大 n對(duì)光的偏振特性較為敏感 n增益較低，飽和輸出功率較小 SOA的偏振敏感性 nSOA結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn) n增益腔形狀：極扁的長(zhǎng)方體，截面非軸對(duì)稱(chēng) n橫截面典型寬度=10 m 量級(jí)，高度1 m n不同偏振方向上的光增益不同，此即為偏振敏感 n解決辦法 n級(jí)聯(lián) n并聯(lián) 4.4.3 摻鉺光纖放大器(EDFA) SOA的主要缺點(diǎn)及其成因 n耦合損失大，對(duì)光的偏振特性較為敏感 n成因：極扁的增益腔截面 n較小的增益和飽和輸出功率 n成因：增益腔很短 n噪聲大 n成因：增益腔很短，增益隨機(jī)分布較大 n串?dāng)_較大 n成因：增益腔體積小，載流子和光子濃度均很高，非線(xiàn)性效應(yīng) 強(qiáng) 更理想的光放大器

40、-EDFA n使用摻鉺光纖擔(dān)任增益物質(zhì) n與輸入輸出光纖可形成良好匹配 n增益腔截面為圓形，無(wú)固有的偏振敏感特性 n增益腔截面面積大，長(zhǎng)度長(zhǎng)，光子密度相對(duì)較低， 非線(xiàn)性效應(yīng)弱，串?dāng)_小 n增益腔較長(zhǎng)，可獲得足夠的增益和足夠的飽和輸出 功率 n增益腔較長(zhǎng)，增益隨機(jī)性減弱，噪聲系數(shù)較低 EDFA的增益物質(zhì)鉺 Er3+的相關(guān)能級(jí)結(jié)構(gòu) 4I11/2 泵浦 980 nm 4I15/2 1550 nm 4I13/2 泵浦 1480 nm 受激輻射 亞穩(wěn)態(tài) 高能態(tài) 基 態(tài) Er+3的能級(jí)結(jié)構(gòu)圖 n參與放大過(guò)程的三個(gè) 能帶 n基態(tài)能帶E1 n亞穩(wěn)能帶E2 n泵浦能帶E3（高能態(tài)） n泵浦方式 n可使用980nm

41、或 1480nm的光實(shí)現(xiàn)對(duì) Er3+粒子的光泵浦 E3 E2 E1 Er3+受激輻射工作示意圖 n980nm泵浦光將粒子從基態(tài) 激發(fā)到E3態(tài) nE3上粒子壽命很短，將通過(guò) 無(wú)輻射躍遷的形式，迅速轉(zhuǎn) 移到E2能態(tài) n當(dāng)波長(zhǎng)在1550nm附近的光 子通過(guò)時(shí)，處于E2能態(tài)的粒 子發(fā)生受激輻射回到基態(tài)， 同時(shí)發(fā)射三同光子，形成光 放大 n使用1480nm泵浦光時(shí)，粒 子將直被接泵浦到E2能態(tài) 兩種波長(zhǎng)的泵浦光的特點(diǎn) nEDFA可以使用980nm和1480nm兩種波長(zhǎng) 的泵浦光 n使用980nm泵浦光時(shí)，放大器噪聲系數(shù)較 小，但泵浦效率較低 n使用1480nm泵浦光時(shí)，特點(diǎn)與前者正好 相反 EDFA的基

42、本結(jié)構(gòu) EDFA的三種泵浦方式 LD2 WDM2 EDF APC APCin out LD1 WDM1 LD WDM EDF APC APC in out LD WDM EDF APC APC in out 三種泵浦方式的比較 n前泵 n增益系數(shù)大，但易達(dá)到增益飽和而使噪聲增加 n后泵 n不易達(dá)到飽和，因而噪聲性能較好 n雙向泵浦 n這種泵浦方式結(jié)合了同向泵浦和反向泵浦的優(yōu)點(diǎn)，使泵浦光在光纖 中均勻分布，從而使其增益也在光纖中均勻分布 n對(duì)于輸出功率要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合，主要使用前兩種泵浦方式， 雙向泵浦甚至多泵主要應(yīng)用在功率放大場(chǎng)合，以期獲得較大的飽 和輸出功率 EDFA的典型增益曲線(xiàn) 152

43、0153015401550 1560 16波波長(zhǎng)長(zhǎng)區(qū)區(qū) EDFA的優(yōu)點(diǎn)（一） n工作波長(zhǎng)與光纖最低損耗窗口一致，可在 光纖通信中獲得應(yīng)用 n耦合效率高 n因?yàn)槭枪饫w型放大器，易與光纖耦合連接，連 接損耗低至0.1dB n能量轉(zhuǎn)換效率高 n光與物質(zhì)的作用充分，作用長(zhǎng)度較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換效 率很高 EDFA的優(yōu)點(diǎn)（二） n增益高、噪聲低、輸出功率大 n增益可達(dá)40dB n輸出功率可達(dá)+20dBm以上 n噪聲系數(shù)可低至34dB n增益特性穩(wěn)定 n對(duì)溫度不敏感，適應(yīng)各種環(huán)境 EDFA的典型應(yīng)用方式 n前置放大器 n利用EDFA的低噪特性，將其前置于接收機(jī)，以提高接收靈敏 度 n功率放大器 n利用EDFA的高飽

44、和輸出功率和快速響應(yīng)特性，將其置于高速 光發(fā)射機(jī)的輸出端，以提高高速光信號(hào)的入纖功率，延長(zhǎng)傳 輸距離 n中繼放大器 n替代傳統(tǒng)的光電光中繼器，對(duì)線(xiàn)路中的光信號(hào)直接進(jìn)行放大， 以實(shí)現(xiàn)全光通信 4.4.4 拉曼光纖放大器（RFA） 受激拉曼散射SRS n量子力學(xué)描述 n入射光波的一個(gè)光子被一個(gè)分子散射成另一個(gè)低頻光子， 同時(shí)分子完成振動(dòng)態(tài)間的躍遷，入射光作為泵浦光，產(chǎn) 生稱(chēng)為斯托克斯波的頻移光 n 是泵浦光頻率， 是斯托克斯頻率， 是斯托 克斯頻移 p p h s h h 亞穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)態(tài) 基態(tài) s FRA原理 n石英光纖具有很寬的受激拉曼 散射（SRS）增益譜，并在 13THz附近有一較寬的主峰 n

45、如果一個(gè)弱信號(hào)與一強(qiáng)泵浦光 波同時(shí)在光纖中傳輸，并使弱 信號(hào)波長(zhǎng)置于泵浦光的拉曼增 益帶寬內(nèi)，弱信號(hào)光即可得到 放大 FRA特點(diǎn) n分布式放大 nFRA具有頻帶寬、增益高、輸出功率大、 響應(yīng)快與系統(tǒng)連接方便等優(yōu)點(diǎn) n泵浦效率低，需要很大的泵浦光功率， 限制了其應(yīng)用 4.5 光發(fā)送機(jī)的基本組成及指標(biāo) 4.5.1 光發(fā)送機(jī)一般結(jié)構(gòu) 光發(fā)送機(jī)的一般構(gòu)成 n光發(fā)送機(jī)的任務(wù) n實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換 n數(shù)字式光發(fā)送機(jī)的主要部分包括 n光線(xiàn)路編碼 n調(diào)制電路 n控制電路 光線(xiàn)路編碼調(diào)制電路光源 控制電路 數(shù)字電信號(hào) 數(shù)字光信號(hào) 4.5.2 光源的調(diào)制 內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制 n內(nèi)調(diào)制指直接利用改變光源的注入條件實(shí)現(xiàn)調(diào)制 n利用半導(dǎo)體光源的輸出光功率隨注入電流的變化而變化的特點(diǎn)可實(shí) 現(xiàn)LED和LD的內(nèi)調(diào)制 n內(nèi)調(diào)制通常只能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制（IM：Intensity Modulation） n外調(diào)制指光源本身光輸出穩(wěn)定，在外部使用專(zhuān)門(mén)的調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì) 光的調(diào)制 n理論上，外調(diào)制可實(shí)現(xiàn)IM、FM和PM，但最普遍的是IM n外調(diào)制可通過(guò)晶體的電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)和聲光效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn) n對(duì)半導(dǎo)體光源而言，內(nèi)調(diào)制具有體積小、效率高、實(shí)現(xiàn)方便、功 耗低等優(yōu)點(diǎn)，因而成為了半導(dǎo)體光源最主要的調(diào)制方式 LED的內(nèi)調(diào)制原理 I P 模擬調(diào)制 I P 數(shù)字調(diào)制 I P L