第三章 光发射机1

第三章：光发送机刘建国中国科学院大学

repeater

optical t ransmitt er

光纤通信链路optical receiver

elect ronics

optical transmitter 光发送机drive elect ronics

信源information source

optical amplifier

optical fiber 光源

semiconduct or laser

optical modulat or

optical 光纤 fiber

optical receiverphot odet ect or

optical 光纤 fiberoptical preamplifier

中继器 repeateroptical t ransmitt er elect ronics optical receiver

eiver ronics

光放大器optical amplifier

electrical signal 电信号 optical signal 光信号

optical 光纤 fiber

信宿information receiver receiver elect ronics

光接收机 optical receiverphot odet ect or optical preamplifier

内容提要 光发送机 光源(LED&LD) LD动态特性与调制

光发送机 将数字或者模拟电信号加载到光波上，并耦合进 光纤中进行传输 核心器件：光源、调制器

正面

背面

机柜和机架设备的规格与标准 美国电子工业协会(EIA)制定的工业标准

19英寸标准机柜的“19英寸”表示机柜中安置的机架式设备的宽度机柜内设备安装所占高度用一个特殊单位“U”表示；使用19寸标准机 柜的设备面板一般都是按nU的规格制造 。1U=44.45mm=1.75英寸

没有1U的机柜,只有1U的设备,机柜6U--47U不等；例如，一台42U的机柜理论上可以安装42台1U高的设备，但实际一般放10-20个正 常,因为他们之间需要间隔散热

光发送机基本结构微波/电接口 使光源有恒定 的光输出功率 功控 温控

光发射机数字或模拟电信号

驱动电路

调制器光隔离器

光源 保持光源恒定的温 度，保证激光参数 的稳定性(波长)防止LD输出的激 光反射，实现光 的单向传输

光发送机中的自动温度控制电路激光器热导 热敏电阻 温度控制电路

制冷器 激光器的温度主要影响发射波长 控制精度达到0.01º C 波长稳定性达到 200MHz/24小时

光发送机中的自动功率控制电路自动功率控制(APC)电路 偏置电流 PD 热导 制冷器 激光器 热敏电阻 温度控制电路

由光检测器来感应激光器后端面辐射光功率的变化，并 与参考功率相比较，然后根据比较结果自动调整直流偏

置电流，最终使光功率峰值保持为一个稳定值。

高精度温控与低温波恒流流源参数名称输出电流量程 调谐精度 电流纹波 温控范围 温控精度 功耗

特性指标100mA/300mA可选 0.01mA <1μA 10℃—40℃ 0.001℃ 小于15W

优点： 高电流稳定度：纹波在μA量级。

外接电源储存温度 工作温度 TEC工作电压

220V-40~85 ℃ -20~65 ℃ 5V 短路保护 缓启动保护 反接保护 TEC短路保护 防浪涌保护

高精度温控：精度在0.001℃量级。自动保护功能：激光器短路保护， 反接保护，慢启动

保护，

激光器保护

TEC短路保护，防浪涌保护。操作简便：人性化控制面板设计

光纤通信对光源的要求

波长准：窗口之内，符合ITU标准;

功率高：以满足系统对光中继段距离的要求;高可靠：寿命长，可靠性高;

单纵模：以减少光纤的材料色散；噪声低: 以提高模拟调制系统的信噪比; 高线性: 以保证模拟调制不失真。

。。。。。。

最常用的光源

光纤通信中最常用的光源是:半导体激光器(LD 发光二极管(LEDLaser Diode

)pn-junction

Light Emitting Diode)

尤其是单纵模(或单频)LD,在高速率、大容量的 数字光纤系统中得到广泛应用；

近年来逐渐成熟的波长可调谐激光器是多信道WDM 光纤通信系统的关键器件，越来越受到人们的关注 。

物理基础

原子的能级、能带以及电子跃迁自发辐射与受激辐射

能级(孤立原子)

原子核

低能级高能级 电子优先抢占低能级

电子

能级理论是一种解释原子核外电子运动轨道的一种理论。它认为电子只能在特定的、分立的轨道

上运动，各个轨道上的电子具有分立的能量，这些能量值即为能级。

能带(晶体，大量原子阵列)N=4电子能量 电子能量

N=9

原子间距

原子间距

电子能量

Nà∞

原子间距

能带理论 能带结构由多条能带组成，能带分为传导带(简称导带)、价 电带(简称价带)和禁带 能带结构可以解释导体、半导体、绝缘体三大类区别的由来

讨论：金属，半导体和绝缘体的区别？

非本征半导体材料：n型

+5 As+4

施主杂质掺入第V族元素(如磷P, 砷As, 锑Sb)后，某些电子受到 很弱的束缚，只要很少的能量 DED (0.04~0.05eV) 就能 让它成为自由电子。这个电离过程称为杂质电离。