【正文】 本章小結(jié)（二） 。 ? 但在高速光纖通信系統(tǒng)中，常采用 外調(diào)制技術(shù) 。 ? 半導(dǎo)體激光器的瞬態(tài)性質(zhì)直接影響調(diào)制光信號的質(zhì)量： ? 直接調(diào)制時，激光輸出與注入電脈沖之間存在 電光延遲 ； ? 激光器在瞬態(tài)過程中存在 張弛振蕩 ； ? 由于電光延遲現(xiàn)象，在電脈沖過后，載流子有一定的存儲時間，導(dǎo)致高速數(shù)字調(diào)制時出現(xiàn) 碼型效應(yīng) ； ? 由于激光器對溫度很靈敏及注入電流的熱效應(yīng)，輸出光會出現(xiàn) 結(jié)發(fā)熱效應(yīng) ； ? 某些激光器在某些注入電流下還會出現(xiàn) 自脈動現(xiàn)象 。 LD是一種 閾值器件 ，只有當(dāng)注入電流達(dá)到閾值電流后，激光器才開始激射。由于發(fā)射光譜線寬、方向性差、響應(yīng)速度慢，所以 只適用于速率較低的通信系統(tǒng) 。 ? LED在應(yīng)用中具有線路簡單、可靠、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 (2)功率穩(wěn)定性要求 ? 某信道功率的漂移，不僅影響本信道的傳輸性能，而且通過 EDFA的瞬態(tài)效應(yīng)影響其它信道的性能； ? 影響發(fā)射功率的因素： ? 管芯溫度： 溫度增加－－功率下降 ? 器件老化： 功率下降 輔助電路 2. 溫度控制和功率控制作用 就是消除溫度變化和器件老化影響 ,穩(wěn)定發(fā)射機(jī)性能，采取的穩(wěn)定方法有：溫度控制；自動功率控制 光發(fā)送機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 窄線寬 DFB 激光器 EA(LN)調(diào)制器 精密 溫度控制 恒定 電流控制 10Gb/s 電壓驅(qū)動器 NRZ碼 3. 溫度控制： ?溫控電路通常由比例放大、 PID（ 比例 積分 微分）電路、 電流放大組成 ?控制精度達(dá)到 ?波長穩(wěn)定性達(dá)到 ?200MHz/24小時 激光器 導(dǎo)熱 制冷器 熱敏電阻 溫度控制電路 PD DFBLD組件 4. 自動功率控制（ APC） 由光檢測器來感應(yīng)激光器后端面輻射光功率的變化，并與參考功率相比較，然后根據(jù)比較結(jié)果自動調(diào)整直流偏置電流，最終使光功率峰值保持為一個穩(wěn)定值。 光發(fā)射機(jī)的參數(shù) (3) 第四章 光源與光發(fā)送機(jī) 驅(qū)動電路與輔助電路 對驅(qū)動電路的要求： ? 能提供較大的穩(wěn)定的驅(qū)動電流； ? 足夠快的響應(yīng)速度，最好大于光源的驅(qū)動速度； ? 保證光源具有穩(wěn)定的輸出特性。 SMSR=10lg（ M1/M2）。一般要求 10dB。表示功率的絕對值。有關(guān)各種調(diào)制碼型的研究很多。占用帶寬較窄。 電場 振幅 載頻 相位 調(diào)制格式 ? 歸零碼 RZ：代表比特 1的光脈沖寬度比比特間隔窄，其振幅在比特周期結(jié)束前歸零。 ?調(diào)制前光載波的形式為： E(t)=Acos(?0t+?) 調(diào)制方式 ? 模擬通信可采用 調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等 多種調(diào)制方式。 ? 調(diào)制信號啁啾小。 一、直接調(diào)制的特點(diǎn)： ? 將要傳送的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘栕⑷?LD或 LED ? 調(diào)制后的光波振幅的平方比例于調(diào)制信號（強(qiáng)度調(diào)制） ? 簡單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn) ? 響應(yīng)帶寬有限（ ~） ? 引入調(diào)制啁啾，影響通信系統(tǒng)性能 ? 加大偏置電流使其逼近激光器閾值，可以大大減小電光延遲時間，同時使 張馳振蕩 得到一定程度的抑制 . ? 偏置于閾值附近，較小的調(diào)制脈沖電流即可得到足夠的輸出光脈沖，從而可大大減小 碼型效應(yīng)和結(jié)發(fā)熱效應(yīng) 的影響 . ? 另一方面，加大直流偏置電流將會使光信號 消光比 (EX)惡化，光源消光比將直接影響接收機(jī)靈敏度 . ? 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，異質(zhì)結(jié)激光器的 散粒噪聲 在閾值處出現(xiàn)最大值，因此偏置電流不正好偏置在閾值處 . ? 調(diào)制電流幅度 Im的選擇，應(yīng)根據(jù)激光器的 PI曲線，既要有足夠的輸出光脈沖幅度，又要考慮到光源的負(fù)擔(dān)。帶有啁啾。光信號是用電信號調(diào)制光載波產(chǎn)生的。 InGaAsP/InP激光器的發(fā)射波長隨注入電流漂移的情況，此激光器沒加溫度控制，由于電流的熱效應(yīng)，使結(jié)溫度升高，從而使發(fā)射波長漂移。 ? ?00 e x p TTII th ?峰值波長隨溫度變化： 半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長隨結(jié)區(qū)溫度而變化。 對于 GaAs/GaALAs LD T0=100~150K；InGaAsP/InPLD T0=40~70K。 T0代表 Ith對溫度的靈敏度，也可解釋為激光二極管的熱穩(wěn)定性。 ? 解決辦法：采用外部調(diào)制器。 ? 帶有頻率啁啾的信號在單模光纖中傳播時，在色散作用下，將增大非線性失真。 (消光比 EX=10lg(Pmax/Pmin) P I 20。 偏置電流越大越好？ 偏置電流增大，引起輸出光的 Imin變大。 消除方法： 適當(dāng)增加偏置電流 5）結(jié)發(fā)熱效應(yīng)： 半導(dǎo)體激光器是對溫度很敏感的器件，不僅環(huán)境溫度的變化會使激光器的閾值電流以及輸出光功率發(fā)生變化，注入電流的熱效應(yīng)也會發(fā)生類似的變化 —— 結(jié)發(fā)熱效應(yīng)。 4） 自脈動 起因： 注入電流導(dǎo)致溫升，進(jìn)而引起閾值電流的變化，從而輸出光功率也發(fā)生變化。 ?造成自脈動的機(jī)理涉及量子噪聲效應(yīng)、有源區(qū)的缺陷及溫度感應(yīng)的變化等因素。 消除方法： 過調(diào)制，增加直流偏置電流。 ?采用預(yù)偏置在 Ith附近的方法，可減小張弛振蕩 2） 張弛振蕩 偏置電流越大越好？ 3）碼型效應(yīng)： 由于電光延遲，輸出光脈沖會出現(xiàn)碼型效應(yīng)。 ?結(jié)果： 當(dāng)最高調(diào)制頻率接近張弛振蕩頻率時，波形失真嚴(yán)重，會使光接收機(jī)在抽樣判決時增加誤碼率，因此 實(shí)際使用的最高調(diào)制頻率應(yīng)低于張弛振蕩頻率。 ?降低方法： 預(yù)偏置在 Ith附近。 光電瞬態(tài)響應(yīng)波形： 1） 電光延遲 ?原因： 激光輸出與注入電脈沖之間存在一個時間延遲，一般為納秒量級。 張弛振蕩和自脈動的結(jié)合。是激光器內(nèi)部光電相互作用所表現(xiàn)出來的固有特性。但在對半導(dǎo)體激光器進(jìn)行脈沖調(diào)制時，激光器往往呈現(xiàn)出復(fù)雜的動態(tài)性質(zhì) —— 光電瞬態(tài)響應(yīng)。 FP LD在高速調(diào)制下，或在溫度和注入電流變化時，不再維持原激射模式，而會出現(xiàn)模式跳躍和譜線展寬，這對高速應(yīng)用很不利。 激光器的發(fā)射光譜隨調(diào)制電流變化的情況 動態(tài)單縱模半導(dǎo)體激光器 ?實(shí)現(xiàn) LD單縱模工作的方法： ?采用短腔結(jié)構(gòu)， 增大相鄰縱模間隔 ,使增益譜線范圍內(nèi)只有一個譜線存在，短腔制造困難， LD輸出功率低。 這是因?yàn)閷す馄鬟M(jìn)行脈沖調(diào)制時，注入電流不斷變化，使有源區(qū)里載流子濃度隨之變化，進(jìn)而導(dǎo)致折射率隨之變化，激光器的諧振頻率發(fā)生漂移，產(chǎn)生動態(tài)譜線展寬。 對激光器進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制會使發(fā)射譜線增寬，振蕩模數(shù)增加。 靜態(tài)單縱模激光器 縱模數(shù)隨注入電流而變： 在直流驅(qū)動下，發(fā)射波長只有符合振蕩相位條件 的波長才存在。這些波長取決于激光器縱向長度 L，并稱為激光器的縱模 2 nL q??? LD的縱模 縱模反應(yīng) LD光譜的性質(zhì) 導(dǎo)帶 價帶 禁帶 ? 半導(dǎo)體的能帶 自發(fā)輻射光譜 ? 縱模間隔 ? 2nl =q? ? 2nl =(q+1)(????q) ??q: 縱模間隔 ??q???? q1 LD的譜線 (縱模 ) ? ? ?? ??q P ?0 多縱模 ? LD的譜線 (縱模 )