发布时间 : 星期日 文章西北工大本科毕业论文光纤通信发射机更新完毕开始阅读e6c1ac894a7302768e9939bf
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式中，C为真空中光速。
光通信中用的半导体材料，在短波长段（0.85?m），采用GaAlA和GaAs材料构成异质结结构；在长波长波段（1.3?m和1.55?m），采用InGaAsP和InP材料s构成异质结构。
（2）阈值性质。 对于半导体激光器，只有注入电流达到一定值后，才能既实现粒子束反转分布，又满足谐振腔里光振荡的阈值条件，发射出谱线尖锐、模式明确的激光光束。所以半导体激光器是一个阈值器件，其功率-电流（P-I）特性曲线如图2-9所示。从图中可见：LD的P-I特性曲线中存在一个阈值电流Ith，它是激光器开始激射的注入电流；当注入电流小于阈值电流即I
hCEg （2-5）
图2-9 半导体激光器的P-I曲线
半导体激光器的阈值电流对温度的变化十分敏感，如图2-10所示。当温度升高时，LD的阈值电流将随之增大，反之则减小。阈值电流Ith与温度T的关系可用下式表示：
Ith=I0eT/T0 (2-6)
式中，I0是温度是的阈值T=T0电流；T0是阈值电流的温度敏感参数，在AlGaAs激光器中，T0 =120~150K；在InGaAsP激光器中，T0 =50~70K。
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图2-10 激光器阈值电流随温度的变化
（3）激光器的效率。 激光器的电光转化效率通常用外微分量子效率衡量，其定义为：
?P/hf?Pe???P? ?I/e?Ihf (2-7)
式中，?P为外微分量子效率，?P为光功率输出增量，?I为注入电流的增量，?P/?I实际上就是P-I曲线中的斜率。e为电子电荷，hf为光子能量。显然，P-I特性曲线斜率越大，外微分量子效率越大，说明激光器电光转化效率越高[9]。
2.3 LD激光器组件
与LED相比，LD的调制问题要复杂的多，尤其是在高速调制系统中，驱动条件的选择、调制电路的形式和工艺，都对调制性能至关重要。由于半导体激光器对温度的变化是很敏感的，稳定激光器的输出光信号是必须研究的问题。温度变化和器件的老化会给激光器带来很多的不稳定性。主要表现为激光器的阈值电流随温度呈指数规律变化，并随器件的老化而增加，从而使输出光功率发生很大的变化。另外，线路中出现的长连0和长连1也会影响定时信号的提取，长连1还会增加光源的负担，减少光源的寿命。
因为以上的这些应用过程中出现的问题，人们应用自动温度控制电路（ATC）和自动功率控制电路（APC）来解决它们。又为了实现大规模制造和商用化的方便，人们制作了集成LD和上述所有部件的集成电路，形成一个完整的LD组件。LD组件加上外围电路，能实现ATC和APC的所有功能，使用起来十分方便。关于LD组件的具体介绍，将在下一章中描述。
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第三章 光发射机的设计
一般来说，调制技术可以分为直接调制与间接调制。直接调制适用于半导体光源，它将要传送的信号转变成电信号注入光源，获得相应的光信号输出，输出光波电场幅值的平方与调制信号成正比，是一种光强度调制（IM）。直接调制具有简单、经济、容易实现等优点，是光纤通信中最常采用的调制方式，这种方式适用于半导体激光器和发光二极管，因为发光二极管和半导体激光器的输出光功率（对激光器来说是指阈值以上线性部分）基本上与输入电流成正比，而且电流的变化转换为光强调制也呈线性，所以可以通过改变注入电流来实现光强度调制。间接调制是利用晶体的电光、磁光和声光效应等性质对光幅进行调制，既适用于半导体光源，也适用于其他类型的光源。间接调制最常用的是外调制的方法，既在光辐射产生后再加载调制信号，其具体方法是在激光器输出端外的光路上放置光调制器，在调制器上加调制电压，通过调制器的光束得到调制。本文只介绍直接调制。
从调制信号的形式来说，光调制又可以分为模拟调制与数字调制。模拟信号调制是直接用连续的模拟信号对光源进行调制，连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上。在光纤通信中，现在常用的是数字调制。数字调制主要指PCM编码调制，即将连续变化的模拟信号通过取样、量化和编码，转换成一组二进制脉冲代码，即用矩形脉冲的有、无（“1”码和“0”码）来表示信号。
3.1 LED光发射机的设计
LED光发射机的数字驱动电路比较简单，只需要简单地开启和关闭LED。处于关闭状态时，LED几乎不发光，因为可以产生较高的消光比；处于导通状态时，要求驱动电流的幅值与输入信号值无关。这样即使相邻的输入脉冲信号有一定变化，也可以使所有的输出脉冲有完全相同的功率。
为了满足上述要求，可以提出如下图3-1的2种电路。
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图3-1 （a） (b)
对a图，其实是一个串联型电路，开关断开不允许电路通过，则关闭LED；而开关闭合则产生电流
Vdc?vdI?R (3-1)
其中，Vd是二极管正向压降，电阻R和外电压决定了二极管的电流。一个理想开关（闭合时，其电阻值可以忽略，从而其电压降可以忽略）不会影响电流幅度。图3-1（b）图所示的并联开关调制器的工作原理与串联电流类似。闭合旁路开关电流到地，使LED关闭；断开开关使电流通过LED，从而使其导通。
在实际使用中，常用晶体管提供开关机制。图3-2是一个用晶体管实现的串联开关调制器。
图3-2
当基极电流为零时，可以看出，T截止，集电极电流很小，经过LED的电流因此极小，LED几乎不发光；当基极电流很大时，T导通，并处于饱和状态。
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