光纤通信第四章光发射机分析.ppt

第4章 光发射机和光接收机 4.1 光发射机 4.2 光接收机 4.1.2 光源的调制原理 光源的两种调制方式 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 光源的间接调制 1．电光效应与电光调制器 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。 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，在调制区加上零伏到负压之间的调制信号，就能对DFB激光器产生的光输出进行强度调制。 4.1.3 光发射机及控制电路 激光器的实用组件 激光器组件的内视图和外视图 数字光发射机的组成 1．偏置电流I0和调制电流Im大小的选择 主要考虑以下原则 （1）加大直流偏置电流使其逼近阈值，可以大大减小电光延迟时间，提高频谱利用率和通信容量，并且在一定程度上抑制张弛振荡 ； （2）激光器偏置在阈值附近的另一好处是较小的调制电流就能获得足够大的输出光脉冲，I0和I0+Im值相差不大，从而削弱调制码型间的相互影响，减小码型效应； （3）由于偏置电流决定“0”码时的发光功率，I0上升意味着激光器的消光比恶化。EX太小灵敏度下降； （4）实验观察到异质结激光器的散粒噪声在阈值处常有一很陡的峰值，因此I0的选取应避开此峰值。但对数字光传输系统，光源的噪声对接收机影响不大。 2．激光器的调制电路 对激光器进行高速脉冲调制时，调制电路既要有快的开关速