第05章光源与光发送机.ppt

* * * 三部分：激励源、工作物质、谐振腔 Fabry-perot cavity 基本的光学谐振腔由两个反射率分别为100%和90%-95%的平行反射镜构成(如图4.1.0.3所示) 。由于谐振腔内的激活物质具有粒子数反转分布，可以用它产生的自发辐射光作为入射光。入射光经反射镜反射，沿轴线方向传播的光被放大，沿非轴线方向的光被减弱。反射光经多次反馈，不断得到放大，方向性得到不断改善，增益大幅度得到提高。 * * * * * * * * 宽带长途传输系统的应用要求光源只输出一个波长而且要求谱宽很窄 * * PN结构构成光学谐振腔，天然解理面抛光成反射镜；这种结构只对载流子和光子形成纵向约束，为了得到更好的性能需要对它们进行横向约束。根据横向约束方法的不同，这种结构进一步可以分成两种类型。 * * 这种激光器的性能受注入电流的强度的影响，而注入电流容易引起一些非线性过程。 * * * * 边模抑制可以达到30dB，且对电流和温度变化不太敏感，而且P-I曲线线性度好 理想对称的DFB激光器会同时发射两个0阶模。但实际中可以通过人为地使结构不对称导致模式增益的退化，最终导致单模操作 [1] H. Kogelink and C. V. Shank,Coupled-Wave Theory of Distributed Feedback Lasers, Journal of Applied Physics, vol. 43, no. 5, May 1972. [2] 蔡伯荣，半导体激光器，1995年10月 * * * * LED无阈值—很好的线性 发光二极管实际输出的光子数远远小于有源区产生的光子数，一般外微分量子效率小于10%。两种类型发光二极管的输出光功率特性示于图4.2.4。驱动电流I较小时，P-I曲线的线性较好；电流过大时，由于PN结发热产生饱和现象，使P-I 曲线的斜率减小。在通常工作条件下，LED工作电流为50~100mA, 输出光功率为几mW，由于光束辐射角大，入纤光功率只有几百uW。 * 谱线宽度定义：光强下降一半时的波长宽度-----半幅全宽 * * 工作电流过大会发生饱和 * 温度增加，光功率下降、线性工作区域的变窄、峰值工作波长向长波长方向飘移 * * * Rs为激光器的串联电阻 * Hv=eoV V为PN结的外加电压 * * 抑制横模是为了提高光源输出光束的亮度，同时减小光斑尺寸。为了将激光器用于高速系统中，还需要对纵模进行约束，即输出单个波长。 通过减小腔长可以实现单模，但是同时会导致增益大大减小，输出光功率小。 * * 长波长光源比短波长光源对温度更敏感 特征温度 GaAlAs/GaAs (短)：T0=100~150 K InGaAsP/InP (长)：T0=40~70 K * 检测 普通指针万用表 高阻抗档测量PN结的正反向电阻 正向小于20k欧，反向大于500k，一般正常 * 模拟调制：强度调制，振幅调制，双边带抑制调制，单边带调制，残余边带调制 数字调制：幅移键控，频移键控，相移键控 * * * 长波长光源比短波长光源对温度更敏感 特征温度 GaAlAs/GaAs (短)：T0=100~150 K InGaAsP/InP (长)：T0=40~70 K * 2. 驱动电路的工作原理 LED数字系统都是通过控制流经发光管电流的办法达到调制输出光功率的目的。 LED数字信号调制电路只有一级共发射极的晶体管调制电路，晶体管用作饱和开关，晶体管的集电极电流就是LED的注入电流。 信号由A点接入。“0”码时晶体三极管不导通；“1”码时晶体三极管导通，于是注入电流注入到LED管，使得LED管发光，从而实现了数字信号调制。 图5.16 共射极驱动电路 * LD数字系统通常用于高速系统，且是阈值器件，它的温度稳定性较差，与LED相比，其调制问题要复杂的多，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。 图5-17 射级耦合驱动电路 V1、V2组成一个电流开关，数字电信号Vin从V1的基极输入，Vb是直流参考电压施加在V2的基极上。 当信号为“0”码时，V1的基极电位高于V2的基极电位，电流源全部电流流过V1的集电极，LD接在V2上不发光，故LD不发光，相当于发“0”码。 当信号为“1”码时，V2基极电位高于V1基极电位时，则反过来V2导通，全部电流源电流流过V2的集电极支路，对应于发一个“1”码。 * 5.5.2 辅助电路 1.自动功率控制电路 自动功率控制：自动功率控制电路维持半导体激光器的输出光功率维持在恒定值。 (1) 自动功率控制电路的分类 能够完成自动功率控制功能的电路很多，主要包括普通电参数控制电路和光电反馈控制电路。 在光发送