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光纤通信光发射机.ppt

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光纤通信光发射机.ppt


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? 1 .偏置电流 I 0 和调制电流 I m 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, I 0 和 I 0 + I m 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; 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 光发射机 4.1.1 光发射机基本组成和主要指标 4.1.2 光源的调制原理 4.1.3 光发射机及控制电路 4.1.1 光发射机基本组成和主要指标 一、光发射机的基本组成 光发送电路主要由驱动电路、发光器件、自动功 率控制( APC )电路、自动温度控制( ATC )电路组成。 其功能是将输入的电脉冲信号转换为输出光脉冲信号 (即 E/O 转换)。 光发射机基本组成框图 驱动电路起调制作用,调制分为内调制(即直 接调制)和外调制(即间接调制)。内调制是直接 在光源上调制,系统结构较简单,广泛应用于通信 系统中;外调制是在光输出通路上加调制器,对光 源性能影响小,但系统结构复杂,目前尚未广泛应 用。图中给出的驱动电路,是用输入电信号的大小 来直接调制发光器件的发光强度,所以属于内调制。 驱动电路的输入电脉冲信号和发光器件的输出光脉 冲信号都要求是光纤码型信号; APC 电路用来使光信号的功率稳定而不随外界条 件变化; ATC 电路用来使发光器件工作温度恒定。 二、光发射机的主要性能指标 1. 平均发送光功率 P T 定义为正常工作条件下光发送电路输出的平 均光功率。通常 P T 使用毫瓦分贝( dBm )单位,即 平均发送光功率与光发送电路(驱动电路) 的输入电脉冲信号幅度和码型有关。所以,离线 测试时应在正常工作的注入电流条件下进行,并 且测试信号使用伪随机码,以便尽可能接近实际 情况。 ? ? ) ( 10 ) ( lg 10 10 ) ( lg 10 3 3 dBm W P W P P T T T 单位 ? ? ? ? ? ? (mW) 2.消光比( EX ) 定义为光发送电路输出全“1”码时的平均输出 光功率 P 1 与输出全“0”码时的平均输出光功率 P 0 之比, 即 消光比应大于 10 ,以保证足够的光接收信噪比。 0 1 lg 10 P P EX ? 4.1.2 光源的调制原理 ? 光源的两种调制方式 DIM: 电流注入式器件,发光和调制集中在结区,载流子光子作 用关系复杂,影响腔的振荡特性,动态光谱展宽。外调制:电 光、磁光、声光效应,发光与调制分开 ? 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; e 0 为电子电荷; d 为有源 区厚度; R sp 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 ? ? ? ? ? ? ? ? sp 0 d d n t j R n g n s t t e d ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? sp ph d d s t s t g n s t R n t ? ? ? ? ? ? 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 th th n n n n n s s s s s g g g g g ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 0 exp i n n t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 exp i s s t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 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; sp th 1 2 j j ? ? ? ? 1/ 2 sp ph th 1 1 j j ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 1 ? ? ? ? 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 0 sp d d n j n t e d ? ? ? d th sp 0 0 sp sp 0 d d t n n t n j e d ? ? ? ? ? ? ? ? th d sp sp 0 0 ln n n j t e d ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 设直流预偏置电流密度为 j 0 ,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 0 sp 0 0 j n e d ? ? 0 m d sp sp th m 0 th ln ln j j j t j j j j j ? ? ? ? ? ? ? ? d sp th ln j t j j ? ? ? 利用速率方程组的稳态关系,上式可化简为 ? 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 2 1 i n ? ? ? ? ? ? 2 1 1 ij j j i r E n ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3 用矩阵表示 式中 n 为折射率, r ij 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 1 2 2 11 12 13 21 22 23 1 2 3 31

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