1、光纖通信一光源之（LD）激光二極管光纖通信系統(tǒng)中，目前均采用半導體發(fā)光二極管（LED）和激光二 極管（LD）作為光源，這類光源具有尺寸小，與光纖耦合效率高， 響應速度快，波長和尺寸與光纖適配，可在高速條件下直接調制等特 點。光纖通信系統(tǒng)對光源的要求主要有：（1）:光源發(fā)射的峰值波長，應在光纖低損耗窗口之內（2）:易于調制，響應速度快，帶寬大，以利于高速，大容量數字信號 的傳輸（3）：單色性和方向性好，輸出譜窄，以減少光纖的材料色散，提高 光源和光纖的耦合效率（4）：輻射角小，與光纖的耦合效率高（5）有足夠高的，穩(wěn)定的輸出光功率，以滿足系統(tǒng)對光中繼段距離 的要求（6）：電一光轉換效率高，驅動功率

2、低，耗電省，可靠性高（7）：光強對驅動電流的線性要好，以保證有足夠多的模擬調制信道（8）：體積小，重量輕，安裝方便，性價比高下面介紹其中的（LD）激光二極管激光二極管本質上是一個半導體二極管，按照PN結材料是否相同， 可以把激光二極管分為同質結、單異質結（SH）、雙異質結（DH） 和量子阱（QW）激光二極管。量子阱激光二極管具有閾值電流低， 輸出功率高的優(yōu)點，是目前市場應用的主流產品。同激光器相比，激 光二極管具有效率高、體積小、壽命長的優(yōu)點，但其輸出功率小（一 般小于2mW），線性差、單色性不太好，使其在有線電視系統(tǒng)中的應 用受到很大限制，不能傳輸多頻道，高性能模擬信號。在雙向光接收 機的回

3、傳模塊中，上行發(fā)射一般都采用量子阱激光二極管作為光源。半導體激光二極管的基本結構：垂直于PN結面的一對平行平面構成法布里一一珀羅諧振腔，它 們可以是半導體品體的解理面，也可以是經過拋光的平面。其余兩側 面則相對粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光作用。半導體中的光發(fā)射通常起因于載流子的復合。當半導體的PN結 加有正向電壓時，會削弱PN結勢壘，迫使電子從N區(qū)經PN結注入 P區(qū)，空穴從P區(qū)經過PN結注入N區(qū)，這些注入PN結附近的非平 衡電子和空穴將會發(fā)生復合，從而發(fā)射出波長為入的光子，其公式如 下：入=hc/Eg （1）式中：h普朗克常數；c一光速；Eg一半導體的禁帶寬度。上述由于電子與空穴的自發(fā)

4、復合而發(fā)光的現象稱為自發(fā)輻射。當 自發(fā)輻射所產生的光子通過半導體時，一旦經過已發(fā)射的電子一空穴 對附近，就能激勵二者復合，產生新光子，這種光子誘使已激發(fā)的載 流子復合而發(fā)出新光子現象稱為受激輻射。如果注入電流足夠大，則 會形成和熱平衡狀態(tài)相反的載流子分布，即粒子數反轉。當有源層內 的載流子在大量反轉情況下，少量自發(fā)輻射產生的光子由于諧振腔兩 端面往復反射而產生感應輻射，造成選頻諧振正反饋，或者說對某一 頻率具有增益。當增益大于吸收損耗時，就可從PN結發(fā)出具有良好 譜線的相干光激光，這就是激光二極管的簡單原理。種類：1法布里-珀羅激光器法布里-珀羅激光器(FP-LD )是最常見、最普通的半導體激

5、光器，它最 大的特點是激光器的諧振腔由半導體材料的兩個解理面構成。目前光 纖通信上采用的FP-LD的制作技術已經相當成熟，普遍采用雙異質 結多量子阱有源層、載流子與光分別限制的結構。2分布反饋半導體激光器普通結構的分布反饋半導體激光器(DFB-LD)，在高速調制狀態(tài)下 會發(fā)生多模工作現象，從而限制了傳輸速率。因此，設計和制作在高 速調制下仍能保持單縱模工作的激光器是十分重要的，這類激光器統(tǒng) 稱為動態(tài)單模(DSM)半導體激光器。實現動態(tài)單縱模工作的最有效的 方法之一，就是在半導體激光器內部建立一個布拉格光柵，依靠光柵 的選頻原理來實現縱模選擇。分布反饋半導體激光器的特點在于光柵 分布在整個諧振腔

6、中，光波在反饋的同時獲得增益。因為DFB-LD的 諧振腔具有明顯的波長選擇性，從而決定了它們的單色性優(yōu)于一般的FP-LDo在DFB-LD中存在兩種基本的反饋方式，一種是折射率周期性變化 引起的布拉格反射，即折射率耦合(Index-Coupling)，另一種為增益周 期性變化引起的分布反饋，即增益耦合(Gain-Coupling) o 與依靠兩個 反射端面來形成諧振腔的FP-LD相比，DFB-LD可能激射的波長所對 應的諧振腔損耗是不同的，也就是說DFB-LD的諧振腔本身具有選擇 模式的能力。在端面反射為零的理想情況下，理論分析指出2：折 射率耦合DFB-LD在與布拉格波長相對稱的位置上存在兩個

7、諧振腔 損耗相同且最低的模式，而增益耦合DFB-LD恰好在布拉格波長上存 在著一個諧振腔損耗最低的模式。也就是說，折射率耦合DFB-LD原 理上是雙模激射的，而增益耦合DFB-LD是單模激射的。3 DFB-LD/電吸收型調制器集成光源用于進行集成光源制作的外調制器結構主要分為兩類：干涉型和電 吸收型，分別以基于多量子阱材料電光效應的Mach-Zehdner調制器 和利用量子限制Stark效應的電吸收(EA)型調制器為代表。干涉型調 制器雖然具有對工作波長不敏感、啁啾可調的特性，但由于存在制作 困難、器件尺寸較大等缺點，目前還難以推廣使用。而電吸收型調制 器因為具有驅動電壓低、器件尺寸小、啁啾可

8、控、制作工藝簡單等優(yōu) 點，被廣泛地應用于單片集成光源的制作?，F在，DFB-LD/EA調制 器集成光源已經成為干線光纖通信的首選光源。由于干線光纖通信繼續(xù)向高速、大容量的方向發(fā)展，40 Gbit/s或更 高速率的DFB-LD/EA調制器集成光源就成為目前的研究熱點。5波長可選擇光源由于密集波分復用(DWDM)技術的迅猛發(fā)展，對集成光源提出了 新的要求，具有波長可調諧或者波長可選擇特性的集成光源成為新的 研究熱點。波長可調諧是指激光器波長在一定范圍內連續(xù)可調。目前 波長調諧主要基于布拉格反射光柵，通常通過改變溫度、注入電流等 方法，改變光柵的有效折射率，從而改變光柵的布拉格波長o DFB-LD 雖

9、然單模特性穩(wěn)定，但是波長調諧的范圍較小，一般在2nm左右。 目前技術比較成熟的波長可調諧激光器主要基于分布布拉格反射器 半導體激光器(DBR-LD)。和DFB-LD相似，DBR-LD也是通過內含 布拉格光柵來實現光的反饋的。不過在DBR-LD中，光柵區(qū)僅在激 光器諧振腔的兩側或一側，增益區(qū)沒有光柵，光柵只相當于一個反射 率隨波長變化的反射鏡。其中，三電極 DBR-LD是最典型的基于 DBR-LD的單模波長可調諧半導體激光器，其原理性結構如圖3o 3 個電極分別對DBR-LD的增益區(qū)、相移區(qū)和選模光柵注入電流，其 中增益區(qū)提供增益，光柵區(qū)選擇縱模，而相移區(qū)用來調節(jié)相位，使得 激光器的諧振波長和光

10、柵的布拉格波長一致。通過調節(jié)3個電極的注 入電流，其調諧范圍可以達到10 nm左右。另外采用特殊的光柵結構， 如超結構光柵(SSG)，DBR-LD的波長調諧范圍可以達到103 nm。6垂直腔面發(fā)射激光器以上所說的各種激光器都是邊發(fā)射激光器，激光從激光器的側面輸 出，只能進行一維集成，很難制作二維集成器件。但是，光數據傳輸 的發(fā)展需要能夠二維集成的器件，而垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL) 是一個很好的選擇。與邊發(fā)射激光器最大的不同點是，它的出射光垂 直于器件的外延表面，即平行于外延生長的方向。對于光通信來說，這些光源都具有各自的特點，適用于光纖通信的 不同領域，可以說是光纖通信的基礎器件，是推動光纖通信發(fā)展的基 本要素。全球光通信發(fā)展要求開發(fā)大量的、各個層次要求的光電子基 礎器件，未來的市場前景非常廣闊。中國對光電子