第三章光源與光發(fā)送機(2)2025/10/17光纖通信系統(tǒng)2光源與光纖的耦合光發(fā)送機性能指標光發(fā)送機組成光發(fā)送機作用本節(jié)內(nèi)容:光發(fā)送機2025/10/17光纖通信系統(tǒng)3光發(fā)送機的基本功能

將電端機送來的線路碼轉(zhuǎn)換成適宜于光纖信道傳輸?shù)拇a型；將編碼器輸出的電壓信號[TTL電平]轉(zhuǎn)換成電流信號，再轉(zhuǎn)換成光信號，并有效地把光信號送入光纖。2025/10/17光纖通信系統(tǒng)4組成

光發(fā)送機主要由光源器件及驅(qū)動電路構(gòu)成，如果采用外調(diào)制的話，還包括外調(diào)制器。此外，為了發(fā)送機的工作穩(wěn)定、使用維護方便，還有一些輔助電路，如自動功率控制(APC)、自動溫度控制(ATC)及各種保護報警電路等。

2025/10/17光纖通信系統(tǒng)5光發(fā)送機的結(jié)構(gòu)組成防止LD輸出的激光反射，實現(xiàn)光的單向傳輸保持LD組件內(nèi)恒定的溫度，保證激光參數(shù)的穩(wěn)定性使LD有恒定的光輸出功率數(shù)據(jù)電接口線路編碼驅(qū)動電路調(diào)制器光隔離器LD功控溫控光發(fā)送機2025/10/17光纖通信系統(tǒng)6自動功率控制（APC）由光檢測器來感應(yīng)激光器后端面輻射光功率的變化，并與參考功率相比較，然后根據(jù)比較結(jié)果自動調(diào)整直流偏置電流，最終使光功率峰值保持為一個穩(wěn)定值。激光器導(dǎo)熱制冷器熱敏電阻溫度控制電路PD自動功率控制（APC）電路偏置電流DFB-LD組件2025/10/17光纖通信系統(tǒng)7溫度控制和功率控制作用：就是消除溫度變化和器件老化影響,穩(wěn)定發(fā)送機性能，采取的穩(wěn)定方法有：溫度控制；自動功率控制光發(fā)送機結(jié)構(gòu)框圖窄線寬DFB激光器EA(LN)調(diào)制器精密溫度控制恒定電流控制10Gb/s電壓驅(qū)動器NRZ碼

2025/10/17光纖通信系統(tǒng)8自動溫度控制（ATC）溫控電路通常由比例放大、PID（比例-積分-微分）電路、電流放大組成控制精度達到0.01C波長穩(wěn)定性達到

200MHz/24小時激光器導(dǎo)熱制冷器熱敏電阻溫度控制電路PDDFB-LD組件2025/10/17光纖通信系統(tǒng)9主要技術(shù)指標

平均發(fā)光功率PS； 在規(guī)定偽隨機碼序列的調(diào)制下，光發(fā)送機輸出的光功率值。單位是dBm。一般情況下，要求PS越大越好。PS越大，進入光纖進行傳輸?shù)墓夤β试酱?，從損耗的角度出發(fā)，系統(tǒng)的傳輸距離可能越長。但其值也不能過大，否則會降低光源器件的壽命，PS的值一般不超過5dBm。

2025/10/17光纖通信系統(tǒng)10譜寬

譜寬是光源器件的重要光譜特性參數(shù)，主要用它來度量光源器件所發(fā)送光脈沖的能量集中程度，其單位為nm。光源器件的譜線越窄越好，因為譜寬越窄，由它引起的光纖色散越小，就越利于進行大容量的傳輸。ITU-T規(guī)范了兩種譜寬定義：根均方譜寬和－20dB譜寬。：光源器件的峰值功率下降到其最大值的0.607倍時所對應(yīng)的譜線寬度。（多縱模激光器和LED）：最大峰值光功率下降20dB(0.01)時的最大全寬。

2025/10/17光纖通信系統(tǒng)11光源器件的壽命

光源器件的壽命越長越好。就目前水平而言，至少應(yīng)該在30萬小時以上。LED：發(fā)光功率降低到其初始值的一半時。LD：當閾值電流增加到其初始值的二倍時。2025/10/17光纖通信系統(tǒng)12光源的調(diào)制

將信息加載到光束上的過程稱為調(diào)制。將電信號變?yōu)楣庑盘柕姆绞酵ǔＳ袃煞N：

直接調(diào)制：用電脈沖信號直接去改變光源的工作電流，從而使光源器件發(fā)出與電脈沖信號相應(yīng)的光脈沖。適用于半導(dǎo)體光源。間接調(diào)制：利用晶體的電光、磁光和聲光效應(yīng)等性質(zhì)對信號進行調(diào)制，既適用于半導(dǎo)體光源，也適用于其它類型的光源。

2025/10/17光纖通信系統(tǒng)132025/10/17光纖通信系統(tǒng)14光發(fā)送機的技術(shù)要求穩(wěn)定的光功率輸出和一定的光功率。入纖功率要求約0.01~5mv，且環(huán)境溫度變化及光源老化時，輸出光功率應(yīng)保持穩(wěn)定，變化不超過5％~10％。消光比小于10％。輸出光脈沖上升、下降、延滯時間應(yīng)盡量短。盡量抑制弛豫振蕩。2025/10/17光纖通信系統(tǒng)15光源與光纖的耦合

怎樣將光纖的光信號功率有效的耦合進光纖時光發(fā)送機的一個非常重要的問題。從光源發(fā)射光功率進入光纖需要考慮一系列因素，如光纖的發(fā)散角和光纖的數(shù)值孔徑、纖芯尺寸、折射率剖面和纖芯－包層折射率差等。此外還應(yīng)考慮光源的尺寸、輻射強度和光功率的角分布。2025/10/17光纖通信系統(tǒng)16

在光源發(fā)射的全部光功率中，能耦合到光纖中的光功率通常采用耦合效率來度量。耦合效率定義為：等式中，為耦合進光纖的功率，為光源發(fā)射的功率。發(fā)射效率或耦合效率取決與和光源連接的光纖類型和耦合的實現(xiàn)過程。比如，是否采用透鏡或其它耦合改進方案。耦合效率2025/10/17光纖通信系統(tǒng)17光源與光纖耦合損耗的比較0.010.020.050.10.21.00.500.10.20.30.40.50.663912151821耦合效率耦合損耗/dB面發(fā)光LED邊發(fā)光LDLD光纖NA2025/10/17光纖通信系統(tǒng)18光源與光纖的耦合方法

最簡單方法：直接耦合，又叫對接耦合。提高耦合效率的方法：

(1)面發(fā)光LED與多模光纖光纖端面做成球形——6%截頭微透鏡透鏡耦合技術(shù)集成微透鏡結(jié)構(gòu)——15%2025/10/17光纖通信系統(tǒng)19

(2)邊發(fā)光LED、LD與多模光纖用圓柱透鏡—降低發(fā)射光束的非對稱性；圓柱透鏡后加球面鏡—進一步降低光束發(fā)散；——30%利用大數(shù)值孔徑的自聚焦透鏡(GRIN棒)?！?0%(3)LD與單模光纖在纖芯端面集成微透鏡。在發(fā)光面與光纖間插入聚焦透鏡。

2025/10/17光纖通信系統(tǒng)20SLED與光纖的耦合ElectrodeSiO2

(insulator)ElectrodeFiber(multimode)EpoxyresinEtchedwellDoubleheterostructureLightiscoupledfromasurfaceemittingLEDintoamultimodefiberusinganindexmatchingepoxy.ThefiberisbondedtotheLEDstructure.(a)FiberAmicrolensfocusesdiverginglightfromasurfaceemittingLEDintoamultimodeopticalfiber.Microlens

(Ti2O3:SiO2

glass)(b)2025/10/17光纖通信系統(tǒng)21Multimode

fiberLens(a)ELEDActive

layerLight

from

an

edge

emitting

LED

is

coupled

into

a

fiber

typically

by

using

a

lens

or

aGRIN

rod

lens.GRIN-rod

lens(b)Single

mode

fiberELEDELED與光纖的耦合2025/10/17光纖通信系統(tǒng)222025/10/17光纖通信系統(tǒng)23光源與光纖的實際耦合2025/10/17光纖通信系統(tǒng)242025/10/17光纖通信系統(tǒng)252025/10/17光纖通信系統(tǒng)26光纖的連接

在任何光纖系統(tǒng)的鋪設(shè)過程中，必須考慮的一個重要問題是光纖之間的低損耗連接方法。這些連接存在于光源、光檢測器、光纜內(nèi)部中間點上兩根光纖的連接處以及線路中兩根光纜的中間連接點。光纖連接采用哪一種特殊技術(shù)，取決于光纖是否永久連接或是連接可以輕易拆卸。一個永久性的連接通常指的是一個接頭，而一個易拆卸的連接成為連接器。

2025/10/17光纖通信系統(tǒng)27光纖連接方法

光纖連接方法包括光纖熔接法、V形槽機械連接和彈性管連接。第一種方法可產(chǎn)生永久性的連接，而后兩種連接方法在需要時可以將已連接的光纖拆開。2025/10/17光纖通信系統(tǒng)28光纖熔接法

光纖熔接是通過加熱的方法使已經(jīng)制備好的光纖端面連接在一起。首先，將光纖端面對齊，并且對接在一起，該過程是在一個槽狀光纖固定器里帶有微型控制器的顯微鏡下完成的。然后在兩根光纖的連接處使用電弧或激光脈沖加熱，光纖頭尾端被熔化，進而連接在一起。 優(yōu)點：損耗低（小于0.06dB）； 缺點：用手接觸時產(chǎn)生的光纖表面損傷、加熱時引起的表面損傷加深。光纖連接處附近的殘余應(yīng)力都會在光纖介質(zhì)熔化時導(dǎo)致化學(xué)成分的變化，從而產(chǎn)生不牢固的連接。2025/10/17光纖通信系統(tǒng)29V型槽機械連接

將預(yù)備好的光纖端面緊靠在一起，然后將光纖使用粘合劑連接在一起或先用蓋片將兩根光纖固定。V型通道既可以是槽狀石英、塑料、陶瓷，也可以是金屬基片作成槽狀。這種方法的連接損耗在很大程度上取決于光纖的尺寸（外尺寸和纖芯直徑）變化和偏心度（纖芯相對于光纖中心的位置）。2025/10/17光纖通信系統(tǒng)30彈性管連接

彈性管連接器是一種可自動進行橫向、縱向、角度對準的獨特器件。使用它連接多模光纖可以得到和商用熔接機同一大小范圍的連接損耗，但是所需要的設(shè)備和技巧卻少得多。這種連接器基本上就是一根用彈性材料做成的管子。管子中心孔的尺寸稍小于待連接的光纖，在孔的兩端做成圓錐形以便光纖插入。當插入光纖時，光纖使孔膨脹，于是塑料材料對光纖施加均勻的力。這種對稱特征讓兩根待連接光纖的軸自動準確地對齊。尺寸范圍較寬的光纖都能夠插入彈性管中。由于每一根光纖在插入彈性管時，其位置各自與彈性管管軸相關(guān)，因此兩根待連接的光纖在尺寸上并不一定要求相等。2025/10/17光纖通信系統(tǒng)311、光纖通信系統(tǒng)中常用的光源主要有哪幾種？2、LED的基本發(fā)光機理是什么？3、LD的基本發(fā)光機理是什么？4、激光產(chǎn)生的條件是什么？5、LED、LD的發(fā)光特性及應(yīng)用范圍是什么？6、光發(fā)送機的作用是什么？7、光源調(diào)