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1、光源与光发送机,5.1 半导体光源的物理基础5.2 半导体光源的工作原理5.3 光源的工作特性5.4 光 发 送 机5.5 驱动电路和辅助电路,光源的重要性！,光源是光纤通信系统的关键器件，它产生光通信系统所需要的光载波，其特性的好坏直接影响光纤通信系统的性能。如果没有光载波，所有的信息就不能传输。,系统需要什么样的光源？,1、合适的发光波长,光源的发光波长应符合目前光纤通信的三个低损耗窗口（0.85，1.31，1.55微米），也就是说光源的发光波长应与光纤的工作窗口相一致。目前光通信系统中作为第一窗口的0.85微米已基本不用，1.31微米的第二窗口正在大量应用，并且光纤通信系统正在向1.55
2、微米的第三窗口转移。,2、足够的输出功率,光源的输出功率发须足够大，光源输出功率大小影响光通信系统的中继距离。光的的输出功率越大，系统的中继距离就越长。但这个结论是有条件的，即如果光源的输出功率太大，使光纤工作于非线性状态，则是光纤通信系统不允许的。当然，目前的问题不是光纤的功率太大，而是不够。因此，还应努力提高光源输入光纤的光功率，以增大中继距离。一般光源的输出功率大于1mw。,3、可靠性高，寿命长,光源的工作寿命长，通信才可靠。目前通信工程要求光源平均工作寿命为小时（约100年），一般不允许中断通信。设一个通信系统中有10个光源，假如其中一个光源发生故障，会使整个系统中断工作。从故障的概率
3、来说，该系统发生中断能信故障的时间间隔为10万小时（约10年），这是实用通信工程对元器件的要求。,4、输出效率高,输出光功率与所消耗的直流电功率的比值叫做输出功率。要求输出效率尽量高，即耗电尽量省，而且要在低压下工作。这样对无人中继站的供电就较为方便。目前输出效率的标准是大于10%，将来希望达到50%。,5、光源的谱线宽度窄,光谱宽度是光源发光波长范围。希望光波也能够和无线电波一样，只在一个频率振荡。实际上这很难做到，只能要求光谱尽量窄，光源的光谱宽度直接影响到系统的的传输带宽，它与光纤的色散效应相结合，就产生了噪声，影响通信系统的传输容量和中继距离。,6、聚光性好,要求光源发光尽量集中，会聚
4、到一点，尽可能多地把光送过光纤，即耦合效率高，这样进入光结的功率大，系统中继距离就可增加。,7、调制方便,调制是把话音等信息附载在光波上，如何高效地用电信号来调制光波是决定系统成败的关键。,8、价格低廉，体积小，应用方便,5.1 半导体光源的物理基础,1.孤立原子的能级,原子是由原子核和围绕原子核旋转的电子构成。围绕原子核旋转的电子能量不能任意取值，只能取特定的离散值，这种现象称为电子能量的量子化。电子既绕原子核旋转（动能），又作自旋运动（位能），动能和位能之和称为内能。,1913年丹麦物理学家玻尔提出了原子只能处于由不连续能级表征的一系列状态（定态），对于每一种运动状态来说，都具有一定的内能
5、（位能和动能之和）。内能是一些不连续的特定值，对应电子运动的特定轨道，这些特定的轨道称为能级。电子通过与外界交换能量从一种运动状态转变为另一种运动状态。不同的原子具不同的能级结构，一个原子中，最低的能级称为基态，其余的称为高能态（激发态）。,2.半导体的能带,在大量原子相互靠近形成半导体晶体时，由于半导体晶体内部电子的共有化运动，使孤立原子中离散能级变成能带。在图5.2中，半导体内部自由运动的电子(简称自由电子)所填充的能带称为导带；价电子所填充的能带称为价带；导带和价带之间不允许电子填充，所以称为禁带，其宽度称为禁带宽度，用Eg表示，单位为电子伏特(eV)。,图5.2 半导体的能带结构,光与
6、物质的相互作用,爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表辐射理论，而这正是激光理论的核心基础，因此爱因斯坦被认为是激光理论之父。这篇论文中，爱因斯坦区分三种过程，自发辐射、受激吸收、受激辐射。,自发辐射,处于高能级的电子状态是不稳定的，它将自发地从高能级(在半导体晶体中更多是指导带的一个能级)运动(称为跃迁)到低能级(在半导体晶体中更多是指价带的一个能级)与空穴复合，同时释放出一个光子。由于不需要外部激励，所以该过程称为自发辐射。,这种辐射的特点是每个原子的跃迁的自发的，独立的，不需要外界的影响。因此根据能量守恒定律，自发辐射光子的能量为：,式中：h为普朗克常数，其值为6.62610-34J
7、s；f为光子的频率；E2为高能级能量；E1为低能级量。应用：LED,自发辐射的特点:1）没有外界作用，属于自发跃迁；2）原子存在一系列的能级，使得原子从高能级跃迁到低能级时的光子是多频率的，因而谱线较宽；3）即使有些电子存在相同的能级差，它们发射光子的频率是相同的，但是它们自发辐射的相位、方向、偏振方向各不相同，是不相干光。4）发射光子的频率决定于所跃迁的能级。,受激吸收,在外来光子激励下（外部光照射），电子吸收外来光子能量而从低能级跃迁到高能级，变成自由电子。受激吸收过程必须在外来光子的激发下才会产生，外来光子的能量必须等于电子跃迁的能级之差，在受激过程中，没有多余的能量放出来。主要应用：光
8、电检测器,受激辐射,在外来光子的激励下，处于高能级的原子在光子的“刺激下”，跃迁到低能级，并辐射出一个和入射光子同样频率的光子。受激辐射最大的特点是产生一个与外来光子同频、同相的光子。由于需要外部激励，所以该过程称为受激辐射。这样通过一次受激辐射，一个光子变为两个完全相同的光子，这就意味着光被加强了，或者说光被放大了，光放大器就是基于这样的一个原理。应用：激光器、光放大器,发光的条件：自发辐射/受激辐射占据优势光电检测的条件：受激吸收占据优势；,激光是怎样产生的？,激光是怎样产生的？在一个原子体系中，总有些原子处于高能级，有些处于低能级。而自发辐射产生的光子既可以刺激高能级的原子这生受激辐射，
9、也可能被低能级的原子吸收而造成受激吸收。因此，在光和原子体系的相互作用中，自发辐射、受激辐射和受激吸收总是同时存在的。,如果在获得越来越强的光，也就是说越来越多的光子就必须使受激辐射产生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎样才能做到这一点？光子对于高、低能级的原子是一视同仁的，在光子作用下，高能级产生受激辐射的机会和低能级产生受激吸收的机会是相同的，这样是否得到光放大就取决于高、低能级的原子数量之比。若位于高能级的原子远多于位于低能级的光子，就可得到高度放大的光。,粒子数反转分布状态,在热平衡状态下，高能级上的电子数要少于低能级上电子数。在单位时间内，从高能级跃迁到低能级上的粒子数，总是少于从低
10、能级跃迁到高能级上的粒子数，因此，这时受激吸收大于受激辐射，也就是说，在热平衡条件下的物质，不可能有光的放大作用。因而必须到非平衡体系中去找。,设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2(E2E1)的原子数分别为N1和N2。当系统处于热平衡状态时，存在下面的分布：,式中，k=1.38110-23J/K，为波尔兹曼常数，T为热力学温度。由于(E2-E1)0，T0，所以在这种状态下，总是N1N2。这是因为电子总是首先占据低能量的轨道。,如果N1N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种物质时，光强按指数衰减，这种物质称为吸收物质。如果N2N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质时，会产生
11、放大作用，这种物质称为激活物质。N2N1的分布，和正常状态(N1N2)的分布相反，所以称为粒子(电子)数反转分布。,2.粒子数反转分布状态,在非平衡体系中，位于高能级上的原子数目大于低能级上的原子数目，这种状态称为“粒子数反转”，如何才能达到“粒子数反转”，这需要利用激活媒介，所谓激活媒介（也称为放大介质），就可能使两个能级间呈现“粒子数反转”的物质，它可以是气体，固体和液体。有多种方法可以实现能级之间的粒子数反转分布状态，这些方法包括光激励方法、电激励方法等。,粒子数反转如何实现？,5.2 半导体光源的工作原理,所谓受主杂质就是掺入杂质能够接受半导体中的价电子，产生同数量的空穴，从而改变了半
12、导体的导电性能。例如，半导体锗和硅中的三价元素硼、铟、镓等原子都是受主。如果某一半导体的杂质总量中，受主杂质的数量占多数，则这半导体是p型半导体。如果在单晶硅上掺入三价硼原子，则硼原子与硅原子组成共价键。硼是三价元素，外层只有三个价电子，所以当它与硅原子组成共价键时，就自然形成了一个空穴。这样，掺入的硼杂质的每一个原子都可能提供一个空穴，从而使硅单晶中空穴载流子的数目大大增加。这种半导体内几乎没有自由电子，主要是空穴导电，所以叫做空穴半导体，简称p型半导体。,所谓施主杂质就是掺入杂质能够提供导电电子而改变半导体的导电性能。例如，半导体锗和硅中的五价元素砷、锑、磷等原子都是施主杂质。如果在某一半
13、导体的杂质总量中，施主杂质的数量占多数，则这种半导体就是n型半导体。如果在硅单晶中掺入五价元素砷、磷。则在硅原子和砷、磷原子组成共价键之后，磷外层的五个电子中，四个电子组成共价键，多出的一个电子受原子核束缚很小，因此很容易成为自由电子。所以这种半导体中，电子载流子的数目很多，主要是电子导电，叫做电子半导体，简称n型半导体。,PN结,在T0时，Ef为费米能级若E=Ef，则有P（E）=0.5；若EEf，则有P（E）0.5；,费米统计分布,在P型和N型半导体组成的PN结界面上，由于存在多数载流子(电子或空穴)的梯度（浓度不一样），因而产生扩散运动，形成内部电场，见图3.3(a)。内建电场的方向是由N
14、区指向P区,内部电场产生与扩散相反方向的漂移运动，直到P区和N区的Ef 相同，两种运动处于平衡状态为止（平衡状态只有一个费米能级），结果能带发生倾斜，见图3.3(b)。,在PN结上施加正向电压，产生与内部电场相反方向的外加电场，结果能带倾斜减小，扩散增强。电子运动方向与电场方向相反，便使N区的电子向P区运动，P区的空穴向N区运动，最后在PN结形成一个特殊的增益区。增益区的导带主要是电子，价带主要是空穴，结果获得粒子数反转分布。在电子和空穴扩散过程中，导带的电子可以跃迁到价带和空穴复合，产生自发辐射光。获得粒子数反转的方法：在PN结上施加正向电压。,2、谐振腔,粒子数反转分布（必要条件)+激活物
15、质置于光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择=连续的光放大和激光振荡输出。基本的光学谐振腔由两个反射率分别为R1和R2的平行反射镜构成(如图3.4所示)，并被称为法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)谐振腔。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。,1）、选频方法,设从A点出发的平面波，垂直投射到反射镜M1，由M1反射后又垂直投射向M2。再回到A点时，如果它们之间的相位差是 的整数倍，显然就达到了谐振。如果设L为谐振腔的长度，为谐振腔介质中光波的波长，则应有：,q=1，2，3，.,显然谐振腔波长与光学谐振腔材料的折射率n有关，当q不同时，可有不同的波
16、长，即有无穷多个谐振波长。但是在这些无限多个频率中，只有那些在谱线中心附近的频率才能满足振荡条件，所以激光器的振荡频率只能取有限个分立值。谱线中心：,2）阈值条件：光子的传播和反射等运动过程中要消耗一部分能量，光子向不希望的方向运动，会很快离开使光子总量减少。此外还有产生声子（晶格振动）的损耗。无论如何，激活物质产生的光增益应足以抵消所有的损耗，振荡才可能发生，这样将振荡开始出现净增益的条件称为阈值条件。阈值条件所需的电流称为阈值电流。,3、激光器构成,组成：激励源、工作物质、谐振腔激励源：使工作物质形成粒子数反转；工作物质：提供合适的能带结构，以便产生LD所需的发光波长；谐振腔：反馈、选频,
17、4、激光器的工作原理,外加正向偏压将N区的电子、P区的空穴注入到PN结，实现了粒子数反转分布，即使之成为激活物质（PN结为激活区）。在激活区，电子空穴对复合发射出光。初始的光场来源于导带和价带的自发辐射，方向杂乱无章，其中偏离轴向的光子很快逸出腔外，沿轴向运动的光子就成为受激辐射的外界因素，使之产生受激辐射而发射全同光子。这些光子通过反射镜往返反射不断通过激活物质，使受激辐射过程如雪崩般地加剧，从而使光得到放大。如此反复，直到放大作用足以克服有源层和高反射率界面的损耗后，就会向高反射率界面外面输出激光。,半导体激光器的类型结构,结构中间有一层厚0.10.3 m的窄带隙P型半导体，称为有源层；两
18、侧分别为宽带隙的P型和N型半导体，称为限制层。三层半导体置于基片(衬底)上，前后两个晶体解理面作为反射镜构成法布里-珀罗(FP)谐振腔。,由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后，P层的空穴和N层的电子注入有源层。层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒，注入到有源层的电子不可能扩散到P层。同理，注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。这样，注入到有源层的电子和空穴被限制在厚0.10.3 m的有源层内形成粒子数反转分布，这时只要很小的外加电流，就可以使电子和空穴浓度增大而提高效益。,另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内，因而电/光转换效率很高，输出激光的阈
19、值电流很低，很小的散热体就可以在室温连续工作。,同质结LD（两边的材料是相同的）：阈值电流较大，LD容易发热，寿命短，几乎不能在常温下工作。,双异质结：两边是由不同的材料做成的，可以降低阈值电流，效率提高很多。,1）F-P腔激光器,特点：技术成熟，性价比高；多纵模传输（反射面方向、垂直有源层方向、平行有源层方向）；发射波长为850nm，1310nm；通常是用于短、中距离的传输；输出功率为几mw；谱线宽度为320nm；耦合效率较高。,2）单片布拉格激光器（DBR）,布拉格激光器内部用布拉格光栅做反射器来获得谱线更窄的激光。在两种不同介质的交界面上，制造出周期性的反射点，当光照射在反射点上将产生周
20、期性的反射，激光器的输出波长为,两反射点的距离。其光栅是与限制层分开的。在未来的通信和CATV传输的WDM系统中，DBR LD具有出色的宽带波长可调特性。,3）单片分布反馈激光器（DFB）,DFB激光器也利用布拉格反射，但是其和DBR激光器结构不同，DFB光栅和有源层叠放在一起，二者原理相同，满足一定条件的特定波长的光才能受到强烈反射，从而产生足够功率、谱线较窄的激光。特点：动态单纵模激光器；只允许一个模式；DFB可提供很窄线宽的激光器，目前大量用于光纤通信系统，可用于WDM系统。DFB或DBR的谱线宽度达到50M以下。,4）量子阱激光器,量子阱激光器采用双异质结结构，有源层的厚度为0.10.
21、2微米左右，当有源层的厚度小到某一数值德布罗意波长（50nm）时，就会出现所谓的量子阱效应，即有源层与两边相邻的能带不连续在有源层的异质结上出现导带和价带的突变，这样窄带隙的有源区为导带中的电子和价带中的空空创造了一个势能阱，将载流子限制在很薄的有源区内，使有源区内的料子数反转浓度非常高。特点：波长是由有源区的厚度决定的；输出功率较高；阈值电流较低（0.1mA)；寿命长。,5）垂直腔面激光器（VESCEL）,目前的研究热点，发展得非常好，是以后光通信的主要光源器件。和常规激光器一样，它的有源区位于两个限制层之间，并构成双异制结，为了使注入电流限制在有源区人，利用隐埋制作技术使注入电流完全被限制
22、在直径为D的圆形有源区中，与常规激光不同的地方是其腔是垂直，并且很短，510微米。,6）波长可调激光器,有一些应用中（WDM）需要许多种不同波长的光源，如果能对一种激光器的光波长加以改变，获得不同波长的激光，这样就可减少光源器件的品种，有利于简化设计和降低成本。主要指标：调谐速度和波长调谐范围。,6、半导体激光器的应用新的发展,LD的体积小，效率高，寿命长，已成为激光器家庭中最主要的成员之一，它是光通信的光源，需求量极大；是光盘存储、光显示的重要器件；是激光印刷、信息处理、办公自动化设备的关键部件；在激光加工、激光医疗中十分重要。,LED,半导体发光二极管(Light-emitting Dio
23、de，LED)基本应用GaAlAs和InGaAsP材料，可以覆盖整个光纤通信系统使用波长范围，典型值为0.85m、1.31m及1.55m。产生可见光（380nm-780nm），禁带宽度为（）。,发光二极管的工作原理,LED的工作原理可以归纳如下：当给LED外加合适的正向电压时，Pp结之间的势垒(相对于空穴)和Np结之间的势垒(相对于电子)降低，大量的空穴和电子分别从P区扩散到p区和从N区扩散到p区(由于双异质结构，p区中外来的电子和空穴不会分别扩散到P区和N区)，在有源区形成粒子数反转分布状态，最终克服受激吸收及其他衰减而产生自发辐射的光输出。,发光二极管的类型结构,按照器件输出光的方式，可以
24、将发光二极管分为三种类型结构：表面发光二极管、边发光二极管及超辐射发光二极管。图见课本5.3,1、波长特性 半导体激光器的发射波长取决于导带的电子跃迁到价带时所释放的能量，这个能量近似等于禁带宽度。,不同的半导体材料有不同的禁带宽度Eg，因而有不同的发射波长。,LD的特性,2、LD的P-I特性,其中Ith是LD的阈值电流，其定义为自发辐射区曲线和受激辐射区曲线之间拐点对应的电流值，Ith越大，发送同样平光功率时LD中流过的总电流就越大，而总的工作电流越大，LD的平均寿命就越短。普通的LD中，增益波导型激光二极管约为100150mA，折射率波导型激光二极管约为4060mA，DFB机理激光二极管约
25、为10mA，QW激光二极管已经非常小，目前仅为0.4mA。,从P-I特性还可以引出两个基本参数：微分量子效率和功率转换效率。微分量子效率可以定义为输出光子数的增量与注入电子数的增量之比，表达式为：,功率转换效率定义为输出光功率与消耗的电功率之比，可以表示为：式中：V是PN结的正向电压；Rs是LD的串联电阻(包括半导体材料的体电阻和接触电阻)。,3、光谱特性 LD的光谱特性如图5.14所示。在图中，0为LED的峰值波长(典型值为0.85m、1.31m和1.55m)；为谱线宽度，其定义为纵模包络或主模光强度下降到最大值一半时对应的波长宽度。,图5.14 LD的光谱特性,在直流驱动下，发射波长有一定
26、的分布，谱线有明显的模式结构。这种结构的产生是因为导带和价带都是由许多连续能级组成的有一定宽度的能带，两个能带中不同能级之间电子跃迁会产生连续波长存在。这些波长取决于谐振腔的纵向长度L，称之为激光器的纵模。,单模激光器：激光器输出的激光是单纵模。其谱线宽度可做到0.1nm以下。多模激光器：激光器输出的激光是多纵模。随着驱动电流的增加，纵模模数逐渐减少，谱线宽度变窄。这种变化是由于谐振腔对光波频率和方向的选择，使边模消失，主模增益增加而产生的。当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵模激光器。要得到动态单纵模激光器改变谐振腔的结构。,4、温度特性：激光器的输出光功率随温度变化
27、而变化，主要有两个原因：一是激光器的阈值电流随温度升高而增加，二是外微分量子效率随温度升高而减小，温度升高时，阈值电流增加，外微分量子效率减小，输出光功率明显下降，达到一定温度时，激光器就不激射了。为了降低温度对LD的影响，可以采用两种方法：选择温度特性优异的新型LD，或通过一个外加的自动温度控制电路，使LD的温度特性能够满足系统的要求。,5、调制特性：在对LD进行直接调制时，激光二极管的输出功率与调制信号频率的关系为：,式中：P(0)是频率为0时LD输出的光功率值；fr为LD的类共振频率，是LD的阻尼因子。Fr很大，通常来讲，LD的带宽为几G到几十G，因此高速光纤通信是LD的主要用途。,1、
28、P-I特性面发光二极管；边发光二极管；超辐射发光二极管；,LED的特性,由于LED没有阈值，它随着注入电流的增加，输出功率也线性增加，因此在进行调制时，其动态范围大，信号失真小。,2、光谱特性：LED的光谱特性如图5.12所示。在图中，0为LED的峰值工作波长(典型值为0.85m、1.31m和1.55m)；为谱线宽度，其定义为光强度下降到最大值一半时对应的波长宽度。,3、调制特性：在一级近似和平均工作电流不变的条件下，发光二极管的输出功率与调制信号频率的关系为:,式中：P(0)是频率为0时LED输出的光功率值；e是有源区少数载流子的寿命。根据上式可知LED的3dB带宽为：,4、温度特性 LD阈
29、值器件，其阈值随温度升高而增加，因则需要ATC电路，而LED是无阈值器件，温度特性较好，不需要ATC电路。,LED的调制带宽影响着系统的可传输容量，带宽越小，可驱动的信号容量就越小。通常LED的调制带宽为100M以下，就也是LED使用于低速光纤传输系统的主要原因。,总结：从以上特性可以看出，尽管发光二极管的输出光功率较低，光谱较宽，但由于使用简单，寿命长等优点，因此在中、低速率短距离光纤数字通信系统和光纤模拟信号传输系统中还是得到广泛的应用。,5.4 光 发 送 机,光发射机的主要作用是以电路的方式完成光电转换作用，即完成光信号的调制功能；以一定规律将信息通过电设备调制到光载波的设备；把要传输
30、的电信号转变为适合在光纤中传输的光信号；在光纤通信系统中有着非常大的作用。,5.4.1 光调制原理,1、按照光源和调制信号的关系分类：,调制：将信息加载到光信号中。1）直接调制（内调制）：信息直接调制光的输入电流，目前广泛使用的调制方法。模拟信号的直接调制：直接让LD的注入电流随反映语音或图像等模拟量变化，从而使LD的输出光功率随模拟信号变化。为了使已调制的光波信号的非线性失真小，应适当选择直流偏置注入电流的大小。对于LED的调制，由于光功率大小只有正值，因而应选择好工作电流I0，应保证输入的信号都能够调制，输出信号不失真。,对于数字调制，LED可选用非常小的工作电流，只要能够表示有、无光输出
31、。对于LD应考虑阈值电流，工作点电流应选择在阈值电流附近，这样才能更充分利用光功率。输入为信号0时，输出一个非常弱的光，输入信号为1时，马上输出一个功率较大的光。特点：对光源进行直接调制简单方便；会使得LD的动态谱线增宽；造成在传输时色散加大，不适合于超高速的传输，调制数率为1G以下。,间接调制：光源的输入电流是一定的，而信息的调制到输出光上。基于M-Z干涉仪的外调制器：在干涉仪臂上通过电光效应或声光效应等，利用晶体传输特性随电压变化来实现对光波的调制。要求较高时可以在两个臂上加上相反的电压以降低调制信号的谱宽。,2、按照已调制信号的性质分类 根据已调制信号的性质，可以将光源的调制方式分为模拟
32、调制方式和数字调制方式。模拟调制方式是指已调制信号属于模拟信号，这种调制方式主要包括强度调制方式、振幅调制方式、双边带抑制载波调制方式、单边带调制方式及残余边带调制方式。数字调制方式是指已调制信号属于数字信号，这种调制方式主要包括幅移键控调制方式、频移键控调制方式及相移键控调制方式等。,5.4.2 光发送机的构成及指标,1、光发射机的组成,2.光发送机的主要指标,(1)平均发送光功率及其稳定度：平均发送光功率又称为平均输出光功率，通常是指光源尾巴光纤的平均输出光功率。输出光功率适当，稳定。,(2)消光比：消光比定义为最大平均发送光功率与最小平均发送光功率之比，消光比通常为（5%10%）。通常用
33、符号EX表示：,3、输出光脉冲和输入光脉冲一致。4、工作寿命长，能连续工作，可靠。,5.5 驱动电路和辅助电路,1、驱动电路一个优良的驱动电路应该满足以下条件：(1)能够提供较大的、稳定的驱动电流；(2)有足够快的响应速度，最好大于光源的驱动速度；(3)保证光源具有稳定的输出特性。,2.调制驱动电路的工作原理,共发射极驱动电路的工作原理如下所述：当输入数据信号为“0”时，晶体三极管VT处于截止状态，LED中没有电流流过，因此LED不发光；当输入数据信号为“1”时，晶体三极管VT工作于饱和状态，LED中有较大的电流流过，所以LED发光。,射极耦合电流开关电路,电流源为由V1和V2组成的差分开关电
34、路，它提供了恒定的偏置电流。在V2基极上施加直流参考电压UB，V2集电极的电压取决于LD的正向电压，数字电信号Uin从V1基极输入。当信号为“0”码时，V1基极电位比UB高而抢先导通，V2截止，LD不发光；反之，当信号为“1”码时，V1基极电位比UB低，V2抢先导通，驱动LD发光。,5.5.2 辅助电路,1、自动功率控制电路 LD经长时间工作后，受其温度特性及激光器老化的影响，使得激光器的输出功率不稳定。如上图，设LD工作于T1，当LD老化，工作于T2时，输出的信号保持不变，而调制输出的信号发生严重的变化，这样就大大地影响了发射机的性能。,当由于温度原因使LD输出光功率降低时，流过PD(通常为
35、PINPD)的电流减小，A1放大器输出端电位降低(即A2放大器反向输入端电位降低)，从而使LE的驱动电流增加。,2、自动功率控制电路的工作原理 从前面的内容可以知道，LD的输出特性与温度有着密切的关系。当温度变化不太大时，通过APC电路也可以对光功率进行调节，但如果温度升高较多时，会使得阈值电流增加很多，经过APC电路调节，偏置电流也会有较大的增加，这样会导致LD的结温更高（需要更大的阈值，使得温度和阈值电流产生正反馈），以至LD烧坏，因而还需要ATC电路，使LD管芯的温度恒定在22度左右。,当LD的温度升高时，热敏电阻的阻值变小，由R1，R2，R3，RT组成的电桥失去平衡，A1反向输入端的电位提高，A2放大器的输出端电位会增大，使二极管VD导通，晶体三极管VT提供的制冷器工作电流增加，使LD的温度回落。,
