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§3.4 光发送机1．光发送机方框图光发送机是光纤通信系统的重要组成部分，典型的光发送机方框图1.3.4所示。
图1.3.4：光发送机方框图光发送机的作用，就是把数字化的信息码流（如PCM话音信号）转换成光信号脉冲码流并输入到光纤中进行传输。
（1）．输入接口其作用是进行电平转换。
（2）．予处理对数字电信号的脉冲波形进行波形处理。
（3）．驱动电路与光源组件实际上就是光源及其调制电路。
其作用是把电信号变成光脉冲信号发送到光纤当中。
该部分是光发送机的核心，许多重要技术指标皆由该部分决定。
（4）．自动发光功率控制（APC）为了使光发送机能输出稳定的的光功率信号，可采用相应的负反馈措施来控制光源器件的发光功率。
常用的自动发光功率控制方法是背向光控制法（当然也有其它方法）。
LD的谐振腔有两个反射镜面，它们是半透明的。
它们的作用一方面构成谐振腔保证光子在其中往复运动以激射出新的光子，另一方面有相当一部分光子从反射镜透射出去即发光。
前镜面透射出去的光谓之主光，通过与光纤的耦合发送到光纤当中变成有用的传输。
而后反射镜面幅射出去的光谓之副光又叫背向光，利用它可以来监控光源器件发光功率的大小，如图1.3.5所示。
副光镜面图1.3.5：LD的主光与副光利用与LD封装在一起的光检测器就可以把副光转换成电信号并提供给APC电路，而APC电路把该电信号进行放大处理后，去控制LD的偏置电路即控制LD的偏置电流I B，从而达到控制LD发光功率的目的。
(5)．自动温度控制（ATC）所有的半导体器件对温度的变化都是比较敏感的，[url=/]魔兽私服[/url]对LD而言也是如此。
因此为LD提供一个温度恒定的环境是十分重要的。
利用与LD封装在一起的热敏电阻R t可以有效地监视LD的工作环境温度。
当温度发生变化时，R t的阻值也随之变化，把该变化信号提供给ATC电路，ATC电路进行放大处理后再控制LD组件中的致冷装置。
从而达到使LD工作环境温度恒定的目的。
1．计算一个波长为1m λμ=的光子能量，分别对1MHz 和100MHz 的无线电做同样的计算。
解：波长为1m λμ=的光子能量为834206310// 6.6310 1.991010c m s E hf hc J s J mλ---⨯===⨯⋅⨯=⨯ 对1MHz 和100MHz 的无线电的光子能量分别为346286.6310110 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯346266.631010010 6.6310c E hf J s Hz J --==⨯⋅⨯⨯=⨯2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长0.7m λμ=，射到地球外面大气层的光强大约为20.14/I W cm =。
如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。
解：光子数为3484441660.14 6.6310310101010 3.98100.710c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯=⨯=⨯⨯ 3．如果激光器在0.5m λμ=上工作，输出1W 的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。
解：粒子数为3482161 6.6310310 3.98100.510c I Ihc n hf λ---⨯⨯⨯⨯====⨯⨯ 4．光与物质间的相互作用过程有哪些？答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。
5．什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。
处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。
6．什么是激光器的阈值条件？答：阈值增益为1211ln 2th G L r r α=+其中α是介质的损耗系数，12,r r 分别是谐振腔反射镜的反射系数。
当激光器的增益th G G ≥时，才能有激光放出。
（详细推导请看补充题1、2）7．由表达式/E hc λ=说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽度在长波长中会变得更宽些？证明：由/E hc λ=得到2hc E λλ∆=-∆，于是得到2E hc λλ∆=-∆，可见当E ∆一定时，λ∆与2λ成正比。
第 3 章光发射机3．1 概论在光纤通信中，将电信号转变为光信号是由光发射机来完成的。
Components of an optical transmitter光发射机的关键器件是光源，光纤通信对光源的要求可以概括为：( 1 ）光源发射的峰值波长，应在光纤低损耗窗口之内;( 2 ）有足够高的、稳定的输出光功率；( 3 ）电光转换效率高，驱动功率低，寿命长，可靠性高；( 4 ）单色性和方向性好，以减少光纤的材料色散，提高光源和光纤的耦合效率；( 5 ）易于调制，响应速度快，以利于高速率、大容量数字信号的传输；( 6 ）强度噪声要小，以提高模拟调制系统的信噪比；( 7 ）光强对驱动电流的线性要好，以保证有足够多的模拟调制信道。
光纤通信中最常用的光源是半导体激光（LD ）和发光二极管（LED ) ，尤其是单纵模（或单频）半导体激光器，在高速率、大容量的数字光纤系统中得到广泛应用。
近年来逐渐成熟的波长可调谐激光器是多信道WDM 光纤通信系统的关键器件，越来越受到人们的关注。
对半导体光源可以进行直接调制，即注入调制电流而实现光波强度调制。
直接调制光发射机框图上图是按数字调制设计的，如果采用模拟调制，除编码电路外，其他结构完全相同。
信号经复用和编码后，通过调制器对光源进行光强度调制。
发送光的一部分反馈到光源的输出功率稳定电路，即光功率控制（AGC ）电路。
因为输出光功率与温度有关，一般还加有自动温度控制（ATC ）电路。
外部调制光发射机框图上图是采用外部调制器的光发射机电路，光源发出的连续光信号，送入外部调制器，信息信号经复用、编码后通过外部调制器对连续光的强度、相位或频率进行调制。
大多数情况均采用直接调制光载波的调制方式，但是在高速率 DWDM 系统和相干检测系统中必须采用光的外部调制。
光发射机的比特速率常常由电子器件所限制，而不是半导体激光器本身。
合理的设计可使光发射端机工作在 10 ~15 Gb/s 速率。
