《光纤通信系统》课件-6第三章（2）光发送机

第三章光源与光发送机(2)2025/10/17光纤通信系统2光源与光纤的耦合光发送机性能指标光发送机组成光发送机作用本节内容:光发送机2025/10/17光纤通信系统3光发送机的基本功能

将电端机送来的线路码转换成适宜于光纤信道传输的码型；将编码器输出的电压信号[TTL电平]转换成电流信号，再转换成光信号，并有效地把光信号送入光纤。2025/10/17光纤通信系统4组成

光发送机主要由光源器件及驱动电路构成，如果采用外调制的话，还包括外调制器。此外，为了发送机的工作稳定、使用维护方便，还有一些辅助电路，如自动功率控制(APC)、自动温度控制(ATC)及各种保护报警电路等。

2025/10/17光纤通信系统5光发送机的结构组成防止LD输出的激光反射，实现光的单向传输保持LD组件内恒定的温度，保证激光参数的稳定性使LD有恒定的光输出功率数据电接口线路编码驱动电路调制器光隔离器LD功控温控光发送机2025/10/17光纤通信系统6自动功率控制（APC）由光检测器来感应激光器后端面辐射光功率的变化，并与参考功率相比较，然后根据比较结果自动调整直流偏置电流，最终使光功率峰值保持为一个稳定值。激光器导热制冷器热敏电阻温度控制电路PD自动功率控制（APC）电路偏置电流DFB-LD组件2025/10/17光纤通信系统7温度控制和功率控制作用：就是消除温度变化和器件老化影响,稳定发送机性能，采取的稳定方法有：温度控制；自动功率控制光发送机结构框图窄线宽DFB激光器EA(LN)调制器精密温度控制恒定电流控制10Gb/s电压驱动器NRZ码

2025/10/17光纤通信系统8自动温度控制（ATC）温控电路通常由比例放大、PID（比例-积分-微分）电路、电流放大组成控制精度达到0.01C波长稳定性达到

200MHz/24小时激光器导热制冷器热敏电阻温度控制电路PDDFB-LD组件2025/10/17光纤通信系统9主要技术指标

平均发光功率PS； 在规定伪随机码序列的调制下，光发送机输出的光功率值。单位是dBm。一般情况下，要求PS越大越好。PS越大，进入光纤进行传输的光功率越大，从损耗的角度出发，系统的传输距离可能越长。但其值也不能过大，否则会降低光源器件的寿命，PS的值一般不超过5dBm。

2025/10/17光纤通信系统10谱宽

谱宽是光源器件的重要光谱特性参数，主要用它来度量光源器件所发送光脉冲的能量集中程度，其单位为nm。光源器件的谱线越窄越好，因为谱宽越窄，由它引起的光纤色散越小，就越利于进行大容量的传输。ITU-T规范了两种谱宽定义：根均方谱宽和－20dB谱宽。：光源器件的峰值功率下降到其最大值的0.607倍时所对应的谱线宽度。（多纵模激光器和LED）：最大峰值光功率下降20dB(0.01)时的最大全宽。

2025/10/17光纤通信系统11光源器件的寿命

光源器件的寿命越长越好。就目前水平而言，至少应该在30万小时以上。LED：发光功率降低到其初始值的一半时。LD：当阈值电流增加到其初始值的二倍时。2025/10/17光纤通信系统12光源的调制

将信息加载到光束上的过程称为调制。将电信号变为光信号的方式通常有两种：

直接调制：用电脉冲信号直接去改变光源的工作电流，从而使光源器件发出与电脉冲信号相应的光脉冲。适用于半导体光源。间接调制：利用晶体的电光、磁光和声光效应等性质对信号进行调制，既适用于半导体光源，也适用于其它类型的光源。

2025/10/17光纤通信系统132025/10/17光纤通信系统14光发送机的技术要求稳定的光功率输出和一定的光功率。入纤功率要求约0.01~5mv，且环境温度变化及光源老化时，输出光功率应保持稳定，变化不超过5％~10％。消光比小于10％。输出光脉冲上升、下降、延滞时间应尽量短。尽量抑制弛豫振荡。2025/10/17光纤通信系统15光源与光纤的耦合

怎样将光纤的光信号功率有效的耦合进光纤时光发送机的一个非常重要的问题。从光源发射光功率进入光纤需要考虑一系列因素，如光纤的发散角和光纤的数值孔径、纤芯尺寸、折射率剖面和纤芯－包层折射率差等。此外还应考虑光源的尺寸、辐射强度和光功率的角分布。2025/10/17光纤通信系统16

在光源发射的全部光功率中，能耦合到光纤中的光功率通常采用耦合效率来度量。耦合效率定义为：等式中，为耦合进光纤的功率，为光源发射的功率。发射效率或耦合效率取决与和光源连接的光纤类型和耦合的实现过程。比如，是否采用透镜或其它耦合改进方案。耦合效率2025/10/17光纤通信系统17光源与光纤耦合损耗的比较0.010.020.050.10.21.00.500.10.20.30.40.50.663912151821耦合效率耦合损耗/dB面发光LED边发光LDLD光纤NA2025/10/17光纤通信系统18光源与光纤的耦合方法

最简单方法：直接耦合，又叫对接耦合。提高耦合效率的方法：

(1)面发光LED与多模光纤光纤端面做成球形——6%截头微透镜透镜耦合技术集成微透镜结构——15%2025/10/17光纤通信系统19

(2)边发光LED、LD与多模光纤用圆柱透镜—降低发射光束的非对称性；圆柱透镜后加球面镜—进一步降低光束发散；——30%利用大数值孔径的自聚焦透镜(GRIN棒)。——60%(3)LD与单模光纤在纤芯端面集成微透镜。在发光面与光纤间插入聚焦透镜。

2025/10/17光纤通信系统20SLED与光纤的耦合ElectrodeSiO2

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

(Ti2O3:SiO2

glass)(b)2025/10/17光纤通信系统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与光纤的耦合2025/10/17光纤通信系统222025/10/17光纤通信系统23光源与光纤的实际耦合2025/10/17光纤通信系统242025/10/17光纤通信系统252025/10/17光纤通信系统26光纤的连接

在任何光纤系统的铺设过程中，必须考虑的一个重要问题是光纤之间的低损耗连接方法。这些连接存在于光源、光检测器、光缆内部中间点上两根光纤的连接处以及线路中两根光缆的中间连接点。光纤连接采用哪一种特殊技术，取决于光纤是否永久连接或是连接可以轻易拆卸。一个永久性的连接通常指的是一个接头，而一个易拆卸的连接成为连接器。

2025/10/17光纤通信系统27光纤连接方法

光纤连接方法包括光纤熔接法、V形槽机械连接和弹性管连接。第一种方法可产生永久性的连接，而后两种连接方法在需要时可以将已连接的光纤拆开。2025/10/17光纤通信系统28光纤熔接法

光纤熔接是通过加热的方法使已经制备好的光纤端面连接在一起。首先，将光纤端面对齐，并且对接在一起，该过程是在一个槽状光纤固定器里带有微型控制器的显微镜下完成的。然后在两根光纤的连接处使用电弧或激光脉冲加热，光纤头尾端被熔化，进而连接在一起。 优点：损耗低（小于0.06dB）； 缺点：用手接触时产生的光纤表面损伤、加热时引起的表面损伤加深。光纤连接处附近的残余应力都会在光纤介质熔化时导致化学成分的变化，从而产生不牢固的连接。2025/10/17光纤通信系统29V型槽机械连接

将预备好的光纤端面紧靠在一起，然后将光纤使用粘合剂连接在一起或先用盖片将两根光纤固定。V型通道既可以是槽状石英、塑料、陶瓷，也可以是金属基片作成槽状。这种方法的连接损耗在很大程度上取决于光纤的尺寸（外尺寸和纤芯直径）变化和偏心度（纤芯相对于光纤中心的位置）。2025/10/17光纤通信系统30弹性管连接

弹性管连接器是一种可自动进行横向、纵向、角度对准的独特器件。使用它连接多模光纤可以得到和商用熔接机同一大小范围的连接损耗，但是所需要的设备和技巧却少得多。这种连接器基本上就是一根用弹性材料做成的管子。管子中心孔的尺寸稍小于待连接的光纤，在孔的两端做成圆锥形以便光纤插入。当插入光纤时，光纤使孔膨胀，于是塑料材料对光纤施加均匀的力。这种对称特征让两根待连接光纤的轴自动准确地对齐。尺寸范围较宽的光纤都能够插入弹性管中。由于每一根光纤在插入弹性管时，其位置各自与弹性管管轴相关，因此两根待连接的光纤在尺寸上并不一定要求相等。2025/10/17光纤通信系统311、光纤通信系统中常用的光源主要有哪几种？2、LED的基本发光机理是什么？3、LD的基本发光机理是什么？4、激光产生的条件是什么？5、LED、LD的发光特性及应用范围是什么？6、光发送机的作用是什么？7、光源调