光源器件是光纤通信系统的重要部分，其作用就是发出携带通信信息的光波（调制），并输入到光纤中进行传播。本章将简要介绍二类重要的光源器件即半导体激光器LD与发光二极管LED，如发光机理、特性参数、应用场合等；并对光发送机进行了简要讨论，重点介绍了直接调制方式与光发送机的技术指标。 §3.1 光纤通信对光源器件的要求
所谓光纤通信就是用低衰耗光纤来传输携带通信信息的光波，但并非所有的光都能用于光纤通信。
人们希望用相干性好的激光作为携带通信信息的载体，因为它具有频率一致性好，相位差恒定，方向性强等优点。
自从1960年梅曼发明了世界上第一只激光器(红宝石激光器)以来，激光技术取得了突飞猛进的发展，并在各个领域尤其是工业领域取得了广泛的应用。但截止到1970年以前，世界上生产的激光器都不能用于光纤通信，这是因为大多数激光器体积庞大，而且不能连续波工作。而通信是要求长期连续不间断地工作。只有在1970年美国贝尔实验室研制出能在室温下连续波工作的世界上第一只GaAsAl激光器，才为光纤通信到了合适的光源。 光纤通信对光源器件的要求是：
①．发射光波长适中
光源器件发射光波的波长，必须落在光纤呈现低衰耗的850nm、1310nm和1550nm区域。聚氨酯浆料
②．发射光功率足够大
光源器件一定要能在室温下连续波工作，而且其入纤光功率足够大，最少也应有数百微瓦，当然达到1mw以上(0dBm)更好。在这里我们强调的是入纤光功率而不指单纯的发光功率。因为只有进入光纤的光功率才有实际意义，由于光纤的几何尺寸极小(单模光纤的芯径不足10 μm)，所以要求光源器件要具有与光纤较高的耦合效率。
③．发光谱线窄
光源器件发射出来的光的谱线宽度应该越窄越好。因为若其谱线过宽，受光纤散的作用使脉冲展宽就越历害，减小了光纤的传输容量与传输距离。例如对于长距离、大容量的光纤通信系统，其光源的谱线宽度应该小于1nm。
④．温度特性好
光源器件的输出特性如发光波长与发光功率大小等，一般讲随温度变化而变化，尤其是在较高温度下
折叠式笔记本电脑其性能容易劣化。在光纤通信的初、中期，需要对半导体激光器加致冷器和自动温控电路，而目前一些性能优良的激光器可以不需要温度控制措施。
⑤．工作寿命长
光纤通信要求其光源器件长期连续工作，因此光源器件的工作寿命越长越好。光源器件寿命的终结并不是我们所想象的完全损坏，而是其发光功率降低到初始值的一半(LED)或者其阈值电流增大到其初始值的二倍以上( LD)。
目前光源器件的工作寿命一般可达30万小时以上。
⑥．体积小重量轻
光源器件要安装在光发送机内，为使这些设备小型化，光源器件必须体积小、重量轻。
目前，光纤通信中经常使用的光源器件可以分为二大类，
[url=www.nuaa001/]魔兽sf[/url]即发光二极管(LED)和半导体激光器(LD)。就结构而言，LD又可以包括法泊罗半导体激光器( F-P)，分布反馈型( DFB)半导体激光器和多量子阱式( MQW )半导体激光器等。
§3.2 发光二极管LED
1．LED的发光机理
半导体材料与其它材料（如金属与绝缘体）不同，它具有能带结构而不是能级结构。半导体材料的能带分为导带、价带与禁带，电子从高能级范围的导带跃迁到低能级范围的价带，会释放光子而发光。
LED是由GaAsAl类的P型材料和N型材料制成，在两种材料的交界处形成了PN结。若在其二端加上正偏置电压，则N区中的电子与P区中的空穴会流向PN结区域并复合。复合时电子从高能级范围的导带跃迁到低能级范围的价带，并释放出能量约等于禁带宽变Eg(导带与价带之差)的光子，即发出莹光。
因为导带与价带本身的能级具有一定范围，所以电子跃迁释放出的光子之频率不是一个单一数值而是有一定的范围，故其谱线宽度较宽(较半导体激光器而言)。
LED属于自发幅射发光。
2．LED的优点
LED是光纤通信中应用非常广泛的光源器件之一，因为它具有以下优点：（1）．线性度好
LED发光功率的大小基本上与其中的工作电流成正比关系，也就是说LED具有良好的线性度。其发光特性曲线如图1.3.1所示。
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净烟器不过，因数字通信只是传输“0”、“1”信号序列，所以对线性度并没有过高
图1.3.1：LED的特性
的要求；因此线性度好只对模拟通信有利。
（2）．温度特性好
所有的半导体器件对温度的变化都比较敏感，LED自然不例外，其输出光功率随着温度的升高而会降低。但相对于LD而言，LED的温度特性是比较好的。在温度变化100°C范围内，其发光功率降低不会超过50％，因此在使用时不需加温控措施。
（3）．使用简单、价格低、寿命长
LED是一种非阈值器件，所以使用时不需要进行予偏置；使用非常简单。
此外，与LD相比它价格低廉，工作寿命长。
对于LED而言，当其发光功率降低到初始值的一半时，便认为寿命终结。
3．LED的缺点
（1）．谱线较宽
由于LED的发光机理是自发幅射发光，所以它所发出的光不是相干光而是莹光，其谱线较宽(关于谱宽的讨论见本章§3.4节)，一般在10~50nm范围。这样宽的谱线受光纤散作用后，会产生很大的脉冲展宽，故LED难以用于大容量光纤通信之中。
（2）．与光纤的耦合效率低
一般来讲，LED可以发出几毫瓦的光功率，[url=www.nuaa001/]魔兽世界私服[/url]但这没有多大的实际意义。因为我们关心是能输入到光纤中进行有效传输的光功率是多少而不是它的总发光功率。
光源器件与光纤的耦合效率与下列因素有关：光源发光的幅射图形、光源出光面积与纤芯面积之比以及两者之间的对准程度、距离等。
LED和光纤的耦合效率是比较低的，一般仅有1％~2％，最多不超过10%。
耦合效率低意味着输入到光纤中的光功率小，系统难以实现长距离传输。
4．LED的应用范围
鉴于LED的谱线较宽，受光纤散的作用后，会产生很大的脉冲展宽，所以它难以用于大容量的光纤通信；鉴于它与光纤的耦合效率较低，输入到光纤中进行有效传输的光功率较小，所以难以用于长距离的光纤通信。
但因LED使用简单、价格低廉，工作寿命长等优点，所以它广泛地应用在较小容量，较短距离的光纤通信之中；而且由于其线性度甚佳，所以也常常用于对线性变要求较高的模拟光纤通信之中。
§3.3 半导体激光器LD
1.LD的发光机理
LD的发光机理是受激发光，即利用LD中的谐振腔发生振荡而激发出许多频率相同的光子，从而形成激光。
用半导体工艺技术在PN结两侧加工出两个相互平行的反射镜面，这两个反射镜面与原来的两个解理面(晶体的天然晶面)构成了谐振腔结构。当在LD两端加上正偏置电压时，象LED一样在PN结区域内因电子与空穴的复合而释放光子。而其中的一部分光子沿着和反射镜面相垂直的方向运动时，会受到反射镜面的反射作用在谐振腔内往复运动。只要外加正偏置电流足够大，光子的往复运动会激射出更多的、与之频率相同的光子，即发生振荡现象，从而发出激光。此所谓受激发光。
2．LD的优点
（1）．发光谱线窄
由于在谐振腔内因振荡而激射出来的光子，具有大小基本相同的频率，因此LD 所发出的光之谱线十分狭窄，仅有1~5nm，有的甚至小于1 nm。谱线宽度越窄(关于谱宽的讨论见本章§3.4节)，受光纤散的作用产生的脉冲展宽也就越小，故LD能适用于大容量的光纤通信。
（2）．与光纤的耦合效率高
由于从谐振腔输出的光，其出光方向一致性好，发散角小，所以LD与光纤的耦合效率较高，一般用直
接耦合方式就可达20％以上。如果采用适当的耦合措施可达90％。由于耦合效率高，所以入纤光功率就比较大，故LD适用于长距离的光纤通信。
（3）．阈值器件
LD的发光特性曲线如图1.3.2所示。
从图中可以看出，LD是一个阈值器件，当LD中的工作电流低于其阈值电流Ith 时，LD仅能发出极微弱的非相干光（莹光），这相当于LD中的谐振腔并未发生振荡。而当LD中的工作电流大于阈值电流I th时，谐振腔中发生振荡激发出大量的光子，于是便会发出功率大、谱线窄的激光。
由于LD是一个阈值器件，所以在实际使用时必须对之进行予偏置。即予先赋于LD一个偏置电流I B，其值略小于但接近于LD的阈值电流。当无信号输入时，它仅发出极其微弱的莹光；当有“1”码电信号输入，LD中的工作电流会大于其阈值电流，即工作在能发出激光的区域，发出功率很大的激光。
对LD进行予偏置有一个好处，即可以减少由于建立和阈值电流相对应的载流子密度所出现的时延，也就是说予偏置可以提高LD的调制速率，
[url=www.nuaa001/]魔兽私服[/url]这也是LD能适用于大容量光纤通信的原因之一。
当然，LD作为阈值器件也带来了应用方面的一些麻烦，下面将要进行介绍。
3．LD的缺点
（1）．温度特性较差
和LED相比，LD的温度特性较差。这主要表现在其阈值电流随温度的上升而增加，如图1.3.3所示。
当温度从20℃上升到50℃时，LD的阈值电流会增加1~2倍，这样会给使用者带来许多不便。因此，在一般情况下LD要加温度控制和致冷措施。
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图1.3.3：LD的温度特性曲
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（2）．线性度较差
LD的发光功率随其工作电流的变化，并非是一种良好的线性对应关系。但这并不影响LD在数字光纤通信中的广泛应用，因为数字光纤通信对光源器件的线性度并没有过高的要求。
（3）．工作寿命较短
由于LD中谐振腔反射镜面的不断损伤等原因，LD的工作寿命较LED为短，但目前也可达到30万小时以上。
对于LD而言，当其阈值电流增大到其初始值的二倍以上时，便认为寿命终结。
4．LD的应用范围
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