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      光發(fā)送機(jī)與光接收機(jī)統(tǒng)稱為光端機(jī)。

      光端機(jī)是光纖通信系統(tǒng)中的光纖傳輸終端設(shè)備，它們位于電端機(jī)和光纖傳輸線路之間（見圖9.2）。

      光發(fā)送機(jī)的主要作用是將電端機(jī)送來的電信號變換為光信號，并耦合進(jìn)光纖中進(jìn)行傳輸。光發(fā)送機(jī)中的光源是整個(gè)系統(tǒng)的核心器件，它的性能直接關(guān)系到光纖通信系統(tǒng)的性能和質(zhì)量指標(biāo)。

       光接收機(jī)的主要作用是將光纖傳輸后的幅度被衰減、波形產(chǎn)生畸變的、微弱的光信號變換為電信號，并對電信號進(jìn)行放大、整形、再生后，再生成與發(fā)送端相同的電信號，輸入到電接收端機(jī)。光接收機(jī)中的關(guān)鍵器件是半導(dǎo)體光檢測器，它和接收機(jī)中的前置放大器合稱光接收機(jī)前端。前端性能是決定光接收機(jī)的主要因素。

1.光纖通信系統(tǒng)對光源的要求

光纖通信系統(tǒng)對于光源的要求可以概括為：

      • 光源的發(fā)射波長應(yīng)該與光纖的低損耗窗口一致，即850nm、1310nm和1550nm三個(gè)低損耗窗口；

      • 光源有足夠高的、穩(wěn)定的輸出光功率，以滿足系統(tǒng)中繼距離的要求，一般為數(shù)十微瓦至數(shù)毫瓦為宜；

      • 光源的光譜線寬要窄，即單色性好，以減小光纖色散對信號傳輸質(zhì)量的影響；

      • 調(diào)制方法簡單，且要響應(yīng)速度快，以滿足高速率傳輸?shù)男枰?/p>

      • 電光轉(zhuǎn)換效率要高；

      • 能夠室溫連續(xù)工作；

      • 體積小、重量輕、壽命長，工作穩(wěn)定可靠。

      目前，滿足上述要求的光源器件是半導(dǎo)體激光器（LD）和半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）,它們在不同的光纖通信系統(tǒng)中用作光發(fā)送機(jī)的光源。

2.半導(dǎo)體激光器

（1）基本原理

       受激輻射是半導(dǎo)體激光器的基本工作原理。半導(dǎo)體激光器是由共價(jià)單晶體所制成的。在半導(dǎo)體材料中，原子是緊密地按一定規(guī)則排列的。由于電子的共有化運(yùn)動，使能級產(chǎn)生了分裂.并形成了能帶，如圖9所示。晶體中電子填充能帶遵守泡利不相容原理和能量最小原理。低能帶首先被占滿，稱為滿帶；價(jià)電子占據(jù)的能帶稱為價(jià)帶；價(jià)帶上面的自由電子占據(jù)的能帶稱為導(dǎo)帶；導(dǎo)帶和價(jià)帶之間是不能被電子占據(jù)的禁帶,通常用Eg表示導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能量差，稱為禁帶寬度

Eg=Ee一Ev（9-20）

式（9-20）中,Ee為導(dǎo)帶底的能量；Ev為價(jià)帶頂?shù)哪芰俊?/p>

圖9  半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)

        一般來說，處于高能態(tài)的一導(dǎo)帶的電子是不穩(wěn)定的，它們會向低能態(tài)一價(jià)帶躍遷，而將能量以光子的形式釋放出來。這種發(fā)光過程可以通過自發(fā)輻射和受激輻射這兩個(gè)基本形式而進(jìn)行。但受激輻射的產(chǎn)生還必須有光場的激發(fā)，自發(fā)輻射則不需要。在自發(fā)輻射中，產(chǎn)生的是非相干光。半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）正是利用了自發(fā)輻射的效應(yīng)而發(fā)光。在受激輻射中產(chǎn)生的是相干光，半導(dǎo)體激光器（LD）正是利用這個(gè)原理制成的。

       當(dāng)晶體中有光場存在，且光子的能量hf≥Ec-Ev(f為光子的頻率）時(shí)，處于導(dǎo)帶上的電子在光場的激發(fā)下躍遷到價(jià)帶上，同時(shí)發(fā)射出一個(gè)和激發(fā)光子一模一樣的光子。這一過程即為受激輻射。受激輻射使原來的光場加強(qiáng)，光波被放大。

       要產(chǎn)生激光必須使受激輻射占主導(dǎo)地位，這就需要導(dǎo)帶上的電子密度高于價(jià)帶上的電子密度一實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布需要給半導(dǎo)體激光器外加激勵（泵浦），采用的方式是對PN結(jié)加正向電流。在半導(dǎo)體激光器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布、具有光放大的區(qū)域稱為有源區(qū)。

 （2）半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)

       半導(dǎo)體光源的核心是PN結(jié)，它由高摻雜濃度的P型半導(dǎo)體材料和N型半導(dǎo)體材料組成。

       半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)如圖9-10所示。在P區(qū)和N區(qū)之間的PN結(jié)區(qū)為有源區(qū)（或激活區(qū)），這種結(jié)構(gòu)稱為異質(zhì)結(jié)構(gòu)；兩個(gè)端面為自然解理面形成平行反射鏡，構(gòu)成光學(xué)諧振腔。有源區(qū)為光提供增益，而諧振腔的作用是提供光學(xué)正反饋，并控制激光束的特性。