第4章 光源及光发射机

1、第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 第第4章章 光源及光发射机光源及光发射机 4.1 半导体中光的发射和激射原理半导体中光的发射和激射原理 4.2 半导体发光二极管半导体发光二极管 4.3 半导体激光二极管半导体激光二极管 4.4 数字光发射机数字光发射机 4.5 密集波分复用通信中的光源技术密集波分复用通信中的光源技术 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 4.1 半导体中光的发射和激射原理半导体中光的发射和激射原理 4.1.1 激光产生的物理基础 1.原子的能级 激光的产生与光源内部原子的结构和运动状态密 切相关。原子由原子核和绕原子核旋转的核外电子组 成。近代物理实验证

2、明，原子中的电子只能以一定的 量子状态存在，也即只能在特定的轨道上运动，电子 的能量不能为任意值，只能具有一系列的不连续的分 立值。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 我们把这种电子、原子、分子等微观粒子的能量不连 续的分立的内能称为粒子的能级。粒子处于最低能级 时称为基态，处于比基态高的能级时，称为激发态。 通常情况下，大多数粒子处于基态，少数粒子被 激发至高能级，且能级越高，处于该能级的粒子数越 少。在热平衡条件下，各能级上的粒子数分布满足玻 尔兹曼统计分布 210 ()/ 2 1 EEk T N e N (4.1) 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 其中，N1、N

3、2为处于能级E1、E2上的粒子数， k0=1.38110-23 J/K为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，如 图4.1为玻尔兹曼分布曲线。 2.光与物质的相互作用 研究指出，光与物质间存在以下三种相互作用关系： （1）自发辐射。 在没有外界激发的情况下，处于高能级E2上的粒子 由于不稳定，将自发的向低能级E1跃迁，发射出能量为 hf的光子，f为光子的频率，有 21 EE f h (4.2) 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.1 玻尔兹曼分布曲线 0 E E1 E2 E3 N3N2N1N 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 式中，h=6.62510-34 Js为普朗克常数。

4、这种发光过程 称为自发辐射，如图4.2(a)所示。 对于处在高能级E2上的粒子来说，它们各自独立 地、随机地分别跃迁到低能级E1上，发射出一个一个 的光子，这些光子的能量相同，但彼此无关，且具有 不同的相位及偏振方向，因此自发辐射发出的光是非 相干光。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 （2）受激吸收。 在外来光子的作用下，处在低能级上的粒子，吸 收光子的能量跃迁到较高能级上的过程，称为受激吸 收，如图4.2(b)所示。处在低能级E1上的粒子在一个频 率为f=(E2-E1)/h的外来光子的作用下，吸收光子能量跃 迁到能级E2上去。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4

5、.2 自发辐射、受激吸收和受激辐射示意图 (a)自发辐射；(b)受激吸收；(c)受激辐射 自发辐射光 hf E2 E1 E2 (a) 入射光 (b) 入射光 (c) E1 E2 E1 E2 E1 hf E2 E1 E2 E1 E2 E1 hf E2 E1 E2 E1 受激辐射光 hf E2 E1 入射光 hf E2 E1 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 （3）受激辐射。 处在高能级E2上的粒子，在受到频率为f=(E2-E1)/h 的光子作用下，受激跃迁到低能级E1上并发出频率为f 的光子的过程，称为受激辐射，如图4.2(c)所示。受激 辐射的过程不是自发的，是受到外来入射光子激发

6、引 起的，而且受激辐射所发射的光子具有与入射光子相 同的能量、频率以及相同的相位、偏振方向、传播方 向等，这种光子称为全同光子。因此受激辐射的发光 是相干光。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 3.粒子数的反转分布及光放大 通常情况下(即热平衡条件下)，处于低能级的粒子 数较高能级的粒子数要多，称为粒子数正常分布。粒 子在各能级之间分布符合费米统计规律 () 1 ( ) 1 f E EkT f E e (4.3) 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 其中,f(E)是能量为E的能级被粒子占据的几率，称 为费米分布函数;Ef为费米能级，与物质特性有关，不 一定是一个为粒子占据

7、的实际能级，只是一个表明粒 子占据能级状况的标志。当能级E0.5时，说 明这种能级被粒子占据的几率大于50%；当能级EEf ， f(E) 90% 90% 80% 70% 调制频率 1GHz调制频率 3GHz 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 实现单纵模的方法很多，应用最为广泛的是分布 反馈式激光器。分布反馈式激光器的结构与普通FP 激光器不同，它不是靠解理面形成的谐振腔工作，而 是依赖沿纵向等间隔分布反射的光栅工作。分布反射 式半导体激光器分为分布反馈激光器（DFBLD）和 分布布拉格反射激光器（DBRLD），结构分别如图 4.23和图4.24所示。 第第4 4章章 光源及光发射机

8、光源及光发射机 图4.23 DFB激光器的结构 电 流 注 入 输 出 光 有 源 区 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.24 DBR激光器的结构 输出光 布拉格 反射区 有源区 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 分布反馈式激光器具有以下优点： （1）单纵模振荡。 利用光栅实现选频，可以很容易实现单纵模。 （2）谱线窄，波长稳定性好。 由于光栅的作用，使分布反馈式激光器的谱线宽度 窄到几个吉赫兹，并且改善了稳定性。 （3）动态谱线好。 在高速调制时分布反馈式激光器谱线也有所展宽， 但比FP激光器的动态谱线展宽小一个数量级，同时 仍然保持单模特性。 （4）线性度好。

9、 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 4.4 数字光发射机数字光发射机 光发射机的基本功能是将携带信息的电信号转换 成光信号，并将光信号送入光纤中。光发射机除了前 面介绍的半导体光源及其驱动电路之外还包括使系统 正常、可靠工作的一些辅助控制电路部分。 根据LED、LD的调制特性可以知道，传输不同的 数字、模拟信号对光源采取的驱动方式不同以及对信 号的处理方式不同，造成了模拟系统与数字系统的差 异。关于模拟传输系统将在第6章作具体介绍。本节主 要介绍数字光发射机的组成及特性。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 数字光发射机的基本组成包括光源、输入电信号 的接口电路、光源的驱

10、动电路以及光源的控制、保护 电路等四部分，如图4.25所示。要传输的电信号首先通 过光发射机的接口部分进入光发射机，实现信号的幅 度、阻抗的匹配，并进行适当的码型变换，以适应光 发射机的要求。例如PDH的一、二、三次群PCM复接 设备输出码型为HDB3码，进入光发射机时需要变换为 NRZ码，以便于光纤中光信号的传输，关于码型变换 将在第6章具体介绍。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.25 数字光发射机结构图 线 路 编 码 温 度 控 制 功 率 控 制 接 口 部 分驱 动 部 分控 制 部 分 电 数 字 信 号 光 信 号 输 出 驱 动 电 路光 源 保 护 第第4

11、 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 光源的驱动电路是光发射机的主要部分，对于目 前的通信系统，它将输入的电脉冲信号通过电流强度 的调制方式来调制半导体光源发射光脉冲信号。 为保证光发射机的正常、可靠地工作，需要对半 导体光源的功率、温度等工作状态进行控制，而且要 防止在各种异常情况下对器件的损坏，还需要相应的 保护控制。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 4.4.1 光源的驱动 光源的驱动就是根据输入的电信号产生相应的光 信号的过程。根据器件不同、调制方式的不同、输入 信号类型的不同，都会有不同的驱动方式。 前面已经介绍过半导体光源有内调制、外调制两 种调制方式。实际光纤通信系

12、统中主要采用直接改变 光源注入电流的内调制方式，使发出光信号的强度随 输入电信号的变化而变化。这种内调制的驱动就是使 光源的注入电流随着输入信号的变化而变化， 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 从而使光源发出的光携带有输入电信号的特性。当然， 对于LED与LD由于PI特性存在差异，它们的驱动电 路也就不同。 1. LED的驱动 LED作为数字系统光源时，驱动电路要求提供几 十到几百毫安的“开”、“关”电流。由于发光二极 管的特性曲线比较平直，温度对光功率的影响也不严 重，因此它的驱动电路一般比 较简单，不需要复杂的温度控制和功率控制。如 图4.26为LED的几种典型的数字调制驱动电

13、路，适用于 不同的应用场合。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.26 LED数字调制电路 LED 信 号 输 入 信 号 输 入 LED (a)(b)(c) 信 号 输 入 LED 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 2. LD的驱动 与LED相比，LD的驱动要复杂得多。尤其在高速 调制系统中，驱动条件的选择、调制电路的形式和工 艺、激光器的控制等都对调制性能至关重要。 偏置电流的选择直接影响LD的高速调制特性。选 择直流预偏置电流时应考虑： （1）增大直流预偏置电流使其逼近阈值，可以减小 电光延迟时间，抑制张驰振荡； （2）当激光器偏置在阈值附近时，较小的调制脉

14、冲电流就能得到足够的输出光脉冲，这样可以大大减 小码型效应； 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 （3）加大直流偏置电流，使激光器在发“0”和发 “1”时的光功率之比（即消光比）增大，从而影响接 收机的灵敏度。 因此，偏置电流的选择要兼顾电光延迟、张驰振 荡、码型效应以及消光比等各种因素。 根据器件的性能，系统的具体要求，要适当选择。 调制电流幅度的选择，因根据激光器的PI曲线，既 要有足够的输出光脉冲幅度，又要考虑光源的负担， 还要避免出现自脉动现象。 图4.27为已应用在44.7Mbit/s的光发射机的LD驱动电路。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.27 LD

15、驱动电路 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 4.4.2 光源的自动温度控制（ATC） 随着温度的变化，半导体光源的特性会发生变化。 特别是对于LD，随着温度的升高，阈值电流增加，发 光功率降低，发射波长向长波长移动等。在实际使用 当中，必须对这些影响进行控制，以保证器件工作状 态的稳定、可靠。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 温度控制由微型制冷器、热敏元件及控制电路组 成，如图4.28所示。热敏元件监测激光器的结温，与设 定的基准温度比较，根据温度差异的情况，驱动制冷 器的控制电路改变制冷效果，从而使激光器在恒定的 温度下工作。目前微型制冷器多采用利用半导体材料 的珀

16、尔帖效应制成的半导体制冷器。珀尔帖效应是当 直流电流通过P型和N型两种半导体组成的电偶时，可 以使一端吸热而使另一端放热的一种现象。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.28 自动温度控制方框图 控制电路 激光器 制冷器 热敏电阻 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.29 自动温度控制的电路原理图 A 制 冷 器 U RT U A 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.29为常用的自动温度控制的电路原理图。热 敏电阻RT接在电桥的一个臂上，在设定的温度下，电 桥的状态应刚好处在使制冷器没有电流通过，而当温 度升高时，制冷器开始工作。热敏电阻具有负温

17、度系 数，电桥状态的变化会自动控制制冷量的大小，从而 维持激光器的结温不高于设定的温度。 温度控制电路的控制精度，不仅取决于外围电路 的设计，而且还受激光器封装方式与技术的影响。现 在通常将制冷器和热敏电阻封装在激光器管壳内部， 热敏电阻直接探测结区温度，制冷器直接与激光器的 热沉接触，这样做具有比较高的制冷效率和控制精度。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 4.4.3 光源的自动功率控制（APC） 半导体激光器的输出功率不仅与温度的变化有关， 而且与器件的老化有关。随着器件的老化，LD的阈值 上升，输出光功率下降。为了进一步稳定输出光功率， 除了采取温度控制措施外，一般还采取自动

18、功率控制。 图4.30为一个自动功率控制的电路原理图。从LD 背向输出的光功率，经PD检测器检测，运算放大器A1 放大后送到比较器A3的反相输入端。同时，输入信号 参考电压和直流参考电压经A2比较放大后，送到A3的 同相输入端。A3和V3组成直流恒流源以调节LD的偏流， 使输出光功率稳定。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.30 自动功率控制的电路原理图 A2 A1 A3 Uin V1V2 U LD PD 信 号 参 考 直 流 参 考 U V3 Ib 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 4.4.4 光源的保护和告警 光源的保护是指保护光源不要因为外界因素而受 到损

19、害。由于光源特别是LD是易损器件，要求温度、 电流必须在一定的范围内才能正常工作，否则会降低 器件寿命甚至损坏器件，因此必须采取保护措施。光 源的保护包括两个方面：温度和电流。上面介绍的自 动温度控制实际上也是温度保护。 电流保护包括电流接通时的保护，工作过程中的 过流保护以及反向冲击电流保护等。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 （1）电流接通时的保护。 电流接通时的保护是为了防止在系统开机接通电 源瞬间，由于电路因素引起的冲击电流可能对LD造成 的损坏。实际系统中LD的驱动部分与其它电路是共用 一个电源，因此光源的偏置电流必须缓慢增加，以起 到保护作用。 （2）工作过程中的过流

20、保护。 工作过程中的过流保护的方法很多，基本思想是 利用反馈控制使通过光源的电流不超过某一限定值， 从而起到保护的作用。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 （3）反向冲击电流保护。 为防止光源受到反向冲击电流或电压的破坏，一 般在光源上并联一个肖特基二极管。这样当反向冲击 电流或电压出现时，肖特基二极管迅速导通，就可以 实现对光源的保护。 完整的光发射机除了上述各种控制、保护之外， 还应包括告警电路，在系统出现故障或工作不正常时 及时发送告警信号，提醒设备维护人员及时进行相应 的处理。一般包括无光告警、寿命告警、温度告警等。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 4.4.5

21、 光源与光纤的耦合 在光发射机中，光源发出的光信号要送入光纤中 去，这就涉及到光源与光纤的耦合问题。光源与光纤 的耦合效率与光源的类型和光纤的类型有关。一般说 来，LD与单模光纤的耦合效率可以达到30%50%， LED与单模光纤的耦合效率非常低，只有百分之几甚 至更小。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤 的数值孔径。发散角大，耦合效率低；数值孔径大， 耦合效率高。此外，光源发光面和光纤端面的尺寸、 形状及两者之间的距离都会影响到耦合效率。 光源与光纤的耦合一般采用两种方法，即直接耦 合与透镜耦合。直接耦合是将光纤端面直接对准光源 发光面进

22、行耦合的方法。当光源发光面积大于纤芯面 积时，这是一种唯一有效的方法。这种直接耦合的方 法结构简单，但耦合效率低。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 当光源发光面积小于纤芯面积时，可在光源与光 纤之间放置透镜，使更多的发散光线会聚进入光纤来 提高耦合效率。图4.31所示为面发光二极管与光纤的透 镜耦合，其中图4.31(a)中光纤端部做成球透镜，图 4.31(b)中采用截头透镜，图4.31(c)采用集成微透镜。 采用这种透镜耦合后，其耦合效率可以达到10%左右。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.31 面发光二极管与光纤的透镜耦合 50 m 2 m 20 m 0.7

23、 m 光纤球端 P电极 微透镜 InP透镜 N-InP衬底 (a)(b)(c) 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 对于发散光束非对称的边发光二极管和半导体激 光器可以利用圆柱透镜的方法，如图4.32(a)、(b)所示。 或者利用大数值孔径的自聚焦透镜（GRIN），其耦合 效率可以提高到60%，甚至更高。单模光纤和半导体 激光器的耦合可以采用如图4.32(c)所示自聚焦透镜或 者在光纤端面用电弧放电形成半球透镜的方法。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.32 光源与光纤的透镜耦合 光源柱透镜光纤 (a) 光源柱透镜球面透镜光纤 (b) 光源自聚焦透镜光纤 (c) 第

24、第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 4.5 密集波分复用通信中的光源技术密集波分复用通信中的光源技术 4.5.1 基于温度反馈的波长控制技术的局限性 1.激光器的热阻模型 对于DFB激光器，热阻模型如图4.33所示，再考虑 到封装时激光器的热敏电阻与激光器的热沉间的热阻， 经过分析可以得出稳态时激光器有源区的温度。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图 4.33 衬 底 热 沉 冷 面 管 芯 热 敏 电 阻 热 阻热 容温 度 LD 管 芯Cc Tc Cs Ts Th R2 Ra R3 I Ta 热 沉 周 围 环 境 衬 底 周 围 环 境 第第4 4章章 光源及光发射

25、机光源及光发射机 式中，Ra、R2、R3、RRa及RRth分别为激光器有源区 与周围环境间、有源区与衬底间、衬底与热沉间、热 敏电阻与热沉间以及热敏电阻与环境间的热阻，Ta、Tc、 Ts、Th及TR分别为周围环境、激光器有源区、激光器衬 底、热沉及热敏电阻处的温度。 32323232 322 111111 ()()(1) 111 RthRth LDaR aaRaRa c aaa RR QTT RRR RR RRR RRR R T R RR RR R (4.14) 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 Cc、Cs及CR为激光器的有源区、衬底及热敏电阻的热 容，QR为热敏电阻上产生的热量。

26、I为结有效注入电流， VJ为结电压，Rs分别为激光器有源区电阻，QLD为激光 器的有源区产生的热量，QLD=RsI2+VJI-P(t)，若忽略非 辐射复合及光学吸收，P(t)可以认为是输出光功率。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 2.激光器温度控制系统的设计 根据上述的热阻模型，采用自动控制原理中的比 例积分(PI)或比例积分微分(PID)控制系统，合理选择 电路参数，就可以控制激光器的温度。理论上比例积 分控制系统的稳态误差为零。在实际系统中，随着环 境温度缓慢变化，温度控制系统的控制误差主要来源 于电路器件的温度效应，外界环境温度在065间变 化时，温度控制精度可以达到T(R

27、2+R3)/Ra时，激光器有源区的温度随着环 境温度的升高而降低。反之，若激光器热敏电阻与热 沉间热阻较小，RRth/RRa(R2+R3)/Ra，则激光器有源区 的温度随着环境温度的升高而升高。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 注入型半导体激光器的老化有三种基本类型：内 部损伤、电阻接触老化及端面损伤。内部损伤是由于 半导体激光器的有源区体积很小，载流子密度与光子 密度都很高，使得有源区晶格原有的缺陷逐步发展， 导致内部量子效率减小而增加光学吸收，从而增大阈 值电流。为了保持恒定的光功率输出，需要加大激光 器的电流，从而使得波长变大。电阻接触老化指光源 管芯和器件的热沉之间触点的

28、热阻随着时间的推移而 增加，对于相同的注入电流，热阻的增加会导致结温 的升高，从而导致激光器波长向长波长方向移动。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.34为一个激光器的老化数据，激光器工作在APC方 式，以保持输出光功率恒定。在激光器的老化过程中， 激光器的波长不断向长波长方向移动,采用外部波长基 准来控制激光器的波长可以克服激光器老化的影响。 激光器老化引起的激光器波长变化的大小，与激光器 的制造工艺有关，一般为0.10.2nm，这样通道间隔在 200GHz以上的密集波分复用系统，仅仅采用温度控制 稳定激光器的波长就可以满足要求，对于间隔为 100GHz的密集波分复用系统，

29、则有必要采用外部波长 基准以锁定激光器的波长。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.34 激光器波长的长时间漂移 波 长 漂 移 / pm 200150100500 1.E 07 时 间 / hr Pf 10 mW Pf 2 mW 1.E 06 1.E 05 1.E 04 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 4.5.2 基于波长反馈的波长锁定技术 1.波长锁定器原理 波长锁定器即波长检测模块，它将激光器的波长 偏移转换为电信号的变化。波长反馈控制系统由波长 偏移检测、数据处理及反馈控制等组成，图4.35为波长 反馈控制系统框图。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光

30、发射机 图4.35 波长反馈控制系统框图 半导体激光器 分束 改变注入电流 或温度 输出 数据处理及 反馈控制 检测波长偏移 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 根据波长检测方法的不同，激光器波长稳定方法 至少有以下两类： （1）利用原子的受激态吸收谱线及分子的振动谱 线，1.5m附近惰性气体（He、Ne、Ar、Kr、Xn）及 气体分子C2H2、NH3、H2O、HI、HCN及HF等的振动 谱线非常丰富，利用其中的一条或多条谱线，就可以 实现激光器波长稳定,激光器的频率稳定度可以达到兆 赫兹数量级。但这种方法实现起来有较大的难度，不 适合于密集波分复用系统的波长稳定。 第第4 4章章

31、光源及光发射机光源及光发射机 （2）利用无源滤波器的通带滤波特性，通过检测 透过的光信号的强度变化来判断光信号波长的偏移。 目前DWDM采用这种方法锁定激光器的波长，主要是 因为滤波器的工艺比较成熟，其热稳定性及长时间的 稳定性完全可以满足密集波分复用系统的要求。 目前利用无源滤波器制成的波长锁定器的产品很 多，主要有两种：一种是采用介质膜滤波片；另外一 种是采用法布里-波罗标准具滤波器，两种波长锁定器 的原理如下： 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 （1）采用介质膜滤波片的波长锁定器。 图4.36为采用介质膜滤波片的波长锁定器的波长 检测原理框图，输入光经过准直透镜后送到介质膜滤

32、 波片上，介质膜滤波片为带通滤波器，其透过率及反 射率均与波长有关，而且特性互补。透射光和反射光 分别由探测器PD1及PD2检测，PD1及PD2的响应信号 与波长的关系如图4.37所示。PD1与PD2响应的电信号 经过 运算后的结果与光功率无关，仅与激 光器的波长偏移量的大小有关，零点就对应于锁定的 波长。波长锁定器的捕捉范围如图4.37所示，在波长捕 捉范围内，运算后的电信号大小随着波长变大而变大。 21 21 PDPD PDPD 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.36 采用介质膜滤波片的波长检测器框图 探测器PD2 滤波器 探测器PD1 准直透镜 第第4 4章章 光源及光

33、发射机光源及光发射机 图4.37 采用介质膜滤波片的波长锁定器响应曲线 锁定波长 捕捉范围1 PD2响应PD1响应 0 1PD2PD 1PD2PD 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 （2）采用法布里-波罗标准具的波长锁定器。 采用法布里-波罗标准具的波长锁定器的原理是： 输入光经过耦合器分成两路，一路经过法布里-波罗标 准具滤波器后由探测器PD1检测，另外一路直接由探 测器PD2检测。法布里-波罗标准具滤波的自由光谱范 围FSR为100GHz，PD1与PD2响应的电信号的比值表 示滤波器的透过率响应，这只与波长有关。ITUT要 求的波长位于此响应曲线（图4.38）的下降线(或上升

34、线)的某一透过率点，这样对应于此透过率的波长值即 为锁定波长值，此波长锁定器的捕捉范围为此曲线的 下降线(或上升线)范围。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 将探测器PD1及探测器PD2检测到的信号经过运 算 ，这里k代表锁定波长处探测器 PD2与探测器PD1响应的比值。当锁定的波长位于响应 曲线的下降线时，在波长的捕捉范围内，运算后的电 信号大小随着波长变大而变大，电信号的零点对应于 锁定的波长值。 2 () 1 PD k PD 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.38 采用法布里波罗标准具的波长锁定器响应曲线 0 4 透过率 / dB 波 长 ITU规 定 的

35、波 长 100 GHz 捕 捉 范 围 8 12 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 2.单通道波长锁定技术 根据上述的光波长锁定器的特性，可以设计如图 4.39所示的波长控制系统。 处理上述的电信号，经过比例积分控制，改变激 光器的温度控制系统的温度设置值，就可以达到锁定 激光器波长的目的。根据控制论的原理进行分析，合 理设计选择电路系统的参数，就可以使波长反馈控制 系统稳定工作。 利用上面的理论指导，研制出的密集波分复用光 源，当环境温度在065范围内变化时，波长控制精 度可以达到0.04nm。 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 图4.39 单通道波长锁定系统的方框图 主 信 号 输 出 比 例 积 分 波 长 锁 定 器 2PD1PD 2PD1PD 放 大 放 大 温 度 控 制 器 光 反 射 机 第第4 4章章 光源及光发射机光源及光发射机 3.多通道波长锁定技术 由于ITU-T规定DWDM系统的通道波长间隔为 100GHz的整数倍，采用一个FSR为100GHz法布里-波 罗标准具滤波器的波长检测器，就可以对ITUT规定 的任意通道进行波长锁定。对于多通道的DWDM系统， 采用不同频率的电信号对各个通道标识与区分，就可 以同时锁定多个通道的波长。多