辅助阅读材料 第四章光波的调制 第四章光波的调制 4.1光束的调制原理概述 激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，与无线电波相似。人们想利用 光来传递信息，往往会选择激光这样一种理想的光源。激光具有很高的频率 (105~105Hz),可供利用的频带宽度很宽，故传递信息的容量很大。 要用激光作为信息的载体，须解决如何将信息加载到激光上去的问题。这种 将信息加载于激光的过程称为调制，完成这一过程的器件装置称为调制器。其中 激光称为载波，起控制作用的低频信息称为调制信号。光波的电场强度为 E(t)=A.cos(@t+) (4.1) 式中A为振幅：为角频率；为相位角。既然光束具有振幅、频率、相位、强 度和偏振等参量，如果能够应用某种物理方法改变光波的这些参量之一，使其按 照调制信号的规律变化，那么激光束就受到了信号的调制，达到“运载”信息的 目的。 根据调制器与光源的关系，光调制可分为直接调制（内调制）和间接调制（外 调制)两大类（如图4.1、图4.2所示）。直接调制是指加载信号是在激光振荡 过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以 实现调制。该方法主要用于半导体激光器(LD)和半导体发光二极管(LED) 两类光源，具体做法是把要传递的信息转变为电流信号注入LED或LD,从而获 得相应的光信号，采用的是电源调制方法。直接调制后的光波电场振幅的平方正 比例于调制信号，是对光强度实现调制。 电信号 光源→输出调制光 图4.1直接调制示意图 电信号 无深光信号，外南制器一输出误制光 图42间接调制示意图 1
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 第四章 光波的调制 4.1 光束的调制原理概述 激光是一种光频电磁波，具有良好的相干性，与无线电波相似。人们想利用 光来传递信息，往往会选择激光这样一种理想的光源。激光具有很高的频率 （1013~1015Hz），可供利用的频带宽度很宽，故传递信息的容量很大。 要用激光作为信息的载体，须解决如何将信息加载到激光上去的问题。这种 将信息加载于激光的过程称为调制，完成这一过程的器件装置称为调制器。其中 激光称为载波，起控制作用的低频信息称为调制信号。光波的电场强度为 ( ) cos( ) c c c E t = A ω t +ϕ （4.1） 式中Ac为振幅；ωc为角频率；ϕc为相位角。既然光束具有振幅、频率、相位、强 度和偏振等参量，如果能够应用某种物理方法改变光波的这些参量之一，使其按 照调制信号的规律变化，那么激光束就受到了信号的调制，达到“运载”信息的 目的。 根据调制器与光源的关系，光调制可分为直接调制（内调制）和间接调制（外 调制）两大类（如图 4.1、图 4.2 所示）。直接调制是指加载信号是在激光振荡 过程中进行的，以调制信号改变激光器的振荡参数，从而改变激光器输出特性以 实现调制。该方法主要用于半导体激光器（LD）和半导体发光二极管（LED） 两类光源，具体做法是把要传递的信息转变为电流信号注入 LED 或 LD，从而获 得相应的光信号，采用的是电源调制方法。直接调制后的光波电场振幅的平方正 比例于调制信号，是对光强度实现调制。 图 4.1 直接调制示意图 图 4.2 间接调制示意图 1
辅助阅读材料 第四章光波的调制 间接调制是利用晶体的电光效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光 辐射的调制，这种调制方式既适应于半导体激光器，也适应于其它类型的激光器。 间接调制是在激光形成以后加载调制信号。其具体方法是在激光器谐振腔外的光 路上放置调制器，在调制器上加调制电压，使调制器的某些物理待性发生相应的 变化，当激光通过它时，得到调制。 光源的调制方法及所利用的物理效应如表4.1所示。 表4.1光源的各种调制方法 调制 被调制的 调试法 所用的物理效应 方式 光场物理量 电光调制电光效应（一次电光效应、二次电光效应） 强度、相位 间接磁光调制 磁光效应（法拉第电磁偏转效应） 强度 调制 声光调制 声光效应（布喇格衍射效应） 强度 其它 电吸收效应、共振吸收效应等) 强度 直接 电源调制 强度 调制 采用不同的调制方法，可实现对光场的幅度、相位、频率和强度等物理量的 调制。 4.1.1振幅调制 振幅调制就是载波的振幅随调制信号的规律而变化的振荡，简称调幅。若调 制信号是一时间的余弦函数，即 a(t)=A.cos (4.2) 式中A.是调制信号的振幅，0.是调制信号的角频率。在进行激光振幅调制之后， 式(4.1)中的振幅A不再是常数，而是与调制信号成正比。调幅波的表达式为 E(1)=A.[1+ma cosor]cos(@t+e) (4.3) 利用三角函数将(4.3)式展开，得到调幅波的频谱公式 E()-A.cos(o+.)+A.cosl.+o.y+o.l+A.cos[(@.-@-Y+o.l (4.4) 式中m。=A./A.称为调幅系数。由上式可知，调幅波的频谱由三个频率成分组 成，第一项是载频分量，第二、三项是因调制产生的新分量，称为边频分量，如 2
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 间接调制是利用晶体的电光效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光 辐射的调制，这种调制方式既适应于半导体激光器，也适应于其它类型的激光器。 间接调制是在激光形成以后加载调制信号。其具体方法是在激光器谐振腔外的光 路上放置调制器，在调制器上加调制电压，使调制器的某些物理待性发生相应的 变化，当激光通过它时，得到调制。 光源的调制方法及所利用的物理效应如表 4.1 所示。 表 4.1 光源的各种调制方法 调制 方式 调试法 所用的物理效应 被调制的 光场物理量 电光调制 电光效应（一次电光效应、二次电光效应） 强度、相位 磁光调制 磁光效应（法拉第电磁偏转效应） 强度 声光调制 声光效应（布喇格衍射效应） 强度 间接 调制 其它 电吸收效应、共振吸收效应等） 强度 直接 调制 电源调制 强度 采用不同的调制方法，可实现对光场的幅度、相位、频率和强度等物理量的 调制。 4.1.1 振幅调制 振幅调制就是载波的振幅随调制信号的规律而变化的振荡，简称调幅。若调 制信号是一时间的余弦函数，即 a t A t m ω m ( ) = cos (4.2) 式中 Am 是调制信号的振幅，ω m 是调制信号的角频率。在进行激光振幅调制之后， 式（4.1）中的振幅 Ac 不再是常数，而是与调制信号成正比。调幅波的表达式为 ( ) [1 cos ]cos( ) c a m c c E t = A + m ω t ω t +ϕ (4.3) 利用三角函数将（4.3）式展开，得到调幅波的频谱公式 cos[( ) ] 2 cos[( ) ] 2 ( ) cos( ) c c m c a c c m c a c c c A t m A t m E t = A ω t +ϕ + ω +ω +ϕ + ω −ω +ϕ (4.4) 式中ma = Am Ac 称为调幅系数。由上式可知，调幅波的频谱由三个频率成分组 成，第一项是载频分量，第二、三项是因调制产生的新分量，称为边频分量，如 2
辅助阅读材料 第四章光波的调制 图3所示。上述分析是单余弦信号调制的情况。如果调制信号是一复杂的周期信 号，则调幅波的频谱将由载频分量和两个边频带组成。 4+。 2 图4.3调幅波的频谱图 4.1.2频率调制和相位调制 调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而改变的振 荡。因为这两种调制波都表现为总相角()的变化，因此统称为角度调制。 对频率调制来说，就是式(4.1)中的角频率0.不再是常数，而是随调制信 号变化，即 o(t)=0。+△o()=0。+k,a(I) (4.5) 若调制信号仍为一余弦函数，则调制波的总相角为 w(t)=o()di+o=[o +k a(t)ldt+o=01+k a()dt+o (4.6) 则调制波的表达式为 E(t)=A。cos(o。1+m,sin1+p.) (4.7) 式中，k称为频率比例系数，m,=△o/on称为调频系数。 同样，相位调制就是(4.1)式中的相位角P随调制信号的变化规律而变化， 调相波的总相角为 y()=0.1+k。A cos01+p (4.8) 调相波的表达式为 E(t)=A.cos(@+k A cos@+) (4.9) 式中k。为相位比例系数 由于调频和调相实质上最终都是调制总相角，因此可写成统一的形式 E(t)=A.cos(@t+msin+) (4.10)
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 图 3 所示。上述分析是单余弦信号调制的情况。如果调制信号是一复杂的周期信 号，则调幅波的频谱将由载频分量和两个边频带组成。 图 4.3 调幅波的频谱图 4.1.2 频率调制和相位调制 调频或调相就是光载波的频率或相位随着调制信号的变化规律而改变的振 荡。因为这两种调制波都表现为总相角ψ (t) 的变化，因此统称为角度调制。 对频率调制来说，就是式（4.1）中的角频率ωc 不再是常数，而是随调制信 号变化，即 (t) (t) k a(t) ω = ωc + ∆ω = ωc + f (4.5) 若调制信号仍为一余弦函数，则调制波的总相角为 c c f c c f c ψ t = ω t dt +ϕ = ω + k a t dt +ϕ = ω t + k a t dt +ϕ ∫ ∫ ∫ ( ) ( ) [ ( )] ( ) （4.6） 则调制波的表达式为 ( ) cos( sin ) c c f m c E t = A ω t + m ω t + ϕ (4.7) 式中，k f 称为频率比例系数，m f = ∆ω ω m 称为调频系数。 同样，相位调制就是（4.1）式中的相位角ϕ c 随调制信号的变化规律而变化， 调相波的总相角为 c m m c ψ (t) = ω t + kϕA cosω t +ϕ （4.8） 调相波的表达式为 ( ) cos( cos ) c c m m c E t = A ω t + kϕA ω t +ϕ (4.9) 式中kϕ为相位比例系数。 由于调频和调相实质上最终都是调制总相角，因此可写成统一的形式 ( ) cos( sin ) c c m c E t = A ω t + m ω t +ϕ (4.10) 3
辅助阅读材料 第四章光波的调制 将(4.10)式按三角公式展开，并应用 cos(msin.）=J,m)+22J2.m)cos(2no.） sin(msin.）=2∑Jn-m)sim2-lo.J 得到 E()=AJ(m)co)+A.J(mcos.+n+(-"cos(o.-n+.] (4.11ù 由此可见，在单频余弦波调制时，其角度调制波的频谱是由光载频与在它两 边对称分布的无穷多对边频组成。显然，若调制信号不是单频余弦波，则其频谱 将更为复杂。 4.1.3强度调制 强度调制是使光载波的强度（光强）随调制信号规律变化，如图4.4所示。光 束调制多采用强度调制形式，这是因为接收器一般都是直接响应其所接收的光强 变化。 光束强度定义为光波电场模的平方，其表达式为 1)-E2(0=Acos2(o1+p) (4.12) 强度调制的光强可表示为 I0-n+aocosa1+o) (4.13) 式中，k,为光强比例系数。仍设调制信号是单频余弦波，则有 I(t)+mcoso.lcos+) (4.14) 式中m。=k。A。,称为强度调制系数。强度调制波的须谱可用前面所提到的类似 方法分析，其结果与调幅波略有不同，其频谱分布除了载频及对称分布的两个边 频外，还有低频o和直流分量
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 将（4.10）式按三角公式展开，并应用 ∑ ∞ = = + 1 0 2 cos( sin ) ( ) 2 ( ) cos(2 ) n m n m m ω t J m J m nω t ∑ ∞ = = − − 1 2 1 sin( sin ) 2 ( )sin[(2 1) ] n m n m m ω t J m n ω t 得到 ( ) ( ) cos( ) ( )[cos( ) ( 1) cos( ) ] 1 0 c m c n n c c c c n c m c E t = A J m ω t +ϕ + A ∑J m ω + nω t +ϕ + − ω − nω t +ϕ ∞ = (4.11) 由此可见，在单频余弦波调制时，其角度调制波的频谱是由光载频与在它两 边对称分布的无穷多对边频组成。显然，若调制信号不是单频余弦波，则其频谱 将更为复杂。 4.1.3 强度调制 强度调制是使光载波的强度(光强)随调制信号规律变化，如图 4.4 所示。光 束调制多采用强度调制形式，这是因为接收器一般都是直接响应其所接收的光强 变化。 光束强度定义为光波电场模的平方，其表达式为 ( ) ( ) cos ( ) 2 2 2 c c c I t = E t = A ω t + ϕ (4.12) 强度调制的光强可表示为 [1 ( )]cos ( ) 2 ( ) 2 2 p c c c k a t t A I t = + ω +ϕ (4.13) 式中，k p 为光强比例系数。仍设调制信号是单频余弦波，则有 [1 cos ]cos ( ) 2 ( ) 2 2 p m c c c m t t A I t = + ω ω +ϕ (4.14) 式中 ，称为强度调制系数。强度调制波的频谱可用前面所提到的类似 方法分析，其结果与调幅波略有不同，其频谱分布除了载频及对称分布的两个边 频外，还有低频 p p Am m = k ω m 和直流分量。 4
轴助阅读材料 第四章光波的调制 )4 调制信号 图4.4强度调制 4.1.4模拟调制与数字调制 若光波的电场强度为E()=A,cos(@,1+o),调制的电信号为低频模拟信号 a)=Acos),1,则对光波不同物理量调制后光载波的波形如图4.5所示。该方 式又可统称为模拟调制。 图45光波模拟调制 (a)低缬控制电信号：(b)光载波：(c)幅度调制：(d频率调制：(e)强度调制：
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 图 4.4 强度调制 4.1.4 模拟调制与数字调制 若光波的电场强度为 ( ) cos( ) c c c E t = A ω t +ϕ ，调制的电信号为低频模拟信号 a t A t m ω m ( ) = cos ，则对光波不同物理量调制后光载波的波形如图 4.5 所示。该方 式又可统称为模拟调制。 图 4.5 光波模拟调制 (a)低频控制电信号；(b)光载波；(c)幅度调制；(d)频率调制；(e) 强度调制； 5
辅助阅读材料 第四章光波的调制 若调制电信号为二进制的数字信号，则对应的调制可统称为数字调制，对光 波不同物理量调制后光载波的波形如图4.6所示。 0 强度 调制 调幅 调相 调频 图4.6光波数字调制 4.1.5脉冲编码调制 这种调制是把模拟信号先变成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制 编码，再对光载波进行强度调制。要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：取 样、量化和编码。 (1)取样。取样就是把连续信号波分割成不连续的脉冲波，用一定的脉冲 列来表示，且脉冲列的幅度与信号波的幅度相对应。按照取样定理，只要取样频 率比所传递信号的最高颜率大两倍以上，就能恢复原信号。 (2)量化。量化就是把取样后的脉幅调制波进行分级取“整”处理，用有 限个数的代表值取代取样值的大小。经取样再通过量化过程变成数字信号。 (3)编码。编码是把量化后的数字信号变换成相应的二进制码的过程。即 用一组等幅度、等宽度的脉冲作为“码子”，用“有”脉冲和“无”脉冲分别表 示二进制数码的“1”和“0”。再将这一系列反映数字信号规律的电脉冲加到一 个调制器上，以控制激光的输出，由激光载波光功率的极大值代表二进制编码的 “1”,而用激光载波的零值代表“0”。这种调制方式具有很强的抗干扰能力，在 数字激光通信中得到了广泛的应用。 6
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 若调制电信号为二进制的数字信号，则对应的调制可统称为数字调制，对光 波不同物理量调制后光载波的波形如图 4.6 所示。 图 4.6 光波数字调制 4.1.5 脉冲编码调制 这种调制是把模拟信号先变成电脉冲序列，进而变成代表信号信息的二进制 编码，再对光载波进行强度调制。要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：取 样、量化和编码。 （1）取样。取样就是把连续信号波分割成不连续的脉冲波，用一定的脉冲 列来表示，且脉冲列的幅度与信号波的幅度相对应。按照取样定理，只要取样频 率比所传递信号的最高频率大两倍以上，就能恢复原信号。 （2）量化。量化就是把取样后的脉幅调制波进行分级取“整”处理，用有 限个数的代表值取代取样值的大小。经取样再通过量化过程变成数字信号。 （3）编码。编码是把量化后的数字信号变换成相应的二进制码的过程。即 用一组等幅度、等宽度的脉冲作为“码子”，用“有”脉冲和“无”脉冲分别表 示二进制数码的“1”和“0”。再将这一系列反映数字信号规律的电脉冲加到一 个调制器上，以控制激光的输出，由激光载波光功率的极大值代表二进制编码的 “1”，而用激光载波的零值代表“0”。这种调制方式具有很强的抗干扰能力，在 数字激光通信中得到了广泛的应用。 6
辅助阅读材料 第四章光波的调制 尽管光束的调制方式不同，但其调制原理都是基于电光、声光、磁光等物理。 4.2直接调制 直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源（激光二极管 LD或半导体发光二极管LED),从而获得调制光信号。由于它是在光源内部进 行的，因此又称为内调制。它是目前光纤通信系统普遍采用的实用化调制方法。 根据调制信号的类型，直接调制又可以分为模拟调制和数字调制两种。前者是用 连续的模拟信号（如电视、语音等信号）直接对光源进行光强度调制，后者是用 脉冲编码调制的数字信号对光源进行强度调制。 4.2.1半导体激光器(LD)直接调制的原理 半导体激光器是电子与光子相互作用并进行能量直接转换的器件。图4.7给 出了砷镓铝双异质结注入式半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系曲线。 半导体激光器有一个阀值电流L,当驱动电流小于1，是，激光器基本上不发光或 只发很微弱、谱线宽度很宽、方向性较差的荧光：当驱动电流大于I,时，开始发 射激光，此时谱线宽度、辐射方向显著变窄，强度大幅增加，且随驱动电流的增 加呈显现增长，如图4.8所示。由图4.7可以看到发射激光的强弱直接与驱动电 流的大小有关。若把调制信号加到激光器电源上，就可以直接改变（调制）激光 器输出光信号的强度。由于这种调制方式简单，能工作在高频，并能保证良好的 线性工作区和带宽，因此在光纤通信、光盘和光复印等方面有广泛应用。 动电0而 950 1050 被长m) 图4.7半导体激光的PI特性曲线 图4.8半导体激光器的光谱特性
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 尽管光束的调制方式不同，但其调制原理都是基于电光、声光、磁光等物理。 4.2 直接调制 直接调制是把要传递的信息转变为电流信号注入半导体光源（激光二极管 LD 或半导体发光二极管 LED），从而获得调制光信号。由于它是在光源内部进 行的，因此又称为内调制。它是目前光纤通信系统普遍采用的实用化调制方法。 根据调制信号的类型，直接调制又可以分为模拟调制和数字调制两种。前者是用 连续的模拟信号（如电视、语音等信号）直接对光源进行光强度调制，后者是用 脉冲编码调制的数字信号对光源进行强度调制。 4.2.1 半导体激光器（LD）直接调制的原理 半导体激光器是电子与光子相互作用并进行能量直接转换的器件。图 4.7 给 出了砷镓铝双异质结注入式半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系曲线。 半导体激光器有一个阈值电流 ，当驱动电流小于 是，激光器基本上不发光或 只发很微弱、谱线宽度很宽、方向性较差的荧光；当驱动电流大于 时，开始发 射激光，此时谱线宽度、辐射方向显著变窄，强度大幅增加，且随驱动电流的增 加呈显现增长，如图 4.8 所示。由图 4.7 可以看到发射激光的强弱直接与驱动电 流的大小有关。若把调制信号加到激光器电源上，就可以直接改变（调制）激光 器输出光信号的强度。由于这种调制方式简单，能工作在高频，并能保证良好的 线性工作区和带宽，因此在光纤通信、光盘和光复印等方面有广泛应用。 t I t I t I 图 4.7 半导体激光的 P-I 特性曲线 图 4.8 半导体激光器的光谱特性 7
辅助阅读材料 第四章光波的调制 图4.9给出了半导体激光器调制原理以及输出光功率与调制信号的关系曲 线。为获得线性调制，使工作点处于输出特性曲线的直线部分，须在加调制信号 电流的同时加一适当的直流偏置电流1。，这样就可以使输出的光信号不失真。但 须注意要把调制信号源和直流偏置隔离，避免直流偏置源对调制信号源产生影 响。当频率较低时，可用电容和电感线圈串接来实现：当频率很高(>50MHz) 时，则必须采用高通滤波电路。此外，偏置电源直接影响LD的调制特性，通常 应选择1，在阅值电流附近，这样LD可获得较高的调制速率。因为在这种情况下 LD连续发射光信号不需要准备时间（即延迟时间很小），其调制速率不受激光器 中载流子平均寿命的限制，同时也会抑制张弛振荡。但！。选的太大又会使激光器 的消光比变差，所以在选择偏置电流时要综合考虑其影响。 出光强信可 )调制信号 直流偏置 调制信号 (a)电原理图 (化)调制特性曲线 图4.9半导体激光器 半导体激光器处于连续工作状态时，无论有无调制信号，由于有直流偏置， 所以功耗较大，引起结区温度上升，会影响或破坏器件的正常工作。双异质结激 光器的出现，使激光器的闵值电流比同质结大大降低，可以在室温下异连续调制 方式工作 4.2.2半导体发光二极管(LED)的调制特性 半导体发光二极管由于不是阀值器件，它的输出光功率不像半导体激光器那 样会随注入电流的变化而发生突变，因此LED的PI特性曲线的线性比较好。 图4.10给出了LED与LD的P-I特性曲线的比较，其中LED1、LED2是正面发 光型LED,LED3、LED4是端面发光型LED。可见LED的P-I特性曲线明显优
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 图 4.9 给出了半导体激光器调制原理以及输出光功率与调制信号的关系曲 线。为获得线性调制，使工作点处于输出特性曲线的直线部分，须在加调制信号 电流的同时加一适当的直流偏置电流 ，这样就可以使输出的光信号不失真。但 须注意要把调制信号源和直流偏置隔离，避免直流偏置源对调制信号源产生影 响。当频率较低时，可用电容和电感线圈串接来实现；当频率很高（>50MHz） 时，则必须采用高通滤波电路。此外，偏置电源直接影响 LD 的调制特性，通常 应选择 在阈值电流附近，这样 LD 可获得较高的调制速率。因为在这种情况下， LD 连续发射光信号不需要准备时间（即延迟时间很小），其调制速率不受激光器 中载流子平均寿命的限制，同时也会抑制张弛振荡。但 选的太大又会使激光器 的消光比变差，所以在选择偏置电流时要综合考虑其影响。 b I b I b I （a）电原理图 (b) 调制特性曲线 图 4.9 半导体激光器 半导体激光器处于连续工作状态时，无论有无调制信号，由于有直流偏置， 所以功耗较大，引起结区温度上升，会影响或破坏器件的正常工作。双异质结激 光器的出现，使激光器的阈值电流比同质结大大降低，可以在室温下异连续调制 方式工作。 4.2.2 半导体发光二极管（LED）的调制特性 半导体发光二极管由于不是阈值器件，它的输出光功率不像半导体激光器那 样会随注入电流的变化而发生突变，因此 LED 的 P-I 特性曲线的线性比较好。 图 4.10 给出了 LED 与 LD 的 P-I 特性曲线的比较，其中 LED1、LED2 是正面发 光型 LED，LED3、LED4 是端面发光型 LED。可见 LED 的 P-I 特性曲线明显优 8
辅助阅读材料 第四章光波的调制 于LD,所以它在模拟光通信系统中得到广泛应用。但在数字光纤通信系统中， 因为LED不能获得很高的调制速率(<1 O0Mb/s)而受到限制。 16 LED LD LED D LED -LED, 1(mA) 图4.10LED与LD的PI特性曲线比较 4.2.3半导体光源的模拟调制 无论是使用LD或LED作光源，都要施加偏置电流，使其工作点处于LD或 LED的P特性曲线的直线段，如图4.11所示。 +Ec LED立 已调光波 (a)驱动电路 (b)LED工作特性 图411模拟信号驱动电路激光强度调制 4.2.4半导体光源的脉冲编码数字调制 如前所述，数字调制是用二进制数字信号“1”和“0”码对光源发出的光波 进行调制。而数字信号大都采用脉冲编码调制，即先将连续的模拟信号通过“取 样”变成一组调幅的脉冲序列，再经过“量化”和“编码”过程，形成一组等幅 9
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 于 LD，所以它在模拟光通信系统中得到广泛应用。但在数字光纤通信系统中， 因为 LED 不能获得很高的调制速率（<100Mb/s）而受到限制。 图 4.10 LED 与 LD 的 P-I 特性曲线比较 4.2.3 半导体光源的模拟调制 无论是使用 LD或LED作光源，都要施加偏置电流Ib，使其工作点处于LD或 LED的P-I特性曲线的直线段，如图 4.11 所示。 (a) 驱动电路 (b) LED 工作特性 图 4.11 模拟信号驱动电路激光强度调制 4.2.4 半导体光源的脉冲编码数字调制 如前所述，数字调制是用二进制数字信号“1”和“0”码对光源发出的光波 进行调制。而数字信号大都采用脉冲编码调制，即先将连续的模拟信号通过“取 样”变成一组调幅的脉冲序列，再经过“量化”和“编码”过程，形成一组等幅 9
辅助阅读材料 第四章光波的调制 度的矩形脉冲作为“码元”，结果将连续的模拟信号变成了脉冲编码数字信号。 然后，再用脉冲编码数字信号对光源进行强度调制，其调制特性曲线如图4.12 所示。 由于数字光通信的突出优点，所以其有很好的应用前景。首先因为数字光信 号在信道传输过程中引入的噪声和失真，可采用间接中继器的方式去掉，故抗干 扰能力强：其次对数字光纤通信系统的线性要求不高，可充分利用光源(LD) 的发光功率；第三数字光通信设备便于和脉冲编码电话终端、脉冲编码数字彩色 电视终端、电子计算机终端相连接，从而组成既能传输电话、彩色电视，又能传 输计算机数据的多媒体综合通信系统 Pou (a)加I6后LD数字调制特性(b)LED数字调制特性 图4.12数字调制特性 8.3半导体激光器的直接调制特性研究 8.3.1调制特性 半导体激光器是光纤通信的理想光源，但在高速脉冲调制下，其瞬态特性仍 会出现一些复杂现象。 1、电光延迟和张弛振荡现象 半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲瞬态响应波形如图4.13所示。 输出光脉冲和注入电脉冲之间存在一个初始时间延迟，称为光电延迟时间，其。 数量级一般为s。当电脉冲输入激光后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振 荡，称为张弛振荡，其振荡频率一般为0.5-2GHz。这些特性与激光器有源区的 电子自发复合寿命和谐振腔内光子寿命以及注入电流初始偏差量有关。 张弛振荡和电光延迟的后果是限制速率。当最高调制频率接近张弛振荡频率
辅助阅读材料 第四章 光波的调制 度的矩形脉冲作为“码元”，结果将连续的模拟信号变成了脉冲编码数字信号。 然后，再用脉冲编码数字信号对光源进行强度调制，其调制特性曲线如图 4.12 所示。 由于数字光通信的突出优点，所以其有很好的应用前景。首先因为数字光信 号在信道传输过程中引入的噪声和失真，可采用间接中继器的方式去掉，故抗干 扰能力强；其次对数字光纤通信系统的线性要求不高，可充分利用光源（LD） 的发光功率；第三数字光通信设备便于和脉冲编码电话终端、脉冲编码数字彩色 电视终端、电子计算机终端相连接，从而组成既能传输电话、彩色电视，又能传 输计算机数据的多媒体综合通信系统。 (a) 加 I b 后 LD 数字调制特性 (b) LED 数字调制特性 图 4.12 数字调制特性 8.3 半导体激光器的直接调制特性研究 8.3.1 调制特性 半导体激光器是光纤通信的理想光源，但在高速脉冲调制下，其瞬态特性仍 会出现一些复杂现象。 1、 电光延迟和张弛振荡现象 半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲瞬态响应波形如图 4.13 所示。 输出光脉冲和注入电脉冲之间存在一个初始时间延迟，称为光电延迟时间，其 数量级一般为 ns。当电脉冲输入激光后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振 荡，称为张弛振荡，其振荡频率一般为 0.5~2GHz。这些特性与激光器有源区的 电子自发复合寿命和谐振腔内光子寿命以及注入电流初始偏差量有关。 dt 张弛振荡和电光延迟的后果是限制速率。当最高调制频率接近张弛振荡频率 10
