光通信之“源”—光源

3.光通信之“源”—光源

光纤通信系统的关键器件是光源。一般来说，产生光通信系统所需要的光载波，其特性的好坏直接影响光纤通信系统的性能。通常，实用光纤通信系统对光源有以下几点要求：

光纤通信

（1）合适的发光波长

一束光纤承载多束光

光源的发光波长必须在光纤的低损耗区，换一种说法就是指光源的发光波长应该与光纤的工作窗口相一致。

（2）足够的输出功率

激光聚焦

因为光源输出功率的大小直接影响光通信系统的中继距离，因此，光源的输出功率必须足够大。通常，光源的输出功率越大，则系统的中继距离就越长。但是，这个结论是有限制条件的，也就是说，如果当光源的输出功率太大，以至于使光纤工作处于非线性状态，则是光纤通信系统所不允许的。当然，目前最主要的问题是光纤功率不够，不是光纤的功率太大。因此，为了使中继距离增大，我们还应该努力提高光源输入光纤的光功率。

（3）可靠性高，寿命长

一般说来，光源的工作寿命长，通信才可靠。一个通信系统中有10个光源，若其中一个光源发生故障的话，会使整个系统中断工作。目前来看，通信工程所提出的要求是光源的平均工作寿命为106小时（大约为100年的时间），一般情况下是不允许中断通信的。从故障的概率来看，通信系统发生中断通信故障的时间应该间隔约10万小时（即10年左右）或以上，这也应该是实用通信工程对元器件的要求。

（4）输出效率高

大功率激光切割加工

输出效率是指输出的光功率与所消耗的直流电功率的比值。一般来说要求输出效率尽量高，即耗电尽量省，且要在低电压下工作。这样的话，对无人中继站的供电就比较方便了。目前社会上输出效率的标准是大于10%，将来希望达到50%。

（5）光谱宽度窄

光源的发光波长范围指的是光谱宽度。人们要求光谱尽量短，因为人们总是希望光波也能够和无线电波一样，只在一个频率振荡，但是实际上这是很难做到的。通常，光源的光谱宽度直接影响到系统的传输带宽，若其与光纤的色散效应相结合，就会产生噪声，影响系统的传输容量和中继距离。

聚光视觉

（6）聚光性好

它要求光源发光尽量集中，将其会聚到一点，并尽可能多地把光送进光纤，即耦合效率高。这样便会使进入光纤的功率大，则系统中继距离就可增加。

（7）调制方便

调制即是把话音等信息附载在光波上，一般来说，决定系统成败的关键是如何高效地用电信号来调制光波。主要是频率的搬移。

光在光纤中的传播

（8）价格低廉

光源价格低廉，可以批量生产。光纤通信系统在价格上通常低于其他现有系统，因为价格与光源的可靠性和批量生产性直接相关。另外，价格低廉的光源还拥有体积小、重量轻以及便于在各种场合应用等诸多优点。

通常，在光纤通信中，常用的光源有三种，即半导体激光器、半导体发光二极管和非半导体激光器。一般在实际的光纤通信系统中，比较常选用的是前两种，也就是半导体激光器、半导体发光二极管。而非半导体激光器，像固体激光器、气体激光器等，体积太大，只用于一些特殊的场所。尽管它们是最早制成的相干光源，但不适宜与体积小的光纤配合使用。

半导体发光二极管

知识小百科

半导体激光器

半导体激光器又名激光二极管，记作为LD。这种激光二极管是前苏联科学家H.Γ.巴索夫在1960年发明的，它的结构由P层、N层及有双异质结的有源层构成。半导体激光器发光利用的是光的受激辐射原理，即在受到“外来入射”光子的激励时，处于粒子数反转分布状态的大多数电子会同步发射光子，这时，受激辐射的光子和入射光子的相位、方向相同，波长相同。这样由于弱的入射光激励而得到了较强的发射光，使其起到了光放大作用。

不过，让半导体激光器的发光仅仅有光放大功能是不够的，这样还不能形成光的振荡。其还必须设计正反馈电路，以使电路中所损失的功率通过放大的功率得以补偿。这正如电子电路中的振荡器，如果只有放大功能则它是不能产生电振荡的。同样的方法，激光器中，也是利用电子电路的反馈概念，把放大了的光反馈一部分回来再进一步放大，使其产生振荡，发出激光。

通常，这种用于实现光的放大反馈的仪器被人们称为光学谐振腔。半导体激光器的优点是尺寸小、响应速度快、耦合效率高以及波长和尺寸与光纤尺寸适配，它可直接调制，相干性好。