1. 光发送机的组成
在光纤数字通信系统中，光发送机主要由输入接口、线路编码、调制电路、光源及其控制电路。数字光发送机的构成如图24所示。
图24 数字光发送机框图
电端机送来的电信号首先通过输入接口变换成普通的NRZ(或者是RZ)码。输入接口的作用是不仅保证电、光端机间信号的幅度、阻抗适配，而且要进行适当的码型变换，以适合光发送机的要求。
在光纤通信系统中，由于光源不可能有负光能，只能采用二电平码。但是简单的二电平码具有随信息随机起伏的直流和低频分量，对接收端判决不利，因此需要进行线路编码以适应光纤线路传输的要求。
调制电路将电信号转变为调制电流，以便实现对光源的强度调制。
半导体激光器是对温度敏感的器件，它的输出光功率和输出光谱的中心波长随着温度发生变化。因此为了稳定输出功率和波长，光发送机往往加有控制电路，控制电路包括自动功率控制(APC)电路和自动温度控制(ATC)电路。
2. 光源的数字调制与驱动
这里主要讨论直接调制原理。
对于半导体光源，其输出的光功率与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制也呈线性，所以可以通过改变注入电流来实现光波的强度调制(IM),即使光源输出的光强随电信号的变化而变化。
在光纤通信系统中，数字调制主要是指PCM编码调制。编码调制是先将连续的模拟信号通过取样、量化和编码，转换成二进制脉冲代码，用矩形脉冲的有、无(“0”码和“1"码)来表示信号。如图25为LED和LD数字调制原理。
图25 LED和LD数字调制原理
(1) LED的数字调制和驱动
从图25可以看到，在LED上要加以小的直流正向偏置(0~1mA),其目的是提高LED的响应速度。至于调制电流幅度Im，应根据LED的P-I特性来选择。既要保证有足够的输出光脉冲的幅度，又要考虑LED对电流的承受能力。
(2) LD的数字调制和驱动
由于LD是阈值器件，必须在LD上加稍低于阈值电流Ith的偏置电流Ib，再叠加调制电流Im，如图25所示。偏置电流的大小直接影响激光器的高速调制性质，要兼顾到电光延迟、张驰振荡、码型效应、结发热效应、激光器的消光比、散粒噪声等各方面情况。一般偏置电流Ib取(0.7~1.0)Ib。调制电流Im幅度的选择，应根据LD的P-I特性曲线，既要保证有足够的输出光脉冲的幅度，又要考虑光源的负担，还要考虑选择光源的线性区域。
对激光器进行高速脉冲调制时，调制电路既要有快的开关速度，又要保持有良好的电流脉冲波形。此外，光源本身的响应速度也要快。数字调制电路应是电流开关电路。最常用的是差分电流开关。目前.直接强度调制速率可以达到20Gbit/s。
3、控制电路
半导体激光器是高速传输的理想光源，但是，半导体激光器对温度是很敏感的•而且随着激光器的老化，其输出功率也将减小。因而稳定激光器的输出光信号是非常重要的问题。温度的变化和器件的老化给半导体激光器带来的不稳定性主要表现为：激光器的阈值随着温度和老化而变化，从而使输出光信号的光功率发生变化；激光器的发射中心波长随温度的升高向长波长漂移。
控制电路的作用就是消除温度和器件老化的影响，稳定输出光信号。目前主要采用的稳定方法有：自动温度控制(ATC)和自动功率控制(APC)。
(1) 自动温度控制(ATC)
温度控制由微型半导体制冷器、热敏电阻及控制电路组成。热敏元件探测半导体激光器的结温，与设定的基准温度比较、放大后，驱动制冷器的控制电路。改变制冷电流，从而保持激光器在恒定的温度下工作。目前微型制冷器多采用半导体制冷器，它是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。
为了提高制冷效率和控制精度，激光器的温度控制常釆用内制冷的方式。即将制冷器和热敏电阻封装在激光器的管壳内部，热敏电阻直接探测激光器结区的温度，制冷器则直接和激光器的热沉接触。
温度控制只能控制温度变化引起的输出光功率的变化，不能控制由于器件老化而产生的输出功率的变化。
(2) 自动功率控制(APC)
要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手。
① 第一，控制激光器的偏置电流，使其自动跟踪阈值的变化，从而使激光器总是偏置在最佳的工作状态；
② 控制激光器调制脉冲电流的幅度，使其自动跟踪外微分量子效率的变化，从而保持输出光脉冲信号的幅度恒定。
自动功率控制方法有两种：一是通过光反馈来自动调整偏置电流的自动偏置控制法；二是峰值功率/平均功率控制法。第二种方法不仅可以自动控制偏置电流，还可以控制调制电流的幅度，因此对LD输出光功率有很好的稳定作用。
4. 光发送机的主要指标
光发送机的主要指标有平均发送光功率和消光比及光谱特性。
(1) 平均发送光功率
光发送机的平均发送光功率是在正常条件下，光发送机发送光源尾纤输出的平均光功率。平均发送光功率指标应根据整个系统的经济性、稳定性、可维护性以及光纤线路的长短等因素全面考虑，并不是越大越好。
(2) 消光比
消光比的定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均发送光功率之比，单位为dB,可用式(9-22)表示: 式（9-22）中，P“为全“1”码时的平均光功率；R。为全“0”码时的平均光功率。
消光比直接影响光接收机的灵敏度.从提高接收机灵敏度的角度希望消光比尽可能的大，消光比一般应大于10 dB。
（3）光谱特性
对于高速光纤通信系统，光源的光谱特性称为制约系统性能的至关重要的参数指标，它 影响了系统的色散性能，需要仔细考虑。
