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不稳定性以及四波混频（FWM）效应等｝，要求DWDM系统的光源使用技术更为先进、性能更为优越的激光器。
总之，DWDM系统的光源的两个突出的特点是： 1. 比较大的色散容纳值； 2. 标准而稳定的波长。
4.1.1 激光器的调制方式
目前广泛使用的光纤通信系统均为强度调制——直接检波系统，对光源进行强度调制的方法有两类，即直接调制和间接调制。 ? 直接调制
直接调制： 又称为内调制，即直接对光源进行调制，通过控制半导体激光器的注入电流的大小来改变激光器输出光波的强弱。传统的PDH和2.5Gbit/s速率以下的SDH系统使用的LED或LD光源基本上采用的都是这种调制方式。
直接调制方式的特点是输出功率正比于调制电流，具有结构简单、损耗小、成本低的特点，但由于调制电流的变化将引起激光器发光谐振腔的长度发生变化，引起发射激光的波长随着调制电流线性变化，这种变化被称作调制啁啾，它实际上是一种直接调制光源无法克服的波长（频率）抖动。啁啾的存在展宽了激光器发射光谱的带宽，使光源的光谱特性变坏，限制了系统的传输速率和距离。一般情况下，在常规G.652光纤上使用时，传输距离≤100公里，传输速率≤2.5Gbit/s。
对于不采用光线路放大器的DWDM系统，从节省成本的角度出发，可以考虑使用直接调制激光器。 ? 间接调制
间接调制： 这种调制方式又称做外调制。即不直接调制光源，而是在光源的输出通路上外加调制器对光波进行调制，此调制器实际上起到一个开关的作用。结构如图1-6所示。
恒定光源是一个连续发送固定波长和功率的高稳定光源，在发光的过程中，不受电调制信号的影响，因此不产生调制频率啁啾，光谱的谱线宽度维持在最小。光调制器对恒定光源发出的高稳定激光根据电调制信号以“允许”或者“禁止”通过的方式进行处理，而在调制的过程中，对光波的频谱特性不会产生任何影响，保证了光谱的质量。
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间接调制方式的激光器比较复杂、损耗大、而且造价也高，但调制频率啁啾很小，可以应用于传输速率≥2.5Gbit/s，传输距离超过300公里以上的系统。因此，一般来说，在使用光线路放大器的DWDM系统中，发射部分的激光器均为间接调制方式的激光器。
恒定光源光调制器光信号输出
图1-6 外调制激光器的结构
常用的外调制器有光电调制器、声光调制器和波导调制器等。
光电调制器基本工作原理是晶体的线性电光效应。电光效应是指电场引起晶体折射率变化的现象，能够产生电光效应的晶体称为电光晶体。
声光调制器是利用介质的声光效应制成。所谓声光效应，是声波在介质中传播时，介质受声波压强的作用而产生变化，这种变化使得介质的折射率发生变化，从而影响光波传输特性。
波导调制器是将钛（Ti）扩散到铌酸锂（LInBO2）基底材料上，用光刻法制出波导的具体尺寸。它具有体积小、重量轻、有利于光集成等优点。 根据光源与外调制器的集成和分离情况，又可以分为集成式外调制激光器和分离式外调制激光器两种方式。
集成外调制技术日益成熟，是DWDM光源的发展方向。常见的是更加紧凑小巧，与光源集成在一起，性能上也满足绝大多数应用要求的电吸收调制器。
电吸收调制器是一种损耗调制器，它工作在调制器材料吸收区边界波长处，当调制器无偏压时，光源发送波长在调制器材料的吸收范围之外，该波长的输出功率最大，调制器为导通状态；当调制器有偏压时，调制器材料的吸收区边界波长移动，光源发送波长在调制器材料的吸收范围内，输出功率最小，调制器为断开状态。如图1-6所示。
电吸收调制器可以利用与半导体激光器相同的工艺过程制造，因此光源和调制器容易集成在一起，适合批量生产，因此发展速度很快。例如，铟镓砷磷（InGaAsP）光电集成电路，是将激光器和电吸收调制器集成在一块芯片
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上，该芯片再置于—热电制冷器（TEC）上。这种典型的光电集成电路，称为电吸收调制激光器（EML），可以支持2.5Gbit/s信号传输600km以上的距离，远远超过直接调制激光器所能传输的距离，其可靠性也与标准OFB激光器类似，平均寿命达20年。
有偏压时无偏压时吸收范围λ1吸收范围λ0λλ0λ2λλ1为调制器无偏压时的吸收边波长λ2为调制器有偏压时的吸收边波长λ0为恒定光源的发光工作波长
图1-7 电吸收调制器的吸收波长的改变示意图
分离式外调制激光器常用的是恒定光输出激光器（CW+LiNbO3）马赫-策恩德（Mach-Zehnder）外调制器。如图1-8所示。
LD
图1-8 M-Z外调制器示意图
该调制器是将输入光分成两路相等的信号，分别进入调制器的两个光支路，这两个光支路采用的材料是电光材料，即其折射率会随着外部施加的电信号大小而变化，由于光支路的折射率变化将导致信号相位的变化，故两个支路的信号在调制器的输出端再次结合时，合成的光信号是一个强度大小变化的干涉信号，通过这种办法，将电信号的信息转换到了光信号上，实现了光强度调制。分离式外调制激光器的频率啁啾可以等于零，而且相对于电吸收集成式外调制激光器，成本较低。
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4.1.2 激光器的波长的稳定
在DWDM系统中，激光器波长的稳定是一个十分关键的问题，根据ITU-T G.692建议的要求，中心波长的偏差不大于光信道间隔的正负五分之一，即当光信道间隔为0.8nm的系统，中心波长的偏差不能大于±20GHz。 在DWDM系统中，由于各个光通路的间隔很小（可低达0.8nm），因而对光源的波长稳定性有严格的要求，例如0.5nm的波长变化就足以使一个光通路移到另一个光通路上。在实际系统中通常必须控制在0.2nm以内，其具体要求随波长间隔而定，波长间隔越小要求越高，所以激光器需要采用严格的波长稳定技术。
集成式电吸收调制激光器的波长微调主要是靠改变温度来实现的，其波长的温度灵敏度为0.08nm/℃，正常工作温度为25℃，在15℃-35℃温度范围内调节芯片的温度，即可使EML调定在一个指定的波长上，调节范围为1.6nm。芯片温度的调节靠改变制冷器的驱动电流，再用热敏电阻作反馈便可使芯片温度稳定在一个基本恒定的温度上。
分布反馈式激光器（DFB）的波长稳定是利用波长和管芯温度对应的特性，通过控制激光器管芯处的温度来控制波长，以达到稳定波长的目的。对于1.5μm DFB激光器，波长温度系数约为0.02nm/℃，它在15℃-35℃范围内中心波长符合要求。这种温度反馈控制的方法完全取决于DFB激光器的管芯温度。目前，MWQ-DFB激光器工艺可以在激光器的寿命时间（20年）内保证波长的偏移满足DWDM系统的要求。
除了温度外，激光器的驱动电流也能影响波长，其灵敏度为0.008nm/mA，比温度的影响约小一个数量级，在有些情况下，其影响可以忽略。此外，封装的温度也可能影响到器件的波长（例如从封装到激光器平台的连线带来的温度传导和从封装壳向内部的辐射，也会影响器件的波长）。在一个设计良好的封装中其影响可以控制在最小。
以上这些方法可以有效解决短期波长的稳定问题，对于激光器老化等原因引起的波长长期变化就显得无能为力了。直接使用波长敏感元件对光源进行波长反馈控制是比较理想的，原理如图1-9所示，属于该类控制方案的标准波长控制和参考频率扰动波长控制，均正在研制中，很有前途。
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LD光输出LD控制电路波长敏感器件信号处理用于波长控制用于波长监测
图1-9 波长控制原理
? 想一想：
DWDM系统中为何对波长的稳定性要求非常严格？
4.2 光电检测器
光电检测器的作用是把接收到的光信号转换成相应的电信号。由于从光纤传送过来的光信号一般是非常微弱的，因此对光检测器提出了非常高的要求： 1) 在工作波长范围内有足够高的响应度。
2) 在完成光电变换的过程中，引入的附加噪声应尽可能小。 3) 响应速度快。线性好及频带宽，使信号失真尽量小。 4) 工作稳定可靠。有较好的稳定性及较长的工作寿命。 5) 体积小，使用简便。
满足上述要求的半导体光检测器主要有两类：PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。
4.2.1 PIN光电二极管
PIN光电二极管是一种半导体器件，其构成是在P型和n型之间夹着本征（轻掺杂）区域。在这个器件反向偏置时，表现出几乎是无穷大的内部阻抗（即像开路一样），输出电流正比于输入光功率。 PIN光二极管的价格低，使用简单，但响应慢。
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