此外，与LD相比它价格低廉，工作寿命也较长。据报导工作寿命近千万小时（107）的LED已经问世。 3. LED的缺点 ① 谱线较宽
由于LED的发光机理是自发幅射发光，它所发出的光是非相干光而是莹光，所以其谱线较宽，一般在30～100nm范围，故难以用于大容量的光纤通信之中。 ② 与光纤的耦合效率低
一般来讲，LED可以发出几毫瓦的光功率，但这没有多大的实际意义。因为我们关心是能输入到光纤中进行有效传输的光功率是多少而不是它的总发光功率。 LED和光纤的耦合效率是比较低的，一般仅有1％～2％，最多不超过10%。 光源器件与光纤的耦合效率与下列因素有关：光源发光的幅射图形、光源出光面积与纤芯面积之比以及两者之间的对准程度、距离等。 4. LED的应用范围
鉴于LED的谱线较宽，所以它难以用于大容量的光纤通信；鉴于它与光纤的耦合效率较低，所以难以用于长距离的光纤通信。但因为其使用简单、价格低廉，工作寿命长等优点，所以它广泛地应用在较小容量，较短距离的光纤通信之中；而且由于其线性度甚佳，所以也常常用于对线性变要求较高的模拟光纤通信之中。
3.3 激光二极管LD
1. LD的发光机理
LD的发光机理是受激发光，即利用LD中的谐振腔发生振荡而激发出许许多多的频率相同的光子，从而形成激光。
用半导体工艺技术在PN结两侧加工出两个相互平行的反射镜面，这两个反射镜面与原来的两个解理面（晶体的天然晶面）构成了谐振腔结构。当在LD两端加上正偏置电压时，象LED一样在PN结区域内因电子与空穴的复合而释放光子。而其中的一部分光子沿着和反射镜面相垂直的方向运动时，会受到反射镜面的反射作用在谐振腔内往复运动。只要外加正偏置电流足够大，光子的往复运动会激射出更多的、与之频率相同的光子，即发生振荡现象，从而发出激光。此之所谓受激发光。 2. LD的优点 ① 发光谱线窄
由于在谐振腔内因振荡而激射出来的光子，具有大小基本相同的频率，因此LD所发出的光之谱线十分狭窄，仅有1～5nm。从而大大降低了光纤的色散，增大了光纤的传输带宽。故LD能适用于大容量的光纤通信。
谈到光源的谱宽，有两种谱宽的定义，即根均方谱宽与半值谱宽（对多模激光器而言）。
假设光源的谱宽服从高斯分布，如图14所示。
所谓根均方谱宽δλrms，是指对应于幅度等于中心波长幅度的0.61倍时的谱线宽度。而所谓半值谱宽是指对应于中心波长幅度的一半时的谱线满宽度。
图
14 光源器件的谱宽
可以证明它们两者具有以下关系：
δλ1/2=2.35δλrms （3.1） ② 与光纤的耦合效率高
由于从谐振腔反射镜输出的光，其出光方向一致性好，发散角小，所以LD与光纤的耦合效率较高，一般用直接耦合方式就可达20％以上。如果采用适当的耦合措施可达90％。由于耦合效率高，所以入纤光功率就比较大，故LD适用于长距离的光纤通信。 ③ 阈值器件
LD的发光特性曲线如图15所示。
图
15 LD发光特性曲线
从图中可以看出，当LD中的工作电流低于其阈值电流Ith时，LD仅能发出极微弱的非相干光（莹光），这相当于LD中的谐振腔并未产生振荡。而LD中的工作电流大于阈值电流Ith时，它会发出谱线狭窄的激光，这相当于形成了粒子数反转分布（产生激光的必要条件），谐振腔产生了振荡现象。
由于LD是一个阈值器件，所以在实际使用时必须对之进行予偏置。即予先赋于LD一个偏置电流IB，其值略小于但接近于LD的阈值电流，使其仅发出极其微弱的莹光；一旦有调制信号输入，LD立即工作在能发出激光的区域，且其发光曲线相当陡峭。 对LD进行予偏置有一个好处，即可以减少由于建立和阈值电流相对应的载流子密度所以出现的时延，也就是说予偏置可以提高LD的调制速率，这也是LD能适用于大容量光纤通信的原因之一。
当然，LD作为阈值器件也带来了应用方面的一些麻烦，下面将要进行介绍。 3. LD的缺点 ① 温度特性的较差
和LED相比，LD的温度特性较差。这主要表现在其阈值电流随温度的上升而增加，如图16所示。
图
16 LD的温度特性曲线
当温度从20℃上升到50℃时，LD的阈值电流会增加1～2倍，这样会给使用者带来许多不便。因此，在一般情况下LD要加温度控制和致冷措施。
考虑到这些因素，目前的LD一般做成符合国际标准的14线双列直插式，如图17所示。其中Rt为热敏电阻，当温度发生变化时其阻值发生变化，可通过外接电路来控制LD组件中的致冷装置。图中的PD为本地光检测器，用它来监测LD的发光功率的大小，然后用外接电路来控制LD的偏流以达到使LD输出稳定的光功率之目的。
①②：致冷器
⑦⑧：PD
⑨⑩：LD的正负极 ⑤⑥：Rt
图
17 典型的LD组件
② 线性度较差
LD的发光功率随其工作电流的变化，并非是一种良好的线性对应关系（图18所示曲线是理想化的曲线）。但这并不影响LD在数字光纤通信中的广泛应用，因为数字光纤通信对光源器件的线性度并没有过高的要求。 ③ 工作寿命较短
由于LD中谐振腔反射镜面的不断损伤等原因，LD的工作寿命较LED为短，但目前可达到数十万小时。 4. LD的应用范围
由于LD具有发光谱线狭窄，与光纤的耦合效率高等显著优点，所以它被广泛应用在大容量、长距离的数字光纤通信之中。
尽管LD也有一些不足，如线性度与温度特性欠佳。但数字光纤通信对光源器件的线性度并没有很严格的要求；而温度特性欠佳可以通过一些有效的措施来补偿，因此LD成为数字光纤通信最重要的光源器件。
LD的种类很多，从结构上讲有F-P激光器，分布反馈式激光器与多量子阱型激光器等。但这是光器件工作者所关心的事情。从器件性能上讲有多纵模激光器、单纵模激光器与动态单纵模激光器等。
尽管LD的谱线十分狭窄（如只有2nm），但毕竟有一定宽度，而且在此谱宽范围内，除了中心波长的主模之外，其它波长的次模也具有较高的幅度，如图3.6所示，此谓之多纵模激光器。显然多纵模激光器（MLM）所发出的光并不是频率十分单一的光波，而是含有多种频率的光波。只不过其频率范围十分狭窄，而且中心波长的主模占主要成份。
图
18 多纵模激光器的光谱特性
而单纵模激光器（SLM）则不然，在一般情况下它的主模光功率占整个发光功率的99.99％以上，当然它也含有少量的次模，但完全可以忽略不计，如图19所示。
图
19 单纵模激光器的光谱特性
显然，在码速率很高、技术要求比较严格的单模光纤通信中，人们希望选择SLM作为其光源器件。 5. 光发送机方框图
光发送机是光纤通信系统的重要组成部分之一（另外组成部分是光接收机与光纤光缆），典型的光发送机的方框图20所示。
图
20 光发送机方框图
光发送机的作用就是把数字化的通信信息（如PCM话路信号）转换成光信号发送到光纤当中进行传输。
为此需要用数字电信号对光波进行调制。我们知道，调制方法有多种多样如频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等，但鉴于目前的技术水平所限，现在大都采用最简单的强度调制（IM）方式，即数字电信号为“1”的瞬间，光发送机发送一个“传号”光脉冲；数字电信号为“0”的瞬间，光发送机不发光即“空号”（实际上发极微弱的光）。 ① 输入接口
其作用是进行电平转换。因为PCM电信号通常是三电平码即+12V、0V、 -12V，输入接口把它们转换成二电平的非归零码（NRZ）或者归零码（RZ）。 ② 码型变换
为了在不中断通信业务的条件下对光纤通信进行误码监测、实现公务联络和减少长连“0”与长连“1”的个数，通常要在发送端进行码型变换，而在接收端进行码型反变换。
码型变换的方法是在原来标准码率的基础上适当增加一些码率，利用增加码率的一部分来实现误码监视、公务联络及平衡码流等。