7、光通信中的光源与探测器详解

光通信中的光源与探测器详解

在光无线通信（OWC）系统中，光源和光探测器（PD）起着至关重要的作用。本文将详细介绍常用的光源和光探测器，以及它们的特性、结构和工作原理。

1. 光通信系统中的光源

在光通信系统里，所采用的光源需具备一系列关键特性：
- 合适的波长与窄线宽（即高带宽）。
- 针对高速链路的快速响应时间（宽带）。
- 主要用于户外应用时，要有窄辐射模式（光束宽度）、高辐射度（功率）水平以及小发射表面积。
- 具备高能量效率、长寿命、稳定性（主要针对激光二极管）、高可靠性和低成本。
- 线性功率 - 电流特性，这对模拟信号传输十分重要。
- 能够通过改变驱动电流进行直接调制，且具有高调制带宽。

常见的光源有发光二极管（LED）和激光二极管（LD），它们均为依靠半导体材料电子激发来工作的固态器件。与白炽灯不同，LED和LD的光辐射不包含因材料温度产生的热辐射。这两种器件尺寸小、正向电压低，进而驱动电流小，在可见光波长范围内亮度出色，并且可选择单波长或多波长发射。选择哪种光源主要取决于具体应用及其关键特性，如光功率 - 电流特性、开关速度和光束轮廓等，且二者提供的功率相近（约10 - 50 mW）。

LED和LD可发出从可见光到红外（IR）区域的宽范围波长（颜色）的光。人眼的视觉范围仅为400 - 700 nm，而所有这些波长在OWC中都具有重要意义。红外区域可分为以下五个部分：
| 红外区域分类 | 波长范围 | 应用场景 |
| ---- | ---- | ---- |
| 近红外（IR - A） | 0.780 - 1.4 µm | 常用于光纤通信 |