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光發(fā)送機與光接收機統(tǒng)稱為光端機。
光端機是光纖通信系統(tǒng)中的光纖傳輸終端設備，它們位于電端機和光纖傳輸線路之間（見圖9.2）。
光發(fā)送機的主要作用是將電端機送來的電信號變換為光信號，并耦合進光纖中進行傳輸。光發(fā)送機中的光源是整個系統(tǒng)的核心器件，它的性能直接關系到光纖通信系統(tǒng)的性能和質量指標。
光接收機的主要作用是將光纖傳輸后的幅度被衰減、波形產生畸變的、微弱的光信號變換為電信號，并對電信號進行放大、整形、再生后，再生成與發(fā)送端相同的電信號，輸入到電接收端機。光接收機中的關鍵器件是半導體光檢測器，它和接收機中的前置放大器合稱光接收機前端。前端性能是決定光接收機的主要因素。
1.光纖通信系統(tǒng)對光源的要求
光纖通信系統(tǒng)對于光源的要求可以概括為：
• 光源的發(fā)射波長應該與光纖的低損耗窗口一致，即850nm、1310nm和1550nm三個低損耗窗口；
• 光源有足夠高的、穩(wěn)定的輸出光功率，以滿足系統(tǒng)中繼距離的要求，一般為數十微瓦至數毫瓦為宜；
• 光源的光譜線寬要窄，即單色性好，以減小光纖色散對信號傳輸質量的影響；
• 調制方法簡單，且要響應速度快，以滿足高速率傳輸的需要；
• 電光轉換效率要高；
• 能夠室溫連續(xù)工作；
• 體積小、重量輕、壽命長，工作穩(wěn)定可靠。
目前，滿足上述要求的光源器件是半導體激光器（LD）和半導體發(fā)光二極管（LED）,它們在不同的光纖通信系統(tǒng)中用作光發(fā)送機的光源。
2.半導體激光器
（1）基本原理
受激輻射是半導體激光器的基本工作原理。半導體激光器是由共價單晶體所制成的。在半導體材料中，原子是緊密地按一定規(guī)則排列的。由于電子的共有化運動，使能級產生了分裂.并形成了能帶，如圖9所示。晶體中電子填充能帶遵守泡利不相容原理和能量最小原理。低能帶首先被占滿，稱為滿帶；價電子占據的能帶稱為價帶；價帶上面的自由電子占據的能帶稱為導帶；導帶和價帶之間是不能被電子占據的禁帶,通常用Eg表示導帶和價帶之間的能量差，稱為禁帶寬度
Eg=Ee一Ev（9-20）
式（9-20）中,Ee為導帶底的能量；Ev為價帶頂的能量。
圖9 半導體的能帶結構
一般來說，處于高能態(tài)的一導帶的電子是不穩(wěn)定的，它們會向低能態(tài)一價帶躍遷，而將能量以光子的形式釋放出來。這種發(fā)光過程可以通過自發(fā)輻射和受激輻射這兩個基本形式而進行。但受激輻射的產生還必須有光場的激發(fā)，自發(fā)輻射則不需要。在自發(fā)輻射中，產生的是非相干光。半導體發(fā)光二極管（LED）正是利用了自發(fā)輻射的效應而發(fā)光。在受激輻射中產生的是相干光，半導體激光器（LD）正是利用這個原理制成的。
當晶體中有光場存在，且光子的能量hf≥Ec-Ev(f為光子的頻率）時，處于導帶上的電子在光場的激發(fā)下躍遷到價帶上，同時發(fā)射出一個和激發(fā)光子一模一樣的光子。這一過程即為受激輻射。受激輻射使原來的光場加強，光波被放大。
要產生激光必須使受激輻射占主導地位，這就需要導帶上的電子密度高于價帶上的電子密度一實現粒子數反轉分布。實現粒子數反轉分布需要給半導體激光器外加激勵（泵浦），采用的方式是對PN結加正向電流。在半導體激光器內部實現粒子數反轉分布、具有光放大的區(qū)域稱為有源區(qū)。
（2）半導體激光器的結構
半導體光源的核心是PN結，它由高摻雜濃度的P型半導體材料和N型半導體材料組成。
半導體激光器的基本結構如圖9-10所示。在P區(qū)和N區(qū)之間的PN結區(qū)為有源區(qū)（或激活區(qū)），這種結構稱為異質結構；兩個端面為自然解理面形成平行反射鏡，構成光學諧振腔。有源區(qū)為光提供增益，而諧振腔的作用是提供光學正反饋，并控制激光束的特性。
