第五章光发送机.ppt

图5.10 温度引起的光功率输出的变化 图5.11 结发热效应 （2）光源的自动温度控制（ATC） 温度控制装置的组成 温度控制装置由致冷器、热敏电阻和控制电路组成，图5.12示出了温度控制装置的方框图。 图5.12 自动温度控制原理方框图 致冷器的冷端和激光器的热沉接触，热敏电阻作为传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使激光器输出特性保持恒定。 目前，微致冷大多采用半导体致冷器，它是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的电偶来实现致冷的 用若干对电偶串联或并联组成的温差电功能器件，温度控制范围可达 30~40 ℃。 为提高致冷效率和温度控制精度，把致冷器和热敏电阻封装在激光器管壳内，温度控制精度可达±0.5 ℃。 从而使激光器输出平均功率和发射波长保持恒定，避免调制失真。 自动温度控制（ATC）原理 图5.13 ATC电路原理 ATC电路主要由R1、R2、 R3和热敏电阻RT组成“换能”电桥，通过电桥把温度的变化转换为电量的变化。运算放大器A的差动输入端跨接在电桥的对端，用以改变三极管V的基极电流。 T(环境) →T(LD、热沉) →RT →I(致冷器) →T(LD) 在设定温度(例如20 ℃)时，调节R3使电桥平衡，A、B两点没有电位差，传输到运算放大器A的信号为零，流过致冷器TEC的电流也为零。 当环境温度升高时，LD的管芯和热沉温度也升高，使具有负温度系数的热敏电阻RT的阻值减小，电桥失去平衡。 这时B点的电位低于A点的电位，运算放大器A的输出电压升高，V的基极电流增大，致冷器TEC的电流也增大致冷端温度降低，热沉和管芯的温度也降低，因而保持温度恒定。 注：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。 对于短波长激光器，一般只需加自动功率控制电路即可。 对于长波长激光器，由于其阀值电流随温度的漂移较大，因此，一般还需加自动温度控制电路，以使输出光功率达到稳定。 3. 其他保护、监测电路 （1）LD保护电路：使激光器的偏流慢启动，以防损坏激光器。 （2）无光告警电路 （3）激光器寿命告警电路 5.3 光功率发射和耦合 光源-光纤、光纤-光纤的耦合 各种耦合的损耗 光纤的连接和光纤连接器 5.3.1 光纤线路耦合 我们关心的问题是如何让耦合效率最高。 （1）从多种类型的发光光源将光功率发射进一个特定的光纤。它与光源的尺寸、辐射强度和光功率的角分布、光纤的数字孔径、光纤的纤芯尺寸、光纤的折射率均有关系。可以通过透镜来提高光源-光纤的耦合效率。 （2）通过光源供应商提供的“跳线”或“尾纤”，将光功率从一根光纤耦合进另一根光纤。它与光纤位置偏差、不同的纤芯尺寸、光纤的数字孔径、光纤的折射率剖面有关系。 5.3.2 改善耦合的透镜结构 对于给定的光纤端面，如果光源的面积大于光纤端面，则最终 耦合入纤的功率可以达到最大值；如果光源的面积小于光纤端 面，则耦合效果要大打折扣。 一种增大发射面的办法就是 在光源和光纤中使用透镜 几种不同的透镜结构 透镜耦合一般用于光源发光面积小于纤芯面积的情况，其作用是扩大光源的发射面积，使之与纤芯区域匹配。 圆形端面光纤 非成像微球 接触 较大的成像球体 柱状棱镜 球形端面的LED和球形端面的光纤 锥形端面光纤 从一根光纤耦合到另一根光纤的光功率取决于每根光纤中传播的模式数量。假设所有模式功率均匀分布，光纤-光纤的功率耦合与两根光纤共有的模式数成正比。由此光纤-光纤的耦合效率为： 5.3.3 光纤与光纤的连接 其中ME为发射光纤的模式数，Mcomm为两根光纤所共有的模式数。因此，耦合损耗定义为： 多模光纤-多模光纤的两种连接情况 发射光束充满接收 光纤的数值孔径， 因此接收光纤必须 与发射光纤完全对 准以减少损耗 接收光纤的输入数 值孔径大于发射光 纤的稳态数值孔径， 因此轻微的对准误 差不会对连接损耗 产生显著影响 在稳态下的传输模式 光纤中所有模式被同等激励 机械对准误差 由于纤芯尺寸细微，因此很难实现完全精确的机械对准。 由此导致的机械对准误差将成为连接损耗的主要原因。机械损 耗分为三种： (1) 横向 (轴向) 误差； (2) 纵向误差； (3) 角度误差。 各种误差带来的损耗 结论：横向对