[信息与通信]光源与光发射机.ppt

美国亚特兰大光通信系统中光发射机的APC电路， 电路是通过控制LD偏置电流大小来保持输出光脉冲幅度的恒定。 在运放的输入端，再生信号由输入信号再生处理后得到， 它固定在0V～-lV间。 LD组件中PIN管接收LD的背面输出光，它受到与正面输出光同样的温度及老化影响，从而可用来反馈控制LD输出光功率。 该PIN产生的信号与直流参考比较后送到放大器的同相端，直流参考通过调节Rl控制预偏置电流IB。 调节R2使再生信号与PIN输出取得平衡，使IB保持恒定。 当输出光功率产生变化时，平衡破坏，反馈偏置电路将自动调整IB， 使输出功率恢复到原来的值，电路又恢复平衡状态。 R3Cl构成LD的慢启动网络， 当刚开启电源或有突发的电冲击时，由于电路的时间常数很大(～l ms)，IB只能慢慢增大。这时，前面的控制电路首先进入稳定控制状态，然后IB缓慢增大，保护LD免受冲击。 温度变化引起LD输出光功率的变化，虽然可以通过APC电路进行调节，使输出光功率恢复正常值。但是，如果环境温度升高较多，经APC调节后，IB增大较多，则LD的结温因此也升高很多，致使Ith继续增大，造成恶性循环，从而影响了LD的使用寿命。因此，为保证激光器长期稳定工作，必须采用自动温度控制电路(ATC)使激光器的工作温度始终保持在20度左右。 微制冷器多采用半导体制冷器。它是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。 当直流电流通过两种半导体组成的电偶时，出现一端吸热另一端放热的现象，这种现象称为珀尔帖效应。 微型半导体制冷器的温差可以达到30℃～40℃。 6、自动温度控制电路(ATC) LD的温度控制由微型制冷器、热敏元件及控制电路组成。 三、工作特性 1、光谱特性和辐射特性 没有经过光学谐振腔的光强反馈、方向选择和光频选择，谱线宽，辐射角大，强度不大。 λ P △λ 3dB Ⅰ θ 3dB θo Ⅰ0 Ⅰ=Ⅰ0·cosθ 2、P–Ⅰ特性 Ⅰ P 边发光二极管 面发光二极管 无阈值 自发光 近似直线 Ⅰ P Ⅰth（闸值电流） 3、温度特性 10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ Ⅰ P 对温度不敏感， 不用ATC电路。 Ⅰ P 20℃ 30℃ 40℃ 60℃ 80℃ 4、可靠性 工作寿命长，可靠性好，达3×105小时，合 34 年。 5、耦合效率低 LED发散角大，耦合效率低。一般小于10%。 四、 应用 中低速数字通信和模拟通信中 LD与LED之比较 L D L E D 1、P-I特性 Ⅰ P Ⅰ P 有阈值电流 曲线有转折点 无阈值电流 曲线无转折点 L D L E D 2、温度特性 Ⅰ P Ⅰ P 20℃ 40℃ 60℃ 80℃ 受温度影响大，温度越高闸值电流越大，输出光功率越小。 20℃ 40℃ 60℃ 80℃ 受温度影响小，温度升高，输出光功率减少不大。 3、光谱特性 L D L E D 单纵模 多纵模 λ P λ P λ P 谱线窄，功率大 谱线宽，功率相对小 4、方向性 L D L E D 方向集中，发散角小 方向不集中，发散角大 5、 耦合效率 耦合效率高 耦合效率低 6、 寿命 相对较短 较长 7、价格 高 低 8、应用 长途高速数字系统 中低速数字或模拟系统 根据LED和LD的性能，在选择光源时应作到技术上合理、经济上合理以及便于应用。 §4.5 光发射机 光发射机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是用电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。 1、发射端机的组成及功能： 输入 接口 线路 编码 调制 电路 光源 控制电路 输入接口：将电端机送来到HDB3码变换为普通二进制码。 线路编码：将普通二进制码变换为适合在光纤链路上传输的码型。 调制电路：为光源提供调制电流。 控制电路：主要是APC电路、ATC电路、光源保护电路等。 光源：一般为发光二极管或半导体激光器，实现光电转换。 §4.5 光发射机 2、光波的调制 在光纤通信系统中，把随信息变化的电信号加到光载波上，使光载波按信息的变化而变化，这就是光波的调制。 从本质上讲，光载波调制和无线电波载波调制一样，可以携带信号的振幅、强度、频率、 相位和偏振等参数使光波携带信息， 也即有调幅、调强、调频、调相、调偏等多种调制方式。 但为了便于解调，在光频段多采用光的强度调制方式。 在发射端采用光的幅度、频率、相位调制，在接收端采用相干检测的 光调制解调的方式叫相干光通信。 内调制 外调制 光强度调制：以信号去改变光的功率大小。 接收端直接检波 IM-DD（immediacy modulate-direct detection）方式 调制方式 内调制（直接调制）：直接用电信号去驱动光源。成熟的调制