CATV光网络设备原理及应用第十讲外调制光发射机结构及原理.doc

《中国有线电视》2004 (24) CHINA CABL E TEL EVISION ·实用连载· CATV 光网络设备原理及应用 第十讲 外调制光发射机结构及原理 □丁 炜(济南历泰信息科技有限公司 ,山东 济南 250100) 中图分类号 : TN915 . 62 文献标识码 : E 文章编号 :1007 - 7022 (2004) 24 - 0083 - 06 (上接第 22 期) 与 1 310 nm 直接强度调制光发射机相比较 ,1 550 nm 外调制光发射机不存在 Chirp 效应 ,光纤系统二次 失真和三次失真小 ,光发射机还可以有两路光信号输 出 ,外调制光发射机配备光纤放大器 ,输出功率可以超 过 200 mW ,因此外调制光发射机得到广泛应用 ,大中 型网络系统几乎全用外调制光发射机 。 1 外调制光发射机的结构 每个厂家生产的外调制光发射机所采用的具体的 功能电路是不一样的 ,但是基本结构是一致的 ,常见的 外调制光发射机的结构如图 1 所示 。 为随信号而变化的光信号 ,从调制器输出的两路被调 制的光信号经两只光分路器取出 ,每路的一部分光信 号经光探测器解调进入 CSO 和 CTB 控制环路 。另外 , 为了避免温度对外调制器的影响 ,必须对外调制器进 行适当的温度控制 ,由于单模光纤的入纤功率过大时 会产生受激布里渊散射 ( SBS) ,SBS 现象严重影响链路 性能指标和稳定性 ,为了抑制 SBS ,光发射机中还必须 有 SBS 抑制电路 , 这一点与直接强度调制是不同的 。 外调制技术从根本上克服了直接强度调制的频率调制 效应 ,原则上外调制光发射机既可工作于 1 550 nm ,又 可工作在 1 310 nm ,但标准光纤在 1 310 nm 的波长时 色散为零 , 即使激光器产生 Chirp 效应 , 也不会导致 CSO 恶化 ,因而在实际的 1 310 系统 ,人们还是乐于采 用便宜的直接调制光发射机 。 从图 1 结构图可以看出 ,外调制光发射机比直接调 制光发射机更复杂 ,按光发射机的信号流程及功能的差 异 ,整个光发射机可分为以下几部分 : RF 通道功能电 路、光源模块功能电路、外调制器模块功能电路、SBS 抑 制功能电路、微处理控制及接口电路、电源电路等。 2 外调制光发射机各功能模块的结构 、原理及功能 2 . 1 光源模块功能电路 光源模块是外调制光发射机的核心 ,它产生恒定 波长与恒定强度的激光 ,它以 1 550 nm DFB 激光器为 核心元件 ,整个电路包括其外围附属功能电路及光导 通路元件 ,如图 2 所示 。 (1) DFB 激光器是用单导体材料 InGaAsP 作为激活 物质 ,能够产生 1 550 nm 的激光。前面讲的 1 310 nm 图 1 外调制光发射机结构框图 1 550 nm 激光器发射出强度稳定不随时间变化的 窄光谱光束 ,经过耦合光学元件 、极化控制器 、光隔离 器等一系列光路元件 ,注入 LiNbO3 晶体制成的外调制 器 。射频信号经过预失真电路 (线性化电路) 及驱动电 路后 ,加到外调制器的信号电极上 ,在信号电场的作用 下 ,对光信号强度和相位进行调制 。调制器的输出即  是依靠光波导间电磁场的耦合来工作的 ,此处的光耦 合器指光纤的对接耦合 ,对此耦合器的要求是插入损 耗小 、操作方便 。一般都采用活动耦合器 ,但也有一些 产品采用固定耦合器 ,这种耦合方式虽然插损小 ,但无 法实现移动操作 ,具有一定的局限性 。 (3) 光隔离器 。光隔离器是一种非互易光学元件 , 它只容许光束沿一个方向通过 ,对反射光有很强的阻 挡作用 。虽然在 DFB 激光器中也集成有微型光隔离 器 ,但在外调制光发射机中 ,此处还是加有光隔离器 , 以滤除反射光 ,防止反射光进入半导体激光器 (反射光 会使激光振荡 ,产生不稳定现象 ,导致光谱变化 、噪声 增加) 。 图 2 光源模能功能电路图 直接调制光发射机采用的光源也是 DFB 激光器 ,但它 是用不同的半导体材料制成的 ,发出激光的波长为 1 310 nm 的光 ,1 550 DFB 激光器组件的结构和1 310 DFB 激光器的结构基本一致。DFB 激光器对温度的变化很 敏感 ,因而稳定激光器的输出是一个重要的问题 ,温度 的变化和器件的老化给激光器带来的不稳定表现主要 为 : ①激光器的阈值电流随温度变化呈指数规律变化 , 并随器件的老化而增加 ,从而使输出光功率发生很大变 化 ; ②随着温度的升高及器件的老化 ,激光器的电光转 换效率降低 ,从而使光输出变化 ; ③随着温度的升高 ,半 导体激光器的发射波长的峰值位置移向长波长。为了 消除温度变化和器件老化的影响 ,稳定输