光發(fā)射機的原理

1、光發(fā)射機的原理用光波傳輸電視信號和數(shù)據(jù)信息是20世紀(jì)末發(fā)展起來的一門新的科學(xué)技術(shù)，它的出現(xiàn)使世界信息產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展，現(xiàn)在光纖傳輸技術(shù)正以超出人們想像的速度發(fā)展，其光傳輸速度比 10 年前提高了100 倍，在今后的發(fā)展中估計還要提高 100 倍左右。隨著光纖傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，在光域上可進(jìn)行復(fù)用、解復(fù)用、選路、交換，網(wǎng)絡(luò)可利用光纖的巨大帶寬資源，增加網(wǎng)絡(luò)的容量，實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的“透明”傳輸。光傳輸系統(tǒng)主要由光發(fā)射機、光接收機、光分路器和光纖電纜及其它器件組成。一光纖傳輸光信號的基理光傳輸是在發(fā)送方和接收方之間以光信號形態(tài)進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。光傳輸電視信號的工作過程是在光發(fā)射機、光纖和光接收機三者之

2、間進(jìn)行的；在中心機房的光發(fā)射機把輸入的 RF電 視 信 號 變 換 成 光 信 號 ， 它 由 電 / 光 變 換 器(Electric-OpticalTransducer,E/O)完成， 變換成的光信號由光纖傳輸導(dǎo)向接收設(shè)備(光接收機)接收，光接收機把從光纖中獲取的光信號變換還原成電信號。因此光傳輸信號的基理就是電/光和光/電變換的全過程，也稱為光鏈路。目前光傳輸方式采用光強度調(diào)制。 如采用激光器的光發(fā)器件發(fā)出相位一致的所謂相干光，因此采取了使發(fā)光強度整體發(fā)生變化的調(diào)制方式，它利用了輸出光功率對應(yīng)于電/光變換器輸入信號電流的變化而線性變化的特性。在光/電變換器(Optical-Electri

3、cTransducer,O/E)中，輸出正比于輸入光信號強度的電流，光/電變換器的輸出電流波形因而與電/光變換器輸入電流波形相似，達(dá)到了信號傳輸?shù)哪康摹Ｄ敲矗?光纖又是如何導(dǎo)向光信號的呢？目前有線電視系統(tǒng)使用的光纖是圓柱體的光纖，它由光纖圓柱體和包層組成，是石英玻璃材料。包層起著把光嚴(yán)密地封閉在光纖內(nèi)的作用，保護纖芯，增強光纖本身的強度。而纖芯的作用是傳輸光信號。纖芯和包層雖然都是石英玻璃材料生產(chǎn)而成，但在生產(chǎn)時對兩者的摻雜成份有區(qū)別，因而導(dǎo)致了所產(chǎn)生的折射率大小不同(纖芯為 1.4631.467,包層為1.451.46),當(dāng)然也與所采用的材料不同有關(guān)。當(dāng)激光器發(fā)射的光源進(jìn)入纖芯后，光入射到包

4、層界面時，只要入射角大于臨界角，就會在纖芯內(nèi)產(chǎn)生全反射，光不會漏射到包層中，這樣聚入到纖芯內(nèi)的光信號就會不間斷地傳播下去，直到導(dǎo)向光接收機為止。這個過程就是光信號在光纖中傳輸?shù)幕怼６鈧鬏斨挟a(chǎn)生的失真光在光纖中傳輸時，也會產(chǎn)生一些失真，產(chǎn)生失真的原因有以下幾點：(1)在光纖傳輸系統(tǒng)中，由于半導(dǎo)體激光器的電/光轉(zhuǎn)換特性的非線性，使輸出的光信號與激勵電流的變化不一致導(dǎo)致了失真，它稱為調(diào)制失真。調(diào)制指數(shù) M 值不允許太大，選擇高性能、預(yù)失真處理技術(shù)強的光發(fā)射機很有必要，預(yù)失真處理技術(shù)是利用人為的設(shè)計產(chǎn)生預(yù)失真改善調(diào)制線性，達(dá)到消除和減輕光纖傳輸系統(tǒng)中 CSO 與CTB 的目的。(2)在光傳輸系統(tǒng)中

5、，由于驅(qū)動 RF 放大器和接收 RF 放大器產(chǎn)生失真的機會很小，線性 PIN 光電二極管因信號電平不太高，產(chǎn)生的微小失真可不計，而它的主要原因來自于半導(dǎo)體激光器調(diào)制特性的失真和光纖的色散。(3) 激光器在光強度調(diào)制時，光的波長會發(fā)生變化，出現(xiàn)附加頻率調(diào)制，使信號頻率展寬，出現(xiàn)蜩啾效應(yīng)，主要表現(xiàn)為 CS 或真。(4)光纖的色散特性會使不同波長的群時延發(fā)生差異， 形成到達(dá)終端的時間會先后不一致所引起的失真，主要是 CS 供真。在光纖傳輸系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真主要是 CSO 失真， 而 CTB 失真的程度遠(yuǎn)比 CS 或真小，為了確保系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，使系統(tǒng)載噪比和失真性能處于合理的范圍之內(nèi)，采取的措施一般利

6、用 CNRt 標(biāo)來平衡 CSOCTB 指標(biāo)。如果增加或者減小 CNR 直 1dB,那么CSCM會惡化或者改善1dB,CT的旨標(biāo)就會惡化或者改善2dBo三光發(fā)射機的工作原理光發(fā)射機中最重要的光器件就是半導(dǎo)體激光器， 實際上它是一只激光二極管(LaserDiode,LD),當(dāng)然也有不使用激光二極管，而是使用半導(dǎo)體發(fā)光二級管(LightEmittingDiode,LED)的。1310nm 光發(fā)射機一般采用直接調(diào)制方式(殘留邊帶一幅度調(diào)制，VSB-AM 方式)，它的功能是把電信號轉(zhuǎn)換成光信號，它通過外部電路改變注入激光器的電源來實現(xiàn)。它設(shè)置的偏置電路能為激光器提供最佳偏置工作電源，偏置電流不同，激光器

7、就會有不同的功率輸出，為確保穩(wěn)定的輸出光功率，應(yīng)設(shè)計光功率和激光器溫度的自動控制電路，如采用微電腦達(dá)到自動控制光發(fā)射機的最佳工作狀態(tài)。激光器正在廣泛地用作光振蕩器(即發(fā)光器件)， 它是依靠本身所成的激光器媒質(zhì)材料的能量狀態(tài)與光的相互作用工作。為使激光器工作，必須有一定大小的電流，這一電流的大小與光強度之間有一定關(guān)系，當(dāng)增加電流時，光的強度急劇增加，這一點說明激光器已開始工作，這個使激光器開始工作的電流叫門限電流，它越小越好，因為這已經(jīng)能使激光器開始工作，如再繼續(xù)增加門限電流，就會形成輸出的飽和區(qū)，飽和區(qū)的電流達(dá)到一定值后，就會使傳輸信號的質(zhì)量下降甚至損壞激光二極管，對于光纖傳輸所需功率來講，在

8、線性區(qū)域有數(shù)兆瓦的輸出功率滿足遠(yuǎn)距離傳輸信號和信息的要求。光的傳輸質(zhì)量除光強的量以外，還與光譜和噪聲等問題有一定關(guān)系。多波長的光譜對高質(zhì)量的模擬信號的傳輸是不太適合的， 即使以單模方式來工作，它的發(fā)光譜線也有寬度，寬度越窄，光波變得越純，越會成為時間相干，即相干性好的光波。相干性好的光波不需用透鏡和其它器件將它會聚成小的光點，也越適合光纖的入射。四光接收機的工作原理光接收機的主要部件是光檢測器， 也就是高靈敏度的光電二極管(PIN)，光電二極管利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)完成對光信號的檢測工作，使光信號還原成 RF 電視信號，然后對 RF 信號進(jìn)行放大，以及AGOt 平控制等處理后輸出合格的 RF 信

9、號供網(wǎng)絡(luò)分配。光接收機的主要技術(shù)是 C/N、C/CTBC/CSO 這三大技術(shù)指標(biāo)又都是由光電轉(zhuǎn)換模塊的性能所確定，在相同光功率輸入的情況下，轉(zhuǎn)換輸出的 RF 電平就有大小之分，當(dāng)光電模塊轉(zhuǎn)換效率高時，它的輸出電平高，所帶來的 C/N 值指標(biāo)也好，反之，C/N 值指標(biāo)變差。而 C/CSOC/CTB 兩項技術(shù)指標(biāo)由光電模塊的線性度而定，高質(zhì)量的光電模塊在 C/CSOC/CTB 指標(biāo)相同的情況下，允許更寬的接收功率范圍。五光器件的發(fā)展前景隨著寬帶網(wǎng)的光纖傳輸技術(shù)不斷更新，多功能業(yè)務(wù)的不斷完善，對光器件和光纖的傳輸特性的要求越來越高，光纖取代銅線的時代終究要來臨，隨著信息時代腳步聲的來臨，光傳輸技術(shù)的

10、發(fā)展前景非常廣闊。來源：世界寬帶網(wǎng)絡(luò)易維善先生光發(fā)射機的選擇與使用光發(fā)射機是光纜傳輸系統(tǒng)的核心設(shè)備。它的作用是將輸入光發(fā)射機的射頻有線電視電信號進(jìn)行光調(diào)制，實現(xiàn)電、光轉(zhuǎn)換(E/O),并向光纜系統(tǒng)發(fā)送連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的光信號。現(xiàn)市場上銷售的光發(fā)射機種類：按其調(diào)制方式不同，分為直接調(diào)制光發(fā)射機和外調(diào)制光發(fā)射機兩種。直接調(diào)制光發(fā)射機多用于 1310nm 光纖系統(tǒng)，外調(diào)制光發(fā)射機多用于 1550nm 光纖系統(tǒng)。無論是直接調(diào)制還是外調(diào)制的光發(fā)射機，其核心部件是激光器組成。一、直接調(diào)制激光發(fā)射機1、組成直接調(diào)制光發(fā)射機的組成，除核心部件 DFB 激光器組件外，還有電源、激光器偏置電路、激光器慢起動電路、過

11、載保護電路和驅(qū)動保護電路、功率控制和致冷控制電、光檢測電路、失真補償電路、光檢測器（PIN）芯片（用于光功率檢測和自動功率控制），用于雙向自動溫度控制（ATC）的半導(dǎo)體致冷器和熱敏電阻等。2、工作過程光發(fā)射機的輸入信號是電視射頻（RF）信號。在前端，多路RF 信號經(jīng)多路混合器混合成一路信號后，送入光發(fā)射機輸入端，經(jīng)過前置放大器放大后，進(jìn)行電控衰減，并還進(jìn)行預(yù)失真補償和自動功率電平控制，再去驅(qū)動激光器芯片進(jìn)行電/光調(diào)制，將電信號轉(zhuǎn)變成光調(diào)制信號。輸出端加一個光隔器，可大大減少由光纜傳過來龍去脈光反射波對激光器的影響。光信號通過光活動接頭送入光纜，通過光纜把光信號傳送至各光點。可看出， 激光器的發(fā)

12、射功率和非線性失真依賴于偏置電流 （IO） ,故光發(fā)射機設(shè)置激光器的偏置電路和預(yù)失真補償電路，來保證非線性指標(biāo)和發(fā)射輸出的穩(wěn)定。激光器的溫度升高，將使門限值增大，飽和輸出光強下降，P-I特必曲線的直線段范圍減?。?2 自動態(tài)范圍減?。榱吮ＷC光發(fā)射機始終正常工作，必須保證激光器在恒溫（一般是25C）條件下工作。光發(fā)射機器的用于雙向自動溫度控制（ATC）的半導(dǎo)體制冷器和熱敏電阻是保證激光器工和在 25C 恒溫條件下。光發(fā)射機中有微處理器，其芯片中存儲有激光器的最佳工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，對激光器可進(jìn)行慢啟動并可以自動斷開射頻電視驅(qū)動電流，以保護激光器。光發(fā)射機前面板上的各種開關(guān)都是通過微處理器控制的。溫

13、度的變化和器件的老化都會引起激光器閥值電流和光電轉(zhuǎn)換效率的變化，若想精確控制激光器的光輸出功率，應(yīng)從兩個方面著手解決：一是控制激光器的偏流，使其自動跟蹤閥值電流的變化，保證激光器總是工作在最佳偏置狀態(tài)；二是控制激光調(diào)制電流的幅度，使其自動跟隨電、光轉(zhuǎn)換效率變化而變化。自動功率控制完成以上兩項任務(wù)，以保證激光器輸出精確光功率。二、外調(diào)制光發(fā)射機外調(diào)制光發(fā)射機由外調(diào)制器、激光器、激光控制電路、調(diào)制控制電路、微處理器、預(yù)失真電路、光檢測器、RF 信號衰減器、放大器、電源等組成。三、直接調(diào)制和外調(diào)制兩種光發(fā)射機的比較直接調(diào)制型發(fā)射機多用于 DFB 激光器，DFB 激光器線性好，可以不用預(yù)失真電路的補償

14、而獲得較好的 CTB 值和 CSO 值，但由于直接調(diào)制存在附加的頻率調(diào)制，非線性失真指標(biāo)（特別是 CSO 值）很難做到很高。DFB 發(fā)射機性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡章，價格低廉，所以被普遍選用。直接調(diào)制型光發(fā)射機的功率一般不可太大，在 18nw 以內(nèi)，因此，限制了傳輸距離，一般用于本地分配網(wǎng)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級光纜傳輸網(wǎng)。該類型光發(fā)射機多用于 1310nm 光纖網(wǎng)中，1310nm 光纖衰減是 0.35db/km,故最大傳輸距離不超過 35 公里。外調(diào)制光發(fā)射機： 輸出功率大， 可達(dá) 2X20mw 以上(兩路輸出)，噪聲小，又無類似 LD 的附加頻率調(diào)制和光纖色散特性復(fù)合產(chǎn)生的cso 失真。因此，常用于遠(yuǎn)距離傳輸或大

15、型有線系統(tǒng)中。外調(diào)制光發(fā)射機一般用 YAG 激光器， YAG 激光器采用外調(diào)制后， 線性很差，必須使用預(yù)失真電路來補償。由于它色散較少，故 YAG 光發(fā)射機很適合 1550nm 波長光纖，多用于 1550nm 光纖網(wǎng)中。YAG 光發(fā)在 1550nm 光纖網(wǎng)中，可用用放大中繼，1550nm 光纖衰減又小(0.25db/km),所以，YAG 光發(fā)射機可用超遠(yuǎn)距離傳輸。外調(diào)制光發(fā)射機用在 1310nm 光纖網(wǎng)中，傳輸距離可達(dá) 50 公里，也比直接調(diào)制型光發(fā)射機傳輸距離迅。但外調(diào)制型光發(fā)射機價格高，近距離傳輸?shù)墓饫w網(wǎng)很少選用外調(diào)制光發(fā)射的。四、光發(fā)射機的技術(shù)指標(biāo)光發(fā)射機的技術(shù)指標(biāo)是選擇光發(fā)射機的依據(jù)，

16、光發(fā)射機的性能參數(shù)好環(huán)直接影響整個有線電視系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的好環(huán)。五、光發(fā)射機的選擇了解和掌握光發(fā)射機的組成、工作原理和性能參數(shù)，對于有線電視技術(shù)人員是非常重要的，因為只有掌握了光發(fā)射機的基本工作原理和技術(shù)性能指標(biāo)， 才能有效合理選用光發(fā)射機和搞好日常維護?，F(xiàn)在國外、國內(nèi)生產(chǎn)光發(fā)射機的廠很多，光發(fā)射機品牌類別更多，性能指標(biāo)和單機價格也相差很大，進(jìn)行合理選型對保證光纖網(wǎng)質(zhì)量和降低建網(wǎng)成本有較大好處。較高的性能價格比、可靠質(zhì)量保證體系、良好的售后服務(wù)保障是選擇光設(shè)備應(yīng)遵循的原則。1、選用有國家入網(wǎng)證和經(jīng)過廣電總局檢測合格的產(chǎn)品。2、合理選用 1310nm 和 1550nm 光工作波長的光發(fā)射機。鄉(xiāng)鎮(zhèn)級

17、光纖網(wǎng)傳輸距離近最好選用 1310nm 波長光發(fā)射機，投資少，對于傳輸距離迅、光點又比較多的光纖網(wǎng)，選用 1550nm 波長光發(fā)射機為好，總投資要比 1310nm 光設(shè)備網(wǎng)的少。3、激光器是光發(fā)射機的核心器伯，在選購光發(fā)射機，首先要重視激光器的選用，用戶可指定選用奧特爾、朗訊、富士通等激光器。4、考察光發(fā)射機的性能參數(shù)，觀看機內(nèi)的生產(chǎn)工藝水平5、根據(jù)對光纖網(wǎng)的設(shè)計計算出的所需總功率，合理組合確定光發(fā)射機的臺數(shù)和各臺光發(fā)射機的輸出功率， 如經(jīng)計算光網(wǎng)需 10mw2臺，12mw1 臺，用戶就選購 10mw 光發(fā)機 2 臺，12mw1 臺。6、 光發(fā)射機功率瓦數(shù)大小確定之后， 主要看光發(fā)射機鏈路損耗

18、。從數(shù)學(xué)關(guān)系，功率數(shù)值與鏈路損耗數(shù)值是對應(yīng)可互換關(guān)系，如把 6.5mw可換算為 8.13dbm,若知道鏈路損耗數(shù)值是 8.13dbm,可對應(yīng)換算為 6.5mw。但光發(fā)射機輸出功率與光發(fā)鏈路損耗之間沒有對應(yīng)換算關(guān)系。光發(fā)射機的鏈路損耗 dbm 值僅與使用器件和制造時的技術(shù)有關(guān)。 就是說6mw 光發(fā)射機的鏈路損耗特性，不一定是 7.78dbm,可能是 8dbm或是 9dbm。不同廠家，由于采用的技術(shù)、元件加工工藝不一樣，相同功率的光發(fā)射機鏈路損耗就不一樣。就是同一廠家，由于元件和加工工藝不一樣，相同功率發(fā)射機鏈路損耗也不一定一樣。所以在選擇光發(fā)射機時，不能只看功率數(shù)值，不關(guān)心鏈路損耗值，應(yīng)是功率數(shù)

19、為參考，主要是看光發(fā)射機的鏈路損耗數(shù)值。必須在相同傳輸頻道數(shù)，相同 C/N、CTB、CSO 指標(biāo)條件下，比較不同廠家生產(chǎn)光發(fā)機的鏈路損耗。如 A 廠家生產(chǎn) 8mw 的光發(fā)射機鏈路損耗為9dbm,而 B 廠家生產(chǎn) 8mw 的光發(fā)射機鏈路損耗為 10dbm。我們就應(yīng)選用 B 廠家生產(chǎn)的 8mw 光發(fā)射機。7、從鏈路損耗方面考慮使用小于 10mw 的光發(fā)射機比較好，盡量少用大于 16mw 的光發(fā)射機。8、 注意性能價格比， 選用質(zhì)量好、 價格又比較便宜的光發(fā)射機。9、選用售后服務(wù)好的廠家或公司。六、光發(fā)射機的使用與保養(yǎng)1、首先讀好廠家給的使用說明書，按產(chǎn)品說明書安裝、調(diào)試、使用光發(fā)射機。2、通電前應(yīng)

20、把光發(fā)射機外殼良好接地。3、保證光發(fā)射機有連續(xù)不間斷，電壓穩(wěn)定的正常供電電源光發(fā)射機的激光器組件和光電轉(zhuǎn)換模塊最忌瞬間脈沖電流的沖擊，因此，在使用中一定要避免或減少頻頻開關(guān)機，以確保激光器的使用壽命。4、一旦激光器進(jìn)入工作狀態(tài)，人眼切不可直視光發(fā)射機后面板上的光輸出口，以免激光器燒壞人眼視網(wǎng)膜。5、正確選擇射頻信號的輸入電平。DFB 光發(fā)射機的 RF 驅(qū)動電平直接決定光發(fā)射機的調(diào)制度，同時也決定了 C/N、CTB、CSO 值的大小。如果，加入光發(fā)射機的 RF 電平達(dá)大，會引起光調(diào)制度 m 值增大，將劣化 CTB、CSO 非線性指標(biāo)，還會造成DFB 激光器的過驅(qū)動， 導(dǎo)致光發(fā)射機輸出功率下降；

21、輸入電平過小，使光調(diào)制度降低，導(dǎo)致光發(fā)射機的載噪比指標(biāo)不能滿足需求。 所以，正確選擇 RF 驅(qū)動電平，是保證光纖傳輸網(wǎng)各項指標(biāo)的關(guān)鍵。不同廠家生產(chǎn)的光發(fā)射機要求 RF 驅(qū)動電平是不相同，所以應(yīng)根據(jù)廠家產(chǎn)品說明書來設(shè)置發(fā)射機的輸入 RF 電平。若產(chǎn)品說明書，只給一定范圍電平值（如 75-85db）,則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸頻道數(shù)確定 RF 值，如果傳輸頻數(shù) N40,取 RF 值為 76-78dB;若 30N40,取 RF 值為78-80dB;若 20N30，取 RF 值 80-83bB。如果產(chǎn)品說明書給出75+10Lg60/N,先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)罃?shù) N,求出 10Lg60/N 值后再與 75相加，如 N=35,則 10Lg60/N=2.34dB,75+2.34=77.34,取 RF=78dB6、保持機房有一整潔、防潮、散熱的工作環(huán)境，有條件