光發(fā)送機(jī)(二)教學(xué)教程

第十四講光發(fā)送機(jī)（二）主要內(nèi)容一、調(diào)制電路原理二、APC電路工作原理三、ATC電路工作原理調(diào)制電路原理圖(a)共發(fā)射極驅(qū)動電路(b)射極耦合LD驅(qū)動電路電流源I0R2

R1

C1

Uin

Uc

v1

v2

Uin

UB

v

LED

LDIb-Ue共發(fā)射極驅(qū)動電路該電路主要用于以LED為光源的光發(fā)送機(jī)。數(shù)字信號Uin從三極管V的基極輸入，通過集電極的電流驅(qū)動LED發(fā)光。數(shù)字信號“1”和“0”碼分別對應(yīng)于V的截止和飽和狀態(tài)，電流的大小根據(jù)輸出光信號幅度的要求確定。這種驅(qū)動電路適用于10Mb/s以下的低速率系統(tǒng)。射極耦合LD驅(qū)動電路該電路適合激光器系統(tǒng)使用。電流源由V1和V2組成的差分開關(guān)電路，它提供恒定的偏置電流。在V2基極上施加直流參考電壓UB，V2集電極的電壓取決于LD的正向偏壓，數(shù)字電信號Uin從V1的基極輸入。當(dāng)信號為“0”時，V1的基極電位比UB高而先導(dǎo)通，

V2截止，LD不發(fā)光。當(dāng)信號為“0”時，V1的基極電位比UB低，而V2先導(dǎo)通，驅(qū)動LD發(fā)光。V1和V2輪流處于截止和非飽和導(dǎo)通狀態(tài)，有利于提高調(diào)制速率。該電路的調(diào)制速率可達(dá)到300Mb/s,電流噪聲小，但動態(tài)范圍小，功耗較大。

LD的調(diào)制特性

電光延遲張弛振蕩現(xiàn)象

自脈動現(xiàn)象電光延遲電光延遲電光延遲——激光器在高速調(diào)制下，輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在的一個初始延遲時間。其數(shù)量級一般為ns。

電光延遲會引入碼型效應(yīng)。當(dāng)電光延遲時間與數(shù)字調(diào)制信號的碼元持續(xù)時間為相同數(shù)量級時，會使“0”碼后的第一個“1”碼脈沖寬度變窄，幅度變小，嚴(yán)重時使單個“1”碼丟失，這種現(xiàn)象即“碼型效應(yīng)”。碼型效應(yīng)的敵特點(diǎn)是在脈沖序列中較多的“0”之后出現(xiàn)的“1”碼，其脈沖明顯變小，而且連“0”數(shù)越多，調(diào)制速率越高，該效應(yīng)越明顯。用適當(dāng)?shù)摹斑^調(diào)制”補(bǔ)償，可以消除碼型效應(yīng)。張弛振蕩現(xiàn)象張弛振蕩現(xiàn)象——當(dāng)電流脈沖注入激光器時，輸出光脈沖會出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩現(xiàn)象。其振蕩頻率一般為0.5到2GHz。該現(xiàn)象和電光延遲都會影響調(diào)制速率。當(dāng)最高調(diào)制頻率接近張弛振蕩頻率時，波形嚴(yán)重失真，會使接收機(jī)在抽樣判決時增加誤碼率，故實(shí)際調(diào)制頻率應(yīng)小于張弛振蕩頻率。電光延遲、張弛振蕩頻率和幅度衰減時間的表達(dá)式為：

其中是電子復(fù)合壽命，是諧振腔內(nèi)光子壽命，是注入電流密度，是閾值電流密度，是張弛振蕩幅度衰減到初始值的1/e時的時間。自脈動現(xiàn)象

自脈動現(xiàn)象——當(dāng)注入電流達(dá)到某個范圍時，輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅高頻振蕩的現(xiàn)象。它是由于激光器內(nèi)部不均勻增益或不均勻吸收產(chǎn)生的，與P-I特性的扭折區(qū)域相對應(yīng)。自脈動頻率可達(dá)2GHz，嚴(yán)重影響LD的高速調(diào)制。

自動功率控制電路原理圖+++---A1A2A3PDLDUiV1V2V3-U直流參考信號參考-UIb自動功率控制電路原理從LD的背向輸出光功率，經(jīng)PD檢測器檢測、運(yùn)算放大器A1放大后送到比較器A3的反相輸入端，同時，輸入信號參考電壓和直流參考電壓經(jīng)A2比較放大后送到A3的同相端，A3和V3組成的直流恒流源調(diào)節(jié)LD的偏置電流Ib，使LD輸出光功率穩(wěn)定。自動溫度控制電路原理圖TECR1R2R3RRTPINLDAAB+U+UV+-自動溫度控制電路原理溫度控制裝置由制冷器TEC、熱敏電阻RT、和控制電路組成。由熱敏電阻和R1、R2、R3組成的“換能電橋”，通過電橋?qū)囟茸兓D(zhuǎn)換為電流的變化。運(yùn)算放大器的差動輸入端跨接在電橋的對端，用于改變?nèi)龢O管的基極電流。在設(shè)定溫度（如20℃）時，調(diào)節(jié)R3使電橋平衡，A、B點(diǎn)間無電位差，故流過制冷器TEC的電流為零。當(dāng)環(huán)境溫度升高時，LD的溫度升高，使具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻阻值變小，電橋失去平衡，使B點(diǎn)電位低于A點(diǎn)電位，運(yùn)算放大器輸出電壓升高，V的基極電流增大，