光发送电路基础知识介绍
光发送电路基础知识介绍

13.1激光器简介

在光纤通信系统中，光发送机的作用是将电信号转变为光信号，并有效地把光信号送入传输光纤。光发送机的核心是光源及其驱动电路。光纤 通信系统对光源的要求主要有：

(1）调制容易、线性好、带宽大；

(2）输出谱窄，以降低光纤色散的影响；

(3）辐射角小，与光纤的藕合效率高；

能满足上述要求且已广泛应用于光纤通信系统中的有两种半导体光源：发光二极管(LED）和激光二极管（LD）。这两种光源的主要区别在于LED输出为非相干光，其谱宽宽，入纤功率小，调制速率低；而LD是相干光输出，谱宽窄，入纤功率大，调制速率高。因此，前者适用于短距离低速系统，后者适用于长距离高速率系统。

发光二极管LED和激光二极管LD的主要特性有

(l)P-I特性

输出光功率P与偏置电流I的关系。LED是非闽值器件，发光功率随工作电流增大而增大，并在大电流时逐渐饱和。



LD的P-I特性由A,B两段组成，B线的延长线与横轴的交点对应的电流为闽值电流Ith，当工作电流大于Ith时产生激光输出。LD的Ith对工作温度是十分敏感的，随着工作温度的提高，P-I特性曲线向右移动，阂值电流增大，斜率减小。



在光纤通信系统中，信息由LED或LD发出的光波所携带，光波就是载波。把信息加载到光波上的过程就是调制。按调制方式与光源关系来分，有直接调制和外调制两种。前者指直接用电调制信号来控制半导体光源的振荡参数（光强，频率等），这种方式又称为内调制；后者是让光源输出的幅值与频率恒定的光通过光调制器，光信号通过调制器实现对光载波的幅度、频率及相位等进行调制。光源直接调制的优点是简单，但调制速率受到载流子寿命及高速率下的性能退化的限制（如频率凋啾等）。外调制需要调制器，结构复杂，但可获得优良的调制性能，尤其适用于高速率。




13.2驱动电路原理及简介

13.2.1LED的驱动电路

在光纤通信系统中，用LED做光源时大都采用直接强度调制的方法，通过改变注入电流就可调制输出光功率。LED用作数字光纤通信系统光

源时，驱动电路应能提供几十到几百毫安的“开”、“关”电流。一般LED不加偏置或只有小量的正向偏置电流。LED对温度不是很敏感，

因此驱动电路中一般不采用复杂的自动功率控制（APC）和自动温度控制（ATC）。

典型的LED数字驱动电路如图13.3所示。



图13.3中是共发射极驱动电路，通过LED的电流由VCC及R2决定，调节Rl使之在50-300mA变化，R3可提供少量的预偏置，以提高开关速率，Cl为加速电容，也为了提高速率。



13.2.2LD驱动电路

由于LD一般用于高速系统，且是闽值器件，必须进行预偏置，偏置电流Ib大小与闽值电流接近，这样可减小电光延迟时间与张驰振荡。LD的温度稳定性较差，因此LD的驱动电路就要复杂的多。激光器（LD）数字调制的原理如图13.4所示。



直流偏置电路的选择，应使其逼近激光器的闽值电流，这样，可以减小电光延迟时间和避免张驰振荡。电光延迟时间td的存在妨碍了调制速率的提高。因此，应当设法减小td。方法就是使偏置电流密度逼近闽值电流密度，此时电光延迟时间td趋于零。

瞬态过程中的另一个现象是张驰振荡的产生。张驰振荡不仅使信号图形失真，也使LD的光谱变宽，如图13.5所示。这样，必然就限制调制速率的提高。如果给LD足够的预偏置电流，那磨在调制电流较小的情况下，LD便可有足够的光功率输出，其张驰振荡程度便可大大减小或消失，从而光谱变窄。



由于温度和老化都会影响输出光功率，所以在驱动电路中要采取稳定补偿措施，这就是自动功率控制。自动功率控制就是根据输出光功率的变化，自动调节激光器的偏置电流，使激光器输出功率恒定。




自动功率控制电路是依靠激光器内部的PIN管来检测LD的输出光功率作为反馈的，电路图如图13.6所示。其中Dl是激光器内部的背光检测二极管，由采样电阻将电流转换电压，再由差动放大器放大，经比例积分控制器来调节激光器偏置电流。



对于有制冷器的激光器，还要进行温度控制，特别是用于波分复用的激光器，要求波长稳定，所以必须要有自动温度控制电路。温控电路如图13.7所示：



在图13.7中RZ是热敏电阻，Rl是制冷器，制冷器中电流正向流是加热，反向流是制冷。