【正文】 inUPLD →U PD →(U PD+ + UR) → UA1→ Ib →P LD inUV2V1電 流 源IoUinV3163。163。171。A1CIbRf信 號 參 考UR輸 出 監(jiān) 測P D檢 測 器L DUB 1UA 1Uin 圖 反饋穩(wěn)定 LD驅動電路 +U 在反饋電路中引入信號參考電壓的目的 ， 是使 LD的偏置電流 Ib不受碼流中 “ 0”碼和 “ 1”碼比例變化的影響 。 圖 APC電路原理 V2V1信號參考Uin－＋A1－＋A2－＋A3PD直流參考－ U－ UV3IbLD 一個更加完善的 自動功率控制 (APC)電路如圖 。從 LD背向輸出的光功率，經 PD檢測器檢測、運算放大器 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 A2比較放大后，送到 A3的同相輸入端。 A3和 V3組成直流恒流源調節(jié) LD的偏流，使輸出光功率穩(wěn)定。 溫度特性和自動溫度控制 1. 激光器的溫度特性在 ， 溫度對激光器輸出光功率的影響主要通過 閾值電流 Ith和 外微分量子效率 ηd產生 。 圖 (a)和 (b)分別示出溫度通過閾值電流和外微分量子效率引起的輸出光脈沖的變化： ?溫度 升高 ， 閾值電流 增加 ? 外微分量子效率 減小 ， 輸出光脈沖幅度 下降 ?溫度對輸出光脈沖會產生 “ 結發(fā)熱效應 ” 。 P P I I 圖 (a) 閾值電流變化引起的光輸出的變化； (b) 外微分量子效率變化引起的光輸出的變化 20。 C 25。 C 20。 C 70。 C 即使環(huán)境溫度不變 ，由于調制電流的作用 ，引起激光器結區(qū)溫度的變化 ， 因而使輸出光脈沖的形狀發(fā)生變化 ， 這種效應稱為 “ 結發(fā)熱效應 ” 。 I1 I0 t=0 t=T 圖 結發(fā)熱效應 電流脈沖 光脈沖 如圖 ，設 t=0時 電脈沖到來， 注入電流為 I1，由于電流的熱效應，在脈沖持續(xù)時間里，結區(qū)的溫度隨時間 t而升高，激光器的閾值電流隨 t而增大，使輸出光脈沖的幅度隨 t而減小。 當 t=T時 電流脈沖過后，注入電流從 I1減小到 I0，電流散發(fā)的熱量減少，結區(qū)溫度隨 t而降低，閾值電流減小，使輸出光脈沖的幅度增大。 “結發(fā)熱效應 ” 將引起調制失真 。 與調制速率對激光器瞬態(tài)特性的影響相反 ， 低調制速率的“ 結發(fā)熱效應 ” 更加明顯 。 這是因為隨著調制速率的提高 ， 碼元時間間隔縮短 ， 使結區(qū)溫度來不及發(fā)生變化 。 2. 半導體光源的輸出特性受溫度影響很大 ， 特別是 長波長半導體激光器 對溫度更加敏感 。 為保證輸出特性的穩(wěn)定 ， 對激光器進行溫度控制是十分必要的 。 溫度控制裝置一般由 致冷器 、 熱敏電阻 和 控制電路 組成 ， 圖 。 致冷器 的冷端和激光器的熱沉接觸 ， 熱敏電阻 作為傳感器 ，探測激光器結區(qū)的溫度 ， 并把它傳遞給控制電路 ， 通過 控制電路 改變致冷量 ， 使激光器輸出特性保持恒定 。 圖 溫度控制方框圖 激光器 致冷器 熱敏電阻 控制電路 熱導 熱敏電阻 目前 ， 微致冷 大多采用 半導體致冷器 ， 它是利用半導體材料的 珀爾帖效應 （ 就是電流流過兩種不同導體的界面時 ， 將從外界吸收熱量 ， 或向外界放出熱量 ） 制成的電偶來實現(xiàn)致冷的 用若干對電偶串聯(lián)或并聯(lián)組成的溫差電功能器件 ， 溫度控制范圍可達 30~40 ℃ 。 為提高致冷效率和溫度控制精度 ， 把致冷器和熱敏電阻封裝在激光器管殼內 ， 溫度控制精度可達 177。 ℃ 。 從而使激光器輸出平均功率和發(fā)射波長保持恒定 ， 避免調制失真 。 163。163。171。AR4T E CtRTL DP I N2 4 6 81 3 5 7163。 171。 UR1R2R3BA163。 171。 UVATC電路 主要由 R R R3和熱敏電阻 RT組成 “ 換能 ” 電橋 ，通過電橋把溫度的變化轉換為電量的變化 。 運算放大器 A的差動輸入端跨接在電橋的對端 ， 用以改變三極管 V的基極電流 。 在設定溫度 (例如 20 ℃ )時 ， 調節(jié) R3使電橋平衡 ， A、 B兩點沒有電位差 ， 傳輸?shù)竭\算放大器 A的信號為零 ， 流過 致冷器 TEC的電流也為零 。 當環(huán)境溫度升高時 ， LD的管芯和熱沉溫度也升高 ， 使具有負溫度系數(shù)的 熱敏電阻 RT的阻值減小 ， 電橋失去平衡 。 這時 B點的電位低于 A點的電位 ， 運算放大器 A的輸出電壓升高 ， V的基極電流增大 ， 致冷器 TEC的電流也增大 致冷端 溫度降低 ， 熱沉和管芯的溫度也降低 ， 因而保持溫度恒定 。 163。163。171。AR4T E CtRTL DP I N2 4 6 81 3 5 7163。 171。 UR1R2R3BA163。 171。 UV這個控制過程可以表示如下： T(環(huán)境 ) →T(LD 、 熱沉 ) →R T →I( 致冷器 ) →T(LD) ATC的 致冷器和熱敏電阻 以及 APC的 PINPD封裝在 LD管殼內構成的組件。 光接收機 光接收機基本組成 直接強度調制 、 直接檢測方式的數(shù)字光接收機方框圖示于圖 。 主要包括： 光檢測器 、 前置放大器 、 主放大器 、 均衡器 、 時鐘提取電路 、 取樣判決器 以及 自動增益控制 (AGC)電路 。 圖 數(shù)字光接收機方框圖 光檢測器 偏壓控制 前置放大器 AGC 電路 均衡器 判決器 時鐘 提取 再生碼流 主放大器 光信號 1. 光檢測器 是光接收機實現(xiàn)光 /電轉換的關鍵器件 ， 其性能特別是響應度和噪聲直接影響光接收機的靈敏度 。 對光檢測器的要求如下： (1) 波長響應要和光纖低損耗窗口 ( μm、 μm和 μm)兼容； (2) 響應度要高 ， 在一定的接收光功率下 ， 能產生最大的光電流； (3) 噪聲要盡可能低 ， 能接收極微弱的光信號； (4) 性能穩(wěn)定 ， 可靠性高 ， 壽命長 ， 功耗和體積小 。 目前 ， 適合于光纖通信系統(tǒng)應用的光檢測器有 PIN光電二極管和 雪崩光電二極管 (APD)。 2. 前置放大器應是低噪聲放大器 ， 它的噪聲對光接收機的靈敏度影響很大 。 前放的噪聲取決于放大器的類型 ， 目前有三種類型的前放可供選擇 (參看 )。 主放大器 一般是多級放大器 ， 它的作用是： （ 1） 提供足夠的增益 （ 2） 并通過它實現(xiàn) 自動增益控制 (AGC)， 使輸入光信號在一定范圍內變化時 ， 輸出電信號保持恒定 。 主放大器 和 AGC決定著光接收機的 動態(tài)范圍 。 3. 均衡的目的： ?對經光纖傳輸 、 光 /電轉換和放大后已產生畸變 (失真 )的電信號進行補償 ? 使輸出信號的波形適合于判決 (一般用具有升余弦譜的碼元脈沖波形 )， 以消除碼間干擾 ， 減小誤碼率 。 再生電路包括： 判決電路 和 時鐘提取電路 4. 圖 ， 很容易用標準的集成電路 (IC)技術將它們集成在同一芯片上 。 不論是硅 (Si)還是砷化鎵 (GaAs)IC技術都能夠使集成電路的工作帶寬超過 2 GHz， 甚至達到 10 GHz。