【正文】 inUPLD →U PD →(U PD+ + UR) → UA1→ Ib →P LD inUV2V1電 流 源IoUinV3163。163。171。A1CIbRf信 號(hào) 參 考UR輸 出 監(jiān) 測(cè)P D檢 測(cè) 器L DUB 1UA 1Uin 圖 反饋穩(wěn)定 LD驅(qū)動(dòng)電路 +U 在反饋電路中引入信號(hào)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(hào)參考Uin－＋A1－＋A2－＋A3PD直流參考－ U－ UV3IbLD 一個(gè)更加完善的 自動(dòng)功率控制 (APC)電路如圖 。從 LD背向輸出的光功率，經(jīng) PD檢測(cè)器檢測(cè)、運(yùn)算放大器 A1放大后送到比較器 A3的反相輸入端。同時(shí)，輸入信號(hào)參考電壓和直流參考電壓經(jīng) A2比較放大后，送到 A3的同相輸入端。 A3和 V3組成直流恒流源調(diào)節(jié) LD的偏流，使輸出光功率穩(wěn)定。 溫度特性和自動(dòng)溫度控制 1. 激光器的溫度特性在 ， 溫度對(duì)激光器輸出光功率的影響主要通過(guò) 閾值電流 Ith和 外微分量子效率 ηd產(chǎn)生 。 圖 (a)和 (b)分別示出溫度通過(guò)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(duì)輸出光脈沖會(huì)產(chǎn)生 “ 結(jié)發(fā)熱效應(yīng) ” 。 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(diào)制電流的作用 ，引起激光器結(jié)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(yīng)稱為 “ 結(jié)發(fā)熱效應(yīng) ” 。 I1 I0 t=0 t=T 圖 結(jié)發(fā)熱效應(yīng) 電流脈沖 光脈沖 如圖 ，設(shè) t=0時(shí) 電脈沖到來(lái)， 注入電流為 I1，由于電流的熱效應(yīng)，在脈沖持續(xù)時(shí)間里，結(jié)區(qū)的溫度隨時(shí)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(dāng) t=T時(shí) 電流脈沖過(guò)后，注入電流從 I1減小到 I0，電流散發(fā)的熱量減少，結(jié)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(jié)發(fā)熱效應(yīng) ” 將引起調(diào)制失真 。 與調(diào)制速率對(duì)激光器瞬態(tài)特性的影響相反 ， 低調(diào)制速率的“ 結(jié)發(fā)熱效應(yīng) ” 更加明顯 。 這是因?yàn)殡S著調(diào)制速率的提高 ， 碼元時(shí)間間隔縮短 ， 使結(jié)區(qū)溫度來(lái)不及發(fā)生變化 。 2. 半導(dǎo)體光源的輸出特性受溫度影響很大 ， 特別是 長(zhǎng)波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器 對(duì)溫度更加敏感 。 為保證輸出特性的穩(wěn)定 ， 對(duì)激光器進(jìn)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(cè)激光器結(jié)區(qū)的溫度 ， 并把它傳遞給控制電路 ， 通過(guò) 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(dǎo) 熱敏電阻 目前 ， 微致冷 大多采用 半導(dǎo)體致冷器 ， 它是利用半導(dǎo)體材料的 珀?duì)柼?yīng) （ 就是電流流過(guò)兩種不同導(dǎo)體的界面時(shí) ， 將從外界吸收熱量 ， 或向外界放出熱量 ） 制成的電偶來(lái)實(shí)現(xiàn)致冷的 用若干對(duì)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(dá) 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(nèi) ， 溫度控制精度可達(dá) 177。 ℃ 。 從而使激光器輸出平均功率和發(fā)射波長(zhǎng)保持恒定 ， 避免調(diào)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(guò)電橋把溫度的變化轉(zhuǎn)換為電量的變化 。 運(yùn)算放大器 A的差動(dòng)輸入端跨接在電橋的對(duì)端 ， 用以改變?nèi)龢O管 V的基極電流 。 在設(shè)定溫度 (例如 20 ℃ )時(shí) ， 調(diào)節(jié) R3使電橋平衡 ， A、 B兩點(diǎn)沒(méi)有電位差 ， 傳輸?shù)竭\(yùn)算放大器 A的信號(hào)為零 ， 流過(guò) 致冷器 TEC的電流也為零 。 當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí) ， LD的管芯和熱沉溫度也升高 ， 使具有負(fù)溫度系數(shù)的 熱敏電阻 RT的阻值減小 ， 電橋失去平衡 。 這時(shí) B點(diǎn)的電位低于 A點(diǎn)的電位 ， 運(yùn)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(gè)控制過(guò)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(nèi)構(gòu)成的組件。 光接收機(jī) 光接收機(jī)基本組成 直接強(qiáng)度調(diào)制 、 直接檢測(cè)方式的數(shù)字光接收機(jī)方框圖示于圖 。 主要包括： 光檢測(cè)器 、 前置放大器 、 主放大器 、 均衡器 、 時(shí)鐘提取電路 、 取樣判決器 以及 自動(dòng)增益控制 (AGC)電路 。 圖 數(shù)字光接收機(jī)方框圖 光檢測(cè)器 偏壓控制 前置放大器 AGC 電路 均衡器 判決器 時(shí)鐘 提取 再生碼流 主放大器 光信號(hào) 1. 光檢測(cè)器 是光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光 /電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件 ， 其性能特別是響應(yīng)度和噪聲直接影響光接收機(jī)的靈敏度 。 對(duì)光檢測(cè)器的要求如下： (1) 波長(zhǎng)響應(yīng)要和光纖低損耗窗口 ( μm、 μm和 μm)兼容； (2) 響應(yīng)度要高 ， 在一定的接收光功率下 ， 能產(chǎn)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(hào)； (4) 性能穩(wěn)定 ， 可靠性高 ， 壽命長(zhǎng) ， 功耗和體積小 。 目前 ， 適合于光纖通信系統(tǒng)應(yīng)用的光檢測(cè)器有 PIN光電二極管和 雪崩光電二極管 (APD)。 2. 前置放大器應(yīng)是低噪聲放大器 ， 它的噪聲對(duì)光接收機(jī)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(jí)放大器 ， 它的作用是： （ 1） 提供足夠的增益 （ 2） 并通過(guò)它實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)增益控制 (AGC)， 使輸入光信號(hào)在一定范圍內(nèi)變化時(shí) ， 輸出電信號(hào)保持恒定 。 主放大器 和 AGC決定著光接收機(jī)的 動(dòng)態(tài)范圍 。 3. 均衡的目的： ?對(duì)經(jīng)光纖傳輸 、 光 /電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變 (失真 )的電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償 ? 使輸出信號(hào)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(shí)鐘提取電路 4. 圖 ， 很容易用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路 (IC)技術(shù)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(shù)都能夠使集成電路的工作帶寬超過(guò) 2 GHz， 甚至達(dá)到 10 GHz。