【正文】 低。 7 ．在要求光功率較穩(wěn)定時(shí)，需要 APC 和 ATC 。 可在較寬的溫度范圍內(nèi)正常工作。 8 ．輸 出特性曲線的線性度較好。 在大電流下易飽和。 9 ．可靠性一般。 可靠性較好。 1 0 ．工作壽命短。 工作壽命長(zhǎng)。 167。 44 發(fā)光二極管 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 90 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 一、調(diào)制方式 1. 光調(diào)制 將光信號(hào)加載到光源的發(fā)射光束上。調(diào)制后的光波經(jīng)過(guò)光纖信道送至接收端，由光接收機(jī)鑒別出它的變化，再現(xiàn)出原來(lái)的信息，稱為光解調(diào)。 2. 調(diào)制方式的分類 （ 1）直接調(diào)制 /內(nèi)調(diào)制 僅適用于半導(dǎo)體光源 (LD和 LED) 把要傳送的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)注入 LD或 LED，從而獲得相應(yīng)的光信號(hào)，采用的是電源調(diào)制方法。 直接調(diào)制后的光波電場(chǎng)振幅的平方比例于調(diào)制信號(hào)，是一種光強(qiáng)度（ IM）的方法。 DIM 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 91 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 （ 2）間接調(diào)制 /外調(diào)制 對(duì)光源的輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。 利用晶體的電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)等性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光輻射信號(hào)的調(diào)制，這種調(diào)制方法適合于半導(dǎo)體激光器，也適應(yīng)于其他類型的激光器。 間接調(diào)制也可采用內(nèi)調(diào)制。用集成光學(xué)的方法把激光器和調(diào)制器集成在一起，用調(diào)制信號(hào)控制調(diào)制元件的物理性質(zhì)，從而改變激光輸出特性以實(shí)現(xiàn)調(diào)制 LD 調(diào)制器 (晶體 ) 光信號(hào) 調(diào)制信號(hào)：諧振腔的外面放置調(diào)制器 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 92 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 93 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 間接調(diào)制 /外調(diào)制與直接調(diào)制 /內(nèi)調(diào)制的區(qū)別： ?光源直接調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)，但調(diào)制速率受載流子壽命及高速率下的性能退化的限制。 ?外調(diào)制方式需要調(diào)制器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可獲得優(yōu)良的調(diào)制性能，特別適合高速率光通信系統(tǒng)。 ?目前已提出的間接調(diào)制方式有電光調(diào)制、聲光調(diào)制和磁光調(diào)制。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 94 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 ① 電光調(diào)制 ?電光調(diào)制的基本工作原理是利用晶體的電光效應(yīng)。 ?電光效應(yīng)是指由外加電壓引起的晶體的折射率發(fā)生變化的現(xiàn)象。 ?基本工作原理： 利用電光晶體（如 鈮酸鋰晶體 等）的電光效應(yīng)，當(dāng)外加電場(chǎng)變化時(shí)，將引起晶體折射率 n隨之變化的現(xiàn)象， 折射率的變化又將引起光波相位的變化 。其中電場(chǎng)變化實(shí)際上就是對(duì)應(yīng)于調(diào)制電壓的變化（即需要傳輸?shù)男盘?hào)的變化）。這樣， 調(diào)制電壓的變化最終將得到光波的相位的變化 ，從而達(dá)到電光調(diào)相的結(jié)果。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 95 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 當(dāng)一個(gè) Asin(wt+φ0)的光波入射到光波調(diào)制器 (Z=0)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度為 L的外電場(chǎng)作用區(qū)后，輸出光場(chǎng) (Z=L)即已調(diào)制光波為 Asin(wt+φ0+Δφ) ，相位變化因子 ?φ受外電壓的控制從而實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制。 普科爾（ Pockel）效應(yīng) (常用 )與克爾（ Kerr）效應(yīng)。 Pockel：當(dāng)晶體的折射率與外加電場(chǎng)幅度成線性變化；Kerr：當(dāng)晶體的折射率與外加電場(chǎng)幅度的平方成比例變化。 長(zhǎng) 度 LL i N b O 3光 輸 入 已 調(diào) 光 輸 出波 導(dǎo)電 壓廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 96 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 ② 聲光調(diào)制 ? 聲光調(diào)制器 是利用介質(zhì)的聲光效應(yīng)制成的。 ? 聲光調(diào)制 的工作原理： 當(dāng)調(diào)制電信號(hào)變化時(shí)，由于壓電效應(yīng)，使壓電晶體產(chǎn)生 機(jī)械振動(dòng)形成超聲波 ，這個(gè) 聲波引起聲光介質(zhì)的密度發(fā)生變化 ，使介質(zhì) 折射率跟著變化 ，從而形成一個(gè)變化的光柵，由于光柵的變化，使光強(qiáng)隨之發(fā)生變化，結(jié)果使光波受到調(diào)制。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 97 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 ③ 磁光調(diào)制 ? 磁光調(diào)制磁光調(diào)制是利用法拉第效應(yīng)得到的一種光間接調(diào)制； ? 基本原理： 入射光信號(hào)經(jīng)過(guò)起偏器，使入射光變?yōu)槠窆猓@束偏振光通過(guò) YIG磁棒時(shí)，其偏置方向隨繞在上面線圈的調(diào)制信號(hào)而變化，當(dāng)偏振方向與后面的檢偏器相同時(shí)，輸出光強(qiáng)最大，當(dāng)偏振方向與檢偏器方向垂直時(shí)，輸出光強(qiáng)最小，從而使輸出光強(qiáng)隨調(diào)制信號(hào)變化，實(shí)現(xiàn)了光的間接調(diào)制。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 98 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 外調(diào) 制器 放大器 電信號(hào) 調(diào)制光 電調(diào)制信號(hào) 調(diào)制后的光波 LD LD 輸出 連續(xù)光波 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 99 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 二、光源的模擬信號(hào)調(diào)制 直接用連續(xù)的模擬信號(hào)（如話音、電視等信號(hào)）對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制。 LED模擬調(diào)制原理： 連續(xù)的模擬信號(hào)電流疊加在直流偏置電流上， 適當(dāng)選擇直流偏置的大小 ，使靜態(tài)工作點(diǎn)位于發(fā)光管特性曲線線性段的中點(diǎn)，可以減小光信號(hào)的非線性失真。 在所有通信系統(tǒng)中，用 LED作為光源時(shí)，均采用直接強(qiáng)度調(diào)制。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 100 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 光源的模擬信號(hào)調(diào)制 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 101 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 典型的模擬模擬調(diào)制電路 電流放大電路 ：放大倍數(shù) α=ΔIc/ΔIb， A LED V + us V+ 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 102 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 三、光源的數(shù)字調(diào)制 數(shù)字調(diào)制主要是指 PCM編碼調(diào)制。 信號(hào)電流為單向二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，用單向脈沖電流的“有”、“無(wú)” (“1”碼和“ 0”碼 )控制發(fā)光管的發(fā)光與否 。 1. LED的數(shù)字調(diào)制 LED數(shù)字系統(tǒng)都是通過(guò) 控制流經(jīng)發(fā)光管電流 的辦法達(dá)到調(diào)制輸出光功率的目的。 LED的數(shù)字調(diào)制電路采用 電流開(kāi)關(guān)電路 ，最常用的是差分電流開(kāi)關(guān)電路，提高調(diào)制速率。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 103 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 數(shù)字信號(hào)從基極輸入，通過(guò)集電極的電流驅(qū)動(dòng) LED，“ 0”碼時(shí)三極管截止，“ 1”碼時(shí)三極管導(dǎo)通。 對(duì)于 LED的二值碼調(diào)制信號(hào)，其直流偏置可以選擇在零點(diǎn)，即輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出功率也為零。因此驅(qū)動(dòng)電路中可以沒(méi)有直流偏置調(diào)整電路 。 ui V+ 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 104 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 LED的數(shù)字信號(hào)調(diào)制 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 105 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 2. LD的數(shù)字調(diào)制 LD數(shù)字系統(tǒng)通常用于高速系統(tǒng)，且是 閾值器件 ，它的溫度穩(wěn)定性較差，與 LED相比，其調(diào)制問(wèn)題要復(fù)雜的多，驅(qū)動(dòng)條件的選擇、調(diào)制電路的形式和工藝， 都對(duì)調(diào)制性能至關(guān)重要。 LD驅(qū)動(dòng)電路中 必須有直流偏置電流 ，因此驅(qū)動(dòng) LD器件發(fā)光的是 Ib+Im共同作用的結(jié)果。 Im的選擇應(yīng)考慮光源輸出 光脈沖的幅度 ，又要考慮 自脈動(dòng)現(xiàn)象 。 P I Ib Im 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 106 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 此動(dòng)畫(huà)為 LD的數(shù)字調(diào)制 動(dòng)畫(huà)：注意與 LED數(shù)字調(diào)制時(shí)其 PI特性曲線的區(qū)別 。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 107 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 uin VB(參考電壓 ) Ib V V3 V1 V2 LD數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路通過(guò) 差分電流開(kāi)關(guān) 提高開(kāi)關(guān)速度， V V2是一對(duì)差分管，一個(gè)導(dǎo)通、一個(gè)截止，組成一個(gè)電流開(kāi)關(guān)，數(shù)字電信號(hào)uin從 V1的基極輸入，VB是直流參考電壓施加在 V2的基極上， V3是恒流源。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 108 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 （ 1） LD的輸出功率監(jiān)控方法 由于溫度變化和工作時(shí)間加長(zhǎng)， LD的輸出功率會(huì)發(fā)生變化 (降低 )，采用控制電路的反饋電流 使輸出功率穩(wěn)定 ，控制電路的功能是動(dòng)態(tài)地 調(diào)整其偏置電流 ，從而實(shí)現(xiàn)輸出功率穩(wěn)定。 ① 利用 LD輸出光纖的功率，由 Y型光纖耦合器分流出一小部分光功率進(jìn)行監(jiān)控。 ② LD的后解理面發(fā)射的光通常被用于這種監(jiān)控目的。 LD 主輸出光 反饋光 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 109 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 LD uin VB Ib V V3 V1 V2 PIN 輸出監(jiān)控 慢啟動(dòng) 1~10ms 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 110 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 （ 2）輸出功率監(jiān)控電路中的慢啟動(dòng)電路 慢啟動(dòng)電路是 一保護(hù)電路 。在光發(fā)射機(jī)中，調(diào)制電路、偏置電路、反饋電路等經(jīng)常都是共用一組電源。為 防止接通電源時(shí)光源電流的瞬態(tài)過(guò)沖 ，往往先讓調(diào)制電路、反饋電路及運(yùn)算放大器等接通，而偏置電流 Ib卻是緩慢增加，即接通電源后，反饋電路、調(diào)制電路達(dá)到穩(wěn)定工作之前，偏置電路緩慢啟動(dòng)，防止了接通電源瞬間沖擊電流對(duì)光源的損傷。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 111 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 （ 3） LD偏置電流的選取 ① 加大直流偏置電流使其逼近閾值，可減小電光延遲時(shí)間，提高頻譜利用率和通信容量，同時(shí)使張弛振蕩得到一定程度的抑制； ② 當(dāng)激光器偏置在閾值附近時(shí)，較小的調(diào)制脈沖電流就可得到足夠的輸出光脈沖， Ib和（ Ib+Im）的值相差不大，從而可以大大減小碼型效應(yīng)和結(jié)發(fā)熱效應(yīng)的影響； 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 112 2022年 2月 11日星期五 167。 45 光源的調(diào)制及驅(qū)動(dòng)電路 ③ 由于偏置電流決定“ 0”碼時(shí)的發(fā)光功率，因此加大偏置電流會(huì)使激光器的消光比惡化； 光源的消光比將直接影響接收機(jī)的靈敏度，為使光接收機(jī)有良好的靈敏度，消光比應(yīng)小于 10%。 ④ 當(dāng) Ib=Ith時(shí)，散粒噪聲嚴(yán)重， 有一很陡的峰值， Ib應(yīng) 小于又近似等于 Ith為宜，一般為 ~。 因此， Ib的選取要兼顧到電光延遲、張弛振蕩、碼型效應(yīng)、結(jié)發(fā)熱效應(yīng)、激光器的消光比和散粒噪聲等各個(gè)方面的情況。 另外，閾值電流 Ith對(duì)溫度敏感，半導(dǎo)體激光器使用過(guò)程中老化， Ith也增大。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 113 2022年 2月 11日星期五 167。 46 LD光發(fā)射機(jī)的控制電路 LD結(jié)區(qū)溫度的變化以及激光管老化都會(huì)使 Ith增大，量子效率下降，從而導(dǎo)致輸出光脈沖的幅度發(fā)生變化，另外， LD還將發(fā)生輸出波長(zhǎng)漂移。為了保證激光器有 穩(wěn)定的波長(zhǎng) 以及 穩(wěn)定的輸出光功率 ，需要有各種輔助電路，例如功率控制電路、溫控電路、限流保護(hù)電路和各種告警電路等。 需要說(shuō)明的是， 某個(gè)信道的功率變化不僅影響本信道的傳輸性能，而且經(jīng) EDFA的瞬態(tài)效應(yīng)還將影響其他信道的性能。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 114 2022年 2月 11日星期五 167。 46 LD光發(fā)射機(jī)的控制電路 一、自動(dòng)溫度控制電路（ ATC） 熱沉： 導(dǎo)熱材料，采用導(dǎo)熱性能好的銅。 熱敏電阻： 傳感器，監(jiān)測(cè)激光器的結(jié)溫，通過(guò)控制電路與基準(zhǔn)溫度比較、放大，驅(qū)動(dòng)制冷器使激光器在恒定的溫度下工作。 廣東海洋大學(xué)理學(xué)院 光纖通信 115 2