【正文】 有足夠的輸出光脈沖功率，又要 考慮到光源的負(fù)擔(dān)。 考慮到某些激光器在某些區(qū)域有自脈動現(xiàn)象發(fā)生， Im的選擇應(yīng)避開這些區(qū)域。 124 ? (3) 激光器的直接調(diào)制電路有許多種，但概括起來有兩類： 一類是單管集電極驅(qū)動電路，另一類是射極耦合開關(guān)電路。 圖 534為單管集電極驅(qū)動電路原理圖。半導(dǎo)體三極管的輸出特性在放大區(qū)表現(xiàn)為恒流源，可以用集電極電流驅(qū)動光源。 圖中 DT為驅(qū)動管，當(dāng)電信號加在 DT基極時，即可驅(qū)動集電極電路中的激光器，使之輸出的光功率隨信號的變化而變化， DT工作在開關(guān)狀態(tài)。 圖 535為射極耦合光發(fā)送驅(qū)動電路。 125 圖 534 單管集電極驅(qū)動電路原理圖 126 圖 535 射極耦合光發(fā)送驅(qū)動電路 127 圖中晶體管 BG2和 BG3為發(fā)射極耦合對，組成非飽和電流選擇開關(guān)。 當(dāng) BG2基極電位高于 BG3基極電位時， BG2導(dǎo)通，恒流源的驅(qū)動電流 Im全部流過 BG2， 故流過 LD的電流為零。 反之， 當(dāng) BG2基極電位低于 BG3基極電位時， BG3導(dǎo)通，所有驅(qū)動電流都通過 LD。 電流開關(guān)的轉(zhuǎn)換過程由輸入數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成 ECL電平來控制， ECL電平 “ l”碼時，輸出為 ， “0” 碼時，輸出為 十 ， 經(jīng)過 BGl和 D1電平移動后加到 BG2基極，而 BG3基極電平固定在 ， 它由溫度補償?shù)膮⒖茧娖?Vbb經(jīng) BG4和 D2電平移動得到。 Vbb＝ V是 “ l”碼和 “ 0” 碼電平的中間值。 選擇適當(dāng)?shù)妮斎腚妷?，使晶體管不驅(qū)動到飽和狀態(tài)， 就能起到快速開關(guān)作用，同時恒流源可使開關(guān)噪聲很小。 128 ? 在使用中 ， LD結(jié)溫的變化以及老化都會使 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 。 為了保證激光器有穩(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 、 限流保護電路和各種告警電路等 。 129 ? 1. 自動功率控制電路 ? (1) 能夠完成自動功率控制功能的電路很多 ， 主要包括普通電參數(shù)控制電路和光電反饋控制電路 。 在光發(fā)送機中 ， 光電反饋控制電路應(yīng)用最多 。 130 ? (2) 光功率自動控制有許多方法 ， 一是自動跟蹤偏置電流 ， 使 LD偏置在最佳狀態(tài)；二是峰值功率和平均功率的自動控制；三是 PI曲線效率控制法等 。 但最簡單的辦法是通過直接檢測光功率控制偏置電流 ， 用這種辦法即可收到良好的效果 。 該辦法是利用激光器組件中的 PIN光電二極管 ， 監(jiān)測激光器背向輸出光功率的大小 ， 若功率小于某一額定值時 ， 通過反饋電路后驅(qū)動電流增加 ， 并達(dá)到額定輸出功率值 。 反之 ， 若光功率大于某一額定值 ， 則使驅(qū)動電流減小 ， 以保證激光器輸出功率基本上恒定不變 。 131 圖 LD自動功率控制電路 ， 其自動功率控制電路的工作原理如下所述：當(dāng)由于溫度原因使 LD輸出光功率降低時 ， 流過PD(通常為 PINPD)的電流減小 ， A1放大器反向輸入端電位增大 ， A1放大器輸出端電位降低 (即 A2放大器反向輸入端電位降低 )。 圖 537為美國亞特蘭大光通信系統(tǒng)中光發(fā)射機的 APC電路 ， 作為 LD輸出光功率自動控制的實際例子 。 132 圖 典型的 APC電路 133 圖 537 LD的偏置反饋 APC電路 134 圖 537的電路是通過控制 LD偏置電流大小來保持輸出光脈沖幅度的恒定。 在運放的輸入端，再生信號由輸入信號再生處理后得到， 它固定在 0V～ lV間。 LD組件中 PIN管接收 LD的背面輸出光，它受到與正面輸出光同樣的溫度及老化影響，從而可用來反饋控制 LD輸出光功率。 該 PIN產(chǎn)生的信號與直流參考比較后送到放大器的同相端，直流參考通過調(diào)節(jié) Rl控制預(yù)偏置電流 IB。 調(diào)節(jié) R2使再生信號與 PIN輸出取得平衡，使 IB保持恒定。 當(dāng)輸出光功率產(chǎn)生變化時，平衡破壞，反饋偏置電路將自動調(diào)整 IB， 使輸出功率恢復(fù)到原來的值，電路又恢復(fù)平衡狀態(tài)。 圖中 R3Cl構(gòu)成 LD的慢啟動網(wǎng)絡(luò)， 當(dāng)剛開啟電源或有突發(fā)的電沖擊時，由于電路的時間常數(shù)很大 (～ l ms)， IB只能慢慢增大。這時，前面的控制電路首先進(jìn)入穩(wěn)定控制狀態(tài)，然后 IB緩慢增大，保護 LD免受沖擊。 135 ? 2. 從前面的內(nèi)容可以知道 ， LD的輸出特性與溫度有著密切的關(guān)系 。 為了保證光發(fā)送機具有穩(wěn)定的輸出特性 ， 對 LD的溫度特性進(jìn)行控制是非常必要的 ， 而且對 LD的溫度控制也是保護 LD的一項關(guān)鍵措施 。 136 溫度變化引起 LD輸出光功率的變化 ， 雖然可以通過 APC電路進(jìn)行調(diào)節(jié) ， 使輸出光功率恢復(fù)正常值 。 但是 ， 如果環(huán)境溫度升高較多 ， 經(jīng) APC調(diào)節(jié)后 ， IB增大較多 ， 則 LD的結(jié)溫因此也升高很多 ， 致使 Ith繼續(xù)增大 ， 造成惡性循環(huán) ， 從而影響了 LD的使用壽命 。 因此 ， 為保證激光器長期穩(wěn)定工作 ， 必須采用自動溫度控制電路 (ATC)使激光器的工作溫度始終保持在 20度左右 。 LD的溫度控制由微型制冷器 、熱敏元件及控制電路組成 ， 如圖 538所示 。 137 圖 538 LD的溫度控制電路 138 微制冷器多采用半導(dǎo)體制冷器。它是利用半導(dǎo)體材料的珀爾帖效應(yīng)制成的。當(dāng)直流電流通過兩種半導(dǎo)體組成的電偶時，出現(xiàn)一端吸熱另一端放熱的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為珀爾帖效應(yīng)。微型半導(dǎo)體制冷器的溫差可以達(dá)到 30℃ ～ 40℃ 。 139 制冷方式分為內(nèi)制冷和外制冷兩種。目前實際商用的半導(dǎo)體激光器總是和其他一些部件封裝在一起，形成一個完整的 LD組件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 539所示，它將 LD芯片、半導(dǎo)體制冷器和具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻等封裝在一個體積很小的密封盒內(nèi)，控制電路放在盒外，這屬于內(nèi)制冷方式。內(nèi)制冷方式不僅結(jié)構(gòu)緊湊，控制效率也很高，使激光器有較恒定的輸出光功率和發(fā)射波長。 外制冷方式是將外加半導(dǎo)體制冷器與山組件的密封盒緊密接觸，通過控制電路給外加制冷器加直流， 達(dá)到控制 LD周圍環(huán)境溫度的目的。 通常內(nèi)制冷較外制冷方式更直接、有效。 140 圖 539 LD組件內(nèi)部結(jié)構(gòu) 141 不論內(nèi)制冷還是外制冷半導(dǎo)體制冷器都是非常重要的。圖 540為半導(dǎo)體制冷器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中 (a)為單個熱電偶的結(jié)構(gòu)簡圖， (b)為熱電偶組件，它是由多個熱電偶按電學(xué)上串聯(lián)、熱學(xué)上并聯(lián)的方式組成的。 單個熱電偶是由 P型和 N型摻雜的半導(dǎo)體組成，它被焊接在銅連接片上，并用陶瓷面板將銅連接片與外表面電絕緣。當(dāng)未接外電路時，跨越它兩端形成的溫度差使它的兩端產(chǎn)生一與溫度差成比例的電位差。此時將其與外電路的負(fù)載連接起來，將產(chǎn)生電流，從而輸出電功率，這就是一個熱電偶器件。 142 將熱電偶與直流電源相連，如圖 (a)所示，直流電流通過熱電偶將產(chǎn)生珀爾帖效應(yīng)，在它的一端吸收熱量，與之相連的物體將被冷卻；另一端排放熱量，將散熱器與之接觸，該熱電偶起到制冷器的作用。如果改變直流電流的方向，制冷器的吸熱、散熱端將互換。 由于熱電偶堆是由多個熱電偶串聯(lián)起來的， 熱電偶的個數(shù)越多，制冷量越大，在實際使用過程中，可根據(jù)所需的溫差，選擇不同的熱電偶堆。 143 圖 540 半導(dǎo)體制冷器的結(jié)構(gòu)示意圖 144 ? 3. 光源是光發(fā)送電路的核心，它價格昂貴又較容易損壞。因此在光發(fā)送電路中必須設(shè)有保持電路，以防止意外的損壞。另外，當(dāng)光發(fā)送電路出現(xiàn)故障時，告警電路應(yīng)發(fā)出相應(yīng)的聲、光告警信號，以便于工作人員維護。 ①光源的過流保護電路 ②無光告警電路 ③壽命告警電路 145 ①光源的過流保護電路 了使光源不致因通過大電流而損壞，一般需對光源進(jìn)行過流保護。圖 541所示是激光器的過流保護電路，圖中 T3為激光器提供偏流 IB。 保護電路由晶體管 T 電阻 Rl組成。 正常情況下，電阻 R1上的電壓小于 T4的導(dǎo)通降壓，因而 T4截止，保護電路不工作。當(dāng)偏流 IB過大， 致使 R1上的壓降 V R1劇增并超過 T4的導(dǎo)通壓降時， T4飽和導(dǎo)通，使 Vce4≈ 0， 從而導(dǎo)致 T3截止，保護了激光器不致因偏流 IB過大而被損壞。 146 圖 541 光源的過流保護 147 ②無光告警電路 當(dāng)光發(fā)送機電路出現(xiàn)故障，或輸入信號中斷、或激光器損壞時，都可能使 LD長時間不發(fā)光。這時，無光告警電路都應(yīng)動作，發(fā)出相應(yīng)的聲光告警信號。 圖 542所示為無光告警原理圖。 圖中 A2的反向端為直流參考電壓 VD， 其同相端則為代表 LD輸出光功率平均值的 Vf。 ? 當(dāng) LD發(fā)光正常時， PIN管檢測到的光電流經(jīng) A1放大后送入 A2的同相端。這時， Vf ＞ VD ， 因此 A2輸出高電平， 致使無光告警指示燈 LED不亮。 ? 當(dāng) LD不發(fā)光時， PIN管檢測不到光信號，因而 Vf ＜ VD ， A2輸出低電平， 使無光告警燈發(fā)出紅色告警顯示。 ? 另一路高電平為正常、低電平為告警的無光告警信號則被送入監(jiān)控系統(tǒng)處理。 148 圖 542 無光告警電路原理圖 149 ③壽命告警電路 隨著使用時間的增長， LD閾值電流也將逐漸增大。當(dāng)閾值電流增大到開始使用時的 ，就認(rèn)為激光器的壽命終止。 由于 IB≈ Ith， 所以壽命告警電路通常采用監(jiān)測偏流 IB的值來判斷激光器壽命是否終止。也就是說，當(dāng) IB＞ (Itho為LD開始啟用時的閾值電流 )時，壽命告警電路就發(fā)出告警指示。 150 圖 543所示為壽命告警電路原理圖。圖中 T3為激光器提供偏流 IB， T R1組成過流保護電路。由于 Vl≈ IBRl， 所以調(diào)整電位器 W使 V2＝ 。 當(dāng)激光器工作正常時， IB＜ ， 則 Vl＜ V2， Al輸出高電平，壽命告警燈 不亮。 如果 IB＞ ， 則激光器壽命終止，這時 Vl＞ V2， Al輸出低電平，壽命告警燈發(fā)黃色告警顯示。 同樣有一路高電平正常、低電平告警的壽命告警信號送到監(jiān)控系統(tǒng)。 151 圖 543 壽命告警電路原理圖