2.3 第三讲 数字光发射机

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直接调制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），得到光频的调幅波，又 称为内调制。
外调制是让光源输出的幅度与频率等恒定的光载 波通过光调制器，电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。 目前光纤通信系统中应用最多的是光源的基带直 接强度调制、副载波强度调制及数字调制，高速率是 采用外调制。
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第一讲 半导体光源的工作原理 第二讲 半导体光源的结构与工作特性
第三讲 数字光发射机
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第三讲 数字光发射机
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？信号的调制方式 ？数字光发射机各组成部分的功能
？在光发射机内部为什么要进行APC和ATC
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光载波的调制
类似于电信号的调制，在光纤通信系统中把信 息加载到光波上的过程就是调制，对光的调制我们 主要采取的是强度调制。 按调制方式与光源的关系来分： 直接调制和外调制
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•
光源与光纤的耦合一般采用两种方法， 即直接耦合与透镜耦合。 • 直接耦合是将光纤端面直接对准光源发 光面进行耦合的方法。当光源发光面积大 于纤芯面积时，这是一种唯一有效的方法。 这种直接耦合的方法结构简单，但耦合效 率低。
光源与光纤的透镜耦合
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柱透镜
柱透镜 球面透镜
自聚焦透镜
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光源的驱动
光源的驱动就是根据输入的电信号产 生相应的光信号的过程。采用的器件不同来自百度文库 调制方式的不同、输入信号类型的不同都 有不同的驱动方式。
LED的驱动
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LD的驱动
与LED相比，LD的驱动要复杂的多。 • （1）增大直流预偏置电流使其逼近阈值，可以减小电 光延迟时间，抑制张迟振荡； • （2）当激光器偏置在阈值附近，较小的调制脉冲电流 就能得到足够的输出光脉冲，可以大大减小码型效应； • （3）加大直流偏置电流使激光器在发“0”与发“1”时 的光功率之比（即消光比）增大，影响接收机的灵敏 度。 • 因此，偏置电流的选择要兼顾电光延迟、张迟振荡、 码型效应以及消光比等各种因素，根据器件的性能， 系统的具体要求，适当选择。
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光源的自动温度控制（ATC）
• 随着温度的升高，半导体光源（特别是LD ）的特 性要发生劣化（发光功率降低、波长漂移、阈值增 加等）。 • 温度控制采用微型制冷器、热敏元件及控制电路组 成。热敏元件监测激光器的结温，与设定的基准温 度比较，根据温度差异的情况，驱动制冷器的控制 电路，改变制冷效果，从而使激光器在恒定的温度 下工作。 • 微型制冷器多采用利用半导体材料的珀尔帖效应制 成的半导体制冷器。珀尔帖效应是当直流电流通过 P型和N型两种半导体组成的电偶时，可以使一端吸 热而使另一端放热的一种现象。
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自动温度控制方框图 激光器 热敏电阻 制冷器 控制电路
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光源的自动功率控制（APC）
LD的输出功率与温度变化有关，与器件的 老化有关。随着老化，LD的阈值上升，输出光 功率下降。采取自动功率控制稳定输出光功率。
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光源的保护和告警
• 光源特别是LD是易损器件，必须采取措施 使不受外界因素的损害。包括：温度和电流。 • 电流保护是要防止通过光源的电流过大。包 括电流接通时的保护、工作过程中的过流保 护以及反向冲击电流保护等。 • 还应包括告警电路，在系统出现故障或工作 不正常时的及时发送告警信号，提醒设备维 护人员及时进行相应的处理。一般包括无光 告警、寿命告警、温度告警等。
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光源与光纤的耦合
• 耦合效率与光源的类型和光纤的类型有关。 • 影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光 纤的数值孔径。发散角大，耦合效率低；数值 孔径大，耦合效率高。光源发光面和光纤端面 的尺寸、形状及两者之间的距离都会影响到耦 合效率。 • 一般说来，LD与单模光纤的耦合效率可以达到 30%~50%，LED与单模光纤的耦合效率非常低， 只有百分之几甚至更小。