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 在光纖通信系統(tǒng)中，要將電端機(jī)送來的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枺催M(jìn)行E/O變換，并送入光纖線路進(jìn)行傳輸。    

1.光發(fā)送機(jī)的組成

       在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，光發(fā)送機(jī)主要由輸入接口、線路編碼、調(diào)制電路、光源及其控制電路。數(shù)字光發(fā)送機(jī)的構(gòu)成如圖24所示。

圖24     數(shù)字光發(fā)送機(jī)框圖

       電端機(jī)送來的電信號首先通過輸入接口變換成普通的NRZ(或者是RZ)碼。輸入接口的作用是不僅保證電、光端機(jī)間信號的幅度、阻抗適配，而且要進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇a型變換，以適合光發(fā)送機(jī)的要求。

       在光纖通信系統(tǒng)中，由于光源不可能有負(fù)光能，只能采用二電平碼。但是簡單的二電平碼具有隨信息隨機(jī)起伏的直流和低頻分量，對接收端判決不利，因此需要進(jìn)行線路編碼以適應(yīng)光纖線路傳輸?shù)囊蟆?/p>

       調(diào)制電路將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制電流，以便實(shí)現(xiàn)對光源的強(qiáng)度調(diào)制。

       半導(dǎo)體激光器是對溫度敏感的器件，它的輸出光功率和輸出光譜的中心波長隨著溫度發(fā)生變化。因此為了穩(wěn)定輸出功率和波長，光發(fā)送機(jī)往往加有控制電路，控制電路包括自動(dòng)功率控制(APC)電路和自動(dòng)溫度控制(ATC)電路。

2.光源的數(shù)字調(diào)制與驅(qū)動(dòng)

       這里主要討論直接調(diào)制原理。

       對于半導(dǎo)體光源，其輸出的光功率與注入電流成正比，而且電流的變化轉(zhuǎn)換為光頻調(diào)制也呈線性，所以可以通過改變注入電流來實(shí)現(xiàn)光波的強(qiáng)度調(diào)制(IM),即使光源輸出的光強(qiáng)隨電信號的變化而變化。

       在光纖通信系統(tǒng)中，數(shù)字調(diào)制主要是指PCM編碼調(diào)制。編碼調(diào)制是先將連續(xù)的模擬信號通過取樣、量化和編碼，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制脈沖代碼，用矩形脈沖的有、無(“0”碼和“1"碼)來表示信號。如圖25為LED和LD數(shù)字調(diào)制原理。

圖25   LED和LD數(shù)字調(diào)制原理

(1)LED的數(shù)字調(diào)制和驅(qū)動(dòng)

       從圖25可以看到，在LED上要加以小的直流正向偏置(0~1mA),其目的是提高LED的響應(yīng)速度。至于調(diào)制電流幅度Im，應(yīng)根據(jù)LED的P-I特性來選擇。既要保證有足夠的輸出光脈沖的幅度，又要考慮LED對電流的承受能力。

(2)LD的數(shù)字調(diào)制和驅(qū)動(dòng)

       由于LD是閾值器件，必須在LD上加稍低于閾值電流Ith的偏置電流Ib，再疊加調(diào)制電流Im，如圖25所示。偏置電流的大小直接影響激光器的高速調(diào)制性質(zhì)，要兼顧到電光延遲、張馳振蕩、碼型效應(yīng)、結(jié)發(fā)熱效應(yīng)、激光器的消光比、散粒噪聲等各方面情況。一般偏置電流Ib取(0.7~1.0)Ib。調(diào)制電流Im幅度的選擇，應(yīng)根據(jù)LD的P-I特性曲線，既要保證有足夠的輸出光脈沖的幅度，又要考慮光源的負(fù)擔(dān)，還要考慮選擇光源的線性區(qū)域。 

       對激光器進(jìn)行高速脈沖調(diào)制時(shí)，調(diào)制電路既要有快的開關(guān)速度，又要保持有良好的電流脈沖波形。此外，光源本身的響應(yīng)速度也要快。數(shù)字調(diào)制電路應(yīng)是電流開關(guān)電路。最常用的是差分電流開關(guān)。目前.直接強(qiáng)度調(diào)制速率可以達(dá)到20Gbit/s。

3、控制電路

       半導(dǎo)體激光器是高速傳輸?shù)睦硐牍庠?，但是，半?dǎo)體激光器對溫度是很敏感的•而且隨著激光器的老化，其輸出功率也將減小。因而穩(wěn)定激光器的輸出光信號是非常重要的問題。溫度的變化和器件的老化給半導(dǎo)體激光器帶來的不穩(wěn)定性主要表現(xiàn)為：激光器的閾值隨著溫度和老化而變化，從而使輸出光信號的光功率發(fā)生變化；激光器的發(fā)射中心波長隨溫度的升高向長波長漂移。

       控制電路的作用就是消除溫度和器件老化的影響，穩(wěn)定輸出光信號。目前主要采用的穩(wěn)定方法有：自動(dòng)溫度控制(ATC)和自動(dòng)功率控制(APC)。

(1)自動(dòng)溫度控制(ATC)

       溫度控制由微型半導(dǎo)體制冷器、熱敏電阻及控制電路組成。熱敏元件探測半導(dǎo)體激光器的結(jié)溫，與設(shè)定的基準(zhǔn)溫度比較、放大后，驅(qū)動(dòng)制冷器的控制電路。改變制冷電流，從而保持激光器在恒定的溫度下工作。目前微型制冷器多采用半導(dǎo)體制冷器，它是利用半導(dǎo)體材料的珀?duì)柼?yīng)制成的。