码型变换仅用于PDH通信,对于SDH通信而言,由于有丰富的开销比特完全可以实现误码监测、公务联络等功能,所以不需要进行码型变换。 ③ 予处理
即对数字电信号的脉冲波形进行波形处理。 ④ 驱动电路与光源组件
实际上就是光源及其调制电路。其作用是把电信号变成光脉冲信号发送到光纤当中。该部分是光发送机的核心,许多重要技术指标皆由该部分决定。 ⑤ 自动功率控制(APC)
为了使光发送机能输出稳定的的光功率信号,必须采用相应的负反馈措施来控制光源器件的发光功率。
目前通用的自动功率控制方法是背向光控制法(当然也有其它方法)。
我们知道,LD的谐振腔有两个反射镜面,它们是半透明的。它们的作用一方面构成谐振腔保证光子在其中往复运动以激射出新的光子,另一方面有相当一部分光子从反射镜透射出去即发光。前镜面透射出去的光谓之主光,通过与光纤的耦合发送光纤当中变成有用的传输。而后反射镜面幅射出去的光谓之副光又叫背向光,利用它可以来监控光源器件发光功率的大小,如图21所示。
图
21 LD的主光与副光
利用与LD封装在一起的光检测器PD(见图17)就可以把副光转换成电信号并提供给APC电路,而APC电路把该电信号进行放大处理后,去控制LD的偏置电路即控制LD的偏置电流IB,从而达到控制LD发光功率的目的。 ⑥ 自动温度控制(ATC)
我们知道,所有的半导体器件对温度的变化都是比较敏感的,对LD而言尤其如此。LD的阈值电流Ith随着温度的上升而变大,若保持原来的偏置电流IB不变,而LD发光功率会降低。因此为LD提供一个温度比较恒定的环境是十分必要的。 利用与LD封装在一起的热敏电阻Rt可以有效地监视LD的工作环境温度。当温度发生变化时,Rt的阻值也随之变化,把该变化信号输出给ATC电路,而ATC电路
进行放大处理后再控制LD组件中的致冷装置。从而达到使LD工作环境温度恒定的目的。
致冷的方法很多,如强迫致冷、恒温槽致冷和温差致冷等。其中温差致冷最先进。即用特殊的半导体材料制成温差热电偶,当其中通过电流时,一端变冷而另一端变热。 6. 驱动电路
驱动电路实际上是光源器件的调制电路,其作用是把数字电信号转换成光脉冲信号。 最简单的驱动电路是共射极驱动电路,如图22所示
图
22 共射极驱动电路
显然,当数字电信号Vi=0时,BG截止,光源器件无电流流过故不发光(空号)。而当Vi=1时,晶体管BG饱和导通,光源器件中有电流流过并达到其要求的工作电流如50MA,于是发光(传号)。
就这样把电信号变成了光脉冲信号,完成了强度调制过程。
上述驱动电路是最简单的,它存在许多不足,如阻抗不匹配(光源器件在正偏置时呈低阻抗),调制速率较低等。
用我们熟知的射随驱动电路就可以比较好地解决阻抗匹配和调制速率问题,其工作原理图如图23所示。
图
23 射随驱动电路
适用于高速率的驱动电路莫过于电流开关电路了,其工作原理图如图24所示。图中的光源器件为LD,IB是其予偏置电流,PD是与LD封装在一起的本地光检测器,用它来检测LD所发的副光,而ID为恒流源电路,为电流开关电路中的BG1与BG2提供稳定的电流。
图
24 射极耦合驱动电路
当Vi=1时,BG1导通而BG2截止,LD中仅有偏置电流IB流过,故LD只发莹光(空号)。
当Vi=0时,BG1截止而BG2导通,则LD中的电流I=IB+ID,于是LD发出光脉冲(传号)。
若LD发光功率过高,则PD检测到的副光信号也增加,通过负反馈电路A和BG3可以使LD的偏流IB降低,从而使LD的发光功率降低,就这样使LD的发光功率恒定。
7. 光发送机的主要技术指标
作为光纤通信系统的组成部分,光发送机有许多技术指标,但其最主要的是如下几项:
① 平均发光功率Pt
平均发送光功率是光发送机最重要的技术指标,它是指在“0”“1”码等概率调制的情况下,光发送机输出的光功率值,单位为dBm。
由于在“0”码调制时光发送机不发光,只有在“1”调制时光发送机才发出光脉冲,因此平均发送光功率与光源器件的最大发送光功率Pmax(又叫直流发光功率)是有区别的。后者是指在全“1”码调制的条件下光源器件的发光功率。 在非归零码(NRZ)调制的条件下,两者的关系为:
(3.2)
在一般情况下,光发送机的平均发光功率越大越好。因为其值越大,进入光纤进行有效传输的光功率越大,其中继距离越长。但其值也不能过大,否则会降低光源器件的寿命。Pt一般不越过0dBm(1毫瓦)。 ② 谱宽
它其实就是光发送机中所用光源器件的谱线宽度。我们已经知道,光源器件的谱宽越窄越好,因为谱宽越窄,由它引起的光纤色散就越小,就越利于进行大容量的传输。
目前,有关于谱宽的提法有三种,即常用的根均方谱宽
和半值满谱宽
,,它
它们适用于多纵模激光器。还有一种是CCITT最新定义的-20dB谱宽点间的宽度。如图25所示。
主要用于单纵模激光器。意指从中心波长的最大幅度下降到百分之一(-20dB)时两
图
25 光源的-20dB谱宽
假设光源的谱线分布服从高斯分布,则很容易推导出它们有如下关系:
(3.3)
对于使用多纵模激光器(MLM)的光发送机,其谱宽
一般要求在2~10nm范
要求在1nm以
围;而对于使用单纵模激光器(SLM)的光发送机,其谱宽下。
③ 光源器件的寿命
正如我们已经所知,光源器件的寿命越长越好,至少也应该数万小时以上。 ④ 消光比EX
从理想状态讲,当数字电信号为“0”时,光发送机应该不发光;只有当数字电信号为“1”时光发送机才发出一个传号光脉冲。但实际上这是不可能的。以LD为例,由于要对它进行予偏置,且使其偏置电流IB略小于阈值电流Ith。因此即使在数字电信号为“0”的情况下,LD也会发出极微弱的光(莹光)。当然这种发光越小越好,于是就引出了消光比的概念。
消光比的定义是:“1”码光脉冲功率与“0”码光脉冲功率之比。
在这里我们采用了一种简便的说法。实际上更严格的说法是:电信号“1”码输入时光发送机的发光功率与电信号“0”码输入时光发送机的发光功率之比。
(3.4)
显然在实际工作中无法测量出单个“1”码与单个“0”码的光脉冲功率,故常采用下式来实际测量消光比:
(3.5)
光发送机的消光比一般要求大于8.2dB,即“0”码光脉冲功率是“1”码光脉冲功率的七分之一。
通常希望光发送机的消光比大一些为好,但对于有些情况都并非如此。例如对于码速率很高的光发送机如2.5Gb/s以上,若使用的是单纵模激光器时会出现“啁啾声”现象。而所谓“啁啾声”是指单纵模激光器的谐振腔的光通路长度会因注入电流的变化而变化,导致其发光波长发生偏移。
当使用DFB单纵模激光器时,增大偏流会降低“啁啾声”的影响,而增大偏流则会减小消光比,因此消光比并非越大越好。 ⑤ 边模抑制比SMSR
该技术指标是针对使用单纵模激光器的光发送机而言。
因为单纵模激光器在动态调制时也会出现多个纵模(边模),虽然在一般情况下这些边模的光功率比主模要小得多。
SMSR的定义为:在全调制的条件下主纵模的光功率M1和最大边模光功率M2之比。即