光功率自動(dòng)控制電路

　　由于半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度的變化很敏感，要獲得穩(wěn)定的光輸出，就要有自動(dòng)控制電路。溫度的變化和器件的老化給激光器帶來(lái)的不穩(wěn)定主要在表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　激光器的閥值電流隨溫度變化呈現(xiàn)為指數(shù)規(guī)律變化，并隨器件的老化而增加，從而使輸出光功率發(fā)生很大的變化。

　　隨溫度的升高和器件的老化，激光器的電光轉(zhuǎn)換效率降低，使輸出光功率發(fā)生變化。

　　隨著溫度的升高，激光器的發(fā)射波長(zhǎng)的峰值位置移向長(zhǎng)波?？刂齐娐返淖饔镁褪窍郎囟茸兓推骷匣瘜?duì)輸出光功率的影響，穩(wěn)定輸出光功率。由于激光器的閥值電流和光電轉(zhuǎn)換效率都會(huì)隨溫度和器件的老化而發(fā)生變化，因此，要精確控制激光器的輸出光功率，應(yīng)從兩個(gè)方面考慮：控制激光器的偏置電流，使其自動(dòng)跟蹤閥值的變化，使激光器總是偏置在最佳的工作狀態(tài);控制激光器的調(diào)制電流的幅度，使其自動(dòng)跟隨光電轉(zhuǎn)換效率的變化而變化。

　　在通常情況下激光器的光電轉(zhuǎn)換效率隨溫度的變化不是很敏感。在不增加成本的情況下，簡(jiǎn)化控制電路，采用直接檢測(cè)激光器的平均輸出光功率來(lái)控制偏值電流，從而維持輸出光功率的穩(wěn)定。

　　自動(dòng)溫度控制(ATC)

　　自動(dòng)溫度控制電路由小型致冷器、熱敏元件及控制部分組成。熱敏元件監(jiān)測(cè)激光器的結(jié)溫，與設(shè)定的基準(zhǔn)溫度相比較，放大后驅(qū)動(dòng)致冷器的控制電路，改變致冷量，從而保證激光器工作在恒定的溫度下。為了提高致冷效率和控制精度，激光器的溫度控制常采用內(nèi)制冷方式，也就是將致冷器和熱敏電阻封裝在激光器管殼內(nèi)，熱敏電阻直接探測(cè)結(jié)區(qū)溫度，致冷器直接和激光器的PN結(jié)接觸。這種方式可以控制激光器結(jié)溫在±0.5℃的范圍內(nèi)，從而使激光器有較恒定的輸出光功率和發(fā)射波長(zhǎng)。但是，溫度控制方式不能控制由于激光器老化而產(chǎn)生的影響。溫度控制電路的控制精度不僅取決于外圍電路的研制，而且受到激光器的封裝技術(shù)的影響。熱敏電阻能不能反映結(jié)區(qū)的溫度、致冷器與PN結(jié)的熱接觸是否好等都直接影響到溫度控制電路的控制精度。

　　為了激光器的穩(wěn)定工作，ATC是必須的，一般把LD芯片的溫度控制在25℃，激光器的光發(fā)射功率和非線性失真依賴于偏置電流，因此偏流控制是光發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵部件。由于半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度變化很敏感，因此必須通過(guò)自動(dòng)功率控制單元穩(wěn)定激光器的輸出，自動(dòng)功率控制單元是通過(guò)控制激光器的偏置電流使其自動(dòng)跟蹤閥值的變化，使激光器總是偏置在最佳的工作狀態(tài)，同時(shí)控制激光器的調(diào)制電流的幅度，使其自動(dòng)跟隨光電轉(zhuǎn)換效率而變化。

　　光纖傳輸系統(tǒng)由于要傳輸寬帶射頻信號(hào)，而且在這個(gè)頻段內(nèi)，空中所接收到的信號(hào)幅度差別很大，因此對(duì)激光器的線性和調(diào)制靈敏度要求特別苛刻：首先，要求激光器器件的工作頻帶要寬，本底噪聲要極低，動(dòng)態(tài)范圍要大;其次，由于系統(tǒng)使用的環(huán)境特殊，故要求設(shè)備適應(yīng)性要強(qiáng)，也就要求激光器器件的溫度適應(yīng)范圍要寬;另外，由于輸入信號(hào)的特殊性，要求激光器必須有很高的調(diào)制靈敏度和很好的線性指標(biāo)，即：CSO(組合二次)、CTB(組合三次)和C/N(載噪比)指標(biāo)，避免自身的非線性產(chǎn)物的產(chǎn)生，影響系統(tǒng)工作穩(wěn)定等。

　　光接收設(shè)備

　　接收機(jī)主要由兩大部分組成，即激光探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換部分、寬帶高效高阻-低阻抗的阻抗變換輸出處理部分(見圖3)。激光探測(cè)器光-電轉(zhuǎn)換部分及控制監(jiān)測(cè)部分為有源器件組成。光接收機(jī)的核心是PIN管，此外還有電源、功率控制電路、光檢測(cè)電路、射頻信號(hào)的放大處理電路等。光接收機(jī)通過(guò)PIN管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);光接收機(jī)有接收光功率指示功能;放大電路的增益應(yīng)適當(dāng)，保證接收到的電信號(hào)的失真盡可能小，也需要有一定的幅度便于后級(jí)的信號(hào)的處理。

　　由于在光發(fā)射機(jī)中未采用RF放大器，因此系統(tǒng)的傳輸增益(接收機(jī)光功率-2dB輸入時(shí))要降低10~15dB左右，為了不使系統(tǒng)的傳輸增益過(guò)低，在不增加放大器降低系統(tǒng)噪聲系數(shù)動(dòng)態(tài)和可靠性的前提下，可采用改變光接收機(jī)接收光功率的方式來(lái)補(bǔ)償由于不采用放大器帶來(lái)的傳輸增益的降低，即高出高進(jìn)的模式，光發(fā)射機(jī)高功率輸出，接收機(jī)輸入光功率大于+2dBm，彌補(bǔ)上系統(tǒng)降低的6dB增益。

　　結(jié)語(yǔ)

　　試驗(yàn)證明，采用此方案系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能達(dá)到要求，也能夠滿足用戶的使用要求。因此采用射頻光傳輸?shù)姆椒?，能夠有效地增?qiáng)地下防護(hù)工程內(nèi)通信系統(tǒng)的抗電磁毀傷能力，這已經(jīng)在系列工程應(yīng)用中得到驗(yàn)證。

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