光數字傳送機

把電數位訊號轉化為光數位訊號，再經光纖傳輸至遠方的設備。

基本介紹

• 中文名：光數字傳送機
• 外文名：opticaldigital transmitter
• 套用學科：光纖通信技術
• 主要參數：傳送光功率、光波長、工作碼率。

簡介

光傳送機中有光源或電一光轉換元件，如半導體雷射器、發光二極體等。長距離大容量的光纖通信系統，通常採用半導體雷射器作光源，可直接調製。短距離小容量的常採用半導體發光二極體，簡單經濟。光發射機的基本功能是將攜帶信息的電信號轉換成光信號，並將光信號送入光纖中。光發射機除了半導體光源及其驅動電路之外還包括使系統正常、可靠工作的一些輔助控制電路部分。

結構原理

一個實用化的光傳送機通常具有完善的控制線路。它具有信號驅動電路、光功率控制電路和溫度控制電路，如圖1所示。來自電數字終端設備的數字

信號進入光傳送機的驅動電路以調製半導體雷射器。為了保證傳送光功率恆定，用一個光檢測器對半導體雷射器輸出的光功率監測。在半導體雷射器的背向發光面監測。光檢測器輸出的電流經過功控電路回控半導體雷射器的偏置電流或驅動電流，以維持輸出的光功率恆定。半導體雷射器傳送的光功率、波長、閾值均會受工作溫度影響。為了保證正常工作需採用溫控電路。在半導體雷射器管鄰近裝有熱敏電阻測溫和致冷器控溫。熱敏電阻測得溫度變化，即經溫控電路調節致冷器，以維持恆溫。致冷器是利用半導體帕爾貼效應來致冷的。帶有光檢測器、熱敏電阻和致冷器的雷射器稱為雷射器組件。

圖1 光傳送機原理圖

具有優良溫度特性的雷射器或因要求不高而採用發光二極體時，可不加溫控電路。

光源的驅動

光源的驅動就是根據輸入的電信號產生相應的光信號的過程，採用的器件不同、調製方式的不同、輸入信號類型的不同都有不同的驅動方式。

LD的驅動

1. 增大直流預偏置電流使其逼近閥值，可以減小電光延遲時間，抑制張遲振盪；
   
2. 當雷射器偏置在閥值附近，較小的調製脈衝電流就能得到足夠的輸出脈衝，可以大大減小碼型效應；
   
3. 加大直流偏置電流使雷射器在發“0”與發“1”時的光功率之比(即消光比)增大，影響接收機的靈敏度。因此，偏置電流的選擇要兼顧電光延遲、張遲振盪、碼型效應以及消光比等各種因素，根據器件的性能，系統的具體要求，適當選擇。
   

光發射機的構成

光發射機由輸入接口、光源、驅動電路、監控電路、控制電路等構成，其核心是光源及驅動電路。在數字通信中，輸入電路將輸入的信號(如PCM脈衝)進行整形，變換成適於線路傳送的碼型後通過驅動電路光源，或者送到光調製器調製光源輸出的連續光波。為了穩定輸出的平均光功率和工作溫度，通常要設定一個自動的溫度控制及功率控制電路。

光源的調製

我們都知道，信息的處理都是在電的領域內完成的，在光纖通信中，我們必須把電信號轉變成光信號，這樣才能在光纖上傳播。在光纖通信系統中，信息由LED或LD發出的光波所攜帶，光波就是載波，把信息載入到光波上的過程就是調製。光調製器就是實現從電信號到光信號的轉換的器件。

調製方式通常分為兩大類，即模擬調製和數字調製。

模擬調製又有兩類，一類是用模擬基帶信號直接對光源進行強度調製(D-IM)；另一採用連續或脈衝的射頻(RF)波作為副載波，模擬基帶信號先對它的幅度、頻率或相位等進行調製，再用該受調製的副載波去強度調製光源。模擬調製的優點是設備簡單，占有頻寬較窄，但它的抗干擾性能差，中繼時噪聲累積。

數字調製是光纖通信的主要調製方式，將模擬信號抽樣量化後，以二進制數位訊號“1”或“0”對光載波進行通斷調製，並進行脈衝編碼(PCM)。數字調製的優點是抗干擾能力強，中繼時噪聲及色散的影響不累積，因此可實現長距離傳輸，它的缺點是需要較寬的頻帶，設備也複雜。

按調製方式與光源的關係來分，有直接調製和外調製兩種。前者指直接用電調製信號來控制半導體光源的振盪參數，得到光品的調幅波或調頻波，這種調製又稱內調製；後者是讓光源輸出的幅度與頻率等恆定的光載波通過光調製器，光信號通過調製器實現對光載波的幅度、頻率及相位等進行調製，光源直接調製的優點是簡單，但調製速率受到載流子壽命及高速率下的性能退化的限制。外調製方式需要調製器，結構複雜，但可獲得優良的調製性能，尤其適合於高速率下運行。

按被調製光波的參數分：強度調製、相位調製、偏振調製等。

目前光纖通信中套用最多的是光源的基帶直接強度調製、副載波強度調製及數字調製，高速率時採用外調製。

光源的控制電路

系統對光源的要求是很高的，包括：

1. 波長穩定性要求：WDM系統對光源發射波長的穩定性具有較高的要求，波長的漂移將導致信道之間的串擾。

2. 功率穩定性要求：某信道功率的漂移，不僅影響本信道的傳輸性能，而且通過EDFA的瞬態效應影響其它信道的性能。

光源的控制電路主要包括溫度控制和功率控制電路，它們的作用就是消除溫度變化和器件老化的影響，穩定發射機性能，其它的控制電路還有光源慢啟動保護電路、雷射器反向衝擊電流保護電路、雷射器過流保護電路和雷射器關斷電路。

光端機的套用

在高速公路、銀行、電力、電信等的監控領域都要求對視頻信號進行遠程的傳輸，目前主要的解決方法是利用光端機將視頻信號或將視頻信號轉化為數位訊號通過光纖進行，光纖有單纖和多纖之分，這兩種光纖由於能提供的頻寬以及接不同而使實際套用的解決方案有很大的不同。

由於光纖資源的寶貴，傳輸的頻寬要求更加節省，不僅要求進行單纖的傳輸，而且要求單纖的多路傳輸。現在的光端機廣泛的採用WDM和CWDM。WDM技術通過利用光復用器將在不同光纖中傳輸的波長結合到一根光纖中傳輸來實現。在鏈路的接收端，利用解復用器將分解後的波長分別送到不同的光纖，後者分別接到不同的接收機，WDM是最早被利用在光端機上的波分復用技術。