CN1142714A - 光纤发射模块的稳定化方法 - Google Patents

Abstract

光纤发射模块的稳定化方法属于光纤通信领域，为了稳定数字光发射机的光输出，LED发射模块采用简化的温度补偿、电压稳定电路，电源电压变化10％，温度0～50℃内，光输出变化小于1dB，LD发射模块采用直耦双峰检波控制电路，对阈值不同的激光器组件无需作电路参数调整，电源电压变化10％，温度0～50℃内，光输出变化小于1dB，残光比小于5％。

Description

光纤发射模块的稳定化方法

光纤发射模块的稳定化方法属于光纤通信领域。

随着光纤通信技术的发展与成熟，数字光纤发射端机面临多样化的需求，不仅向着高码速率、大功率输出方向发展，同时，高可靠性、多种使用环境、兼容性、小体积、低功耗、低价格等要求更成为广大用户关注的焦点。

为满足用户的多种需求，光纤发射端机朝着模块化方向发展，发光管发射模块可靠性高、价格低，适用于中、短程通信系统，激光器发射模块功率大、调制速率高，适用中、远程通信系统，但是，光发射器件存在的固有缺点严重影响着它的使用。例如：大功率LED在0℃～50℃输出光功率变化可达5～7dB；LD的性能分散性大，光发射机一般需要逐台调整，且随着LD的老化和环境温度的改变，阀值和外量子效率会发生变化。如果不从电路上采取措施，将会导致光纤传输系统的性能劣化。

传统LED发射控制电路有温度补偿功能，但存在补偿范围有限、受电源电压影响大等缺点。本发明中LED发射模块采用一致性较好的二极管作温敏元件，兼顾了电源电压变化抑制。用一级运放实现了大范围的温度补偿。见图1，运放A的正输入端接稳定的基准电压VB，与电源电压、环境温度无关。即： $\frac{\mathrm{dVB}}{\mathrm{dT}}=0---\left(1\right)$

运放A的负输入端通过一个小电阻R1和普通二级管D串联接地，反馈电阻接于运放输出与负输入之间，运放A的输出控制驱动电路的恒流源达到温度补偿的目的。

(1)式结合二级管方程可以得出恒流源电流Id与温度T之间大致有：

因此可以在0～50℃范围内对LED的驱动电流进行0～6dB的线性温度补偿。实际实验结果LED发射模块在电源电压变化±10％，温度0～50℃范围内输出光功率变化小于1dB。

LD发射模块是利用激光器组件的背向光监视器所产生的光电流信号来自动跟踪LD的阈值和一定光功率下的驱动电流，以达到稳定光输出的目的。传统的自动功率控制(APC)电路原理是利用一个直流放大器，一个交流放大器放大背向光电流信号，直流电压减去交流负峰值即为残光比信号，去控制偏置电流I_o，交流峰峰值是输出光功率幅度信号，去控制驱动电流Im，这个电路共有八个放大器，两个检波器，过于复杂，实用的简化电路是给定驱动电流Im，直接根据平均功率控制阀值，简化电路的缺点是当器件老化或温度变化导致LD外量子效率降低时会增大输出的残光比。国外的改进电路又加入了峰值补偿电路，以抵销激光器外量子效率的变化，但这种电路为抵销输入数据的直流波动，还须加入输入补偿，又使电路复杂化。本发明所采用的直耦双峰检波控制法从根本上解决了这些问题，并使电路相当简化，无专用元器件，成本低廉。

图2是激光器控制电路的原理框图，激光器背向光监视器PD产生的光电流信号经跨阻放大器A放大后经负、正峰值检波器得光峰值信号和残光信号，分别经放大器A-和A+放大后作为驱动电流Im的控制信号和偏置电流I_o的控制信号，直接对激光器进行准确的控制。

由于输出光信号的残光比需小于5％，因此放大器A+需较高的增益，这一反馈环路的零漂问题就突出成为了本电路的关键点，实际电路设计了跨阻放大器A的温度系数与正峰值检波及放大器A+的温度系数互相抵销。见图3，跨阻放大器采用三级放大，分别是共集电极，含射极反馈电阻的共射极，共集电极放大电路，其中共射极电路的电源需接稳压电路，以抑制电源电压变化对控制电路的影响，跨阻放大器的输出经射极跟随器后接负、正峰值检波器，获得的信号通过同向放大器A-和A+放大后控制驱动电流Im和偏置电流I_o

激光器的监视电流i与驱动电流I之间满足：

      i＝K(I-Ith)                                     (2)

偏置电流I_o与″0″电平对应的残光电流i_o的关系有：

      I_o＝Imax-i_o RA+/R_o                           (3)

由(2)式代入(3)式可得：

      (1+KRA+/R_o)I_o＝Imax+KRA+/R_o Ith              (4)

将实例值代入其中：

    K＝0.013，表示激光器组件在阈值加20mA驱动电流时，监视电流为

    K×20mA＝260μA_o

    R＝3kΩ，是放大器A的跨阻，A+＝16，是放大器A+的增益，R_o＝51Ω

是恒流源的电阻。

    Imax＝40mA，是无监视光电流时的偏置电流值。

代入上述实际值可得：

    I_o＝0.92Ith+3(mA)

实际电路因为存在驱动波型的微小波动，峰值检波获得的残光电流信号就比理论值大，造成偏置电流I_o更加接近阈值电流Ith，也就可以获得更小的残光比。对阈值不同的激光器，电路参数无需作任何调整，对监视电流不同或驱动电流要求不同的激光器组件仅需改变跨阻放大器A的跨阻R即可达到目的，对于一般的无致冷激光器在0～50℃范围内光输出变化小于1dB，残光比小于5％，电源电压允许范围±10％。

Claims (3)

1. 光纤发射模块的稳定化方法属于光纤通信领域，本发明的特征是：LED发射模块采用简化的温度补偿、稳压电路稳定其光输出，LD发射模块采用直耦双峰检波控制电路稳定光输出，对阈值不同的激光器组件无需作电路参数调整，对监视电流不同或驱动电流要求不同的激光器组件仅需改变跨阻放大器A的跨阻R即可达到目的。

   1、LED发射模块内的温度补偿、稳压电路采用一级运放电路实现：运放的负输入端通过一个小电阻和普通二级管串联接地，正输入端接基准电压，运放的输出控制差动驱动电路的恒流源电流。
2. 2、LD发射模块内的控制电路采用直耦双峰检波控制法，特征在于利用跨阻放大器A放大激光器组件的背向光电流，经负、正峰值检波器获得峰值光信号和残光信号，分别经放大器A-和A+放大后作为驱动电流Im和偏置电流I_o的控制信号直接对激光器进行准确控制。
3. 3、如权力要求2所述的直耦双峰检波法采用的跨阻放大器A为三级反馈电路，分别是共集、含射极反馈电阻的共射、共集，其中共射电路的电源需接稳压电路，跨阻放大器的输出经射极跟随器后接负、正峰值检波器。

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