第四章：線路編碼

1、單 極 性 信 號(hào)正 值010110110光 信 號(hào)正 值01011負(fù) 值0110電 信 號(hào)雙 極 性 信 號(hào)單極性與雙極性信號(hào)單極性與雙極性信號(hào)簡(jiǎn)單的二電平碼會(huì)帶來(lái)如下問題：簡(jiǎn)單的二電平碼會(huì)帶來(lái)如下問題： 在隨機(jī)碼流中，容易出現(xiàn)長(zhǎng)串連“”碼或長(zhǎng)串連“0”碼，這樣可能造成位同步信息丟失，給定時(shí)提取造成困難或產(chǎn)生較大的定時(shí)誤差。 不能實(shí)現(xiàn)在線(不中斷業(yè)務(wù))的誤碼檢測(cè)， 不利于長(zhǎng)途通信系統(tǒng)的維護(hù)。在碼流中，出現(xiàn)“”碼和“0”碼的個(gè)數(shù)是隨機(jī)變化的， 因而直流分量也會(huì)發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)隨機(jī)波動(dòng)(基線漂移基線漂移)， 給光接收機(jī)的判決帶來(lái)困難。接收機(jī)的單個(gè)輸入脈沖接收機(jī)的單個(gè)輸出脈沖進(jìn)入接收機(jī)的“1”比特序列

2、接收機(jī)輸出的“1”比特序列判決閾值基線漂移圖8.8 傳輸長(zhǎng)連NRZ “1”碼時(shí)引起的接收機(jī)基線漂移效應(yīng) 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的主要要求是保證傳輸?shù)耐笖?shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍?，具體要求有：明性，具體要求有： (1) 能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高低頻分量。這樣就可以減小基線漂移、提高輸出功率的穩(wěn)定性和減小碼間干擾， 有利于提高光接收機(jī)的靈敏度。 (2) 能給光接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息。因而應(yīng)盡可能減少連“”碼和連“0”碼的數(shù)目，使“1”碼和“0”碼的分布均勻， 保證定時(shí)信息豐富。 (3) 能提供一定的冗余碼，用于平衡碼流、誤碼監(jiān)測(cè)和公務(wù)通信。但對(duì)高速光纖通信

3、系統(tǒng)，應(yīng)適當(dāng)減少冗余碼，以免占用過大的帶寬。 擾碼改變了“”碼與“0”碼的分布， 從而改善了碼流的一些特性。 例如： 擾碼前： 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 擾碼后： 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 但是， 擾碼仍具有下列缺點(diǎn)： 不能完全控制長(zhǎng)串連“”和長(zhǎng)串連“0”序列的出現(xiàn)； 沒有引入冗余， 不能進(jìn)行在線誤碼監(jiān)測(cè)； 信號(hào)頻譜中接近于直流的分量較大， 不能解決基線漂移。 因?yàn)閿_碼不能完全滿足光纖通信對(duì)線路碼型的要求， 所以許多光纖通信設(shè)備除采用擾碼外還采用其它類型的線路編碼。 1B2B是最簡(jiǎn)單的mBnB碼，常用的有三種編碼類型：1、CMI碼：“1” ：

4、11、00交替使用 “0” ：用01代替例子2、曼徹斯特碼：“1” ：10代替 “0” ：01代替最大的連最大的連“”和連和連“”的數(shù)目不會(huì)超過兩個(gè)，的數(shù)目不會(huì)超過兩個(gè)，但是在相同時(shí)隙內(nèi)，傳輸?shù)窃谙嗤瑫r(shí)隙內(nèi)，傳輸1比特變?yōu)閭鬏敱忍刈優(yōu)閭鬏?比特，比特， 碼速提高了碼速提高了1倍。倍。 3、DMI碼：“1” ：11、00代替 “0” ：01、10代替 mBnB mBnB碼是把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分碼是把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組，每組有組，每組有m m個(gè)二進(jìn)制碼，記為個(gè)二進(jìn)制碼，記為mBmB，稱為一個(gè)碼字，稱為一個(gè)碼字，然后把一個(gè)碼字變換為然后把一個(gè)碼字變換為n n個(gè)二進(jìn)制碼，記為個(gè)二進(jìn)

5、制碼，記為nBnB，并，并在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出。這種碼型是把在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出。這種碼型是把mBmB變換為變換為nBnB，所以稱為所以稱為mBnBmBnB碼，其中碼，其中m m和和n n都是正整數(shù)，都是正整數(shù)， nmnm，一，一般選取般選取n=m+1n=m+1。mBnBmBnB碼有碼有1B2B1B2B、3B4B3B4B、5B6B5B6B、 8B9B8B9B、 17B18B17B18B等等。等等。 mBnBmBnB碼是一種提高信號(hào)傳輸速率的編碼方法碼是一種提高信號(hào)傳輸速率的編碼方法 （WDSWDS） ： nBnB碼組的單個(gè)碼碼組的單個(gè)碼字中將字中將0 0 作為作為-1-1，1 1作為作為+1+1計(jì)

6、算出的代數(shù)和，計(jì)算出的代數(shù)和，即為即為 如果整個(gè)碼字如果整個(gè)碼字“”碼的數(shù)目多于碼的數(shù)目多于“0”0”碼，則碼，則WDSWDS為正；如果為正；如果“0”0”碼的數(shù)目多于碼的數(shù)目多于“1”1”碼，碼， 則則WDSWDS為負(fù)；為負(fù)；如果如果“0”0”碼和碼和“1”1”碼的數(shù)目相等，則碼的數(shù)目相等，則WDSWDS為為0 0。例如：。例如：對(duì)于對(duì)于01110111，WDS=+2WDS=+2；對(duì)于；對(duì)于00010001， WDS=-2WDS=-2；對(duì)于；對(duì)于00110011，WDS=0WDS=0。 1 1、 mBnBmBnB碼分類碼分類按按WDSWDS分類：分類：A A：叫做均等：叫做均等mBnBmBn

7、B碼（碼（ n=m+2n=m+2）碼）碼組內(nèi)組內(nèi)0 0、1 1的個(gè)數(shù)相等。（誤碼校驗(yàn)方便）的個(gè)數(shù)相等。（誤碼校驗(yàn)方便） 例如：例如：6B8B6B8BB B：m m比特碼只占用比特碼只占用n n比特碼中不均等比特碼中不均等為為-1-1的碼字。（的碼字。（0 0多，節(jié)省光功率）。多，節(jié)省光功率）。 例如：例如：5B7B5B7BC C：需要用兩種模式。：需要用兩種模式。 2B3B 5B6B2B3B 5B6B mBnBmBnB編碼原則：編碼原則： 1 1、盡可能選擇、盡可能選擇 d d 絕對(duì)值小的碼字絕對(duì)值小的碼字 2 2、禁止用、禁止用d d 絕對(duì)值最大的碼字絕對(duì)值最大的碼字 3 3、選擇連、選擇連

8、0 0、1 1少的碼字（正負(fù)模式交替使用）少的碼字（正負(fù)模式交替使用）碼速提高率碼速提高率 H= n-m/n H= n-m/n * *100%100%數(shù)字3B4B方式1負(fù)模式方式2正模式012345670000010100111001011101110100001101010110100110101100001010110011010101101001101011001101 3 3、5B6B5B6B碼碼5B5B碼有碼有3232個(gè)碼字個(gè)碼字6B6B碼共有碼共有6464個(gè)碼字，其中個(gè)碼字，其中d=0d=0有有2020個(gè)，個(gè)，d=d=2 2有有3030個(gè)，個(gè)，共有共有2020個(gè)個(gè)|d|d|最小的碼

9、字可最小的碼字可選。由于變換為選。由于變換為6B6B碼時(shí)需碼時(shí)需3232個(gè)碼字，要在選出個(gè)碼字，要在選出1212對(duì)正負(fù)對(duì)正負(fù)模式，正組和負(fù)組交替使用。模式，正組和負(fù)組交替使用。 表中正組選用表中正組選用2020個(gè)個(gè)WDS=0WDS=0和和1212個(gè)個(gè)WDS=+2WDS=+2，負(fù)組選用，負(fù)組選用2020個(gè)個(gè)WDS=0WDS=0和和1212個(gè)個(gè)WDS=-2WDS=-2。 4、mBnB碼是一種分組碼，可以根據(jù)傳輸特性的要求確碼是一種分組碼，可以根據(jù)傳輸特性的要求確定某種碼表。定某種碼表。mBnB碼的特點(diǎn)是：碼的特點(diǎn)是： (1) 碼流中碼流中“0”和和“1”碼的概率相等，碼的概率相等， 連連“0”和連

10、和連“1”的數(shù)目較少，定時(shí)信息豐富。的數(shù)目較少，定時(shí)信息豐富。 (2) 信號(hào)頻譜特性較好，基線漂移小。信號(hào)頻譜特性較好，基線漂移小。 (3) 在碼流中引入一定的冗余碼，在碼流中引入一定的冗余碼， 便于在線誤碼檢測(cè)。便于在線誤碼檢測(cè)。 mBnB碼的缺點(diǎn)是傳輸輔助信號(hào)比較困難。因此，碼的缺點(diǎn)是傳輸輔助信號(hào)比較困難。因此，在要求傳輸輔助信號(hào)或有一定數(shù)量的區(qū)間通信的設(shè)備在要求傳輸輔助信號(hào)或有一定數(shù)量的區(qū)間通信的設(shè)備中，不宜用這種碼型。中，不宜用這種碼型。 1 1、構(gòu)造：輸入的信息序列以、構(gòu)造：輸入的信息序列以m m比特為一組，每組比特為一組，每組后面插入一比特冗余比特，碼速變?yōu)楹竺娌迦胍槐忍厝哂啾忍兀?/p>

11、碼速變?yōu)閙/m+1 m/m+1 2 2、根據(jù)用途不同，分為三種、根據(jù)用途不同，分為三種： (1) mB1Ci mB碼為： 100 110 001 101 mB1C1碼為： 1001 1101 0010 1010mBCmBCmBCCC C碼的作用是引入冗余碼，可以進(jìn)行在線誤碼率監(jiān)測(cè)；碼的作用是引入冗余碼，可以進(jìn)行在線誤碼率監(jiān)測(cè)； 同同時(shí)改善了時(shí)改善了“0”0”碼和碼和“1”1”碼的分布，有利于定時(shí)提取。碼的分布，有利于定時(shí)提取。(2) mB1PP碼為奇校驗(yàn)碼時(shí)， 其插入規(guī)律是使m+1個(gè)碼內(nèi)“1”碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)， 例如： mB碼為： 100 000 001 110 mB1P碼為： 1000 000

12、1 0010 1101 當(dāng)檢測(cè)得m+1個(gè)碼內(nèi)“”碼為奇數(shù)時(shí)，則認(rèn)為無(wú)誤碼。P P碼為偶校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使碼為偶校驗(yàn)碼時(shí)，其插入規(guī)律是使m+1m+1個(gè)碼內(nèi)個(gè)碼內(nèi)“”碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，例如：碼的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，例如： mBmB碼為：碼為： 100 000 001 110100 000 001 110 mB1PmB1P碼為：碼為： 1001 0000 0011 11001001 0000 0011 1100 當(dāng)檢測(cè)得當(dāng)檢測(cè)得m+1m+1個(gè)碼內(nèi)個(gè)碼內(nèi)“”碼為偶數(shù)時(shí)，碼為偶數(shù)時(shí)， 則認(rèn)為無(wú)誤碼。則認(rèn)為無(wú)誤碼。 （3）mB1H插入的插入的H碼可以根據(jù)不同用途分為三類：碼可以根據(jù)不同用途分為三類： 一：一：

13、C碼，它是第碼，它是第m位碼的補(bǔ)碼，用于在線誤碼率監(jiān)測(cè)；位碼的補(bǔ)碼，用于在線誤碼率監(jiān)測(cè)； 二：二：L碼，用于區(qū)間通信；碼，用于區(qū)間通信； 三：三：G碼，用于幀同步、公務(wù)、數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)等信息的傳輸。碼，用于幀同步、公務(wù)、數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)等信息的傳輸。 mBmBCmBC 以以4B1H4B1H碼為例，它的優(yōu)點(diǎn)是碼速提高不大，碼為例，它的優(yōu)點(diǎn)是碼速提高不大，誤碼增值??；誤碼增值?。?可以實(shí)現(xiàn)在線誤碼檢測(cè)、區(qū)間通可以實(shí)現(xiàn)在線誤碼檢測(cè)、區(qū)間通信和輔助信息傳輸。缺點(diǎn)是碼流的頻譜特性不如信和輔助信息傳輸。缺點(diǎn)是碼流的頻譜特性不如mBnBmBnB碼。但在擾碼后再進(jìn)行碼。但在擾碼后再進(jìn)行4B1H4B1H變換，變換， 可以

14、滿可以滿足通信系統(tǒng)的要求。足通信系統(tǒng)的要求。光纖光發(fā)射器音頻到數(shù)字電信號(hào)轉(zhuǎn)換器數(shù)字電信號(hào)到音頻轉(zhuǎn)換器光檢測(cè)器 光纖通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，所以要將電信號(hào)轉(zhuǎn)光纖通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，所以要將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，即需要光源?；癁楣庑盘?hào)，即需要光源。LD:用于長(zhǎng)距離，高速率的系統(tǒng)用于長(zhǎng)距離，高速率的系統(tǒng)LED：短距離，低容量的系統(tǒng)或是模擬系統(tǒng)：短距離，低容量的系統(tǒng)或是模擬系統(tǒng)對(duì)光源有一些要求對(duì)光源有一些要求（第四章（第四章）(1) 發(fā)射的光波長(zhǎng)應(yīng)和光纖低損耗發(fā)射的光波長(zhǎng)應(yīng)和光纖低損耗“窗口窗口”一致，即中心一致，即中心波長(zhǎng)應(yīng)在波長(zhǎng)應(yīng)在0.85 m、 1.31 m和和1.55 m附近。光譜單色性

15、附近。光譜單色性要好，要好， 即譜線寬度要窄，即譜線寬度要窄， 以減小光纖色散對(duì)帶寬的限制。以減小光纖色散對(duì)帶寬的限制。(2) 電電/光轉(zhuǎn)換效率要高，即要求在足夠低的驅(qū)動(dòng)電流下，光轉(zhuǎn)換效率要高，即要求在足夠低的驅(qū)動(dòng)電流下， 有足夠大而穩(wěn)定的輸出光功率，且線性良好。發(fā)射光束的有足夠大而穩(wěn)定的輸出光功率，且線性良好。發(fā)射光束的方向性要好，即遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射角要小，以利于提高光源與光方向性要好，即遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射角要小，以利于提高光源與光纖之間的耦合效率。纖之間的耦合效率。(3) 允許的調(diào)制速率要高或響應(yīng)速度要快，允許的調(diào)制速率要高或響應(yīng)速度要快， 以滿足系統(tǒng)的以滿足系統(tǒng)的大傳輸容量的要求大傳輸容量的要求。(4

16、) 器件應(yīng)能在常溫下以連續(xù)波方式工作，器件應(yīng)能在常溫下以連續(xù)波方式工作， 要求溫度穩(wěn)定要求溫度穩(wěn)定性好，性好， 可靠性高，壽命長(zhǎng)。可靠性高，壽命長(zhǎng)。 (5) 此外，要求器件體積小，重量輕，安裝使用方便，價(jià)此外，要求器件體積小，重量輕，安裝使用方便，價(jià)格便宜。格便宜。 LD LED各自特點(diǎn)： LD LED1.輸出功率較大（幾到幾十輸出功率較大（幾到幾十mW） 輸出功率較小（輸出功率較?。?-2mW）2.帶寬大，調(diào)制速率高帶寬大，調(diào)制速率高 -小小-低低3.相干光相干光 非相干光非相干光4.與光纖耦合度高與光纖耦合度高 耦合度低耦合度低5.光譜窄光譜窄 圖圖 光譜較寬光譜較寬6.制造工藝難度大制造

17、工藝難度大 成本高成本高 難度小難度小 7.P-I曲線線性好曲線線性好 圖圖 I小時(shí)，小時(shí)， P-I曲線線性好曲線線性好 圖圖 I大時(shí)，功率趨于飽和大時(shí)，功率趨于飽和8.需要需要APC、ATC控制，有控制，有Ith 溫度特性好，無(wú)需溫度控制溫度特性好，無(wú)需溫度控制9.有模式噪聲有模式噪聲 無(wú)模式噪聲無(wú)模式噪聲10.工作壽命短，可靠性一般工作壽命短，可靠性一般 工作壽命長(zhǎng)，可靠性高工作壽命長(zhǎng)，可靠性高波長(zhǎng)、通信容量、模式、及通信距離之間的關(guān)系波長(zhǎng)、通信容量、模式、及通信距離之間的關(guān)系 短波長(zhǎng)短波長(zhǎng) 0.85 m 短距離，小容量短距離，小容量 多模光纖多模光纖長(zhǎng)波長(zhǎng)長(zhǎng)波長(zhǎng) 1.31 m 單模光纖單

18、模光纖中距離，中容量中距離，中容量長(zhǎng)波長(zhǎng)長(zhǎng)波長(zhǎng) 1.55 m 超長(zhǎng)距離，超大容量超長(zhǎng)距離，超大容量 單模光纖（零色散光纖）單模光纖（零色散光纖）長(zhǎng)距離，大容量長(zhǎng)距離，大容量輸入電路輸入電路驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路光調(diào)制器光調(diào)制器光源光源保護(hù)報(bào)警保護(hù)報(bào)警偏置電路偏置電路APCATC電信號(hào)電信號(hào)光信號(hào)光信號(hào)光波的調(diào)制：在光纖通信系統(tǒng)中，把隨信息變化的電信光波的調(diào)制：在光纖通信系統(tǒng)中，把隨信息變化的電信 號(hào)加到光載波上，是光載波按信息的變化而變化。號(hào)加到光載波上，是光載波按信息的變化而變化。電信號(hào)的調(diào)制：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相電信號(hào)的調(diào)制：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相光信號(hào)的調(diào)制：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相光信號(hào)的調(diào)制：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)

19、相等多種調(diào)制方式等多種調(diào)制方式但是在光頻段多采用強(qiáng)度調(diào)制方式。但是在光頻段多采用強(qiáng)度調(diào)制方式。強(qiáng)度調(diào)制分為：強(qiáng)度調(diào)制分為：a、直接調(diào)制、直接調(diào)制:電信號(hào)直接調(diào)制光源的偏置電流電信號(hào)直接調(diào)制光源的偏置電流b、間接調(diào)制、間接調(diào)制:基于電光、聲光、磁光。效應(yīng)，光信號(hào)基于電光、聲光、磁光。效應(yīng)，光信號(hào)通過調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì)光載波的調(diào)制通過調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì)光載波的調(diào)制輸入電路輸入電路驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路光源光源保護(hù)報(bào)警保護(hù)報(bào)警偏置電路偏置電路APCATC電信號(hào)電信號(hào)光信號(hào)光信號(hào)直接調(diào)直接調(diào)制制輸入電路輸入電路驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路光調(diào)制器光調(diào)制器光源光源保護(hù)報(bào)警保護(hù)報(bào)警偏置電路偏置電路APCATC電信號(hào)電信號(hào)光信號(hào)光信號(hào)間

20、接調(diào)間接調(diào)制制輸入電路輸入電路驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路光源光源偏置電路偏置電路電信號(hào)電信號(hào)光信號(hào)光信號(hào)用用LEDLED作光源采用直接強(qiáng)度調(diào)制的方式：即通過改變作光源采用直接強(qiáng)度調(diào)制的方式：即通過改變LEDLED的注入電流調(diào)制輸出光功率的注入電流調(diào)制輸出光功率a.a.數(shù)字調(diào)制：主要指數(shù)字調(diào)制：主要指PCMPCM脈碼調(diào)制，先將連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行脈碼調(diào)制，先將連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行 抽樣、量化、編碼，轉(zhuǎn)化成一組二進(jìn)制脈沖代碼，抽樣、量化、編碼，轉(zhuǎn)化成一組二進(jìn)制脈沖代碼， 對(duì)光信號(hào)進(jìn)行通斷控制（直接和間接調(diào)制）對(duì)光信號(hào)進(jìn)行通斷控制（直接和間接調(diào)制） 模擬基帶信號(hào)直接調(diào)制光源模擬基帶信號(hào)直接調(diào)制光源用連續(xù)或脈沖的射

21、頻波作副載波，模擬用連續(xù)或脈沖的射頻波作副載波，模擬基帶信號(hào)調(diào)制副載波基帶信號(hào)調(diào)制副載波b.b.模擬調(diào)制：模擬調(diào)制：LED輸出光功率PIDIDIIB二極管電流1、LED的模擬直接調(diào)制原理的模擬直接調(diào)制原理 連續(xù)的模擬信號(hào)疊加連續(xù)的模擬信號(hào)疊加在直流偏置電流上適當(dāng)在直流偏置電流上適當(dāng)選擇電流偏置的大小，選擇電流偏置的大小，是靜態(tài)工作點(diǎn)位于是靜態(tài)工作點(diǎn)位于LED特性曲線的中點(diǎn)特性曲線的中點(diǎn),減小光減小光信號(hào)的非線性失真。信號(hào)的非線性失真。調(diào)制深度調(diào)制深度m=Im/IBIm:調(diào)制電流幅值調(diào)制電流幅值IB:偏置電流幅值偏置電流幅值LED的模擬驅(qū)動(dòng)與偏置電路的模擬驅(qū)動(dòng)與偏置電路共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路共發(fā)射極驅(qū)

22、動(dòng)電路 C 濾除直流濾除直流, U通過通過R1、R2：為三極管提：為三極管提供偏置電壓供偏置電壓 晶體管工作在甲類狀態(tài)，調(diào)晶體管工作在甲類狀態(tài)，調(diào)整基極偏置，使晶體管工作在線整基極偏置，使晶體管工作在線性區(qū)，并使靜態(tài)集電極電流性區(qū)，并使靜態(tài)集電極電流 IB =Im/ mR和鍺二極管：與和鍺二極管：與LED并聯(lián)起到分并聯(lián)起到分流作用，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)電流范圍，提流作用，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)電流范圍，提高高LED的線性的線性UCRLEDUinVR1R22、LED的數(shù)字直接調(diào)制原理的數(shù)字直接調(diào)制原理信號(hào)電流為單向二進(jìn)信號(hào)電流為單向二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，用單向制數(shù)字信號(hào)，用單向脈沖電流的脈沖電流的0、1控制控制LED的發(fā)光與否

23、的發(fā)光與否輸入電路輸入電路驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路光源光源調(diào)制后的光信號(hào)調(diào)制后的光信號(hào)I調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)PLED的數(shù)字驅(qū)動(dòng)與偏置電路的數(shù)字驅(qū)動(dòng)與偏置電路UCR2LEDC1R1UinVR3共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路 碼速不高時(shí)，不需要偏置電路碼速不高時(shí)，不需要偏置電路碼速高時(shí)，需要偏置電路碼速高時(shí)，需要偏置電路幾種典型的驅(qū)動(dòng)電路：幾種典型的驅(qū)動(dòng)電路：a.共射級(jí)驅(qū)動(dòng)電路共射級(jí)驅(qū)動(dòng)電路b.低阻抗電路低阻抗電路c.發(fā)射級(jí)耦合開關(guān)式驅(qū)發(fā)射級(jí)耦合開關(guān)式驅(qū)動(dòng)電路動(dòng)電路1、LD的直接調(diào)制原理的直接調(diào)制原理模擬調(diào)制模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制Ith輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在一個(gè)初輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在

24、一個(gè)初始延遲時(shí)間，稱為電光延遲時(shí)間始延遲時(shí)間，稱為電光延遲時(shí)間td，其數(shù)量級(jí)一般為，其數(shù)量級(jí)一般為ns。電光延遲要產(chǎn)生碼型效應(yīng)電光延遲要產(chǎn)生碼型效應(yīng) td與數(shù)字調(diào)制的碼元持續(xù)時(shí)間與數(shù)字調(diào)制的碼元持續(xù)時(shí)間T/2為相同數(shù)量為相同數(shù)量級(jí)時(shí)，會(huì)使級(jí)時(shí)，會(huì)使“0”碼過后的第一個(gè)碼過后的第一個(gè)“1碼的脈沖寬度變窄，碼的脈沖寬度變窄，幅度減小，嚴(yán)重時(shí)可能使單個(gè)幅度減小，嚴(yán)重時(shí)可能使單個(gè)“”碼丟失，碼丟失， 這種現(xiàn)象稱這種現(xiàn)象稱為為“碼型效應(yīng)碼型效應(yīng)”。 當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖會(huì)出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩，會(huì)出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩， 稱為張弛振蕩，其振稱為張弛振蕩，其

25、振蕩頻率蕩頻率fr(=r/2)一般為一般為0.52 GHz。（1）加大直流偏置電流，使其逼近）加大直流偏置電流，使其逼近IthLD幾個(gè)納米c/2 nL :100200 GHzfIBLDfLD無(wú)無(wú)/有偏置時(shí)的脈沖瞬態(tài)波形和光譜有偏置時(shí)的脈沖瞬態(tài)波形和光譜“碼型效應(yīng)碼型效應(yīng)”的特點(diǎn)是，的特點(diǎn)是， 在脈在脈沖序列中較長(zhǎng)的連沖序列中較長(zhǎng)的連“0”碼后碼后出現(xiàn)的出現(xiàn)的“1”碼，其脈沖明顯碼，其脈沖明顯變小，而且連變小，而且連“0”碼數(shù)目越碼數(shù)目越多，調(diào)制速率越高，這種效多，調(diào)制速率越高，這種效應(yīng)越明顯。應(yīng)越明顯。增加注入電流增加注入電流i i，有利于提高張弛振蕩頻率，有利于提高張弛振蕩頻率rr，減小其幅

26、度衰減時(shí)間減小其幅度衰減時(shí)間oo，以及減小電光延遲，以及減小電光延遲時(shí)間時(shí)間tdtd，因此對(duì)，因此對(duì)LDLD施加偏置電流是非常必要施加偏置電流是非常必要的。的。（a) a) 、(b)(b)碼型效應(yīng)波形；（碼型效應(yīng)波形；（c c）改善后波形）改善后波形電光延遲還會(huì)產(chǎn)生碼型效應(yīng)。 當(dāng)電光延遲時(shí)間與數(shù)字調(diào)制的碼元持續(xù)時(shí)間為相同數(shù)量級(jí)時(shí)，會(huì)使后一個(gè)光脈沖幅度受到前一個(gè)脈沖的影響，這種影響現(xiàn)象稱為“碼型效應(yīng)碼型效應(yīng)”，如下圖 (a)、(b)所示?？紤]在兩個(gè)接連出現(xiàn)的考慮在兩個(gè)接連出現(xiàn)的“1”碼脈沖調(diào)制時(shí)，碼脈沖調(diào)制時(shí)，第一個(gè)脈沖過后，存儲(chǔ)在有源區(qū)的電子以指數(shù)形式衰第一個(gè)脈沖過后，存儲(chǔ)在有源區(qū)的電子以指數(shù)

27、形式衰減，如果調(diào)制速率很高，脈沖間隔小于其衰減周期，減，如果調(diào)制速率很高，脈沖間隔小于其衰減周期，就會(huì)使第二個(gè)脈沖到來(lái)之時(shí)，前一個(gè)電流脈沖注入的就會(huì)使第二個(gè)脈沖到來(lái)之時(shí)，前一個(gè)電流脈沖注入的電子并沒有完全復(fù)合消失，此時(shí)有源區(qū)電子密度較高，電子并沒有完全復(fù)合消失，此時(shí)有源區(qū)電子密度較高，因此電光延遲時(shí)間短，輸出光脈沖幅度和寬度就會(huì)增因此電光延遲時(shí)間短，輸出光脈沖幅度和寬度就會(huì)增大大。消除碼型效應(yīng)最簡(jiǎn)單的方法就是增加直流偏置電增加直流偏置電流流。當(dāng)激光器偏置在閾值附近時(shí)，脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖過后有源區(qū)內(nèi)電子密度變化不大，電子存儲(chǔ)的時(shí)間大大減小，碼型效應(yīng)就可得到抑制。 還可以采用在每一個(gè)正脈沖后跟一個(gè)

28、負(fù)脈沖的雙雙脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的方法，張弛振蕩頻率張弛振蕩頻率r及其幅度衰減時(shí)間及其幅度衰減時(shí)間o和電光延遲時(shí)間和電光延遲時(shí)間td的表達(dá)式為的表達(dá)式為： 21)1(1thphspjjwjjthspo2thspdjjjlno幅度衰減到初始值的幅度衰減到初始值的1/e的時(shí)間的時(shí)間j和和jth分別為注入電流密度和閾值電流密度。分別為注入電流密度和閾值電流密度。sp和和ph分別為電子自發(fā)復(fù)合壽命和諧振腔內(nèi)光子壽命。在典型分別為電子自發(fā)復(fù)合壽命和諧振腔內(nèi)光子壽命。在典型的激光器中，的激光器中，sp10-9s,ph10-12s，即，即spph。由式(4.1)式(4.3)可以看到： (1) 張弛振蕩頻

29、率r隨j的增加而增加增加而增加。 (2) 張弛振蕩幅度衰減時(shí)間o隨j的增加而減小增加而減小。 (3) 電光延遲時(shí)間td隨j的增加而減小增加而減小(jjth)。 由此可見由此可見，增加注入電流j，有利于提高張弛振蕩頻率r，減小其幅度衰減時(shí)間o，以及減小電光延遲時(shí)間td，因此對(duì)LD施加偏置電流是非常必要的ld-02。 （2）加大直流偏置電流會(huì)使激光器的消光比惡化。加大直流偏置電流會(huì)使激光器的消光比惡化。消光比：激光器在全消光比：激光器在全“1”碼時(shí)發(fā)送的光功率碼時(shí)發(fā)送的光功率P1與全與全“0”碼時(shí)發(fā)送的光功率碼時(shí)發(fā)送的光功率P0之比之比(光脈沖通斷比光脈沖通斷比)01lg10ppEXT （3 3）

30、驅(qū)動(dòng)脈沖電流的峰）驅(qū)動(dòng)脈沖電流的峰- -峰值峰值I Im m取值范圍：取值范圍：I Im m+I+IB B=(1.2 =(1.2 1.3)I 1.3)Ithth以避免結(jié)發(fā)熱效應(yīng)和碼型效應(yīng)以避免結(jié)發(fā)熱效應(yīng)和碼型效應(yīng)閾值和輸出光功率隨結(jié)溫的變化。閾值和輸出光功率隨結(jié)溫的變化。穩(wěn)態(tài)：輸出特性曲線隨溫度變化（長(zhǎng)時(shí)間的）瞬態(tài)：在一個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)的變化穩(wěn)態(tài)P和和IthT瞬態(tài)結(jié)發(fā)熱效應(yīng)及調(diào)制失真電 流 脈 沖光 脈 沖t 0t TI1I0（4）異質(zhì)結(jié)激光器的散粒噪聲在異質(zhì)處出現(xiàn)最大值A(chǔ)PC有很多種方法：有很多種方法：一、自動(dòng)跟蹤偏置電流，使一、自動(dòng)跟蹤偏置電流，使LD偏置在最佳狀態(tài)偏置在最佳狀態(tài)二、峰值功率和平均功率的自動(dòng)控制二、峰值功率和平均功率的自動(dòng)控制三、三、P-I曲線效率控制法曲線效率控制法直接檢測(cè)光功率控制偏置電流直接檢測(cè)光功率控制偏置電流:利用激光器組件中的利用激光器組件中的PIN，檢測(cè)激光器背向輸出的光功率大小。檢測(cè)激光器背向輸出的光功率大小。V2V1信號(hào)參考UinA1A2A3PD直流參考 U UV3IbLD 從從LD背向輸出的光功率，經(jīng)背向輸出的光功率，經(jīng)PD檢測(cè)器檢測(cè)、運(yùn)算放大器檢測(cè)器檢測(cè)、運(yùn)算放大器A1放大后送到比較器放大后送到比較器A3的反相輸入端。同時(shí)，輸入信號(hào)參考電壓和直流參考