第十四讲 光发送机（二）
主要内容
? 一、调制电路原理
? 二,APC电路工作原理
? 三,ATC电路工作原理
调制电路原理图
(a)共发射极驱动电路 (b)射极耦合 LD驱动电路
电流源 I0
R2
R1
C1
Uin
Uc
v1 v2 Uin UB
v
LED
LD
Ib
-Ue
共发射极驱动电路
该电路主要用于以 LED为光源的光发送
机。数字信号 Uin从三极管 V的基极输入，
通过集电极的电流驱动 LED发光。数字信
号, 1” 和, 0” 码分别对应于 V的截止和
饱和状态，电流的大小根据输出光信号
幅度的要求确定。这种驱动电路适用于
10Mb/s以下的低速率系统。
射极耦合 LD驱动电路
? 该电路适合激光器系统使用。电流源由 V1和 V2
组成的差分开关电路，它提供恒定的偏置电流。
在 V2基极上施加直流参考电压 UB,V2集电极的
电压取决于 LD的正向偏压，数字电信号 Uin从 V1
的基极输入。当信号为, 0” 时,V1的基极电
位比 UB高而先导通,V2截止,LD 不发光。当信
号为, 0” 时,V1的基极电位比 UB低，而 V2先导
通,驱动 LD 发光。 V1和 V2轮流处于截止和非饱
和导通状态，有利于提高调制 速率。该电路的
调制速率可达到 300Mb/s,电流噪声小，但动态范
围小，功耗较大。
LD的调制特性
? 电光延迟
? 张弛振荡现象
? 自脉动现象电光延迟
电光延迟
? 电光延迟 —— 激光器在高速调制下, 输出光脉冲
和注入电流脉冲之间存在的一个初始延迟时间 。 其数
量级一般为 ns。
电光延迟会引入码型效应。当电光延迟时间与数
字调制信号的码元持续时间为相同数量级时，会使, 0”
码后的第一个, 1” 码脉冲宽度变窄，幅度变小,严重
时使单个, 1” 码丢失，这种现象即, 码型效应, 。码
型效应的敌特点是在脉冲序列中较多的, 0” 之后出现
的, 1” 码，其脉冲明显变小，而且连, 0” 数越多，
调制速率越高，该效应越明显。用适当的, 过调制,
补偿，可以消除码型效应。
张弛振荡现象
? 张弛振荡现象 —— 当电流脉冲注入激光
器时, 输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减
的振荡现象 。 其振荡频率一般为 0.5到
2GHz。 该现象和电光延迟都会影响调制
速率 。 当最高调制频率接近张弛振荡频
率时, 波形严重失真, 会使接收机在抽
样判决时增加误码率, 故实际调制频率
应小于张弛振荡频率 。
? 电光延迟, 张弛振荡频率 和幅度衰减时
间 的表达式为,
?
? 其中 是电子复合寿命, 是谐振腔内光子
寿命, 是注入电流密度, 是阈值电流密
度, 是张弛振荡幅度衰减到初始值的 1/e时
的时间 。
th
psd jj
jt
?? ln?
)1(1 ??
thphsp
r j
j
???
j
j th
sp?? 20 ?
dt r?
0?
0?
sp? ph?
j thj
自脉动现象
自脉动现象 —— 当注入电流达到某个范围时,
输出光脉冲出现持续等幅高频振荡的现象 。
它是由于激光器内部不均匀增益或不均匀吸收
产生的, 与 P-I特性的扭折区域相对应 。 自脉
动频率可达 2GHz,严重影响 LD的高速调制 。
自动功率控制电路原理图
+
+
+
-
-
-
A1
A2
A3
PD LD
Ui V1 V2 V3
-U
直流参考
信号参考
-U
Ib
自动功率控制电路原理
? 从 LD的背向输出光功率，经 PD检测器检
测、运算放大器 A1放大后送到比较器 A3的
反相输入端，同时，输入信号参考电压
和直流参考电压经 A2比较放大后送到 A3的
同相端,A3和 V3组成的直流恒流源调节 LD
的偏置电流 Ib,使 LD输出光功率稳定。
自动温度控制电路原理图
TEC
R1
R2
R3
R
RT PIN LD
A A B
+U +U
V
+
-
自动温度控制电路原理
? 温度控制装置由制冷器 TEC,热敏电阻 RT,和控制电路
组成。由热敏电阻和 R1,R2,R3组成的, 换能电桥,,
通过电桥将温度变化转换为电流的变化。运算放大器
的差动输入端跨接在电桥的对端，用于改变三极管的
基极电流。在设定温度（如 20℃ ）时，调节 R3使电桥
平衡,A,B点间无电位差，故流过制冷器 TEC的电流为
零。当环境温度升高时,LD的温度升高，使具有负温
度系数的热敏电阻阻值变小，电桥失去平衡，使 B点电
位低于 A点电位，运算放大器输出电压升高,V的基极
电流增大，制冷器的电流也增大，制冷端温度降低，
LD的温度也降低，保持温度恒定。控制过程可表示为,
? T（ 环境） T（ LD） RT I（ 制冷器） T（ LD）
主要内容
? 一、调制电路原理
? 二,APC电路工作原理
? 三,ATC电路工作原理
调制电路原理图
(a)共发射极驱动电路 (b)射极耦合 LD驱动电路
电流源 I0
R2
R1
C1
Uin
Uc
v1 v2 Uin UB
v
LED
LD
Ib
-Ue
共发射极驱动电路
该电路主要用于以 LED为光源的光发送
机。数字信号 Uin从三极管 V的基极输入，
通过集电极的电流驱动 LED发光。数字信
号, 1” 和, 0” 码分别对应于 V的截止和
饱和状态，电流的大小根据输出光信号
幅度的要求确定。这种驱动电路适用于
10Mb/s以下的低速率系统。
射极耦合 LD驱动电路
? 该电路适合激光器系统使用。电流源由 V1和 V2
组成的差分开关电路，它提供恒定的偏置电流。
在 V2基极上施加直流参考电压 UB,V2集电极的
电压取决于 LD的正向偏压，数字电信号 Uin从 V1
的基极输入。当信号为, 0” 时,V1的基极电
位比 UB高而先导通,V2截止,LD 不发光。当信
号为, 0” 时,V1的基极电位比 UB低，而 V2先导
通,驱动 LD 发光。 V1和 V2轮流处于截止和非饱
和导通状态，有利于提高调制 速率。该电路的
调制速率可达到 300Mb/s,电流噪声小，但动态范
围小，功耗较大。
LD的调制特性
? 电光延迟
? 张弛振荡现象
? 自脉动现象电光延迟
电光延迟
? 电光延迟 —— 激光器在高速调制下, 输出光脉冲
和注入电流脉冲之间存在的一个初始延迟时间 。 其数
量级一般为 ns。
电光延迟会引入码型效应。当电光延迟时间与数
字调制信号的码元持续时间为相同数量级时，会使, 0”
码后的第一个, 1” 码脉冲宽度变窄，幅度变小,严重
时使单个, 1” 码丢失，这种现象即, 码型效应, 。码
型效应的敌特点是在脉冲序列中较多的, 0” 之后出现
的, 1” 码，其脉冲明显变小，而且连, 0” 数越多，
调制速率越高，该效应越明显。用适当的, 过调制,
补偿，可以消除码型效应。
张弛振荡现象
? 张弛振荡现象 —— 当电流脉冲注入激光
器时, 输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减
的振荡现象 。 其振荡频率一般为 0.5到
2GHz。 该现象和电光延迟都会影响调制
速率 。 当最高调制频率接近张弛振荡频
率时, 波形严重失真, 会使接收机在抽
样判决时增加误码率, 故实际调制频率
应小于张弛振荡频率 。
? 电光延迟, 张弛振荡频率 和幅度衰减时
间 的表达式为,
?
? 其中 是电子复合寿命, 是谐振腔内光子
寿命, 是注入电流密度, 是阈值电流密
度, 是张弛振荡幅度衰减到初始值的 1/e时
的时间 。
th
psd jj
jt
?? ln?
)1(1 ??
thphsp
r j
j
???
j
j th
sp?? 20 ?
dt r?
0?
0?
sp? ph?
j thj
自脉动现象
自脉动现象 —— 当注入电流达到某个范围时,
输出光脉冲出现持续等幅高频振荡的现象 。
它是由于激光器内部不均匀增益或不均匀吸收
产生的, 与 P-I特性的扭折区域相对应 。 自脉
动频率可达 2GHz,严重影响 LD的高速调制 。
自动功率控制电路原理图
+
+
+
-
-
-
A1
A2
A3
PD LD
Ui V1 V2 V3
-U
直流参考
信号参考
-U
Ib
自动功率控制电路原理
? 从 LD的背向输出光功率，经 PD检测器检
测、运算放大器 A1放大后送到比较器 A3的
反相输入端，同时，输入信号参考电压
和直流参考电压经 A2比较放大后送到 A3的
同相端,A3和 V3组成的直流恒流源调节 LD
的偏置电流 Ib,使 LD输出光功率稳定。
自动温度控制电路原理图
TEC
R1
R2
R3
R
RT PIN LD
A A B
+U +U
V
+
-
自动温度控制电路原理
? 温度控制装置由制冷器 TEC,热敏电阻 RT,和控制电路
组成。由热敏电阻和 R1,R2,R3组成的, 换能电桥,,
通过电桥将温度变化转换为电流的变化。运算放大器
的差动输入端跨接在电桥的对端，用于改变三极管的
基极电流。在设定温度（如 20℃ ）时，调节 R3使电桥
平衡,A,B点间无电位差，故流过制冷器 TEC的电流为
零。当环境温度升高时,LD的温度升高，使具有负温
度系数的热敏电阻阻值变小，电桥失去平衡，使 B点电
位低于 A点电位，运算放大器输出电压升高,V的基极
电流增大，制冷器的电流也增大，制冷端温度降低，
LD的温度也降低，保持温度恒定。控制过程可表示为,
? T（ 环境） T（ LD） RT I（ 制冷器） T（ LD）
