光發(fā)射機的原理

用光波傳輸電視信號和數(shù)據(jù)信息是20世紀(jì)末發(fā)展起來的一門新的科學(xué)技術(shù)，它的出現(xiàn)使世界信息產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展，現(xiàn)在光纖傳輸技術(shù)正以超出人們想像的速度發(fā)展，其光傳輸速度比10年前提高了100倍，在今后的發(fā)展中估計還要提高100倍左右。隨著光纖傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，在光域上可進行復(fù)用、解復(fù)用、選路、交換，網(wǎng)絡(luò)可利用光纖的巨大帶寬資源，增加網(wǎng)絡(luò)的容量，實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的“透明”傳輸。
??? 光傳輸系統(tǒng)主要由光發(fā)射機、光接收機、光分路器和光纖電纜及其它器件組成。

??? 一 光纖傳輸光信號的基理
???? 光傳輸是在發(fā)送方和接收方之間以光信號形態(tài)進行傳輸?shù)募夹g(shù)。光傳輸電視信號的工作過程是在光發(fā)射機、光纖和光接收機三者之間進行的; 在中心機房的光發(fā)射機把輸入的RF電視信號變換成光信號，它由電/光變換器(Electric-Optical Transducer，E/O)完成，變換成的光信號由光纖傳輸導(dǎo)向接收設(shè)備(光接收機)接收，光接收機把從光纖中獲取的光信號變換還原成電信號。因此光傳輸信號的基理就是電/光和光/電變換的全過程，也稱為光鏈路。
???? 目前光傳輸方式采用光強度調(diào)制。如采用激光器的光發(fā)器件發(fā)出相位一致的所謂相干光，因此采取了使發(fā)光強度整體發(fā)生變化的調(diào)制方式，它利用了輸出光功率對應(yīng)于電/光變換器輸入信號電流的變化而線性變化的特性。
???? 在光/電變換器(Optical-Electric Transducer，O/E)中，輸出正比于輸入光信號強度的電流，光/電變換器的輸出電流波形因而與電/光變換器輸入電流波形相似，達到了信號傳輸?shù)哪康摹?
???? 那么，光纖又是如何導(dǎo)向光信號的呢？目前有線電視系統(tǒng)使用的光纖是圓柱體的光纖，它由光纖圓柱體和包層組成，是石英玻璃材料。包層起著把光嚴(yán)密地封閉在光纖內(nèi)的作用，保護纖芯，增強光纖本身的強度。而纖芯的作用是傳輸光信號。纖芯和包層雖然都是石英玻璃材料生產(chǎn)而成，但在生產(chǎn)時對兩者的摻雜成份有區(qū)別，因而導(dǎo)致了所產(chǎn)生的折射率大小不同(纖芯為1.463~ 1.467，包層為1.45~1.46)，當(dāng)然也與所采用的材料不同有關(guān)。當(dāng)激光器發(fā)射的光源進入纖芯后，光入射到包層界面時，只要入射角大于臨界角，就會在纖芯內(nèi)產(chǎn)生全反射，光不會漏射到包層中，這樣聚入到纖芯內(nèi)的光信號就會不間斷地傳播下去，直到導(dǎo)向光接收機為止。這個過程就是光信號在光纖中傳輸?shù)幕怼?

???? 二 光傳輸中產(chǎn)生的失真
???? 光在光纖中傳輸時，也會產(chǎn)生一些失真，產(chǎn)生失真的原因有以下幾點:?
???? (1)在光纖傳輸系統(tǒng)中，由于半導(dǎo)體激光器的電/光轉(zhuǎn)換特性的非線性，使輸出的光信號與激勵電流的變化不一致導(dǎo)致了失真，它稱為調(diào)制失真。調(diào)制指數(shù)M值不允許太大，選擇高性能、預(yù)失真處理技術(shù)強的光發(fā)射機很有必要，預(yù)失真處理技術(shù)是利用人為的設(shè)計產(chǎn)生預(yù)失真改善調(diào)制線性，達到消除和減輕光纖傳輸系統(tǒng)中CSO與CTB的目的。
???? (2)在光傳輸系統(tǒng)中，由于驅(qū)動RF放大器和接收RF放大器產(chǎn)生失真的機會很小，線性PIN光電二極管因信號電平不太高，產(chǎn)生的微小失真可不計，而它的主要原因來自于半導(dǎo)體激光器調(diào)制特性的失真和光纖的色散。
????? (3)激光器在光強度調(diào)制時，光的波長會發(fā)生變化，出現(xiàn)附加頻率調(diào)制，使信號頻率展寬，出現(xiàn)啁啾效應(yīng) ，主要表現(xiàn)為CSO失真。
???? (4)光纖的色散特性會使不同波長的群時延發(fā)生差異，形成到達終端的時間會先后不一致所引起的失真，主要是CSO失真。
???? 在光纖傳輸系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真主要是CSO失真，而CTB失真的程度遠(yuǎn)比CSO失真小，為了確保系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，使系統(tǒng)載噪比和失真性能處于合理的范圍之內(nèi)，采取的措施一般利用CNR指標(biāo)來平衡CSO、CTB指標(biāo)。如果增加或者減小CNR值1dB，那么CSO就會惡化或者改善1dB，CTB指標(biāo)就會惡化或者改善2dB。

???? 三 光發(fā)射機的工作原理
???? 光發(fā)射機中最重要的光器件就是半導(dǎo)體激光器，實際上它是一只激光二極管(Laser Diode，LD)，當(dāng)然也有不使用激光二極管，而是使用半導(dǎo)體發(fā)光二級管(Light Emitting Diode，LED)的。
???? 1310nm光發(fā)射機一般采用直接調(diào)制方式(殘留邊帶—幅度調(diào)制，VSB-AM方式)，它的功能是把電信號轉(zhuǎn)換成光信號，它通過外部電路改變注入激光器的電源來實現(xiàn)。它設(shè)置的偏置電路能為激光器提供最佳偏置工作電源，偏置電流不同，激光器就會有不同的功率輸出，為確保穩(wěn)定的輸出光功率，應(yīng)設(shè)計光功率和激光器溫度的自動控制電路，如采用微電腦達到自動控制光發(fā)射機的最佳工作狀態(tài)。
???? 激光器正在廣泛地用作光振蕩器(即發(fā)光器件)，它是依靠本身所成的激光器媒質(zhì)材料的能量狀態(tài)與光的相互作用工作。
???? 為使激光器工作，必須有一定大小的電流，這一電流的大小與光強度之間有一定關(guān)系，當(dāng)增加電流時，光的強度急劇增加，這一點說明激光器已開始工作，這個使激光器開始工作的電流叫門限電流，它越小越好，因為這已經(jīng)能使激光器開始工作，如再繼續(xù)增加門限電流，就會形成輸出的飽和區(qū)，飽和區(qū)的電流達到一定值后，就會使傳輸信號的質(zhì)量下降甚至損壞激光二極管，對于光纖傳輸所需功率來講，在線性區(qū)域有數(shù)兆瓦的輸出功率滿足遠(yuǎn)距離傳輸信號和信息的要求。光的傳輸質(zhì)量除光強的量以外，還與光譜和噪聲等問題有一定關(guān)系。
???? 多波長的光譜對高質(zhì)量的模擬信號的傳輸是不太適合的，即使以單模方式來工作，它的發(fā)光譜線也有寬度，寬度越窄，光波變得越純，越會成為時間相干，即相干性好的光波。相干性好的光波不需用透鏡和其它器件將它會聚成小的光點，也越適合光纖的入射。

???? 四 光接收機的工作原理?
???? 光接收機的主要部件是光檢測器，也就是高靈敏度的光電二極管(PIN)，光電二極管利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)完成對光信號的檢測工作，使光信號還原成RF電視信號，然后對RF信號進行放大，以及AGC電平控制等處理后輸出合格的RF信號供網(wǎng)絡(luò)分配。
???? 光接收機的主要技術(shù)是C/N、C/CTB、C/CSO。這三大技術(shù)指標(biāo)又都是由光電轉(zhuǎn)換模塊的性能所確定，在相同光功率輸入的情況下，轉(zhuǎn)換輸出的RF電平就有大小之分，當(dāng)光電模塊轉(zhuǎn)換效率高時，它的輸出電平高，所帶來的C/N值指標(biāo)也好，反之，C/N值指標(biāo)變差。而C/CSO、C/CTB兩項技術(shù)指標(biāo)由光電模塊的線性度而定，高質(zhì)量的光電模塊在C/CSO、C/CTB指標(biāo)相同的情況下，允許更寬的接收功率范圍。

???? 五 光器件的發(fā)展前景
???? 隨著寬帶網(wǎng)的光纖傳輸技術(shù)不斷更新，多功能業(yè)務(wù)的不斷完善，對光器件和光纖的傳輸特性的要求越來越高，光纖取代銅線的時代終究要來臨，隨著信息時代腳步聲的來臨，光傳輸技術(shù)的發(fā)展前景非常廣闊。

???? 來源：《世界寬帶網(wǎng)絡(luò)》 易維善先生

光發(fā)射機的選擇與使用

?光發(fā)射機是光纜傳輸系統(tǒng)的核心設(shè)備。它的作用是將輸入光發(fā)射機的射頻有線電視電信號進行光調(diào)制，實現(xiàn)電、光轉(zhuǎn)換（E/O），并向光纜系統(tǒng)發(fā)送連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的光信號?，F(xiàn)市場上銷售的光發(fā)射機種類：按其調(diào)制方式不同，分為直接調(diào)制光發(fā)射機和外調(diào)制光發(fā)射機兩種。直接調(diào)制光發(fā)射機多用于1310nm光纖系統(tǒng)，外調(diào)制光發(fā)射機多用于1550nm光纖系統(tǒng)。無論是直接調(diào)制還是外調(diào)制的光發(fā)射機，其核心部件是激光器組成。?
????一、直接調(diào)制激光發(fā)射機?
????1、組成?
????直接調(diào)制光發(fā)射機的組成，除核心部件DFB激光器組件外，還有電源、激光器偏置電路、激光器慢起動電路、過載保護電路和驅(qū)動保護電路、功率控制和致冷控制電、光檢測電路、失真補償電路、光檢測器（PIN）芯片（用于光功率檢測和自動功率控制），用于雙向自動溫度控制（ATC）的半導(dǎo)體致冷器和熱敏電阻等。?????
????2、工作過程?
????光發(fā)射機的輸入信號是電視射頻（RF）信號。在前端，多路RF信號經(jīng)多路混合器混合成一路信號后，送入光發(fā)射機輸入端，經(jīng)過前置放大器放大后，進行電控衰減，并還進行預(yù)失真補償和自動功率電平控制，再去驅(qū)動激光器芯片進行電/光調(diào)制，將電信號轉(zhuǎn)變成光調(diào)制信號。輸出端加一個光隔器，可大大減少由光纜傳過來龍去脈光反射波對激光器的影響。光信號通過光活動接頭送入光纜，通過光纜把光信號傳送至各光點。?
????可看出，激光器的發(fā)射功率和非線性失真依賴于偏置電流（IO），故光發(fā)射機設(shè)置激光器的偏置電路和預(yù)失真補償電路，來保證非線性指標(biāo)和發(fā)射輸出的穩(wěn)定。??????
????激光器的溫度升高，將使門限值增大，飽和輸出光強下降，P-I特必曲線的直線段范圍減小（即2自動態(tài)范圍減?。榱吮ＷC光發(fā)射機始終正常工作，必須保證激光器在恒溫（一般是25℃）條件下工作。光發(fā)射機器的用于雙向自動溫度控制（ATC）的半導(dǎo)體制冷器和熱敏電阻是保證激光器工和在25℃恒溫條件下。?
????光發(fā)射機中有微處理器，其芯片中存儲有激光器的最佳工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，對激光器可進行慢啟動并可以自動斷開射頻電視驅(qū)動電流，以保護激光器。光發(fā)射機前面板上的各種開關(guān)都是通過微處理器控制的。?
????溫度的變化和器件的老化都會引起激光器閥值電流和光電轉(zhuǎn)換效率的變化，若想精確控制激光器的光輸出功率，應(yīng)從兩個方面著手解決：一是控制激光器的偏流，使其自動跟蹤閥值電流的變化，保證激光器總是工作在最佳偏置狀態(tài)；二是控制激光調(diào)制電流的幅度，使其自動跟隨電、光轉(zhuǎn)換效率變化而變化。自動功率控制完成以上兩項任務(wù)，以保證激光器輸出精確光功率。?
????二、外調(diào)制光發(fā)射機?
????外調(diào)制光發(fā)射機由外調(diào)制器、激光器、激光控制電路、調(diào)制控制電路、微處理器、預(yù)失真電路、光檢測器、RF信號衰減器、放大器、電源等組成。
????三、直接調(diào)制和外調(diào)制兩種光發(fā)射機的比較?
????直接調(diào)制型發(fā)射機多用于DFB激光器，DFB激光器線性好，可以不用預(yù)失真電路的補償而獲得較好的CTB值和CSO值，但由于直接調(diào)制存在附加的頻率調(diào)制，非線性失真指標(biāo)（特別是CSO值）很難做到很高。
DFB發(fā)射機性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡章，價格低廉，所以被普遍選用。??
????直接調(diào)制型光發(fā)射機的功率一般不可太大，在18nw以內(nèi)，因此，限制了傳輸距離，一般用于本地分配網(wǎng)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)級光纜傳輸網(wǎng)。該類型光發(fā)射機多用于1310nm光纖網(wǎng)中，1310nm光纖衰減是0.35db/km，故最大傳輸距離不超過35公里。??

????外調(diào)制光發(fā)射機：輸出功率大，可達2×20mw以上（兩路輸出），噪聲小，又無類似LD的附加頻率調(diào)制和光纖色散特性復(fù)合產(chǎn)生的cso失真。因此，常用于遠(yuǎn)距離傳輸或大型有線系統(tǒng)中。外調(diào)制光發(fā)射機一般用YAG激光器，YAG激光器采用外調(diào)制后，線性很差，必須使用預(yù)失真電路來補償。由于它色散較少，故YAG光發(fā)射機很適合1550nm波長光纖，多用于1550nm光纖網(wǎng)中。YAG光發(fā)在1550nm光纖網(wǎng)中，可用用放大中繼，1550nm光纖衰減又?。?.25db/km），所以，YAG光發(fā)射機可用超遠(yuǎn)距離傳輸。外調(diào)制光發(fā)射機用在1310nm光纖網(wǎng)中，傳輸距離可達50公里，也比直接調(diào)制型光發(fā)射機傳輸距離迅。但外調(diào)制型光發(fā)射機價格高，近距離傳輸?shù)墓饫w網(wǎng)很少選用外調(diào)制光發(fā)射的。??

????四、光發(fā)射機的技術(shù)指標(biāo)??

????光發(fā)射機的技術(shù)指標(biāo)是選擇光發(fā)射機的依據(jù)，光發(fā)射機的性能參數(shù)好環(huán)直接影響整個有線電視系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的好環(huán)。???

????五、光發(fā)射機的選擇??

????了解和掌握光發(fā)射機的組成、工作原理和性能參數(shù)，對于有線電視技術(shù)人員是非常重要的，因為只有掌握了光發(fā)射機的基本工作原理和技術(shù)性能指標(biāo)，才能有效合理選用光發(fā)射機和搞好日常維護。??

????現(xiàn)在國外、國內(nèi)生產(chǎn)光發(fā)射機的廠很多，光發(fā)射機品牌類別更多，性能指標(biāo)和單機價格也相差很大，進行合理選型對保證光纖網(wǎng)質(zhì)量和降低建網(wǎng)成本有較大好處。較高的性能價格比、可靠質(zhì)量保證體系、良好的售后服務(wù)保障是選擇光設(shè)備應(yīng)遵循的原則。??

????1、選用有國家入網(wǎng)證和經(jīng)過廣電總局檢測合格的產(chǎn)品。??

????2、合理選用1310nm和1550nm光工作波長的光發(fā)射機。鄉(xiāng)鎮(zhèn)級光纖網(wǎng)傳輸距離近最好選用1310nm波長光發(fā)射機，投資少，對于傳輸距離迅、光點又比較多的光纖網(wǎng)，選用1550nm波長光發(fā)射機為好，總投資要比1310nm光設(shè)備網(wǎng)的少。??

????3、激光器是光發(fā)射機的核心器伯，在選購光發(fā)射機，首先要重視激光器的選用，用戶可指定選用奧特爾、朗訊、富士通等激光器。??

????4、考察光發(fā)射機的性能參數(shù)，觀看機內(nèi)的生產(chǎn)工藝水平。??

????5、根據(jù)對光纖網(wǎng)的設(shè)計計算出的所需總功率，合理組合確定光發(fā)射機的臺數(shù)和各臺光發(fā)射機的輸出功率，如經(jīng)計算光網(wǎng)需10mw2臺，12mw1臺，用戶就選購10mw光發(fā)機2臺，12mw1臺。??

????6、光發(fā)射機功率瓦數(shù)大小確定之后，主要看光發(fā)射機鏈路損耗。??

????從數(shù)學(xué)關(guān)系，功率數(shù)值與鏈路損耗數(shù)值是對應(yīng)可互換關(guān)系，如把6.5mw可換算為8.13dbm，若知道鏈路損耗數(shù)值是8.13dbm，可對應(yīng)換算為6.5mw。?

但光發(fā)射機輸出功率與光發(fā)鏈路損耗之間沒有對應(yīng)換算關(guān)系。光發(fā)射機的鏈路損耗dbm值僅與使用器件和制造時的技術(shù)有關(guān)。就是說6mw光發(fā)射機的鏈路損耗特性，不一定是7.78dbm，可能是8dbm或是9dbm。不同廠家，由于采用的技術(shù)、元件加工工藝不一樣，相同功率的光發(fā)射機鏈路損耗就不一樣。就是同一廠家，由于元件和加工工藝不一樣，相同功率發(fā)射機鏈路損耗也不一定一樣。所以在選擇光發(fā)射機時，不能只看功率數(shù)值，不關(guān)心鏈路損耗值，應(yīng)是功率數(shù)為參考，主要是看光發(fā)射機的鏈路損耗數(shù)值。必須在相同傳輸頻道數(shù)，相同C/N、CTB、CSO指標(biāo)條件下，比較不同廠家生產(chǎn)光發(fā)機的鏈路損耗。如A廠家生產(chǎn)8mw的光發(fā)射機鏈路損耗為9dbm，而B廠家生產(chǎn)8mw的光發(fā)射機鏈路損耗為10dbm。我們就應(yīng)選用B廠家生產(chǎn)的8mw光發(fā)射機。??
????7、從鏈路損耗方面考慮使用小于10mw的光發(fā)射機比較好，盡量少用大于16mw的光發(fā)射機。??

????8、注意性能價格比，選用質(zhì)量好、價格又比較便宜的光發(fā)射機。??

????9、選用售后服務(wù)好的廠家或公司。??

????六、光發(fā)射機的使用與保養(yǎng)??

????1、首先讀好廠家給的使用說明書，按產(chǎn)品說明書安裝、調(diào)試、使用光發(fā)射機。??

????2、通電前應(yīng)把光發(fā)射機外殼良好接地。??

????3、保證光發(fā)射機有連續(xù)不間斷，電壓穩(wěn)定的正常供電電源。??

????光發(fā)射機的激光器組件和光電轉(zhuǎn)換模塊最忌瞬間脈沖電流的沖擊，因此，在使用中一定要避免或減少頻頻開關(guān)機，以確保激光器的使用壽命。??

????4、一旦激光器進入工作狀態(tài)，人眼切不可直視光發(fā)射機后面板上的光輸出口，以免激光器燒壞人眼視網(wǎng)膜。??

????5、正確選擇射頻信號的輸入電平。DFB光發(fā)射機的RF驅(qū)動電平直接決定光發(fā)射機的調(diào)制度，同時也決定了C/N、CTB、CSO值的大小。如果，加入光發(fā)射機的RF電平達大，會引起光調(diào)制度m值增大，將劣化CTB、CSO非線性指標(biāo)，還會造成DFB激光器的過驅(qū)動，導(dǎo)致光發(fā)射機輸出功率下降；輸入電平過小，使光調(diào)制度降低，導(dǎo)致光發(fā)射機的載噪比指標(biāo)不能滿足需求。所以，正確選擇RF驅(qū)動電平，是保證光纖傳輸網(wǎng)各項指標(biāo)的關(guān)鍵。不同廠家生產(chǎn)的光發(fā)射機要求RF驅(qū)動電平是不相同，所以應(yīng)根據(jù)廠家產(chǎn)品說明書來設(shè)置發(fā)射機的輸入RF電平。若產(chǎn)品說明書，只給一定范圍電平值（如75-85db），則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸頻道數(shù)確定RF值，如果傳輸頻數(shù)N>40，取RF值為76-78dB;若30
????6、保持機房有一整潔、防潮、散熱的工作環(huán)境，有條件機房最好安裝空調(diào)。??

????7、在安裝光活動接頭時，先用酒精棉球迫擦拭光發(fā)射機輸出口和連接插頭，然后將光纖插頭的突棱對準(zhǔn)光發(fā)輸出口的缺口，將螺絲旋到底，不要過緊也不要太松，確保兩插頭對準(zhǔn)接觸良好。?

8、接通電源開始進入正常工作狀態(tài)后（工作正常時發(fā)射機面板上緣燈亮，不正常時告警紅燈亮），按前面板上的TEST（檢測）按鈕，看LCD顯示屏，依次順序檢查激光器的工作相關(guān)的狀態(tài)。??

????a、設(shè)備型號??

????b、POWEP（功率）：顯示激光器輸出功率。若用戶訂購是8mw；顯示應(yīng)是8mw（實際有小數(shù)）。??

????c、TEMP（溫度）：標(biāo)稱讀數(shù)為25℃±3℃。??

????d、BIAS（偏置）：顯示激光器偏流（mA），發(fā)射機的功率不同，顯示偏流不同。??

????e、COOLING/HEATING（制冷/加熱）：顯示為保持激光器的溫度在標(biāo)準(zhǔn)值25℃時熱電制冷器所需的電流值。??

????f、+5VTEST（+5V讀數(shù)）：顯示內(nèi)部電壓，讀數(shù)應(yīng)+5V±0.5V。??

????g、+24VTEST：顯示內(nèi)部電壓，讀數(shù)應(yīng)為+24V。??

????h、-5VTEST：顯示內(nèi)部電壓，讀數(shù)為-5V±0.5V。??

????在檢查的同時記錄下各項數(shù)據(jù)，為原始資料存檔。??

????9、在外部電源正常的前提下，光發(fā)射機通電后或工作時一旦出現(xiàn)紅燈閃爍或長亮說明光發(fā)已出現(xiàn)故障，應(yīng)迅速切斷電源，檢查維護或反廠修理。??

????10、建立技術(shù)資料檔案，存檔建網(wǎng)時所有技術(shù)資料，如產(chǎn)品說明書、設(shè)計方案、光纜干線走向圖，每根光纖損耗（光接頭熔接損耗、活動接頭損耗）、鏈路總損耗，實測各光點的輸入功率等。作為今后判斷光發(fā)機是否正常的依據(jù)。??

????維護人員要定期檢查設(shè)備運行情部，根據(jù)記錄的運行中各種參數(shù)，判定設(shè)備運行情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，保障光系統(tǒng)正常運行。?