2.3 激光功率自动控制电路(APC电路)
LD-Driver
注：这一部分没仿真出结果，有些元件库中没有，只在原理上做了些说明。
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NX85温度控制电路 该电路由制冷器（Cooler） 、热敏电阻元件（ Thermistor）及控制电路组成，如 NX8562 所示。热敏电阻作为传感器探测激光器节区的温度，并传递给控制电路。制冷器多采用 半导体制冷器，他是利用半导体材料的珀尔帖效应（当直流电流通过两种半导体组成的 电偶时，出现一端吸热一端放热的现象） 。 自动温度控制电路，如下图所示，电桥的作用是把温度的变化转换为电量的变化，运算 放大器的差动输入端跨接在电桥的对端，来改变三极管的基极电流。设定温度为 25 摄 氏度，此时热敏电阻元件电阻值为 10K。因此选择电桥电阻 R14、R15 为 10K，可变电阻 R16、R17（代替热敏电阻 Thermistor）为 20K。调节 R16 阻值可以设置不同的温度值。 调节过程： LD 温度合适，电桥平衡时，放大器输出信号为 0，三极管截止，Cooler 不作用。 LD 温度升高，Thermistor 阻值减小，电桥失衡，放大器输出电压升高，三极管基极电流 增大，Cooler 作用制冷，从而保持温度恒定。
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NX8562 系列激光二极管驱动电路设计
4、 自动功率控制电路（APC）设计 这一部分是控制激光器恒定输出的关键， 主要是利用 PD 功率检测负反馈地调节 LD 功率 输出，使其输出光功率不随温度升高和使用时间增长而改变。 手册中有两种激光器 NX8562LF/LB，这里采用 NX8562LF 共阳极。根据手册，输出恒定 10mW 光功率时， LD 正向电流IF = 80mA， 正向电压VF = 1.1V； PD 监测电流IM = 0.8mA。 APC 电路采用简单设计，设在设定温度范围内 20~35 摄氏度、10mW 输出时， LD 正向电流IF 可变范围为 20~120 mA，正向电压VF 可变范围相应为 0.9~1.3V。 R7 是为了降低增益使电路稳定工作， 同时在还可以在晶体管集、 射极短路时限制电 流保护 LD。 一般三极管放大倍数在几十到几百之间， 取典型值 100， 则IB =
大学三年级《光纤通信(第二版)》考试试题A卷及答案
2019-2020年中央广播电视大学三年级期末考试试卷《光纤通信（第二版）》考试试题A 卷及答案1、一光电二极管，当λ=1.3μm 时，响应度为0.6 A/w ，计算它的量子效率。
2、如果激光器在λ=0.5μm 上工作，输出1 w 的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。
3、光与物质间的互作用过程有哪些?4、什么是粒子数反转?什么情况下能实现光放大？5、什么是激光器的阈值条件?6、 由表达式E=hc/λ说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽在长波长中会变得更宽些。
7、什么是雪崩倍增效应?8、设PIN 光电二极管的量子效率为80％，计算在1.3m μ和1.55m μ波长时的响应度，并说明为什么在1.55m μ处光电二极管比较灵敏。
9、光检测过程中都有哪些噪声？9、激光器(LD)产生弛张振荡和自脉动现象的机理是什么？它的危害是什么？应如何消除这两种现象的产生?11、LD为什么能够产生码型效应?其危害及消除办法是什么？12、在LD的驱动电路里，为什么要设置功率自动控制电路APC?功率自动控制实际是控制LD的哪几个参数？13、在LD的驱动电路里，为什么要设定温度自动控制电路?具体措施是什么?控制电路实际控制的是哪几个参数？14、光接收机的前置放大器选择FET或BJT的依据是什么？15、为什么光接收机的前置放大器多采用跨组型?16、在数字光接收机中，设置均衡滤波网络的目的是什么？17、在数字光接收机中，为什么要设置AGC电路?18、数字光接收机量子极限的含义是什么？19、已测得某数字光接收机的灵敏度为10 pw，求对应的dBm值。
20、在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素？试卷答案解析1、一光电二极管，当λ=1.3μm 时，响应度为0.6 A/w ，计算它的量子效率。
解：由于响应度为ρ=I p /P 0，则量子效率为3486190 6.628103100.657.4%1.310 1.610p I hf hc P e e ηρλ---⨯⨯⨯===⨯=⨯⨯⨯ 2、如果激光器在λ=0.5μm 上工作，输出1 w 的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。
激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计讲解
激光器及其驱动器电路原理与光模块核心电路设计武汉电信器件有限公司模块开发部王松摘要：本文描述了激光器及其驱动、APC及消光比温度补偿电路原理与光模块核心电路设计技术，并简单介绍了半导体激光器的基本结构类型和各自应用特性，着重论述了激光器驱动电路、APC电路、消光比温度补偿电路原理与应用技术，对激光器调制输出接口电路信号与系统也进行了详细的分析计算。
关键词：半导体激光器，驱动，调制电路，APC，温度补偿，阻抗匹配，信号分析，系统1. 引言随着全球信息化的高速发展，人们的工作、学习和生活越来越离不开承载着大量信息的网络，对网络带宽的要求还在不断提高，光载波拥有无比巨大的通信容量，预计光通信的容量可以达到40Tb/s，并且和其他通信手段相比，具有无与伦比的优越性，未来有线传输一定会更多的采用光纤进行信息传递。
近几年以来，干线传输、城域网、接入网、以太网、局域网等越来越多的采用了光纤进行传输，光纤到路边FTTC、光纤到大楼FTTB、光纤到户FTTH、光纤到桌面FTTD 正在不断的发展，光接点离我们越来越近。
在每个光接点上，都需要一个光纤收发模块，模块的接收端用来将接收到的光信号转化为电信号，以便作进一步的处理和识别。
模块的发射端将需要发送的高速电信号转化为光信号，并耦合到光纤中进行传输，发射端需要一个高速驱动电路和一个发射光器件，发射光器件主要有发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）。
LED 和LD 的驱动电路有很大的区别，常用的半导体激光器有FP、DFB 和VCSEL 三种。
WTD光模块通常所用发射光器件为FP 和DFB 激光器。
2. 半导体激光器半导体激光器作为常用的光发射器件，其体积小、高频响应好、调制效率高、调谐方便，且大部分激光器无需制冷，是光纤通信系统理想的光源。
激光器有两种基本结构类型：（1）边缘发射激光器，有FP（Fabry-Perot）激光器和分布反馈式（DFB）激光器。
FP激光器是应用最广的一种激光器，但是其噪声大，高频响应较慢，出光功率小，因此FP 激光器多用于短距离光纤通信。
吸入式DVD电路原理
一、吸入式机芯介绍机芯作为整机的一个核心部件，DV99l采用了光感应式双吸入、密闭式全钢机芯，结构紧密。
稳定性与纠错能力较好，使用寿命较普通机芯更长。
机芯里有一个全钢的压碟系统，通过一块小钢片把碟片紧紧压住，这样更适合读那些外形稍有翘曲的碟片。
是真正的全兼容机芯，既能读取12cm的大碟片。
也能兼容8cm的小碟片，该机采用光感应式读碟，只要将碟片放到仓门口。
机芯就会自动将碟片吸入。
在吸入式机芯碟片入口处有两个激光管，在两个激光管的对面对应设置了两个光电二极管。
当放入_张碟片的一小部分时。
只要碟片挡住发光管，使此发光管对应的光电二极管接收不到光照，则机芯就送出一个高电平的碟片检测信号DISCKJT，当MTl389的（208）脚检测到DISCEJT 信号为高电平时。
则输出进仓控制信号。
当碟片进仓到位后。
机芯的机械触碰进仓到位开关。
MTl389的（49）脚检测到此脚电位发生改变后，停止输出信号。
如图l所示（图中元件编号与实际电路无关，仅供参考）。
当无碟的情况下。
发光二极管Dl、D2发出的光被光敏三极管Q1、Q2接收到。
使得Ql、Q2导通，DIS-CEJT信号被钳位为低电平：当放人碟片时，只要碟片挡住发光二极管Dl和D2，则Ql、Q2截止，VCC电压通过上拉电阻、D3和D4使得DISCEJT信号变为高电平。
二、电路原理1.数字信号处理流程DV991采用的是吸入式机芯与MTK解码方案。
其伺服电路主要由前置信号处理和数字伺服处理、数字信号处理IC MTl389以及驱动电路BA5954组成。
其中MTl389同时也是解码电路的主要组成部分。
从机芯部分传送过来的A、B、C、D、E、F信号，首先送到MTl389的⑩、④，⑨、③，⑧、②，（11）、⑤、（18）、（19）脚，（②、⑤为DVD信号输入，⑧～（11）为VCD信号输入）；同时从机芯送出合成的RFO信号，送到MTl389的⑥脚。
经MTl389内部预放大器放大处理后，此信号在MTl389内分为两部分处理。
RF、SSP及DSP处理电路(精)
RF、SSP及DSP处理电路RF、SSP及DSP处理电路伺服电路的组成：由RF放大、伺服处理KB9223(SU3)，DSP处理KS9284(SU2)，聚焦、循迹、主轴、进给、进出仓电机驱动KA9259(SU4)等组成。
整机原理框图见85页附图。
1、RF数字信号处理从光盘反射回来的激光信号经光敏器件转换成电信号PD1、PD2，输入RF放大器KB9223 Pin65、Pin66；经内部电流—电压（I－V）放大器变换为电压信号，送RF加法放大器相加、EFM解调电路，经解调后的EFM信号从Pin33输出至DSP处理KS9284 Pin66，经内部纠错和DSP处理后，从Pin11、Pin12、Pin14输出CD－LRCK、CD－DATA、CD－BCK信号。
2、伺服处理①聚焦伺服：由于光盘旋转时经常伴随着小范围的上下振动，为了跟踪光盘的振动，视盘机设置聚焦伺服。
从激光头拾取的激光电信号PD1、PD2，经伺服处理KB9223内部聚焦误差放大器相减、相位补偿和PWM调制后，从Pin48输出聚焦伺服信号FCSO至伺服驱动芯片KA9259 Pin3，经其内部驱动电路功率放大后，由Pin1、Pin2输出聚焦伺服电压信号F-、F+，驱动聚焦线圈上、下微移来促使物镜上下微移，从而校正激光焦点准确地落在光盘信息层。
②循迹伺服：由于制作工艺水平的限制，造成光盘旋转中心与圆形轨迹中心发生偏移，若再加上光盘转动精度的影响，将严重影响信号的读取，为了将此偏移控制在一定范围内，视盘机设置循迹伺服，以此修正循迹误差。
当光束偏离轨迹时，光敏二极管检测出误差信号E、F输出至伺服处理KB9223 Pin67、Pin68，经电流—电压(I－V)放大器变换为电压信号、循迹误差放大器相减、相位补偿和PWM调制后，从Pin50输出循迹伺服信号TKEO至KA9259 Pin25，经其内部驱动电路功率放大后，由Pin26、Pin27输出循迹伺服电压信号T+、T-，驱动循迹线圈左、右微移来促使物镜左右微移，从而校正激光束准确跟踪光盘信息轨迹中心。
2.6.3 可变电阻器实用电路工作原理分析与理解_胡老师教你识读电子电路图_[共3页]
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第2课电阻重要特性及电阻电路
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可变电阻器也可以用动片与定片2相连，两个定片引脚之间可以互换使用。
2.6.3可变电阻器实用电路工作原理分析与理解
1．三极管偏置电路中的可变电阻电路
图2-71所示是收音机高频放大管VT1的分压式偏置电路。
电路中的VT1构成高频放大
器，RP1、R1和R2构成分压式偏置电路，其中RP1
和R1构成上偏置电阻，R2构成下偏置电阻。
分压式偏置电路为VT1提供静态工作电流，没
有这一电流，三极管VT1将无法工作在放大状态，
这一电流的大小不恰当，VT1也不能工作在最佳状
态下。
了解静态电流大小对三极管VT1工作状态的
影响，有利于理解RP1电路的工作原理。
电路中，RP1、R1和R2分压电路决定了VT1
静态电流的大小。
分压电路的输出电压大小由RP1、R1和R2三只电阻的阻值大小决定，R1和R2是固定电阻，调节可变电阻器RP1阻值时，可以改变VT1基极电压，从而可以改变VT1静态电流。
所以，在设置可变电阻器RP1后，能够方便地调节VT1静态工作电流。
2．光头自动功率控制（APC）电路灵敏度调整电路
激光拾音器（又称光头）自动功率控制电路简称APC电路，APC是英文Automatic Power Control的缩写。
图2-72所示是光头自动功率控制（APC）电路灵敏度调整电路。
电路中，VD1是激光光敏二极管，为激光功率检测管；VD2是激光发射二极管；VT1是VD2的驱动三极管。
图2-72光头自动功率控制（APC）电路灵敏度调整电路
图2-71收音机高频放大管分压式偏置电路。
光模块介绍
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单模光纤(SMF，Single Mode Fiber)，纤芯较细，只能传一种模式的光。因此， 其模间色散很小，适用于远程通讯。
2.光纤的端面与直径
按照光纤连接器连接头内插针端面分：PC，SPC，UPC，APC 按照光纤连接器的直径分：Φ3，Φ2, Φ0.9
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光模块发射光功率和接收灵敏度：发射光功率指发射端的光强，接收 灵敏度指可以探测到的光强度。两者都以dBm为单位，是影响传输距 离的重要参数。光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面受限。 损耗限制可以根据公式：损耗受限距离＝（发射光功率-接收灵敏度） /光纤衰减量 来估算。光纤衰减量和实际选用的光纤相关。一般目前 的G.652光纤可以做到1310nm波段0.5dB/km，1550nm波段0.3dB/km甚 至更佳。50um多模光纤在850nm波段4dB/km 1310nm波段2dB/km。对 于百兆、千兆的光模块色散受限远大于损耗受限，可以不作考虑。
Gigac目前提供100M到10全系列光收发模块，用户可根据自己的网络需求选择 所需要的。 目前常规通用的光模块主要包括：光发送器，光接收器，Transceiver（光收 发一体模块）以及Transponder（光转发器）。
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光收发一体化模块的分类： 1. Transceiver（光收发一体模块）
Transceiver 的主要功能是实现光电/电光变换，常见的有：SFP.GBIC.XFP 等。 2. Transponder（光转发器） Transponder 除了具有光电变换功能外，还集成了很多的信号处理功能，如： MUX/DEMUX、CDR、功能控制、性能量采集及监控等功能。常见的 Transponder 有：200/300pin，XENPAK，以及X2/XPAK 等。
激光发射接收系统设计原理
上海磐川光电科技有限公司激光发射接收系统（激光发射接受）设计原理激光发射接收系统（激光发射接受器）1.产品概述：激光发射接收系统器或称激光发射接收器由两部分组成，一是激光发射模块，二是激光接收模块。
（如图所示）激光发射器结果特定频率的调制，发射出一条准直极细的激光光束，通过特定波长的激光光电传感器接收到光信号，通过光电转换电路将光信号转换成电信号输出。
2. 产品特点性能参数：✧激光准直度高，方向性好；✧光束细规则，精确度高；✧接收灵敏度高，响应速度快；✧信号输出接口灵活。
接收到的信号可与通讯标准的信号/工业标准电压匹配；✧功耗低；电源要求低，低压直流即可；✧使用寿命长；✧可控距离长；✧体积小，安装方便灵活；性能参数：Optical and Electrical Characteristics参数符号数值单位激光功率（Optical power）P5-100mW光束发散度 Divergence RMS)<1mrad电源电压 Power Voltage U5/12DCV工作电流 Op. Current I<40/<100mA有效距离eff.distance L0-1/1-1000m调制频率modulate f范围内可选MHz响应灵敏度R50 us工作温度Temperature To-10~50 oC3．设计原理3.1 连续型激光器发射接收模块结构框图:光功率转电压输出恒功率激光发射器激光探测器通断逻辑信号输出3.2 激光器发射接收模块详细电路图解：3.2.1 激光发射部分：（激光器驱动发射）该电路激光编码调制采用集成芯片硬件实现，8地址4数据编码。
1-8是地址，10-13数据脚。
调整Rosc决定振荡频率；14管脚TE是发射使能端，低电平发射有效。
激光发射驱动电路（在激光器中），是APC（自动功率控制）电路驱动，保证激光二极管光功率输出稳定。
3.2.2 激光接收部分：（激光接收、放大检波及解调解码输出）其中，R1=4.7Ω, R2=220KΩ接收探测器3DU接收红光波段灵敏度高，响应速度快，响应速度5us~30us；采用集成接收模块进行检波放大输出对应U3解调解码芯片，8地址4数据解码输出，1-8是地址，10-13数据脚；地址设置必须和发射地址一致，则数据位可以接收到发射端的数据的高电平信号，对应数据管脚输出高电平，当发射结束后，高电平随之消失。
CD pickup 光头资料
h t t p ://w w w .c r o s s m i n d .c n 一、 激光头原理1、 光学光头（PICK UP ）概述：随着计算机、光盘机的出现，一机多用是人们所追求的，计算机多媒体技术也被广 泛运用，而多媒体是由计算机控制的文、图、声、像等融于一体的信息传播媒体，而CD-ROM 、CD-RW(刻录机) 、光盘机是目前主要的多媒体信息载体，而CD-ROM 、CD-RW 、光盘机的核心部件，则是激光头。
英文名称:PIUK UP,简称：PU 。
它的功能是把存储在光盘上的数字信息通过光的检测转换成电信号。
CD 光头的工作原理是：光头内的半导体激光器发出的激光束照射到光盘信号面的信息坑点上，利用激光在凹坑上的反射光强度比在非凹坑上的反射光强度弱得多这一特性，再通过光电转换器将光信号转换成电信号，从而区分凹坑与非凹坑及它们的转换沿。
CD-R 光头的工作原理是：光头内的半导体激光器发出的大能量的激光束，将所要记录的信息刻录在可记录的光盘上。
其信息的读取方式与CD 光头的工作原理相同。
为了准确读取光盘上的信息，PU 必须随时调整PU 内物镜与光盘间的距离，才能保证激光束的聚焦焦点落在光盘的信息坑点上，即要使PU 能够产生聚焦误差信号（FE ）；同时PU 必须随时调整聚焦光束，使它能够落在凹坑的轨迹中央，即要求PU 能够产生跟踪误差信号（TE ）。
由此可见，PU 的性能好坏，直接影响CD-ROM 、CD 、VCD 、DVD 的性能。
2、 光路解析：1、CD 光头：激光二极管（LD ）所发出的激光通过衍射光栅（GT ）衍射成三束光到 半透镜（H/M ）上时，一部分光经H/M 折射所损耗；另一部分光经过半透镜的反射到反射镜（R/M ）上，再由反射镜改变光路的传播方到向物镜（OBL ），经OBL 使三束光聚焦在光盘（DISC ）信息坑点。
三光束在光盘上产生会会产生反射从而读取信息，反射光沿入射光的逆方向经物镜、反射镜、到达半透镜上，经半透镜折射到光电二极管（PD-IC ）上，由光电二极管据反射回来光的强弱，将光信号转变成电信号，通过运算放大器计算得出数据信号（HF ），聚焦误差信号（FE ）、跟踪误差信号（TE ）等。
常见单模光纤
1.光纤优点。
光纤通信系统框图。
常见单模光纤：G.652标准单模光纤G.653色散位移光纤G.654截止波长移位的单模光纤G.655非零时色散位移光纤2.波长色散：波的不同在一个单独的模式内发生脉冲展宽产生的色散。
模式色散：一个光脉冲的能量分配到不同的模式上，以不同的速度传播到输出端，导致光脉冲展宽。
3.光纤的连接：光纤熔接法V形槽机械连接弹性管连接4.光无源器件：光纤连接器：活接头可拆卸重复使用，用于光纤与一些器件之间的连接。
光纤耦合器：一输入多输出或多输入一输出，具有多个输入\输出端的光纤汇接器件。
光衰减器：控制光能衰耗。
光隔离器：把光信号按一个方向从一个端口送到另一个端口，并防止光信号沿错误方向传播引起的不必串扰。
波分复用\解复用器：把多个不同波长的光波复合注入同一根光纤中传输，或将输入光口多个不同波长的光波分开输出到不同的光端口。
5.啁啾现象：在调制脉冲的上\下升沿向短\长波长漂移，动态的使谱线加宽。
6.光与物质的作用：自发辐射（LED发光）受激辐射（激光器）受激吸收（半导体光接收器）7.半导体激光器LD工作原理：受激辐射由电子在价带与导带之间连续分布的能级间跃迁产生的受激辐射光，用半导体晶体的解剖面形成两个平行反射镜面组成谐振腔，使光振荡、反馈，产生光的辐射放大，输出激光。
8.单模激光器：激光器发出的激光是单纵模，所对应的的光谱只有一个谱线线宽为0.1nm 多模激光器：光谱特性包括内含3~5个纵模，对应线宽为3~5nm9.直接调制：通过信息流直接控制激光器的驱动电流，从而通过输出功率的变化实现调制。
优点：方便简单缺点：调制速度受载流子寿命及高速性能劣化的限制。
仅适用半导体光源。
间接调制：用调制信号改变调制器的物理特性，从而用调制器将来自激光二极管的连续光波转换成随电信号变化的光输出信号。
应用于高速率、远距离的传输。
优点：调制频率展宽很小，光源谱线宽度能维持很小。
缺点：较复杂，损耗大，造价高。
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图2.11 索尼机芯APC电路
图2.12是飞利浦机芯采用分离元件构成的APC电路。T1为 驱动管，为LD提供驱动电流，T2、T3构成APC电路，其控制 原理与上述基本相同，读者可自行分用APC电路。LD的驱动电流由Q提供， Q输出的电流大小受APC电路控制。APC电路实际是一个运算放大器， 集成在伺服集成电路之中。激光功率检测二极管PD用于检测LD发光 强弱，并将强弱信号送入APC电路，经运算放大后输出控制电压去 调节Q的驱动电流。电位器VR用于设置PD的偏置电压，通过调整VR 可设置LD发射的初始激光功率。VR安装在机芯上，当因光头老化而 读盘困难或不能读盘时，可适当调整VR来提高LD初始发射激光功率， 从而短时间增强读盘能力。