Передающий оптический модуль с ЛД

Структура ПОМ с ЛД сложнее, чем с СИД. На рис. 17.2 приведена принципиальная схема модуля с ЛД, используемого в ВОСП. В оптической головке модуля находятся ЛД с двойным геропереходом и фотодиод обратной связи, детекти-рующий излуче-ние, выходящее через заднюю грань лазера.

Управление лазером, стабилизация его работы и защита от действия слишком высокого входного сигнала осуществляются током в цепи обратной связи по среднему значению мощности излучения.

Схема управления и защиты лазера содержит: цепи обратной связи для поддержания постоянства мощности излучения лазера и защиты диода от воздействия слишком высокого входного сигнала; схему защиты, обеспечивающую защиту лазера от воздействий, связанных с неисправностями в цепи питания и паразитными электрическими колебаниями.

Одна из основных задач, которую необходимо решать при разработке ПОМ, - это стабилизация выходной мощности полупроводниковых лазеров. Кроме рассмотренного выше известны параметрический и импульсный способы, а также способ с использованием НЧ подмодуляции.

Параметрический способ основан на том, что учитывается скважность входного сигнала. Входной сигнал нормируется, интегрируется и вычитается из проинтегрированного сигнала с фотодиода обратной связи. Разница сигналов измеряется и поддерживается неизменной регулировкой тока смещения лазера. Этот способ обладает некоторыми недостатками:

· ток модуляции устанавливается при регулировке и в дальнейшем не изменяется;

· ток модуляции имеет температурнуюзависимость, индивидуальную для каждого лазерного диода;

· способ не учитывает снижение эффективности полупроводникового лазера в процессе старения, в результате которого импульсная мощность будет уменьшаться.

Импульсный способ основан на сравнении параметров ВЧ импульсов фотодиода обратной связи с эталонными. Для реализации этого способа необходимы быстродействующий фотодиод обратной связи, а также тракт усиления и измерения параметров ВЧ импульсов, что существенно усложняет задачу.

Способ с использованием НЧ подмодуляции основан на том, что ВЧ входные импульсы модулируются НЧ вспомогательным сигналом. На фотодиоде обратной связи ВЧ сигнал интегрируется и по величине НЧ составляющей регулируются токи смещения и модуляции полупроводникового лазера.

Способ стабилизации выходной мощности с использованием НЧ подмодуляции является наиболее предпочтительным, поскольку здесь осуществляется регулировка тока смещения и тока модуляции в зависимости от температуры среды и старения лазера.

На рис. 20.3 приведена принципиальная схема ПОМ с НЧ подмодуляцией для стабилизации выходной мощности лазера. В этой схеме используется двухконтурная система стабилизации выходной мощности.

Первый контур стабилизирует среднюю мощность излучения, регулируя постоянный ток смещения I_п.см ЛД, второй контур регулирует ток модуляции I_пм таким образом, чтобы результирующая разница НЧ составляющих лазерного излучения была равна нулю.

Фототок, пропорциональный излучаемой мощности с фотодиода обратной связи подается на усилитель-преобразователь А₁, где преобразуется в соответствующее напряжение. Коэффициент преобразования устанавливается резистором R_ос. Напряжение с усилителя А₁ сравнивается с опорным напряжением U_о. Компаратором А₂, через интегратор ò задается управляющее напряжение на транзистор Т_з, которым регулируется постоянный ток смещения ЛД. Таким образом регулируется средняя мощность излучения.

Генератор Г генерирует прямоугольные НЧ импульсы с частотой 10 кГц. На транзисторах Т₄ и Т₅ собран генератор тока НЧ подмодуляции. Генератор Г управляет ключом К₃, формирует импульсы тока НЧ подмодуляции с амплитудой, пропорциональной напряжению на базах транзисторов Т₄ и Т₅, деленному на сопротивление резисторов R_i1, R_i2. Соотношение токов I_пм и I_п.см задается отношением сопротивлений резисторов R_i1 и R_i2. При этом глубина модуляции полезного сигнала НЧ сигналом определяется отношением сопротивлений R_i1/ R₃. Результирующий НЧ сигнал с фотодиода обратной связи усиливается усилителем А₁ и через конденсатор С₂, усилитель А₃ и конденсатор С₃ подается на ключ К₁, который управляется генератором Г. Ключ К₁ и генератор Г составляют синхронный детектор. Если I_пм - I_п.см >0, то сигнал на выходе К₁ отрицательный и интегратор - компаратор R₅, С₄, А₄ увеличивает ток модуляции, если I_пм - I_п.см <0 - уменьшает. Таким образом осуществляется автоматическая регулировка тока модуляции.

В устройстве предусмотрен детектор входного сигнала Д, который отключает регулировку тока модуляции, если входной сигнал отсутствует.

На транзисторах Т₁, Т₂ и Т₃ выполнена схема регулируемых источников тока смещения и тока модуляции. С помощью дифференциального усилителя (Т₁ и Т₂) происходит формирование импульсов тока модуляции полупроводникового лазера. Изменяя напряжение на входах 2 и 3, можно управлять токами модуляции и смещения ЛД соответственно. При этом модулирующий входной сигнал подается на вход 1.

Приемные оптические модули

Приемный оптический модуль (ПРОМ) представляет собой собранное в общем корпусе устройство, состоящее из фотодетектора (р-i-п ФД или ЛФД) и малошумящего предварительного усилителя. На рис. 17.4 даны принципиальные схемы ПРОМ двух типов: модуля с подключением фотодетектора к усилителю (схема «прямой линии») и модуля с трансимпедансным усилителем, в котором осуществляется обратная связь через резистор R_ос.

При использовании ЛФД в качестве фотодетектора можно изменять подаваемое на него напряжение обратного смещения и таким образом регулировать коэффициент лавинного умножения ФД. Это позволяет существенно расширять динамический диапазон модуля, но требует наличия в модуле блока автоматической регулировки усиления (АРУ). В блоке АРУ получаемое напряжение должно сравниваться с напряжением опорного сигнала, определяющего амплитудное значение выходного сигнала модуля. Напряжение рассогласования должно поступать на схему, управляющую одновременно коэффициентами усиления ЛФД и усилителя.

При использовании р-i-п ФД в качестве фотодетектора электронная схема предварительного усиления упрощается. Она сводится к двойному амплитудному детектору, схеме сравнения и фильтру. Однако тогда динамический диапазон модуля получается значительно меньшим, чем при использовании ЛФД с блоком АРУ.

Контрольные вопросы

1. Основные характеристики ПОМ.

2. Общая структура ПОМ с СИД и ЛД.

3. Передающий оптический модуль с СИД.

4. Передающий оптический модуль с ЛД.

5. Методы стабилизации выходной мощности ЛД в ПОМ.

6. ПОМ с использованием НЧ подмодуляции.

7. Структура ПРОМ.

8. Сравнительная характеристика ПРОМ с р-i-п ФД и ЛФД.

Лекция 18