(3)集成波導式光開關(guān)的原理示意圖如圖8所示。它在LiNb03基片上用欽擴散的方法制成兩條靠得很近的光導波，并在上面蒸發(fā)上電極，在波導兩端口接入光纖，通過改變加在電極上電壓的大小，使端口1的入射光耦合入端口2或3，起到了開關(guān)作用。這種光開關(guān)的速度很快，但插入損耗為幾個分貝。

    光開關(guān)的主要性能參數(shù)有插入損耗、開關(guān)響應(yīng)速度和消光比等。

    二、光有源器件

    在有線電視光纖傳輸系統(tǒng)中，有些器件需要電源提供能量，把光信號進行放大或把光信號與電信號之間互相轉(zhuǎn)換。我們把這些器件稱為光有源器件。光有源器件主要有光發(fā)射機、光接收機、光放大器等。

    1．光發(fā)射機

    光發(fā)射機的作用是：將從前端送來的射頻電視信號轉(zhuǎn)換為光信號，使之能在光纖中傳輸。

    按照調(diào)制方式來劃分，有調(diào)頻、調(diào)幅和數(shù)字調(diào)制等多種光發(fā)射機。按照強度的調(diào)制方式不同，調(diào)幅光發(fā)射機又分為直接調(diào)制和外調(diào)制光發(fā)射機兩種。下面主要介紹有線電視光纖傳輸系統(tǒng)常用的調(diào)幅調(diào)制和數(shù)字調(diào)制光發(fā)射機以及發(fā)光器件的基本原理。

    (1)發(fā)光器件

發(fā)光器件是光發(fā)射機的光源。常用的發(fā)光器件有發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)類似一個半導體二極管，它由一個P型材料與N型材料結(jié)合在一起，構(gòu)成一個PN結(jié)，當給PN結(jié)兩端加上正向電壓時，自由運動的電子在PN結(jié)區(qū)與空穴結(jié)合，即空穴將從P區(qū)向N區(qū)，電子將從N區(qū)向P區(qū)運動，空穴和電子將在中部復合發(fā)光。發(fā)光二極管主要應(yīng)用于中低速短距離光纖通信系統(tǒng)中，因發(fā)光二極管的線性差、單色性不太好，一般很少在光纖有線電視系統(tǒng)中應(yīng)用。

    激光器二極管實質(zhì)上是一個光波振蕩器，它的結(jié)構(gòu)，通常是一個多層狀異質(zhì)結(jié)條形結(jié)構(gòu)，如圖9所示。當注入有源區(qū)中的載流子達到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時，電子與空穴復合產(chǎn)生光子，并立即達到穩(wěn)定的激光輸出。限制層材料把注入的載流子限制在有源區(qū)內(nèi)，由于限制層的折射率比有源區(qū)的折射率低，構(gòu)成了光波導條件，把產(chǎn)生的光也限制在有源區(qū)。激光器兩端的端鏡面是平行又非常光亮的，它使有源區(qū)產(chǎn)生的光部分逸出，由此端鏡面與有源區(qū)構(gòu)成了光的容器。有源區(qū)產(chǎn)生的光不斷從端鏡面兩端反射，形成光的振蕩。隨著電流不斷加入，光逐漸放大并趨于穩(wěn)定的輸出狀態(tài)。

    分布反饋式半導體激光器是在激光二極管發(fā)生層表面刻上波紋狀的衍射光柵，就構(gòu)成了分布反饋式半導體激光器。由于所刻的波紋峰較多，波紋周期又完全相同，使反射光疊加成較大的反射，可獲得30 mW以上的功率輸出。此外，光柵還具有選頻作用，可輸出單一波長的光。分布反饋式半導體激光器具有線性好、單色性好、溫度系數(shù)小、輸出功率大、便于調(diào)制、可傳輸較寬的頻帶等優(yōu)點，在有線電視光纖傳輸系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

    (2)直接調(diào)制調(diào)幅光發(fā)射機

    圖10所示為直接調(diào)制調(diào)幅光發(fā)射機的原理方框圖。它主要由高頻激勵電路、調(diào)制和激光輸出電路組成。其輸入的信號是信號電平為了75^-95 dB v V的電視射頻(RF)信號。從前端輸入的多路混合電視射頻信號經(jīng)過光發(fā)射機的兩級放大，一級電控衰減；另一級預失真補償和自動增益控制等處理后，對激光器的偏流進行控制，進行電光調(diào)制，將電信號轉(zhuǎn)換為光強度變化的信號。光發(fā)射機設(shè)有自動溫度控制（ATC）和自動功率控制（APC）電路。

    前者使激光器芯片的溫度保持在20℃左右，后者控制激光器輸出功率穩(wěn)定。機內(nèi)的導頻發(fā)生器產(chǎn)生控制光接收機輸出電平和反向傳輸?shù)幕鶞市盘枴９廨敵龆税惭b了一個光隔離器，以減小光反射波對激光器的影響。最后，光信號通過光活動連接器送入光纜。光發(fā)射機采用微處理器(CPU)進行編程控制。用來調(diào)整、控制光發(fā)射機的輸出功率、調(diào)制度、溫度、偏流等。

    直接調(diào)制調(diào)幅光發(fā)射機的主要性能指標有非線性失真、噪聲、光調(diào)制度和頻響等。

    (3)外調(diào)制調(diào)幅光發(fā)射機

外調(diào)制調(diào)幅光發(fā)射機的原理方框圖如圖11所示。

它是在激光器輸出激光以后，再通過一個外調(diào)制器，使激光的強度隨外加多路調(diào)幅信號電壓而改變。從圖中可以看出，前端輸入的電視射頻信號先經(jīng)放大后，進入預失真電路，產(chǎn)生與調(diào)制器相反的失真，再進入外調(diào)制器。外調(diào)制器是用鈮酸鋰晶體作波導基片，將金屬鈦擴散進去形成光波導，并在波導上蒸鍍上金電極而制成，當高頻電信號加到金電極上，會使通過波導的激光強度受到調(diào)制。從YAG激光器輸出的激光經(jīng)過光電耦合器和偏振控制器后進入外調(diào)制器進行調(diào)制，調(diào)制后的激光信號由分光器分出一部分給光電檢測器轉(zhuǎn)為電信號，送入控制環(huán)電路控制預失真電路，使輸出激光失真最小。微處理器分別對激光器的溫度和工作狀態(tài)等進行控制。

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