在光纖通信系統(tǒng)中，廣義來(lái)講，光發(fā)射機(jī)的作用是把從電端機(jī)送來(lái)的電信號(hào)，例如，在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中脈碼調(diào)制(pcm)信號(hào)，經(jīng)過(guò)編碼、調(diào)制，再由光源變?yōu)楣庑盘?hào)最后送入光纖．當(dāng)然，實(shí)際的機(jī)器中還有許多“細(xì)節(jié)”要處理以及還要有監(jiān)測(cè)、保護(hù)等電路．
還應(yīng)指出，實(shí)際使用的光端機(jī)，并不是真有這么一個(gè)光發(fā)射機(jī)架．到20世紀(jì)80年代末，實(shí)際的光端機(jī)發(fā)射機(jī)就是一塊插在光端機(jī)架中的機(jī)盤．
一、對(duì)光發(fā)射機(jī)的要求
(l)光源的發(fā)光波長(zhǎng)要合適
由于目前使用的光導(dǎo)纖維有三個(gè)低損耗的范圍（又稱窗口），如0. 85μm，1.31μm和 1.55μm，第一個(gè)稱為短波長(zhǎng)，后兩個(gè)稱為長(zhǎng)波長(zhǎng)．因此，光發(fā)射機(jī)光源發(fā)出的光波波長(zhǎng)與這三個(gè)波長(zhǎng)相適應(yīng)．
(2)合適的輸出光勸率
從后面對(duì)光纖通信系統(tǒng)的討論將會(huì)知道，在光纖通信系統(tǒng)中，要求光源有合適的輸出光功率．誠(chéng)然，光源送入光纖的光功率越大，可通信的距離就越長(zhǎng)，但是，從理論上講，光源送入光纖的光功率太大并非好事．因?yàn)楣夤β侍缶蜁?huì)使光纖工作在非線性狀態(tài)．所謂非線性即指光纖的各種特征參數(shù)隨輸入的光強(qiáng)作非線性的變化，光纖成了一種非線性器件．這種非線性效應(yīng)將會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的頻率轉(zhuǎn)換作用和其他作用，顯然，這對(duì)正常工作的光纖來(lái)講，將產(chǎn)生不良的影響．
(3)較好的消光比
所謂消光比（ext）就是ext=全“0”碼時(shí)的平均輸出光功率/全“1”碼時(shí)的平均輸出光功率作為一個(gè)被調(diào)制的好的光源，希望在“o碼時(shí)沒(méi)有光功率輸出，否則它將使光纖系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲，使接收機(jī)靈敏度降低（靈敏度的概念將在后面討論），故一般要求
ext≤l0%
(4)調(diào)制特性好
這一點(diǎn)在前面討論調(diào)制原理時(shí)已看到，所謂調(diào)制特性好，即要求光源的p-i曲線在運(yùn)用的范圍內(nèi)線性好，否則在調(diào)制以后將產(chǎn)生非線性失真．除此以外，還希望光發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定性好，光源的壽命長(zhǎng)等等．
二、光發(fā)射機(jī)的組成方框圖及各部分功能
光發(fā)射機(jī)的組成隨著生產(chǎn)廠家不同而不同．這里僅介紹光發(fā)射機(jī)的基本組成．一個(gè)光發(fā)射機(jī)的原理方框圖如圖3-28所示．下面，分別介紹它各部分的功能．
圖3- 28 光發(fā)射機(jī)原理方框圖
(l)均衡放大
由pcm端機(jī)送來(lái)的hdb3碼流，經(jīng)過(guò)電纜的傳輸產(chǎn)生了衰減和畸變，所以，在上述信號(hào)進(jìn)入發(fā)射機(jī)時(shí)，首先要經(jīng)過(guò)均衡和放大，以補(bǔ)償衰減的電平、均衡畸變的波形．
(2)解碼
由于pcm系統(tǒng)傳輸?shù)拇a型是hdb3碼，這種碼型是雙極性的（+1,0，-1）．而在光纖通信系統(tǒng)里，由于光源可用有光和無(wú)光與“0”，“1兩個(gè)碼對(duì)應(yīng)，一般不容易與+1,0，-1對(duì)應(yīng)．這樣，信號(hào)從pcm端機(jī)送到光發(fā)射機(jī)后，需要將hdb3這種雙極性碼變?yōu)閱螛O性的“0”．“1碼．這就要由解碼電路來(lái)完成．
(3)擾碼
若信碼流中出現(xiàn)長(zhǎng)“0 和長(zhǎng)“l(fā)”的情況，由后面的討論將會(huì)知道①，這將給提取時(shí)鐘信號(hào)帶來(lái)困難．為了避免出現(xiàn)這種長(zhǎng)“0和長(zhǎng)“l(fā)”的情況，就要在解碼之后加一個(gè)擾碼電路，以達(dá)到有規(guī)律地“破壞”長(zhǎng)“0”、長(zhǎng)“l(fā)碼流．當(dāng)然，經(jīng)過(guò)光纖傳輸以后，在接收端還要加一個(gè)與擾碼相反的解擾電路，恢復(fù)信碼流原來(lái)的狀況．
(4)時(shí)鐘
由于解碼和擾碼過(guò)程都需要時(shí)鐘信號(hào)作依據(jù)（時(shí)間參考）．故在均衡放大之后，由時(shí)鐘電路取出pcm中的時(shí)鐘信號(hào)供給解碼、擾碼、編碼電路用．
(5)編碼
經(jīng)過(guò)解碼、擾碼的信碼流經(jīng)調(diào)制為光脈沖后，雖然從理論上可以在光纖上傳輸．但從實(shí)用角度來(lái)看，為了便于不間斷進(jìn)行誤碼監(jiān)測(cè)，克服直流分量的波動(dòng)，以至于便于區(qū)間通信聯(lián)絡(luò)等功能，在實(shí)際的光纖通信系統(tǒng)中，還要對(duì)經(jīng)解碼、擾碼的信碼流再進(jìn)行編碼以滿足上述要求．關(guān)于編碼問(wèn)題已在前面詳細(xì)討論過(guò)．
(6)調(diào)制（驅(qū)動(dòng)）
經(jīng)過(guò)編碼后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)調(diào)制電路對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，讓光源發(fā)出的光強(qiáng)跟隨經(jīng)過(guò)編碼后的信碼流變化，形成相應(yīng)的光脈沖送人光導(dǎo)纖維。關(guān)于調(diào)制電路的詳細(xì)討論，已在上面介紹過(guò)，這里不再重復(fù)．
(7)自動(dòng)功率控制
光發(fā)射機(jī)的光源經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用將出現(xiàn)老化，使輸出光功率降低，如圖3-29所示．
圖3—29激光器老化使輸出光功率降低
另外，激光器p-n結(jié)結(jié)溫變化，使p-i曲線變化，亦會(huì)使輸出光功率產(chǎn)生變化，如圖3-30所示．因此，為了使光源的輸出功率穩(wěn)定，在實(shí)際使用的光發(fā)射機(jī)中常使用自動(dòng)功率控制（apc）電路．這種電路可有多種形式，下面介紹其中一種電路的原理方框圖，如3-31所示，
圖3-30 激光器溫度變化引起輸出功率的變化
圖3-31 自動(dòng)功率控制電路
圖中，
調(diào)制器、ld管——光發(fā)射機(jī)中半導(dǎo)體激光器和它的調(diào)制電路，工作原理前面已作過(guò)介紹．
pin管、放大器a1——pin是一種光電檢測(cè)器（即半導(dǎo)體光電二極管）．a(chǎn)1是放大電路．
從ld管背向散射出來(lái)的光波經(jīng)光電檢測(cè)器（pin光電檢波管）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)放大器a1放大后送到比較放大器a3的一個(gè)輸入端．
可調(diào)直流參考電壓——一個(gè)可調(diào)的穩(wěn)壓電源，它將一個(gè)作為參考標(biāo)準(zhǔn)的直流電壓通過(guò)比較放大器a2送到比較放大器a3的另一輸入端。
這樣，當(dāng)激光器因老化而“長(zhǎng)時(shí)間”輸出功率降低時(shí)，從a1輸出的電壓也降低，并將這個(gè)電壓送至比較放大器a3的一個(gè)輸入端；另一方面，由直流參考電路送出一參考電壓經(jīng)a2送至a3的另一端作比較，然后由a3產(chǎn)生一個(gè)增大的輸出電壓送到電流源，使電流源輸出電流增加，從而使ld管的注入電流增加，使ld管輸出光功率維持穩(wěn)定．
比較放大器a2的作用是要防止當(dāng)無(wú)信號(hào)或信號(hào)是長(zhǎng)“0時(shí)，因自動(dòng)控制電路的作用使ld管的注入電流增加，從而使輸出光功率在不該增加時(shí)增加，引起的誤碼，為此采取的措施是從信號(hào)輸入端取出一個(gè)參考信號(hào)與直流參考電壓由比較放大器a2先做一次比較．經(jīng)調(diào)整后使長(zhǎng)“0或無(wú)信號(hào)時(shí)a2的輸出電壓降低，然后再作為參孝電壓送至比較放大器a3，使a3輸出電壓不變，從而避免因無(wú)信號(hào)或長(zhǎng)“0”時(shí)apc電路的錯(cuò)誤“動(dòng)作”．
(8)自動(dòng)溫度控制
由于半導(dǎo)體光源的p-i特性曲線對(duì)環(huán)境溫度的變化反映很靈敏，從而使輸出光功率出變化，如圖3-32所示．
圖3—32環(huán)境溫度變化引起輸出光功率的變化
為了保證在環(huán)境溫度變化時(shí)輸出特性的穩(wěn)定，一般在機(jī)器的發(fā)射機(jī)盤上裝有自動(dòng)溫度控制(atc)電路，其原理方框圖如圖3-33所示.
圖3—33自動(dòng)溫度控制電路方框圖
裝在激光器熱沉上的熱敏電阻，作為溫度傳感器，同時(shí)它又是溫度控制電路電橋中的一臂，通過(guò)電橋，把溫度變化（引起熱敏電阻的阻值變化）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康淖兓偻ㄟ^(guò)放大器接到致冷器上，使致冷器電壓變化，從而使激光器的溫度維持恒定．上面所說(shuō)的熱沉，是指貼在激光器上的一塊金屬散熱塊．
上述溫度控制電路的電路圖如3-34所示．
圖中，r1一熱敏電阻；
r1，r2，r3，rt一電橋；
t一晶體管放大器，提供致冷器所需的電流；
a一運(yùn)算放大器，放大電橋送來(lái)的電壓，其電壓的變化，反映溫度的變化，
目前采用的致冷器是半導(dǎo)體致冷器，它的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-35所示，其等效電路如圖3-36所示
它是一個(gè)熱電偶，根據(jù)珀?duì)柼?yīng)，當(dāng)給這個(gè)熱電偶加電壓時(shí)，它的一端吸熱而另一端則散熱，從而實(shí)現(xiàn)致冷的目的．
(9)其他保護(hù)、監(jiān)測(cè)電路
光發(fā)射機(jī)除由上述各部分電路組成外，還有如下一些輔助電路．
ld保護(hù)電路——它的功能是使半導(dǎo)體激光器的偏流慢啟動(dòng)以及限制偏流不要過(guò)大．由于激光器老化以后輸出功率將降低，自動(dòng)功率控制電路將使激光器偏流不斷增加，如果不限制偏流就可能燒毀激光器.
無(wú)光告警電路——當(dāng)光發(fā)射機(jī)電路出現(xiàn)故障，或輸入信號(hào)中斷，或激光器失效都將使激光器較長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)光，這時(shí)延遲告警電路將發(fā)出告警指示．
三、實(shí)際光發(fā)射機(jī)電路圖
如前所述，一個(gè)實(shí)際的光發(fā)射機(jī)電路中除了調(diào)制電路和光源這兩個(gè)部分外，還應(yīng)包括碼型變換電路和許多輔助電路，因比，實(shí)際的光發(fā)射機(jī)電路是十分復(fù)雜的，本教材不便列出．下面，僅給出一個(gè)較簡(jiǎn)單的電路，這個(gè)電路是用在光中繼器上的，如圖3-37所示．
圖中包括了激光器和它的調(diào)制電路，以及正向偏置控制電路，控制電路是根據(jù)pin管從ld得到的背向散射光來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)ld的控制．圖中沒(méi)有畫出碼型變換電路及其他輔助電路．