應用已商業化之元件設計高速數位式光訊傳送器

Abstract

在本篇報告中，一個用於光通訊的高速數位式光訊傳送器(fiber-optic transmit- ter)已發展完成。此傳送器乃採用已商業化之元件組成的，這些元件包括0.8 μｍ CD雷射二極體(laser diode) 和分散式的電晶體。而吾等所發展之光訊傳送器具有 至少565 Mbit/s的資料傳輸速率。因此，其具備低價位，高速率的品質。而此雷射 二極體傳送器主要由雷射二極體驅動器(laser diode driver, LDD) 電路，光輸出 功率自動穩定(automatic power control, APC)電路和感測超過預設偏壓電流的監 視器(over-bias monitor, OBM)所構成。其中LDD 電路為一電壓－電流轉換器，其 乃在提供高速之電流調變和固定的驅動電流。APC 電路是使用平均感測 (average- sensing)技術來補償雷射二極體因溫度變化與使用時間所造成的光輸出功率的變動 。而OBM 是提供使用者警示雷射二極體的生命極限。而為了評估所設計之電路的品 質，吾等採用電腦模擬來使得電路本身的操作條件能達到最佳化(optimization)的 目的。而所使用的軟體為“SPICE” 。這裡需特別強調的是，模擬時所用的等效電 晶體模型參數(model parameter) ，已經由實例測量和資料比對而得到。而在電腦 電路模擬中，分散式電晶體之寄生效應對波形的影響，是吾等研究的主題。經由實 際電路設計與測試，此雷射二極體驅動器電路，操作在數佰Mbit/s時，其可提供30 毫安培的脈衝及0 安培到70安培範圍的偏壓電流。且此電路所輸出之光波形，具有 上升時間0.7 奈秒和下降時間0.8 奈秒的能力。而對於光輸出功率自動穩定電路的 特性，經測試結果顯示，其在12℃到57℃的溫度變動範圍內，其光功率的波動率 ( fluctuation)具備少於±0.2 dB的良好特性。最後吾等利用所發展完成的光訊傳送 器，進行簡單的光通訊傳輸實驗。其中採用的傳輸介質為折射係數以階級式變化 ( graded index) 的光纖。在此實驗中，吾等探討了光纖色散(dispersion)和光之零 壹訊號強弱化(extinction ratio)，對光通訊系統品質的影響。