Як розроблено та працює оптичний передавач
Використання світлових хвиль для передачі телевізійних сигналів і даних є новою наукою та технологією, розробленою наприкінці 20 століття. Його поява увімкнула світ'Інформаційна індустрія розвивається стрімко. Зараз технологія передачі через оптичне волокно розвивається зі швидкістю, яка перевищує людські's уява. Його швидкість оптичної передачі в 100 разів вища, ніж 10 років тому, і, за оцінками, вона збільшиться приблизно в 100 разів у майбутньому розвитку. З постійним розвитком технології передачі оптичних волокон мультиплексування, демультиплексування, маршрутизація та комутація можуть виконуватися в оптичній області. Мережа може використовувати величезні ресурси пропускної здатності оптичного волокна для збільшення пропускної здатності мережі та реалізації «прозорої» передачі кількох послуг.
Оптична система передачі в основному складається з оптичних передавачів, оптичних приймачів, оптичних розгалужувачів, волоконно-оптичних кабелів та інших компонентів.
I. Основний принцип оптоволоконної передачі оптичних сигналів
Оптична передача - це технологія, яка передає у формі оптичних сигналів між відправником і одержувачем. Робочий процес оптичної передачі телевізійних сигналів здійснюється між оптичним передавачем, оптичним волокном і оптичним приймачем; оптичний передавач у центральній комп’ютерній кімнаті перетворює вхідний радіочастотний телевізійний сигнал в оптичний сигнал, який складається з електричного/оптичного перетворювача (Електрооптичний перетворювач (E/O) завершено, і перетворений оптичний сигнал приймається Оптичний приймач передачі оптичного волокна перетворює оптичний сигнал, отриманий від оптичного волокна, в електричний сигнал це весь процес електричного/оптичного та оптико-електричного перетворення, який також називають оптичним зв’язком.
Сучасний метод оптичної передачі використовує модуляцію інтенсивності світла. Наприклад, лазерний світловипромінювальний пристрій випромінює так зване когерентне світло з однаковою фазою. Тому використовується метод модуляції, який змінює загальну інтенсивність світла. Він використовує лінійну зміну вихідної оптичної потужності, що відповідає зміні струму вхідного сигналу електричного/оптичного перетворювача. характеристика.
У оптично-електричному перетворювачі (O/E) вихідний струм пропорційний інтенсивності вхідного оптичного сигналу. Таким чином, форма вихідного струму оптичного/електричного перетворювача подібна до форми вхідного струму електричного/оптичного перетворювача, що забезпечує передачу сигналу.
Отже, як оптичне волокно спрямовує оптичний сигнал? В даний час оптичне волокно, що використовується в системі кабельного телебачення, є циліндричним оптичним волокном, яке складається з циліндра оптичного волокна та оболонки та є матеріалом з кварцового скла. Обшивка відіграє роль щільного охоплення світла в оптичному волокні, захисту серцевини та підвищення міцності самого оптичного волокна. Роль серцевини волокна полягає в передачі оптичних сигналів. Незважаючи на те, що сердечник і оболонка виготовлені з кварцового скла, існують відмінності в легуючому складі обох під час виробництва, що призводить до різних показників заломлення (сердечник становить 1,463~1,467, а оболонка — 1,45~1,46). звичайно, це також пов'язано з різними використовуваними матеріалами. Коли джерело світла, випромінюване лазером, потрапляє в серцевину волокна, коли світло потрапляє на поверхню оболонки, доки кут падіння перевищує критичний кут, повне відбиття відбудеться в серцевині, і світло не витече в обшивку. Оптичний сигнал в сердечнику продовжуватиме безперервно поширюватися, поки не буде спрямований на оптичний приймач. Цей процес є основним принципом передачі оптичного сигналу в оптоволокні.
II. Спотворення при оптичній передачі
Коли світло передається по оптичному волокну, також виникають деякі спотворення. Причини викривлення наступні:
(1) У волоконно-оптичній системі передачі через нелінійність характеристик електричного/оптичного перетворення напівпровідникового лазера вихідний оптичний сигнал не узгоджується зі зміною струму збудження, що призводить до спотворення, яке називається модуляційним спотворенням. Значення індексу модуляції М не може бути занадто великим. Необхідно вибрати оптичний передавач з високою продуктивністю та сильною технологією обробки попередніх спотворень. Технологія обробки попередніх спотворень використовує штучний дизайн для створення попередніх спотворень для покращення лінійності модуляції, щоб усунути та зменшити систему передачі оптичних волокон. Призначення ЦСО і КТБ.
(2) В оптичній системі передачі, оскільки керуючий РЧ-підсилювач і приймальний РЧ-підсилювач мають невелику ймовірність спотворень, лінійний PIN-фотодіод може ігнорувати незначні спотворення, оскільки рівень сигналу не надто високий. Основною причиною є спотворення модуляційних характеристик напівпровідникового лазера та дисперсії волокна.
(3) Коли лазер модулює інтенсивність світла, довжина хвилі світла зміниться, і з’явиться додаткова частотна модуляція, яка розширить частоту сигналу та спричинить ефект чирпу, який в основному проявляється як спотворення CSO.
(4) Характеристики дисперсії оптичного волокна призведуть до відмінностей у груповій затримці різних довжин хвиль, що призведе до спотворення, спричиненого непослідовним часом прибуття на термінал, головним чином спотворення CSO.
Спотворення, що виникають у системі передачі оптичних волокон, є в основному спотвореннями CSO, а ступінь спотворення CTB набагато менший, ніж спотворення CSO. Для того, щоб забезпечити якість передачі в системі та забезпечити співвідношення несучої та шуму системи та продуктивність спотворень у прийнятному діапазоні, вжиті заходи є загальними. Використовуйте індикатори CNR, щоб збалансувати показники CSO та CTB. Якщо збільшити або зменшити значення CNR на 1 дБ, то CSO погіршиться або покращиться на 1 дБ, а індекс CTB погіршиться або покращиться на 2 дБ.
III. Принципи роботи оптичного передавача
Найважливішим оптичним пристроєм оптичного передавача є напівпровідниковий лазер. По суті, це лазерний діод (ЛД). Звичайно, деякі не використовують лазерні діоди, а використовують напівпровідникові світлодіоди (Light Emitting Diode, LED). з.
Оптичний передавач 1310 нм зазвичай використовує режим прямої модуляції (амплітудна модуляція залишкової бічної смуги, режим VSB-AM). Його функція полягає в перетворенні електричних сигналів в оптичні сигнали, чого можна досягти шляхом зміни джерела живлення введеного лазера через зовнішню схему. Схема зміщення, яку він встановлює, може забезпечити найкраще джерело живлення зміщення для лазера. Лазер матиме різну вихідну потужність, коли струм зміщення інший. Щоб забезпечити стабільний вихід оптичної потужності, слід розробити схему автоматичного керування оптичною потужністю та температурою лазера, наприклад використовувати мікрокомп’ютери для досягнення найкращого робочого стану автоматичного керування оптичним передавачем.
Лазери широко використовуються як оптичні осцилятори (тобто світловипромінювальні пристрої), які ґрунтуються на взаємодії між енергетичним станом матеріалу лазерного середовища та світлом.
Щоб лазер працював, має бути певна сила струму. Існує певна залежність між величиною цього струму та інтенсивністю світла. При збільшенні сили струму інтенсивність світла різко зростає. Це означає, що лазер почав працювати. Це змушує лазер працювати. Сила струму називається пороговою. Чим він менший, тим краще, оскільки він уже запустив лазер у роботу. Якщо пороговий струм продовжує зростати, утвориться зона насичення виходу. Коли струм зони насичення досягає певного значення, сигнал буде передаватися. З точки зору потужності, необхідної для оптоволоконної передачі, вихідна потужність у кілька мегават у лінійній області може задовольнити вимоги передачі сигналів та інформації на великі відстані. Окрім інтенсивності світла, якість передачі світла також пов’язана з такими проблемами, як спектр і шум.
Багатохвильовий спектр не підходить для передачі високоякісних аналогових сигналів. Навіть якщо він працює в одномодовому режимі, його спектр випромінювання має ширину. Чим вужча ширина, тим чистішою стає світлова хвиля і більш когерентною в часі. Це світлові хвилі з хорошою когерентністю. Світлова хвиля з хорошою когерентністю не потребує лінз та інших пристроїв для зведення її в невелику пляму, і вона більше підходить для падіння оптичних волокон.
IV. Принципи роботи оптичного приймача
Основним компонентом оптичного приймача є фотодетектор, тобто високочутливий фотодіод (PIN). Фотодіод використовує фотоелектричний ефект напівпровідника, щоб завершити виявлення оптичного сигналу, щоб оптичний сигнал відновився до радіочастотного телевізійного сигналу, а потім радіочастотного сигналу. Після підсилення та контролю рівня АРУ кваліфікований радіочастотний сигнал виводиться для мережевий розподіл.
Основними технологіями оптичних приймачів є C/N, C/CTB і C/CSO. Усі ці три технічні показники визначаються продуктивністю модуля фотоелектричного перетворення. У разі однакової вхідної оптичної потужності РЧ-рівень виходу перетворення відрізняється. Коли ефективність перетворення фотоелектричного модуля висока, його вихідна потужність, навіть якщо рівень високий, індекс значення C/N, отриманий ним, хороший, і навпаки, індекс значення C/N стає гіршим. Два технічних показника C/CSO і C/CTB визначаються лінійністю фотоелектричного модуля. Високоякісні фотоелектричні модулі дозволяють отримати більш широкий діапазон потужності прийому при однакових показниках C/CSO і C/CTB.
V. Перспективи розвитку оптичних приладів
З постійним оновленням технології передачі оптичних волокон у широкосмугових мережах і постійним вдосконаленням багатофункціональних послуг вимоги до характеристик передачі оптичних пристроїв і оптичних волокон стають все вищими. Нарешті настає ера оптичних волокон, які замінюють мідні дроти. Слідами інформаційної ери З появою перспективи розвитку технології оптичної передачі дуже широкі.
Вибір і використання оптичного передавача
Оптичний передавач є основним обладнанням оптичної кабельної системи передачі. Його функція полягає в оптичній модуляції електричного сигналу радіочастотного кабельного телебачення, що надходить на оптичний передавач, для досягнення електричного та оптичного перетворення (E/O), а також для надсилання безперервних, стабільних і надійних оптичних сигналів до системи оптичного кабелю. Типи оптичних передавачів, які зараз є на ринку: відповідно до різних методів модуляції вони поділяються на два типи: оптичні передавачі з прямою модуляцією та оптичні передавачі із зовнішньою модуляцією. Прямо модульовані оптичні передавачі в основному використовуються в оптоволоконних системах 1310 нм, а зовнішньомодульовані оптичні передавачі в основному використовуються в оптоволоконних системах 1550 нм. Незалежно від того, чи це оптичний передавач із прямою чи зовнішньою модуляцією, його основним компонентом є лазери.
Безпосередньо модулювати лазерний передавач
1. Композиція
До складу оптичного передавача прямої модуляції, крім основного компонента лазера DFB, входять джерело живлення, схема зміщення лазера, схема повільного запуску лазера, схема захисту від перевантаження та схема захисту приводу, схема керування живленням і охолодженням, світло схема виявлення, схема компенсації спотворень, мікросхема фотодетектора (PIN) (для виявлення оптичної потужності та автоматичного керування потужністю), напівпровідниковий холодильник і термістор для двостороннього автоматичного контролю температури (ATC) тощо.
2. Робочий процес
Вхідним сигналом оптичного передавача є телевізійний радіочастотний (РЧ) сигнал. На передньому кінці кілька радіочастотних сигналів змішуються в один сигнал за допомогою мультиплексора, а потім надсилаються на вхід оптичного передавача. Після підсилення попереднім підсилювачем здійснюється електронне керування ослабленням, компенсацією спотворень і автоматичним контролем рівня потужності. , А потім керуйте лазерним чіпом для виконання електричної/оптичної модуляції та перетворення електричного сигналу в сигнал оптичної модуляції. Додавання оптичного ізолятора до вихідного кінця може значно зменшити вплив відбитої світлової хвилі від оптичного кабелю на лазер. Оптичний сигнал надсилається до оптичного кабелю через оптичне рухоме з’єднання, а оптичний сигнал передається до кожної оптичної точки через оптичний кабель.
Можна побачити, що потужність передачі та нелінійні спотворення лазера залежать від струму зміщення (IO), тому оптичний передавач оснащений ланцюгом зміщення та ланцюгом компенсації спотворень лазера для забезпечення стабільності нелінійного індексу та вихід передачі.
Коли температура лазера підвищується, поріг збільшуватиметься, інтенсивність насиченого вихідного світла зменшуватиметься, а лінійний діапазон кривої PI зменшуватиметься (тобто зменшуватиметься 2 самодинамічний діапазон). Для того, щоб оптичний передавач завжди працював нормально, необхідно переконатися, що лазер працює при постійній температурі (зазвичай 25ступіньC). Напівпровідниковий охолоджувач і термістор, що використовуються для двостороннього автоматичного контролю температури (ATC) оптичного передавача, гарантовано працюють при постійній температурі 25ступіньC.
Оптичний передавач містить мікропроцесор, а найкращі дані про робочий стан лазера зберігаються в чіпі. Лазер можна повільно запускати, а струм приводу радіочастотного телевізора можна автоматично відключати для захисту лазера. Різні перемикачі на передній панелі оптичного передавача керуються мікропроцесором.
Зміни температури та старіння пристрою спричинять зміни порогового струму лазера та ефективності фотоелектричного перетворення. Якщо ви хочете точно контролювати оптичну вихідну потужність лазера, вам слід вирішити це з двох аспектів: один полягає в контролі струму зсуву лазера, щоб він автоматично відстежував поріг. Зміна струму гарантує, що лазер завжди працює в найкращому стані зсуву; другий – контролювати амплітуду струму лазерної модуляції, щоб автоматично стежити за зміною ефективності електричного та оптичного перетворення. Автоматичне керування потужністю виконує два вищезазначені завдання, щоб забезпечити точну оптичну потужність лазера.
Зовнішньомодульований оптичний передавач
Зовнішньомодульований оптичний передавач складається із зовнішнього модулятора, лазера, схеми керування лазером, схеми керування модуляцією, мікропроцесора, схеми попереднього спотворення, фотодетектора, аттенюатора радіочастотного сигналу, підсилювача, джерела живлення тощо.
3. Порівняння оптичних передавачів прямої та зовнішньої модуляції
Передавачі прямої модуляції в основному використовуються для лазерів DFB. Лазери DFB мають хорошу лінійність і можуть отримати кращі значення CTB і CSOбез компенсації ланцюгів попереднього спотворення. Однак через пряму модуляцію існує додаткова частотна модуляція, і показники нелінійних спотворень (особливо значення CSO) важко бути дуже високими.
Передавач DFB має стабільну роботу, просту структуру та низьку ціну, тому широко використовується.
Потужність оптичного передавача з прямою модуляцією, як правило, не надто велика, в межах 18nw, отже, відстань передачі обмежена, і він зазвичай використовується в локальних розподільних мережах і оптичних кабельних мережах передачі на рівні міст. Цей тип оптичного передавача в основному використовується в оптоволоконних мережах 1310нм, а затухання оптичного волокна 1310нм становить 0,35 дБ/км, тому максимальна відстань передачі не перевищує 35 кілометрів.
Зовнішньомодульований оптичний передавач: висока вихідна потужність, до 2×20мВт або більше (два виходи), низький рівень шуму та відсутність спотворень CSO, спричинених поєднанням додаткової частотної модуляції та характеристик дисперсії волокна, подібних до LD. Тому він часто використовується для передачі на великі відстані великих дротових систем. Зовнішньомодульовані оптичні передавачі зазвичай використовують YAG-лазери. Після зовнішньої модуляції YAG-лазерів лінійність дуже погана, і для компенсації необхідно використовувати схеми попереднього спотворення. Через меншу дисперсію оптичний передавач YAG дуже підходить для оптичного волокна з довжиною хвилі 1550 нм, яке в основному використовується в оптоволоконних мережах 1550 нм. Світло YAG передається по оптоволоконній мережі 1550 нм, яку можна використовувати для підсилення та реле. Оптичне волокно 1550 нм має невелике загасання (0,25 дБ/км), тому оптичний передавач YAG можна використовувати для передачі на наддалекі відстані. Зовнішньомодульований оптичний передавач використовується в оптоволоконній мережі 1310 нм, а відстань передачі може досягати 50 кілометрів, що також швидше, ніж відстань передачі оптичного передавача з прямою модуляцією. Однак оптичні передавачі із зовнішньою модуляцією є дорогими, а оптоволоконні мережі для передачі на короткі відстані рідко використовують оптичні передавачі із зовнішньою модуляцією.
4. Технічні показники оптичного передавача
Технічні показники оптичного передавача є основою для вибору оптичного передавача, а хороші параметри роботи оптичного передавача безпосередньо впливають на хороші технічні показники всієї системи кабельного телебачення.
5. Вибір оптичного передавача
Технікам кабельного телебачення дуже важливо розуміти та володіти складом, принципом роботи та параметрами роботи оптичних передавачів, тому що лише опанувавши основні принципи роботи та технічні показники роботи оптичних передавачів, оптичні передавачі можна використовувати ефективно та розумно. Хороший щоденний догляд.
В даний час існує багато закордонних і вітчизняних виробників оптичних передавачів. Видів оптичних передавачів більше, і показники ефективності, і ціна окремо також сильно відрізняються. Розумний вибір є великою перевагою для забезпечення якості оптоволоконної мережі та зниження вартості будівництва мережі. Високе співвідношення ціни та якості, надійна система контролю якості та гарне післяпродажне обслуговування – це вибір оптичного обладнання
