Com es desenvolupa i funciona el transmissor òptic
L'ús de les ones de llum per transmetre senyals de televisió i informació de dades és una nova ciència i tecnologia desenvolupada a finals del segle XX. La seva aparició ha permès al món's indústria de la informació per desenvolupar-se ràpidament. Ara la tecnologia de transmissió de fibra òptica s'està desenvolupant a una velocitat més enllà de les persones's imaginació. La seva velocitat de transmissió òptica és 100 vegades superior a fa 10 anys, i s'estima que augmentarà unes 100 vegades en el desenvolupament futur. Amb el desenvolupament continu de la tecnologia de transmissió de fibra òptica, la multiplexació, la demultiplexació, l'encaminament i la commutació es poden realitzar en el domini òptic. La xarxa pot utilitzar els enormes recursos d'amplada de banda de la fibra òptica per augmentar la capacitat de la xarxa i realitzar la transmissió "transparent" de múltiples serveis.
El sistema de transmissió òptica es compon principalment de transmissors òptics, receptors òptics, divisors òptics, cables de fibra òptica i altres components.
I. Un principi bàsic de transmissió de senyals òptics per fibra òptica
La transmissió òptica és una tecnologia que transmet en forma de senyals òptics entre l'emissor i el receptor. El procés de treball de transmissió òptica de senyals de TV es realitza entre el transmissor òptic, la fibra òptica i el receptor òptic; el transmissor òptic de la sala d'ordinadors central converteix el senyal de TV RF d'entrada en un senyal òptic, que es compon d'un convertidor elèctric/òptic (el transductor elèctric-òptic (E/O) s'ha completat i el senyal òptic convertit és rebut pel Dispositiu receptor de guia de transmissió de fibra òptica (receptor òptic) i el receptor òptic converteix el senyal òptic obtingut de la fibra òptica en un senyal elèctric. Per tant, el principi bàsic del senyal de transmissió òptica és tot el procés de conversió elèctrica/òptica i òptica/elèctrica, que també s'anomena enllaç òptic.
El mètode de transmissió òptica actual utilitza modulació de la intensitat de la llum. Per exemple, un dispositiu emissor de llum basat en làser emet l'anomenada llum coherent amb la mateixa fase. Per tant, s'adopta un mètode de modulació que canvia la intensitat lluminosa global. Utilitza el canvi lineal de la potència òptica de sortida corresponent al canvi del corrent del senyal d'entrada del convertidor elèctric/òptic. característica.
En el transductor òptic-elèctric (O/E), el corrent de sortida és proporcional a la intensitat del senyal òptic d'entrada. Per tant, la forma d'ona del corrent de sortida del convertidor òptic/elèctric és similar a la forma d'ona del corrent d'entrada del convertidor elèctric/òptic, aconseguint el propòsit de la transmissió del senyal.
Aleshores, com guia la fibra òptica el senyal òptic? Actualment, la fibra òptica utilitzada al sistema de televisió per cable és una fibra òptica cilíndrica, que es compon d'un cilindre de fibra òptica i un revestiment i és un material de vidre de quars. El revestiment té el paper de tancar la llum a la fibra òptica, protegir el nucli i millorar la força de la fibra òptica. La funció del nucli de fibra és transmetre senyals òptics. Tot i que tant el nucli com el revestiment estan fets de materials de vidre de quars, hi ha diferències en la composició de dopatge dels dos durant la producció, cosa que condueix a diferents índexs de refracció (el nucli és d'1,463 ~ 1,467 i el revestiment és d'1,45 ~ 1,46), per descomptat, també està relacionat amb els diferents materials utilitzats. Quan la font de llum emesa pel làser entra al nucli de la fibra, quan la llum entra a la interfície del revestiment, sempre que l'angle d'incidència sigui més gran que l'angle crític, la reflexió total es produirà al nucli i la llum no es filtrarà al revestiment. El senyal òptic del nucli continuarà propagant-se ininterrompudament fins que es dirigeixi al receptor òptic. Aquest procés és el principi bàsic de la transmissió del senyal òptic en fibra òptica.
II. Distorsió en la transmissió òptica
Quan la llum es transmet en una fibra òptica, també es produirà una certa distorsió. Els motius de la distorsió són els següents:
(1) En el sistema de transmissió de fibra òptica, a causa de la no linealitat de les característiques de conversió elèctrica/òptica del làser semiconductor, el senyal òptic de sortida no és coherent amb el canvi del corrent d'excitació, donant lloc a una distorsió, que s'anomena distorsió de modulació. No es permet que el valor de l'índex de modulació M sigui massa gran. Cal triar un transmissor òptic amb alt rendiment i una forta tecnologia de processament de pre-distorsió. La tecnologia de processament de pre-distorsió utilitza un disseny artificial per generar pre-distorsió per millorar la linealitat de la modulació, per eliminar i reduir el sistema de transmissió de fibra òptica. El propòsit de CSO i CTB.
(2) En el sistema de transmissió òptica, com que l'amplificador de RF de conducció i l'amplificador de RF receptor tenen poques possibilitats de distorsió, el fotodíode PIN lineal pot ignorar la lleugera distorsió perquè el nivell del senyal no és massa alt. El motiu principal és la distorsió de les característiques de modulació làser de semiconductors i la dispersió de la fibra.
(3) Quan el làser està modulant la intensitat de la llum, la longitud d'ona de la llum canviarà i apareixerà una modulació de freqüència addicional, que ampliarà la freqüència del senyal i provocarà un efecte de xip, que es manifesta principalment com a distorsió CSO.
(4) Les característiques de dispersió de la fibra òptica provocaran diferències en el retard del grup de diferents longituds d'ona, donant lloc a una distorsió causada per temps d'arribada inconsistents al terminal, principalment distorsió CSO.
La distorsió produïda al sistema de transmissió de fibra òptica és principalment distorsió CSO, i el grau de distorsió CTB és molt menor que la distorsió CSO. Per tal de garantir la qualitat de transmissió del sistema i fer que la relació portador/soroll del sistema i el rendiment de la distorsió estiguin dins d'un rang raonable, les mesures preses són generals. Utilitzeu indicadors CNR per equilibrar els indicadors CSO i CTB. Si augmenteu o reduïu el valor CNR en 1 dB, el CSO es deteriorarà o millorarà en 1 dB i l'índex CTB es deteriorarà o millorarà en 2 dB.
III. Principis de funcionament del transmissor òptic
El dispositiu òptic més important en el transmissor òptic és el làser semiconductor. De fet, és un díode làser (LD). Per descomptat, alguns no utilitzen díodes làser però utilitzen díodes emissors de llum semiconductors (Light Emitting Diode, LED). de.
El transmissor òptic de 1310 nm generalment adopta el mode de modulació directa (modulació d'amplitud de banda lateral vestigial, mode VSB-AM). La seva funció és convertir els senyals elèctrics en senyals òptics, cosa que es pot aconseguir canviant la font d'alimentació del làser injectat a través d'un circuit extern. El circuit de polarització que estableix pot proporcionar la millor font d'alimentació de polarització per al làser. El làser tindrà una potència de sortida diferent quan el corrent de polarització sigui diferent. Per garantir una sortida estable de potència òptica, s'ha de dissenyar un circuit de control automàtic per a la potència òptica i la temperatura làser, com ara l'ús de microordinadors per aconseguir el millor estat de treball de control automàtic del transmissor òptic.
Els làsers s'utilitzen àmpliament com a oscil·ladors òptics (és a dir, dispositius emissors de llum), que es basen en la interacció entre l'estat energètic del material del medi làser i la llum.
Perquè el làser funcioni, ha d'haver una certa quantitat de corrent. Hi ha una certa relació entre la mida d'aquest corrent i la intensitat de la llum. Quan augmenta el corrent, la intensitat de la llum augmenta bruscament. Això indica que el làser ha començat a funcionar. Això fa que el làser funcioni. El corrent s'anomena corrent llindar. Com més petit sigui, millor, perquè ja ha permès que el làser funcioni. Si el corrent llindar continua augmentant, es formarà la zona de saturació de sortida. Quan el corrent de la zona de saturació arriba a un determinat valor, el senyal es transmetrà. Pel que fa a la potència necessària per a la transmissió de fibra òptica, la potència de sortida de diversos megawatts a la regió lineal pot complir els requisits de transmissió de senyals i informació a llarga distància. A més de la quantitat d'intensitat de la llum, la qualitat de transmissió de la llum també està relacionada amb problemes com l'espectre i el soroll.
L'espectre de diverses longituds d'ona no és adequat per a la transmissió de senyals analògics d'alta qualitat. Fins i tot si funciona en un mode únic, el seu espectre d'emissió té una amplada. Com més estreta és l'amplada, més pura es torna l'ona de llum i més coherent en el temps es torna. Això són ones de llum amb bona coherència. L'ona de llum amb bona coherència no necessita lents i altres dispositius per convergir-la en un petit punt, i és més adequada per a la incidència de fibres òptiques.
IV. Principis de funcionament del receptor òptic
El component principal del receptor òptic és el fotodetector, és a dir, el fotodíode d'alta sensibilitat (PIN). El fotodíode utilitza l'efecte fotoelèctric del semiconductor per completar la detecció del senyal òptic de manera que el senyal òptic es restableixi al senyal de TV de RF i, a continuació, el senyal de RF. Després de l'amplificació i el control del nivell AGC, el senyal de RF qualificat surt per al distribució en xarxa.
Les principals tecnologies dels receptors òptics són C/N, C/CTB i C/CSO. Aquests tres indicadors tècnics estan determinats pel rendiment del mòdul de conversió fotoelèctrica. En el cas de la mateixa entrada de potència òptica, el nivell de RF de la sortida de conversió és diferent. Quan l'eficiència de conversió del mòdul fotoelèctric és alta, la seva potència de sortida Fins i tot si el nivell és alt, l'índex de valor C/N que aporta és bo, i viceversa, l'índex de valor C/N empitjora. Els dos indicadors tècnics de C/CSO i C/CTB estan determinats per la linealitat del mòdul fotoelèctric. Els mòduls fotoelèctrics d'alta qualitat permeten un rang de potència de recepció més ampli sota els mateixos indicadors C/CSO i C/CTB.
V. Perspectives de desenvolupament de dispositius òptics
Amb l'actualització contínua de la tecnologia de transmissió de fibra òptica a les xarxes de banda ampla i la millora contínua dels serveis multifuncionals, els requisits per a les característiques de transmissió dels dispositius òptics i les fibres òptiques són cada cop més alts. Per fi arriba l'era de les fibres òptiques que substitueixen els cables de coure. Amb els passos de l'era de la informació Amb l'arribada, les perspectives de desenvolupament de la tecnologia de transmissió òptica són molt àmplies.
Selecció i ús del transmissor òptic
El transmissor òptic és l'equip bàsic del sistema de transmissió per cable òptic. La seva funció és modular òpticament l'entrada del senyal elèctric de televisió per cable de radiofreqüència al transmissor òptic per aconseguir la conversió elèctrica i òptica (E/O) i enviar senyals òptics continus, estables i fiables al sistema de cable òptic. Els tipus de transmissors òptics que hi ha actualment al mercat: segons els seus diferents mètodes de modulació, es divideixen en dos tipus: transmissors òptics de modulació directa i transmissors òptics de modulació externa. Els transmissors òptics de modulació directa s'utilitzen principalment en sistemes de fibra òptica de 1310 nm, i els transmissors òptics de modulació externa s'utilitzen principalment en sistemes de fibra òptica de 1550 nm. Independentment de si es tracta d'un transmissor òptic modulat directament o modulat externament, el seu component bàsic està format per làsers.
Modular directament el transmissor làser
1. Composició
La composició del transmissor òptic de modulació directa, a més dels components bàsics del làser DFB, hi ha una font d'alimentació, un circuit de polarització làser, un circuit d'arrencada lent làser, un circuit de protecció contra sobrecàrregues i un circuit de protecció de la unitat, un circuit de control de potència i refrigeració, llum. circuit de detecció, circuit de compensació de distorsió, xip fotodetector (PIN) (per a la detecció de potència òptica i el control automàtic de la potència), refrigerador semiconductor i termistor per al control automàtic de temperatura bidireccional (ATC), etc.
2. Procés de treball
El senyal d'entrada del transmissor òptic és el senyal de radiofreqüència de TV (RF). A l'extrem frontal, diversos senyals de RF es barregen en un sol senyal mitjançant un multiplexor i després s'envien a l'entrada del transmissor òptic. Després de ser amplificat per un preamplificador, es controla electrònicament l'atenuació, la compensació de la distorsió i el control automàtic del nivell de potència. , A continuació, conduïu el xip làser per realitzar una modulació elèctrica/òptica i convertir el senyal elèctric en un senyal de modulació òptica. L'addició d'un aïllant òptic a l'extrem de sortida pot reduir considerablement la influència de l'ona de llum reflectida del cable òptic sobre el làser. El senyal òptic s'envia al cable òptic a través de l'articulació mòbil òptica i el senyal òptic es transmet a cada punt òptic a través del cable òptic.
Es pot veure que la potència de transmissió i la distorsió no lineal del làser depenen del corrent de polarització (IO), de manera que el transmissor òptic està equipat amb el circuit de polarització i el circuit de compensació de la distorsió del làser per garantir l'estabilitat de l'índex no lineal i el sortida de transmissió.
Quan la temperatura del làser augmenta, el llindar augmentarà, la intensitat de la llum de sortida saturada disminuirà i el rang lineal de la corba PI disminuirà (és a dir, el rang autodinàmic 2 disminuirà). Per garantir que el transmissor òptic funcioni sempre amb normalitat, cal assegurar-se que el làser funciona a una temperatura constant (generalment 25grauC). El refrigerador i el termistor semiconductor utilitzats per al control automàtic de temperatura (ATC) bidireccional del transmissor òptic estan garantits per funcionar a una temperatura constant de 25grauC.
Hi ha un microprocessador al transmissor òptic i les millors dades d'estat de treball del làser s'emmagatzemen al xip. El làser es pot iniciar lentament i el corrent de la unitat de TV RF es pot desconnectar automàticament per protegir el làser. Els diferents interruptors del panell frontal del transmissor òptic estan controlats per un microprocessador.
Els canvis de temperatura i l'envelliment del dispositiu provocaran canvis en el corrent del llindar del làser i l'eficiència de conversió fotoelèctrica. Si voleu controlar amb precisió la potència de sortida òptica del làser, hauríeu de resoldre-ho des de dos aspectes: un és controlar el corrent de polarització del làser perquè segueixi automàticament el llindar. El canvi de corrent garanteix que el làser funcioni sempre en el millor estat de polarització; el segon és controlar l'amplitud del corrent de modulació làser per seguir automàticament el canvi de l'eficiència de conversió elèctrica i òptica. El control automàtic de la potència completa les dues tasques anteriors per garantir que el làser produeixi una potència òptica precisa.
Transmissor òptic modulat externament
El transmissor òptic modulat externament es compon del modulador extern, làser, circuit de control làser, circuit de control de modulació, microprocessador, circuit de pre-distorsió, fotodetector, atenuador de senyal de RF, amplificador, font d'alimentació, etc.
3. Comparació de transmissors òptics de modulació directa i modulació externa
Els transmissors de modulació directa s'utilitzen principalment per als làsers DFB. Els làsers DFB tenen una bona linealitat i poden obtenir millors valors de CTB i CSOsense la compensació dels circuits de pre-distorsió. No obstant això, a causa de la modulació directa, hi ha una modulació de freqüència addicional i els indicadors de distorsió no lineal (especialment el valor CSO) són difícils de ser molt alts.
El transmissor DFB té un rendiment estable, una estructura senzilla i un preu baix, de manera que s'utilitza àmpliament.
La potència del transmissor òptic de modulació directa generalment no és massa gran, dins dels 18nw, per tant, la distància de transmissió és limitada i s'utilitza generalment en xarxes de distribució locals i xarxes de transmissió de cable òptic a nivell de municipi. Aquest tipus de transmissor òptic s'utilitza principalment en xarxes de fibra òptica de 1310nm i l'atenuació de la fibra òptica de 1310 nm és de 0,35 db/km, de manera que la distància màxima de transmissió no supera els 35 quilòmetres.
Transmissor òptic modulat externament: alta potència de sortida, fins a 2×20mw o més (dues sortides), baix soroll i sense distorsió CSO causada per la combinació de característiques addicionals de modulació de freqüència i dispersió de fibra similars a LD. Per tant, s'utilitza sovint en la transmissió a llarga distància de sistemes cablejats a gran escala. Els transmissors òptics modulats externament utilitzen generalment làsers YAG. Després que els làsers YAG es modulen externament, la linealitat és molt pobra i s'han d'utilitzar circuits de pre-distorsió per compensar. A causa de la seva menor dispersió, el transmissor òptic YAG és molt adequat per a fibra òptica de longitud d'ona de 1550 nm, que s'utilitza principalment en xarxes de fibra òptica de 1550 nm. La llum YAG es transmet a la xarxa de fibra òptica de 1550 nm, que es pot utilitzar per a l'amplificació i el relé. La fibra òptica de 1550 nm té una petita atenuació (0,25 db/km), de manera que el transmissor òptic YAG es pot utilitzar per a la transmissió a llarga distància. El transmissor òptic modulat externament s'utilitza a la xarxa de fibra òptica de 1310 nm i la distància de transmissió pot arribar als 50 quilòmetres, que també és més ràpida que la distància de transmissió del transmissor òptic de modulació directa. Tanmateix, els transmissors òptics modulats externament són cars i les xarxes de fibra òptica per a la transmissió a curta distància rarament utilitzen transmissors òptics modulats externament.
4. Els indicadors tècnics del transmissor òptic
Els indicadors tècnics del transmissor òptic són la base per seleccionar el transmissor òptic, i els bons paràmetres de rendiment del transmissor òptic afecten directament els bons indicadors tècnics de tot el sistema de televisió per cable.
5. L'elecció del transmissor òptic
És molt important que els tècnics de televisió per cable entenguin i dominen la composició, el principi de funcionament i els paràmetres de rendiment dels transmissors òptics, perquè només dominant els principis bàsics de funcionament i els indicadors de rendiment tècnic dels transmissors òptics, els transmissors òptics es poden utilitzar de manera eficaç i raonable. Bon manteniment diari.
Actualment, hi ha molts fabricants nacionals i estrangers de transmissors òptics. Hi ha més tipus de transmissors òptics, i els indicadors de rendiment i els preus autònoms també són molt diferents. Una selecció raonable és de gran benefici per garantir la qualitat de la xarxa de fibra òptica i reduir el cost de la construcció de la xarxa. L'alta relació rendiment-preu, un sistema de garantia de qualitat fiable i una bona garantia de servei postvenda són l'elecció d'equips òptics
