Как оптический передатчик разработан и работает
Использование световых волн для передачи телевизионных сигналов и данных — новая наука и технология, разработанная в конце 20 века. Его появление позволило миру'информационная индустрия будет быстро развиваться. Сейчас технология передачи по оптоволокну развивается со скоростью, недоступной для людей.'воображение. Его скорость оптической передачи в 100 раз выше, чем 10 лет назад, и, по оценкам, в будущем она увеличится примерно в 100 раз. Благодаря постоянному развитию технологий передачи по оптоволокну в оптической области можно выполнять мультиплексирование, демультиплексирование, маршрутизацию и коммутацию. Сеть может использовать огромные ресурсы полосы пропускания оптического волокна для увеличения пропускной способности сети и реализации «прозрачной» передачи множества услуг.
Система оптической передачи в основном состоит из оптических передатчиков, оптических приемников, оптических разветвителей, оптоволоконных кабелей и других компонентов.
I. Основной принцип оптоволоконной передачи оптических сигналов.
Оптическая передача — это технология, которая передает в виде оптических сигналов между отправителем и получателем. Рабочий процесс оптической передачи ТВ-сигналов осуществляется между оптическим передатчиком, оптическим волокном и оптическим приемником; оптический передатчик в центральном компьютерном зале преобразует входной радиочастотный телевизионный сигнал в оптический сигнал, который состоит из электрического/оптического преобразователя (электрооптический преобразователь (E/O) завершен, и преобразованный оптический сигнал принимается Устройство приема направляющей передачи по оптическому волокну (оптический приемник), а оптический приемник преобразует оптический сигнал, полученный по оптическому волокну, в электрический сигнал. Таким образом, основным принципом передачи оптического сигнала является весь процесс электрического/оптического и оптического/. электрическое преобразование, которое также называют оптической линией связи.
Современный метод оптической передачи использует модуляцию интенсивности света. Например, светоизлучающее устройство на основе лазера излучает так называемый когерентный свет с той же фазой. Поэтому применяется метод модуляции, который изменяет общую силу света. Он использует линейное изменение выходной оптической мощности, соответствующее изменению тока входного сигнала электрического/оптического преобразователя. характеристика.
В оптико-электрическом преобразователе (O/E) выходной ток пропорционален интенсивности входного оптического сигнала. Таким образом, форма выходного тока оптического/электрического преобразователя аналогична форме сигнала входного тока электрического/оптического преобразователя, достигая цели передачи сигнала.
Итак, как оптоволокно передает оптический сигнал? В настоящее время оптическое волокно, используемое в системе кабельного телевидения, представляет собой цилиндрическое оптическое волокно, которое состоит из цилиндра оптического волокна и оболочки и представляет собой материал из кварцевого стекла. Оболочка плотно закрывает свет в оптическом волокне, защищает сердцевину и повышает прочность самого оптического волокна. Роль сердцевины волокна заключается в передаче оптических сигналов. Хотя и сердцевина, и оболочка изготовлены из кварцевого стекла, во время производства существуют различия в составе легирующих добавок, что приводит к разным показателям преломления (сердечник составляет 1,463 ~ 1,467, а оболочка — 1,45 ~ 1,46). Конечно, это также связано с различными используемыми материалами. Когда источник света, излучаемый лазером, входит в сердцевину волокна, когда свет попадает на границу раздела оболочки, пока угол падения больше критического угла, полное отражение будет происходить в сердцевине, и свет не будет просачиваться в облицовку. Оптический сигнал в ядре будет продолжать распространяться непрерывно, пока не будет направлен на оптический приемник. Этот процесс является основным принципом передачи оптического сигнала по оптическому волокну.
II. Искажения оптической передачи
Когда свет передается по оптическому волокну, также возникают некоторые искажения. Причины искажений следующие:
(1) В волоконно-оптической системе передачи из-за нелинейности электрических/оптических характеристик преобразования полупроводникового лазера выходной оптический сигнал несовместим с изменением тока возбуждения, что приводит к искажению, которое называется модуляционным искажением. Значение индекса модуляции M не может быть слишком большим. Необходимо выбрать оптический передатчик с высокой производительностью и мощной технологией обработки предыскажений. Технология обработки предыскажений использует искусственный дизайн для создания предыскажений, чтобы улучшить линейность модуляции, чтобы исключить и уменьшить систему передачи по оптоволоконному кабелю. Цель CSO и CTB.
(2) В оптической системе передачи, поскольку управляющий РЧ-усилитель и приемный РЧ-усилитель имеют мало шансов на искажение, линейный PIN-фотодиод может игнорировать небольшое искажение, поскольку уровень сигнала не слишком высок. Основная причина – искажение характеристик модуляции полупроводникового лазера и дисперсия волокна.
(3) Когда лазер модулирует интенсивность света, длина волны света изменится и появится дополнительная частотная модуляция, которая расширит частоту сигнала и вызовет эффект чирпа, который в основном проявляется как искажение CSO.
(4) Дисперсионные характеристики оптического волокна вызывают различия в групповой задержке для разных длин волн, что приводит к искажениям, вызванным несогласованным временем прихода на терминал, в основном к искажениям CSO.
Искажение, создаваемое в системе передачи по оптоволоконному кабелю, в основном представляет собой искажение CSO, а степень искажения CTB намного меньше, чем искажение CSO. Чтобы обеспечить качество передачи системы и сделать соотношение несущей/шум системы и характеристики искажений в разумных пределах, приняты общие меры. Используйте индикаторы CNR для балансировки показателей CSO и CTB. Если увеличить или уменьшить значение CNR на 1 дБ, то CSO ухудшится или улучшится на 1 дБ, а индекс CTB ухудшится или улучшится на 2 дБ.
III. Принципы работы оптического передатчика
Самым важным оптическим устройством оптического передатчика является полупроводниковый лазер. По сути, это лазерный диод (ЛД). Конечно, некоторые используют не лазерные диоды, а полупроводниковые светодиоды (Light Emitting Diode, LED). из.
Оптический передатчик 1310 нм обычно использует режим прямой модуляции (остаточная амплитудная модуляция боковой полосы, режим VSB-AM). Его функция заключается в преобразовании электрических сигналов в оптические сигналы, чего можно добиться, изменяя источник питания инжектируемого лазера через внешнюю цепь. Установленная им схема смещения может обеспечить лучший источник питания смещения для лазера. Лазер будет иметь различную выходную мощность, когда ток смещения отличается. Чтобы обеспечить стабильную выходную мощность оптической мощности, необходимо разработать схему автоматического управления оптической мощностью и температурой лазера, например, использовать микрокомпьютеры для достижения наилучшего рабочего состояния автоматического управления оптическим передатчиком.
Лазеры широко используются в качестве оптических генераторов (т. е. светоизлучающих устройств), действие которых основано на взаимодействии энергетического состояния материала лазерной среды и света.
Чтобы лазер работал, необходим ток определенной величины. Существует определенная связь между величиной этого тока и интенсивностью света. При увеличении тока интенсивность света резко возрастает. Это свидетельствует о том, что лазер начал работать. Это заставляет лазер работать. Ток называется пороговым током. Чем он меньше, тем лучше, потому что он уже позволил лазеру работать. Если пороговый ток продолжит увеличиваться, будет сформирована зона насыщения на выходе. Когда ток зоны насыщения достигнет определенного значения, сигнал будет передан. С точки зрения мощности, необходимой для передачи по оптоволоконному кабелю, выходная мощность в несколько мегаватт в линейной области может удовлетворить требования передачи сигналов и информации на большие расстояния. Помимо интенсивности света, качество передачи света также связано с такими проблемами, как спектр и шум.
Многоволновой спектр не пригоден для передачи высококачественных аналоговых сигналов. Даже если он работает в одномодовом режиме, его спектр излучения имеет ширину. Чем уже ширина, тем чище становится световая волна и тем более когерентной во времени она становится. Это световые волны с хорошей когерентностью. Световая волна с хорошей когерентностью не нуждается в линзах и других устройствах, чтобы собрать ее в небольшое пятно, и она больше подходит для падения оптических волокон.
IV. Принципы работы оптического приёмника
Основным компонентом оптического приемника является фотоприемник, то есть высокочувствительный фотодиод (ПИН). Фотодиод использует фотоэлектрический эффект полупроводника для завершения обнаружения оптического сигнала, так что оптический сигнал восстанавливается до RF TV-сигнала, а затем до RF-сигнала. После усиления и контроля уровня АРУ квалифицированный RF-сигнал выводится для сетевое распространение.
Основными технологиями оптических приемников являются C/N, C/CTB и C/CSO. Все эти три технических показателя определяются производительностью модуля фотоэлектрического преобразования. В случае одинаковой входной оптической мощности уровень РЧ выходного сигнала преобразования будет разным. Когда эффективность преобразования фотоэлектрического модуля высока, его выходная мощность, даже если уровень высок, индекс значения C/N, создаваемый им, хороший, и наоборот, индекс значения C/N становится хуже. Два технических показателя C/CSO и C/CTB определяются линейностью фотоэлектрического модуля. Высококачественные фотоэлектрические модули позволяют расширить диапазон принимаемой мощности при тех же показателях C/CSO и C/CTB.
V. Перспективы развития оптических приборов
Благодаря постоянному обновлению технологии передачи по оптоволокну в широкополосных сетях и постоянному совершенствованию многофункциональных услуг требования к характеристикам передачи оптических устройств и оптических волокон становятся все выше и выше. Наконец-то наступает эра оптических волокон, заменяющих медные провода. По стопам информационного века. С его появлением перспективы развития технологий оптической передачи очень широки.
Выбор и использование оптического передатчика
Оптический передатчик является основным оборудованием системы передачи по оптическому кабелю. Его функция заключается в оптической модуляции электрического сигнала радиочастотного кабельного телевидения, входящего в оптический передатчик, для достижения электрического и оптического преобразования (E/O) и в отправке непрерывных, стабильных и надежных оптических сигналов в оптически-кабельную систему. Типы оптических передатчиков, представленных в настоящее время на рынке: в зависимости от различных методов модуляции они делятся на два типа: оптические передатчики с прямой модуляцией и оптические передатчики с внешней модуляцией. Оптические передатчики с прямой модуляцией в основном используются в волоконно-оптических системах 1310 нм, а оптические передатчики с внешней модуляцией в основном используются в волоконно-оптических системах 1550 нм. Независимо от того, является ли это оптическим передатчиком с прямой или внешней модуляцией, его основной компонент состоит из лазеров.
Непосредственно модулировать лазерный передатчик
1. Состав
В состав оптического передатчика с прямой модуляцией, помимо основных компонентов лазера DFB, входят источник питания, схема смещения лазера, схема медленного запуска лазера, схема защиты от перегрузки и схема защиты привода, схема управления мощностью и охлаждением, свет схема обнаружения, схема компенсации искажений, микросхема фотодетектора (PIN) (для определения оптической мощности и автоматического управления мощностью), полупроводниковый холодильник и термистор для двустороннего автоматического контроля температуры (ATC) и т. д.
2. Рабочий процесс
Входным сигналом оптического передатчика является телевизионный радиочастотный (РЧ) сигнал. На входе несколько радиочастотных сигналов смешиваются в один сигнал с помощью мультиплексора, а затем отправляются на вход оптического передатчика. После усиления предусилителем происходит электронное управление затуханием, компенсация искажений и автоматический контроль уровня мощности. , А затем управляйте лазерным чипом для выполнения электрической/оптической модуляции и преобразования электрического сигнала в сигнал оптической модуляции. Добавление оптического изолятора на выходной конец может значительно снизить влияние отраженной световой волны от оптического кабеля на лазер. Оптический сигнал передается на оптический кабель через оптическое подвижное соединение, и оптический сигнал передается в каждую оптическую точку через оптический кабель.
Видно, что мощность передачи и нелинейные искажения лазера зависят от тока смещения (IO), поэтому оптический передатчик оснащен схемой смещения и схемой компенсации искажений лазера, чтобы обеспечить стабильность нелинейного показателя и выход передачи.
Когда температура лазера увеличивается, порог увеличивается, интенсивность насыщенного выходного света уменьшается, а линейный диапазон ПИ-кривой уменьшается (то есть 2 самодинамический диапазон уменьшается). Чтобы оптический передатчик всегда работал нормально, необходимо убедиться, что лазер работает при постоянной температуре (обычно 25°С).степеньС). Полупроводниковый охладитель и термистор, используемые для двустороннего автоматического контроля температуры (АТК) оптического передатчика, гарантированно работают при постоянной температуре 25°С.степеньC.
В оптическом передатчике имеется микропроцессор, а наилучшие данные о рабочем состоянии лазера хранятся в чипе. Лазер можно запускать медленно, а ток возбуждения RF TV можно автоматически отключать для защиты лазера. Различные переключатели на передней панели оптического передатчика управляются микропроцессором.
Изменения температуры и старение устройства вызовут изменения порогового тока лазера и эффективности фотоэлектрического преобразования. Если вы хотите точно контролировать выходную оптическую мощность лазера, вам следует решить эту проблему с двух сторон: первый — управлять током смещения лазера, чтобы он автоматически отслеживал порог. Изменение тока гарантирует, что лазер всегда работает в наилучшем состоянии смещения; второй — контролировать амплитуду тока лазерной модуляции, чтобы автоматически отслеживать изменение эффективности электрического и оптического преобразования. Автоматическое управление мощностью выполняет две вышеуказанные задачи, обеспечивая точную выходную оптическую мощность лазера.
Оптический передатчик с внешней модуляцией
Оптический передатчик с внешней модуляцией состоит из внешнего модулятора, лазера, схемы управления лазером, схемы управления модуляцией, микропроцессора, схемы предыскажения, фотодетектора, аттенюатора радиочастотного сигнала, усилителя, источника питания и т. д.
3. Сравнение оптических передатчиков с прямой и внешней модуляцией.
Передатчики прямой модуляции в основном используются для DFB-лазеров. Лазеры DFB имеют хорошую линейность и могут получать лучшие значения CTB и CSO.без компенсации предыскажений цепей. Однако из-за прямой модуляции возникает дополнительная частотная модуляция и показатели нелинейных искажений (особенно значения CSO) трудно быть очень высокими.
Передатчик DFB имеет стабильную производительность, простую конструкцию и низкую цену, поэтому он широко используется.
Мощность оптического передатчика с прямой модуляцией, как правило, не слишком велика, в пределах 18nw, поэтому расстояние передачи ограничено, и он обычно используется в местных распределительных сетях и оптических кабельных сетях передачи на уровне поселка. Этот тип оптического передатчика в основном используется в оптоволоконных сетях 1310нм, а затухание в оптоволокне 1310 нм составляет 0,35 дБ/км, поэтому максимальное расстояние передачи не превышает 35 километров.
Оптический передатчик с внешней модуляцией: высокая выходная мощность, до 2×20мВт или более (два выхода), низкий уровень шума и отсутствие искажений CSO, вызванных сочетанием дополнительной частотной модуляции и характеристик дисперсии волокна, аналогичных LD. Поэтому его часто используют при передаче на большие расстояния в крупных проводных системах. В оптических передатчиках с внешней модуляцией обычно используются лазеры YAG. После внешней модуляции YAG-лазеров линейность становится очень плохой, и для компенсации необходимо использовать схемы предыскажений. Из-за меньшей дисперсии оптический передатчик YAG очень подходит для оптоволокна с длиной волны 1550 нм, которое в основном используется в волоконно-оптических сетях с длиной волны 1550 нм. Свет YAG передается по оптоволоконной сети 1550 нм, которую можно использовать для усиления и ретрансляции. Оптическое волокно 1550 нм имеет небольшое затухание (0,25 дБ/км), поэтому оптический передатчик YAG можно использовать для передачи на сверхдальние расстояния. Оптический передатчик с внешней модуляцией используется в оптоволоконной сети 1310 нм, а расстояние передачи может достигать 50 километров, что также быстрее, чем расстояние передачи оптического передатчика с прямой модуляцией. Однако оптические передатчики с внешней модуляцией дороги, а оптоволоконные сети для передачи на короткие расстояния редко используют оптические передатчики с внешней модуляцией.
4. Технические показатели оптического передатчика
Технические показатели оптического передатчика являются основой для выбора оптического передатчика, а хорошие рабочие параметры оптического передатчика напрямую влияют на хорошие технические показатели всей системы кабельного телевидения.
5. Выбор оптического передатчика
Для технических специалистов кабельного телевидения очень важно понимать и осваивать состав, принцип работы и параметры работы оптических передатчиков, поскольку только овладев основными принципами работы и показателями технических характеристик оптических передатчиков, оптические передатчики можно использовать эффективно и разумно. Хороший ежедневный уход.
В настоящее время существует множество зарубежных и отечественных производителей оптических передатчиков. Существует больше типов оптических передатчиков, а показатели производительности и отдельные цены также сильно различаются. Разумный выбор имеет большое значение для обеспечения качества оптоволоконной сети и снижения затрат на ее строительство. Высокое соотношение цены и качества, надежная система обеспечения качества и хорошая гарантия послепродажного обслуживания – выбор оптического оборудования.
