Jak powstaje i działa nadajnik optyczny
Wykorzystanie fal świetlnych do transmisji sygnałów telewizyjnych i informacji to nowa nauka i technologia opracowana pod koniec XX wieku. Jego pojawienie się umożliwiło światu'branża informacyjna będzie się szybko rozwijać. Obecnie technologia transmisji światłowodowej rozwija się z prędkością przekraczającą możliwości człowieka'wyobraźnia. Jego prędkość transmisji optycznej jest 100 razy większa niż 10 lat temu i szacuje się, że w przyszłym rozwoju wzrośnie około 100 razy. Dzięki ciągłemu rozwojowi technologii transmisji światłowodowej, multipleksowanie, demultipleksowanie, routing i przełączanie mogą być realizowane w domenie optycznej. Sieć może wykorzystywać ogromne zasoby przepustowości światłowodu w celu zwiększenia przepustowości sieci i realizacji „przezroczystej” transmisji wielu usług.
System transmisji optycznej składa się głównie z nadajników optycznych, odbiorników optycznych, rozdzielaczy optycznych, kabli światłowodowych i innych komponentów.
I. Podstawowa zasada światłowodowej transmisji sygnałów optycznych
Transmisja optyczna to technologia polegająca na przesyłaniu sygnałów optycznych pomiędzy nadawcą a odbiorcą. Proces roboczy transmisji optycznej sygnałów telewizyjnych odbywa się pomiędzy nadajnikiem optycznym, światłowodem i odbiornikiem optycznym; nadajnik optyczny w centralnej sali komputerowej przekształca wejściowy sygnał telewizyjny RF na sygnał optyczny, który składa się z przetwornika elektryczno-optycznego (przetwornik elektryczno-optyczny (E/O) jest gotowy, a przekonwertowany sygnał optyczny jest odbierany przez urządzenie odbiorcze światłowodu (odbiornik optyczny), a odbiornik optyczny przetwarza sygnał optyczny uzyskany ze światłowodu na sygnał elektryczny. Dlatego podstawową zasadą transmisji sygnału optycznego jest cały proces elektryczny/optyczny i optyczny/. konwersja elektryczna, zwana także łączem optycznym.
Obecna metoda transmisji optycznej wykorzystuje modulację natężenia światła. Na przykład laserowe urządzenie emitujące światło emituje tak zwane światło spójne o tej samej fazie. Dlatego przyjęto metodę modulacji zmieniającą całkowite natężenie światła. Wykorzystuje liniową zmianę wyjściowej mocy optycznej odpowiadającą zmianie prądu sygnału wejściowego przetwornika elektryczno-optycznego. charakterystyczny.
W przetworniku optyczno-elektrycznym (O/E) prąd wyjściowy jest proporcjonalny do intensywności wejściowego sygnału optycznego. Przebieg prądu wyjściowego przetwornika optyczno-elektrycznego jest zatem podobny do kształtu fali prądu wejściowego przetwornika elektryczno-optycznego, osiągając cel transmisji sygnału.
Jak zatem światłowód prowadzi sygnał optyczny? Obecnie światłowód stosowany w systemie telewizji kablowej jest włóknem cylindrycznym, składającym się z cylindra światłowodowego i płaszcza, wykonanym ze szkła kwarcowego. Płaszcz odgrywa rolę szczelnego zamknięcia światła w światłowodzie, ochrony rdzenia i zwiększenia wytrzymałości samego światłowodu. Rolą rdzenia światłowodowego jest przesyłanie sygnałów optycznych. Chociaż zarówno rdzeń, jak i płaszcz są wykonane ze szkła kwarcowego, podczas produkcji występują różnice w ich składzie domieszkowym, co prowadzi do różnych współczynników załamania światła (rdzeń wynosi 1,463 ~ 1,467, a płaszcz 1,45 ~ 1,46), oczywiście jest to również związane z różnymi zastosowanymi materiałami. Gdy źródło światła emitowane przez laser wejdzie do rdzenia światłowodu, gdy światło przejdzie do granicy faz płaszcza, o ile kąt padania będzie większy od kąta krytycznego, w rdzeniu nastąpi całkowite odbicie, a światło nie przedostanie się do okładziny. Sygnał optyczny w rdzeniu będzie się rozchodził nieprzerwanie, dopóki nie zostanie skierowany do odbiornika optycznego. Proces ten stanowi podstawową zasadę transmisji sygnału optycznego w światłowodzie.
II. Zniekształcenia w transmisji optycznej
Kiedy światło jest przesyłane w światłowodzie, również wystąpią pewne zniekształcenia. Przyczyny zniekształceń są następujące:
(1) W światłowodowym systemie transmisji, ze względu na nieliniowość charakterystyki konwersji elektrycznej/optycznej lasera półprzewodnikowego, wyjściowy sygnał optyczny jest niezgodny ze zmianą prądu wzbudzenia, co powoduje zniekształcenie, które nazywa się zniekształceniem modulacyjnym. Wartość wskaźnika modulacji M nie może być zbyt duża. Konieczne jest wybranie nadajnika optycznego o wysokiej wydajności i silnej technologii przetwarzania przed zniekształceniami. Technologia przetwarzania przed zniekształceniami wykorzystuje sztuczny projekt do generowania wstępnych zniekształceń w celu poprawy liniowości modulacji, aby wyeliminować i zredukować system transmisji światłowodu. Cel GUS i CTB.
(2) W optycznym systemie transmisji, ponieważ napędzający wzmacniacz RF i odbierający wzmacniacz RF mają niewielkie ryzyko zniekształceń, liniowa fotodioda PIN może zignorować niewielkie zniekształcenia, ponieważ poziom sygnału nie jest zbyt wysoki. Głównym powodem jest zniekształcenie charakterystyki modulacji lasera półprzewodnikowego i dyspersja włókien.
(3) Kiedy laser moduluje intensywność światła, zmieni się długość fali światła i pojawi się dodatkowa modulacja częstotliwości, która poszerzy częstotliwość sygnału i spowoduje efekt ćwierkania, który objawia się głównie zniekształceniem CSO.
(4) Charakterystyka dyspersyjna światłowodu powoduje różnice w opóźnieniu grupowym dla różnych długości fal, co skutkuje zniekształceniami spowodowanymi niespójnymi czasami przybycia do terminala, głównie zniekształceniami CSO.
Zniekształcenia powstające w światłowodowym systemie transmisji to głównie zniekształcenia CSO, a stopień zniekształceń CTB jest znacznie mniejszy niż zniekształcenia CSO. Aby zapewnić jakość transmisji systemu oraz sprawić, aby stosunek nośnej do szumu i wydajność zniekształceń systemu mieściły się w rozsądnym zakresie, podjęte działania mają charakter ogólny. Użyj wskaźników CNR, aby zrównoważyć wskaźniki CSO i CTB. Jeśli zwiększysz lub zmniejszysz wartość CNR o 1dB, to CSO pogorszy się lub poprawi o 1dB, a wskaźnik CTB pogorszy się lub poprawi o 2dB.
III. Zasada działania nadajnika optycznego
Najważniejszym urządzeniem optycznym w nadajniku optycznym jest laser półprzewodnikowy. W rzeczywistości jest to dioda laserowa (LD). Oczywiście niektórzy nie używają diod laserowych, ale półprzewodnikowych diod elektroluminescencyjnych (dioda elektroluminescencyjna, LED). z.
Nadajnik optyczny 1310 nm zazwyczaj przyjmuje tryb modulacji bezpośredniej (szczątkowa modulacja amplitudy wstęgi bocznej, tryb VSB-AM). Jego zadaniem jest konwersja sygnałów elektrycznych na sygnały optyczne, co można osiągnąć poprzez zmianę zasilania wstrzykiwanego lasera poprzez obwód zewnętrzny. Ustawiony przez niego obwód polaryzacji może zapewnić najlepsze źródło zasilania lasera. Laser będzie miał inną moc wyjściową, gdy prąd polaryzacji będzie inny. Aby zapewnić stabilną moc wyjściową mocy optycznej, należy zaprojektować obwód automatycznej kontroli mocy optycznej i temperatury lasera, na przykład przy użyciu mikrokomputerów w celu uzyskania najlepszego stanu pracy automatycznego sterowania nadajnikiem optycznym.
Lasery są szeroko stosowane jako oscylatory optyczne (tj. urządzenia emitujące światło), które opierają się na interakcji pomiędzy stanem energetycznym materiału ośrodka laserowego i światłem.
Aby laser zadziałał, musi w nim działać określona ilość prądu. Istnieje pewna zależność pomiędzy wielkością tego prądu a natężeniem światła. Gdy prąd wzrasta, intensywność światła gwałtownie wzrasta. Oznacza to, że laser zaczął działać. Dzięki temu laser działa. Prąd nazywany jest prądem progowym. Im jest mniejszy, tym lepiej, bo umożliwił już pracę lasera. Jeśli prąd progowy będzie nadal wzrastał, utworzy się strefa nasycenia wyjścia. Gdy prąd strefy nasycenia osiągnie określoną wartość, sygnał zostanie przesłany. Jeśli chodzi o moc wymaganą do transmisji światłowodu, moc wyjściowa kilku megawatów w obszarze liniowym może spełnić wymagania transmisji sygnałów i informacji na duże odległości. Oprócz wielkości natężenia światła jakość transmisji światła jest również związana z takimi problemami, jak widmo i szum.
Widmo o wielu długościach fal nie nadaje się do przesyłania wysokiej jakości sygnałów analogowych. Nawet jeśli pracuje w trybie jednomodowym, jego widmo emisyjne ma szerokość. Im węższa szerokość, tym czystsza staje się fala świetlna i tym bardziej spójna w czasie. To fale świetlne o dobrej spójności. Fala świetlna o dobrej spójności nie potrzebuje soczewek i innych urządzeń, aby zbiegać ją w małą plamkę i jest bardziej odpowiednia dla padania włókien optycznych.
IV. Zasada działania odbiornika optycznego
Głównym elementem odbiornika optycznego jest fotodetektor, czyli fotodioda o wysokiej czułości (PIN). Fotodioda wykorzystuje efekt fotoelektryczny półprzewodnika do zakończenia wykrywania sygnału optycznego, tak aby sygnał optyczny został przywrócony do sygnału telewizyjnego RF, a następnie do sygnału RF. Po wzmocnieniu i kontroli poziomu AGC, kwalifikowany sygnał RF jest wysyłany do dystrybucja sieciowa.
Główne technologie odbiorników optycznych to C/N, C/CTB i C/CSO. Wszystkie te trzy wskaźniki techniczne zależą od wydajności modułu konwersji fotoelektrycznej. W przypadku tej samej wejściowej mocy optycznej poziom RF na wyjściu konwersji jest inny. Gdy wydajność konwersji modułu fotoelektrycznego jest wysoka, jego moc wyjściowa. Nawet jeśli poziom jest wysoki, wskaźnik wartości C/N przez niego zapewniany jest dobry i odwrotnie, wskaźnik wartości C/N ulega pogorszeniu. Dwa wskaźniki techniczne C/CSO i C/CTB są określone przez liniowość modułu fotoelektrycznego. Wysokiej jakości moduły fotoelektryczne umożliwiają szerszy zakres mocy odbiorczej przy tych samych wskaźnikach C/CSO i C/CTB.
V. Perspektywy rozwoju urządzeń optycznych
Wraz z ciągłą aktualizacją technologii transmisji światłowodowej w sieciach szerokopasmowych i ciągłym doskonaleniem usług wielofunkcyjnych, wymagania dotyczące charakterystyk transmisyjnych urządzeń optycznych i włókien optycznych są coraz wyższe. Nadchodzi wreszcie era włókien optycznych zastępujących przewody miedziane. Śladami ery informacji Wraz z nadejściem perspektywy rozwoju technologii transmisji optycznej stają się bardzo szerokie.
Dobór i zastosowanie nadajnika optycznego
Nadajnik optyczny jest podstawowym wyposażeniem optycznego systemu transmisji kablowej. Jego funkcją jest optyczna modulacja wejściowego sygnału elektrycznego telewizji kablowej o częstotliwości radiowej do nadajnika optycznego w celu uzyskania konwersji elektrycznej i optycznej (E/O) oraz wysyłanie ciągłych, stabilnych i niezawodnych sygnałów optycznych do systemu kabli optycznych. Rodzaje nadajników optycznych dostępnych obecnie na rynku: ze względu na różne metody modulacji dzieli się je na dwa typy: nadajniki optyczne z modulacją bezpośrednią i nadajniki optyczne z modulacją zewnętrzną. Bezpośrednio modulowane nadajniki optyczne są najczęściej stosowane w systemach światłowodowych 1310 nm, a zewnętrznie modulowane nadajniki optyczne są najczęściej stosowane w systemach światłowodowych 1550 nm. Niezależnie od tego, czy jest to nadajnik optyczny modulowany bezpośrednio czy zewnętrznie, jego głównym elementem są lasery.
Bezpośrednio moduluj nadajnik laserowy
1. Skład
W skład nadajnika optycznego z modulacją bezpośrednią, oprócz podstawowych komponentów lasera DFB, wchodzą: zasilacz, obwód polaryzacji lasera, obwód powolnego startu lasera, obwód zabezpieczenia przed przeciążeniem i obwód zabezpieczenia napędu, obwód sterowania mocą i chłodzeniem, światło obwód detekcji, obwód kompensacji zniekształceń, układ fotodetektora (PIN) (do wykrywania mocy optycznej i automatycznej kontroli mocy), lodówka półprzewodnikowa i termistor do dwukierunkowej automatycznej kontroli temperatury (ATC) itp.
2. Proces pracy
Sygnałem wejściowym nadajnika optycznego jest sygnał częstotliwości radiowej (RF). Z przodu wiele sygnałów RF jest mieszanych w jeden sygnał za pomocą multipleksera, a następnie przesyłanych na wejście nadajnika optycznego. Po wzmocnieniu przez przedwzmacniacz następuje elektronicznie sterowane tłumienie, kompensacja zniekształceń i automatyczna kontrola poziomu mocy. , A następnie steruj chipem laserowym, aby wykonać modulację elektryczną/optyczną i przekonwertować sygnał elektryczny na sygnał modulacji optycznej. Dodanie izolatora optycznego na końcu wyjściowym może znacznie zmniejszyć wpływ odbitej fali świetlnej z kabla optycznego na laser. Sygnał optyczny jest przesyłany do kabla optycznego poprzez ruchome złącze optyczne, a sygnał optyczny jest przesyłany do każdego punktu optycznego za pomocą kabla optycznego.
Można zauważyć, że moc transmisji i nieliniowe zniekształcenie lasera zależą od prądu polaryzacji (IO), dlatego nadajnik optyczny jest wyposażony w obwód polaryzacji i obwód kompensacji zniekształceń lasera, aby zapewnić stabilność indeksu nieliniowego i wyjście transmisji.
Gdy temperatura lasera wzrośnie, próg wzrośnie, intensywność światła nasyconego zmniejszy się, a zakres liniowy krzywej PI zmniejszy się (to znaczy 2 zakres autodynamiczny zmniejszy się). Aby nadajnik optyczny zawsze działał normalnie, należy zadbać o to, aby laser pracował w stałej temperaturze (zwykle 25stopieńC). Chłodnica półprzewodnikowa i termistor stosowane do dwukierunkowej automatycznej kontroli temperatury (ATC) przetwornika optycznego gwarantują pracę w stałej temperaturze 25°C.stopieńC.
W nadajniku optycznym znajduje się mikroprocesor, a najlepsze dane o stanie pracy lasera przechowywane są w chipie. Laser można uruchamiać powoli, a prąd napędu RF TV można automatycznie odłączyć, aby chronić laser. Różne przełączniki na panelu przednim nadajnika optycznego są sterowane przez mikroprocesor.
Zmiany temperatury i starzenie się urządzenia spowodują zmiany w zakresie prądu progowego lasera i wydajności konwersji fotoelektrycznej. Jeśli chcesz dokładnie kontrolować wyjściową moc optyczną lasera, powinieneś rozwiązać ten problem w dwóch aspektach: jednym jest kontrolowanie prądu polaryzacji lasera, aby automatycznie śledził próg. Zmiana prądu zapewnia, że laser zawsze działa w najlepszym stanie polaryzacji; drugim jest kontrolowanie amplitudy prądu modulacji lasera, aby automatycznie podążać za zmianą wydajności konwersji elektrycznej i optycznej. Automatyczna kontrola mocy uzupełnia powyższe dwa zadania, aby zapewnić dokładną moc optyczną lasera.
Zewnętrznie modulowany nadajnik optyczny
Zewnętrznie modulowany nadajnik optyczny składa się z zewnętrznego modulatora, lasera, obwodu sterowania laserem, obwodu sterowania modulacją, mikroprocesora, obwodu wstępnego zniekształcenia, fotodetektora, tłumika sygnału RF, wzmacniacza, zasilacza itp.
3. Porównanie nadajników optycznych z modulacją bezpośrednią i modulacją zewnętrzną
Przetworniki z modulacją bezpośrednią są najczęściej używane w laserach DFB. Lasery DFB charakteryzują się dobrą liniowością i mogą uzyskiwać lepsze wartości CTB i CSObez kompensacji obwodów przed zniekształceniami. Jednak ze względu na modulację bezpośrednią występuje dodatkowa modulacja częstotliwości, a wskaźniki zniekształceń nieliniowych (zwłaszcza wartość CSO) trudno jest osiągnąć bardzo wysokie.
Nadajnik DFB ma stabilną wydajność, prostą konstrukcję i niską cenę, dlatego jest szeroko stosowany.
Moc nadajnika optycznego z modulacją bezpośrednią na ogół nie jest zbyt duża, w granicach 18 nw, dlatego odległość transmisji jest ograniczona i jest powszechnie stosowana w lokalnych sieciach dystrybucyjnych i optycznych sieciach transmisji kablowej na poziomie miast. Ten typ nadajnika optycznego jest najczęściej stosowany w sieciach światłowodowych 1310nm, a tłumienie światłowodu 1310nm wynosi 0,35db/km, więc maksymalna odległość transmisji nie przekracza 35 kilometrów.
Zewnętrznie modulowany nadajnik optyczny: duża moc wyjściowa, do 2×20mw lub więcej (dwa wyjścia), niski poziom szumów i brak zniekształceń cso spowodowanych kombinacją dodatkowej modulacji częstotliwości i charakterystyki dyspersji włókna podobnej do LD. Dlatego jest często stosowany w transmisji na duże odległości w dużych systemach przewodowych. Zewnętrznie modulowane nadajniki optyczne zazwyczaj wykorzystują lasery YAG. Po zewnętrznej modulacji laserów YAG liniowość jest bardzo słaba i do kompensacji należy zastosować obwody wstępnego zniekształcenia. Ze względu na mniejszą dyspersję nadajnik optyczny YAG doskonale nadaje się do stosowania ze światłowodami o długości fali 1550 nm, używanymi głównie w sieciach światłowodowych o długości fali 1550 nm. Światło YAG transmitowane jest w sieci światłowodowej 1550nm, która może służyć do wzmacniania i przekazywania. Światłowód 1550nm charakteryzuje się małym tłumieniem (0,25db/km), dzięki czemu nadajnik optyczny YAG może być używany do transmisji na bardzo duże odległości. Zewnętrznie modulowany nadajnik optyczny jest używany w sieci światłowodowej 1310 nm, a odległość transmisji może osiągnąć 50 kilometrów, czyli jest również większa niż odległość transmisji bezpośrednio modulowanego nadajnika optycznego. Jednak zewnętrznie modulowane nadajniki optyczne są drogie, a sieci światłowodowe do transmisji na małe odległości rzadko wykorzystują zewnętrznie modulowane nadajniki optyczne
4. Wskaźniki techniczne nadajnika optycznego
Podstawą doboru nadajnika optycznego są parametry techniczne nadajnika optycznego, a dobre parametry użytkowe nadajnika optycznego bezpośrednio wpływają na dobre wskaźniki techniczne całego systemu telewizji kablowej.
5. Wybór nadajnika optycznego
Dla techników telewizji kablowej bardzo ważne jest zrozumienie i opanowanie składu, zasady działania i parametrów działania nadajników optycznych, ponieważ tylko opanowanie podstawowych zasad działania i wskaźników technicznych działania nadajników optycznych umożliwia efektywne i rozsądne wykorzystanie nadajników optycznych. Dobra codzienna konserwacja.
Obecnie istnieje wielu zagranicznych i krajowych producentów nadajników optycznych. Rodzajów nadajników optycznych jest więcej, a wskaźniki wydajności i ceny pojedynczych egzemplarzy również są bardzo różne. Rozsądny dobór ma ogromne znaczenie dla zapewnienia jakości sieci światłowodowej i obniżenia kosztów budowy sieci. Wysoki stosunek wydajności do ceny, niezawodny system zapewnienia jakości i dobra gwarancja obsługi posprzedażnej to wybór sprzętu optycznego
