Cum este dezvoltat și cum funcționează transmițătorul optic
Utilizarea undelor luminoase pentru a transmite semnale de televiziune și informații de date este o nouă știință și tehnologie dezvoltată la sfârșitul secolului al XX-lea. Apariția sa a permis lumii'industria informațională să se dezvolte rapid. Acum tehnologia de transmisie prin fibră optică se dezvoltă cu o viteză mai mare decât oamenii'imaginația lui. Viteza sa de transmisie optică este de 100 de ori mai mare decât acum 10 ani și se estimează că va crește de aproximativ 100 de ori în dezvoltarea viitoare. Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei de transmisie prin fibră optică, multiplexarea, demultiplexarea, rutarea și comutarea pot fi efectuate în domeniul optic. Rețeaua poate folosi resursele uriașe de lățime de bandă ale fibrei optice pentru a crește capacitatea rețelei și a realiza transmisia „transparentă” a mai multor servicii.
Sistemul de transmisie optică este compus în principal din transmițătoare optice, receptoare optice, splitere optice, cabluri de fibră optică și alte componente.
I. Un principiu de bază al transmiterii prin fibră optică a semnalelor optice
Transmisia optică este o tehnologie care transmite sub formă de semnale optice între emițător și receptor. Procesul de lucru de transmisie optică a semnalelor TV se realizează între transmițătorul optic, fibra optică și receptorul optic; transmițătorul optic din camera centrală de calculatoare convertește semnalul TV RF de intrare într-un semnal optic, care este compus dintr-un convertor electric/optic (Traductorul electric-optic (E/O) este finalizat, iar semnalul optic convertit este recepționat de către Dispozitivul de recepție a ghidului de transmisie prin fibră optică (receptor optic), iar receptorul optic transformă semnalul optic obținut din fibra optică într-un semnal electric. Prin urmare, principiul de bază al semnalului de transmisie optică este întregul proces de conversie electrică/optică și optică/electrică, care se mai numește și legătură optică.
Metoda actuală de transmisie optică utilizează modularea intensității luminii. De exemplu, un dispozitiv emițător de lumină bazat pe laser emite așa-numita lumină coerentă cu aceeași fază. Prin urmare, se adoptă o metodă de modulare care modifică intensitatea luminoasă generală. Utilizează modificarea liniară a puterii optice de ieșire corespunzătoare modificării curentului semnalului de intrare al convertorului electric/optic. caracteristică.
În traductorul optic-electric (O/E), curentul de ieșire este proporțional cu intensitatea semnalului optic de intrare. Forma de undă a curentului de ieșire a convertorului optic/electric este așadar similară cu forma de undă a curentului de intrare a convertorului electric/optic, realizând scopul transmiterii semnalului.
Deci, cum ghidează fibra optică semnalul optic? În prezent, fibra optică utilizată în sistemul de televiziune prin cablu este o fibră optică cilindrică, care este compusă dintr-un cilindru de fibră optică și o placare și este un material de sticlă de cuarț. Învelișul joacă rolul de a închide strâns lumina în fibra optică, de a proteja miezul și de a spori rezistența fibrei optice în sine. Rolul miezului de fibre este de a transmite semnale optice. Deși atât miezul, cât și placarea sunt realizate din materiale de sticlă de cuarț, există diferențe în compoziția de dopare a celor două în timpul producției, ceea ce duce la indici diferiți de refracție (miezul este de 1,463 ~ 1,467, iar placarea este de 1,45 ~ 1,46), desigur, are legătură și cu diferitele materiale folosite. Când sursa de lumină emisă de laser intră în miezul fibrei, când lumina intră în interfața placajului, atâta timp cât unghiul incident este mai mare decât unghiul critic, reflexia totală va avea loc în miez, iar lumina nu se va scurge în placare. Semnalul optic din miez va continua să se propage neîntrerupt până când este direcționat către receptorul optic. Acest proces este principiul de bază al transmiterii semnalului optic în fibră optică.
II. Distorsiuni în transmisia optică
Când lumina este transmisă într-o fibră optică, va apărea și o anumită distorsiune. Motivele distorsiunii sunt următoarele:
(1) În sistemul de transmisie prin fibră optică, datorită neliniarității caracteristicilor de conversie electrică/optică ale laserului semiconductor, semnalul optic de ieșire este inconsecvent cu modificarea curentului de excitație, rezultând distorsiunea, care se numește distorsiune de modulație. Valoarea indicelui de modulație M nu este permisă să fie prea mare. Este necesar să alegeți un transmițător optic cu performanță ridicată și tehnologie puternică de procesare a pre-distorsiunii. Tehnologia de procesare a pre-distorsiunii folosește un design artificial pentru a genera pre-distorsiuni pentru a îmbunătăți liniaritatea modulației, astfel încât să elimine și să reducă sistemul de transmisie prin fibră optică. Scopul CSO și CTB.
(2) În sistemul de transmisie optic, deoarece amplificatorul RF de conducere și amplificatorul RF de recepție au șanse mici de distorsiune, fotodioda liniară PIN poate ignora ușoară distorsiune deoarece nivelul semnalului nu este prea ridicat. Motivul principal este distorsiunea caracteristicilor de modulare a laserului semiconductor și dispersia fibrelor.
(3) Când laserul modulează intensitatea luminii, lungimea de undă a luminii se va modifica și va apărea o modulare suplimentară a frecvenței, care va extinde frecvența semnalului și va provoca un efect de ciripit, care se manifestă în principal ca distorsiune CSO.
(4) Caracteristicile de dispersie ale fibrei optice vor cauza diferențe în întârzierea grupului de lungimi de undă diferite, ducând la distorsiuni cauzate de timpii de sosire inconsecvenți la terminal, în principal distorsiuni CSO.
Distorsiunea produsă în sistemul de transmisie prin fibră optică este în principal distorsiunea CSO, iar gradul de distorsiune CTB este mult mai mic decât distorsiunea CSO. Pentru a asigura calitatea transmisiei sistemului și pentru a face raportul purtător-zgomot al sistemului și performanța distorsiunii într-un interval rezonabil, măsurile luate sunt generale. Utilizați indicatorii CNR pentru a echilibra indicatorii CSO și CTB. Dacă creșteți sau micșorați valoarea CNR cu 1 dB, atunci CSO se va deteriora sau se va îmbunătăți cu 1 dB, iar indicele CTB se va deteriora sau se va îmbunătăți cu 2 dB.
III. Principii de funcționare ale transmițătorului optic
Cel mai important dispozitiv optic din transmițătorul optic este laserul semiconductor. De fapt, este o diodă laser (LD). Desigur, unii nu folosesc diode laser, ci folosesc diode emițătoare de lumină semiconductoare (Diode emițătoare de lumină, LED). de.
Transmițătorul optic de 1310 nm adoptă, în general, modul de modulare directă (modulație vestigială de amplitudine în bandă laterală, modul VSB-AM). Funcția sa este de a converti semnalele electrice în semnale optice, ceea ce poate fi realizat prin schimbarea sursei de alimentare a laserului injectat printr-un circuit extern. Circuitul de polarizare pe care îl setează poate oferi cea mai bună sursă de alimentare de polarizare pentru laser. Laserul va avea putere diferită atunci când curentul de polarizare este diferit. Pentru a asigura o ieșire stabilă a puterii optice, ar trebui proiectat un circuit de control automat pentru puterea optică și temperatura laserului, cum ar fi utilizarea microcalculatoarelor pentru a obține cea mai bună stare de funcționare a controlului automat al transmițătorului optic.
Laserele sunt utilizate pe scară largă ca oscilatoare optice (adică, dispozitive care emit lumină), care se bazează pe interacțiunea dintre starea energetică a materialului mediu laser și lumină.
Pentru ca laserul să funcționeze, trebuie să existe o anumită cantitate de curent. Există o anumită relație între mărimea acestui curent și intensitatea luminii. Când curentul crește, intensitatea luminii crește brusc. Acest lucru indică faptul că laserul a început să funcționeze. Acest lucru face ca laserul să funcționeze. Curentul se numește curent de prag. Cu cât este mai mic, cu atât mai bine, pentru că deja a permis laserului să funcționeze. Dacă curentul de prag continuă să crească, se va forma zona de saturație de ieșire. Când curentul zonei de saturație atinge o anumită valoare, semnalul va fi transmis. În ceea ce privește puterea necesară pentru transmisia prin fibră optică, puterea de ieșire a mai multor megawați în regiunea liniară poate îndeplini cerințele transmisiei pe distanțe lungi de semnale și informații. Pe lângă cantitatea de intensitate a luminii, calitatea transmisiei luminii este, de asemenea, legată de probleme precum spectrul și zgomotul.
Spectrul cu mai multe lungimi de undă nu este potrivit pentru transmiterea de semnale analogice de înaltă calitate. Chiar dacă funcționează într-un singur mod, spectrul său de emisie are o lățime. Cu cât lățimea este mai îngustă, cu atât unda luminoasă devine mai pură și devine mai coerentă în timp. Adică unde luminoase cu o bună coerență. Unda de lumină cu coerență bună nu are nevoie de lentile și alte dispozitive pentru a o converge într-un loc mic și este mai potrivită pentru incidența fibrelor optice.
IV. Principii de funcționare ale receptorului optic
Componenta principală a receptorului optic este fotodetectorul, adică fotodioda de înaltă sensibilitate (PIN). Fotodioda folosește efectul fotoelectric al semiconductorului pentru a finaliza detectarea semnalului optic, astfel încât semnalul optic să fie restabilit la semnalul RF TV și apoi semnalul RF După amplificare și controlul nivelului AGC, semnalul RF calificat este scos pentru distributie in retea.
Principalele tehnologii ale receptoarelor optice sunt C/N, C/CTB și C/CSO. Acești trei indicatori tehnici sunt toți determinați de performanța modulului de conversie fotoelectrică. În cazul aceleiași intrări de putere optică, nivelul RF al ieșirii de conversie este diferit. Când eficiența de conversie a modulului fotoelectric este mare, puterea sa de ieșire Chiar dacă nivelul este ridicat, indicele valorii C/N adus de acesta este bun și invers, indicele valorii C/N devine mai rău. Cei doi indicatori tehnici ai C/CSO și C/CTB sunt determinați de liniaritatea modulului fotoelectric. Modulele fotoelectrice de înaltă calitate permit o gamă mai largă de putere de recepție sub aceleași indicatoare C/CSO și C/CTB.
V. Perspective de dezvoltare a dispozitivelor optice
Odată cu actualizarea continuă a tehnologiei de transmisie prin fibre optice în rețelele de bandă largă și îmbunătățirea continuă a serviciilor multifuncționale, cerințele pentru caracteristicile de transmisie ale dispozitivelor optice și fibrelor optice sunt din ce în ce mai mari. Epoca fibrelor optice care înlocuiesc firele de cupru vine în sfârșit. Pe urmele erei informației Odată cu apariția, perspectivele de dezvoltare a tehnologiei de transmisie optică sunt foarte largi.
Selectarea și utilizarea transmițătorului optic
Transmițătorul optic este echipamentul de bază al sistemului de transmisie prin cablu optic. Funcția sa este de a modula optic intrarea semnalului electric de televiziune prin cablu de radiofrecvență către transmițătorul optic pentru a realiza conversia electrică și optică (E/O) și pentru a trimite semnale optice continue, stabile și de încredere către sistemul de cablu optic. Tipurile de transmițătoare optice existente în prezent pe piață: în funcție de diferitele metode de modulare, acestea se împart în două tipuri: transmițătoare optice modulate direct și transmițătoare optice modulate extern. Transmițătoarele optice modulate direct sunt utilizate în cea mai mare parte în sistemele de fibră optică de 1310 nm, iar transmițătoarele optice modulate extern sunt utilizate mai ales în sistemele de fibră optică de 1550 nm. Indiferent dacă este un transmițător optic modulat direct sau modulat extern, componenta sa de bază este compusă din lasere.
Modulează direct transmițătorul laser
1. Compoziție
Compoziția transmițătorului optic cu modulare directă, în plus față de componentele de bază ale laserului DFB, există sursă de alimentare, un circuit de polarizare laser, circuit de pornire lentă laser, circuit de protecție la suprasarcină și circuit de protecție a conducerii, circuit de control al puterii și răcire, lumină circuit de detectare, circuit de compensare a distorsiunii, cip fotodetector (PIN) (pentru detectarea puterii optice și controlul automat al puterii), frigider cu semiconductor și termistor pentru controlul automat al temperaturii în două căi (ATC), etc.
2. Procesul de lucru
Semnalul de intrare al transmițătorului optic este semnalul de frecvență radio TV (RF). La capătul frontal, mai multe semnale RF sunt amestecate într-un singur semnal de către un multiplexor și apoi trimise la intrarea transmițătorului optic. După ce a fost amplificat de un preamplificator, este controlat electronic atenuarea, compensarea distorsiunii și controlul automat al nivelului de putere. , Și apoi conduceți cipul laser pentru a efectua modulația electrică/optică și convertiți semnalul electric într-un semnal de modulație optică. Adăugarea unui izolator optic la capătul de ieșire poate reduce foarte mult influența undei de lumină reflectată de la cablul optic asupra laserului. Semnalul optic este trimis la cablul optic prin articulația mobilă optică, iar semnalul optic este transmis către fiecare punct optic prin cablul optic.
Se poate observa că puterea de transmisie și distorsiunea neliniară a laserului depind de curentul de polarizare (IO), astfel încât transmițătorul optic este echipat cu circuitul de polarizare și circuitul de compensare a distorsiunii al laserului pentru a asigura stabilitatea indicelui neliniar și a ieșire de transmisie.
Când temperatura laserului crește, pragul va crește, intensitatea luminii saturate de ieșire va scădea și intervalul liniar al curbei PI va scădea (adică intervalul autodinamic 2 va scădea). Pentru a ne asigura că transmițătorul optic funcționează întotdeauna normal, trebuie să se asigure că laserul funcționează la o temperatură constantă (în general 25gradC). Răcitorul cu semiconductor și termistorul utilizate pentru controlul automat al temperaturii (ATC) în două căi al transmițătorului optic sunt garantate să funcționeze la o temperatură constantă de 25gradC.
Există un microprocesor în transmițătorul optic, iar cele mai bune date de stare de lucru ale laserului sunt stocate în cip. Laserul poate fi pornit lent, iar curentul de transmisie RF TV poate fi deconectat automat pentru a proteja laserul. Diferitele comutatoare de pe panoul frontal al transmițătorului optic sunt controlate de un microprocesor.
Schimbările de temperatură și îmbătrânirea dispozitivului vor cauza modificări ale curentului pragului laser și ale eficienței conversiei fotoelectrice. Dacă doriți să controlați cu precizie puterea optică de ieșire a laserului, ar trebui să o rezolvați din două aspecte: unul este să controlați curentul de polarizare al laserului, astfel încât acesta să urmărească automat pragul. Schimbarea curentului asigură că laserul funcționează întotdeauna în cea mai bună stare de polarizare; al doilea este de a controla amplitudinea curentului de modulare laser pentru a urmări automat schimbarea eficienței conversiei electrice și optice. Controlul automat al puterii completează cele două sarcini de mai sus pentru a se asigura că laserul emite putere optică precisă.
Transmițător optic modulat extern
Transmițătorul optic modulat extern este compus din modulator extern, laser, circuit de control laser, circuit de control al modulației, microprocesor, circuit de pre-distorsiune, fotodetector, atenuator de semnal RF, amplificator, sursă de alimentare etc.
3. Comparația dintre transmițătoarele optice cu modulație directă și modulație externă
Transmițătoarele cu modulație directă sunt utilizate în principal pentru laserele DFB. Laserele DFB au o liniaritate bună și pot obține valori CTB și CSO mai bunefără compensarea circuitelor de pre-distorsiune. Cu toate acestea, datorită modulării directe, există o modulare suplimentară a frecvenței și indicatorii de distorsiune neliniară (în special valoarea CSO) este dificil să fie foarte mari.
Transmițătorul DFB are performanță stabilă, o structură simplă și un preț scăzut, deci este utilizat pe scară largă.
Puterea transmițătorului optic cu modulare directă nu este, în general, prea mare, în termen de 18nw, prin urmare, distanța de transmisie este limitată și este, în general, utilizată în rețelele de distribuție locale și rețelele de transmisie prin cablu optic la nivel de localitate. Acest tip de transmițător optic este folosit mai ales în rețelele de fibră optică de 1310nm, iar atenuarea fibrei optice de 1310 nm este de 0,35 db/km, astfel încât distanța maximă de transmisie nu depășește 35 de kilometri.
Transmițător optic modulat extern: putere mare de ieșire, până la 2×20mw sau mai mult (două ieșiri), zgomot redus și nicio distorsiune CSO cauzată de combinația dintre modulația suplimentară a frecvenței și caracteristicile de dispersie a fibrelor similare cu LD. Prin urmare, este adesea folosit în transmisia pe distanțe lungi a sistemelor cu fir pe scară largă. Transmițătoarele optice modulate extern folosesc în general lasere YAG. După ce laserele YAG sunt modulate extern, liniaritatea este foarte slabă și trebuie folosite circuite de pre-distorsiune pentru a compensa. Datorită dispersiei sale mai mici, transmițătorul optic YAG este foarte potrivit pentru fibra optică cu lungime de undă de 1550 nm, cea mai mare parte utilizată în rețelele de fibră optică de 1550 nm. Lumina YAG este transmisă în rețeaua de fibră optică de 1550 nm, care poate fi folosită pentru amplificare și releu. Fibra optică de 1550 nm are o atenuare mică (0,25 db/km), astfel încât transmițătorul optic YAG poate fi utilizat pentru transmisie la distanță ultra lungă. Transmițătorul optic modulat extern este utilizat în rețeaua de fibră optică de 1310 nm, iar distanța de transmisie poate ajunge la 50 de kilometri, care este, de asemenea, mai rapidă decât distanța de transmisie a transmițătorului optic modulat direct. Cu toate acestea, transmițătoarele optice modulate extern sunt scumpe, iar rețelele de fibră optică pentru transmisia pe distanțe scurte folosesc rar transmițătoare optice modulate extern
4. Indicatorii tehnici ai emitatorului optic
Indicatorii tehnici ai transmițătorului optic stau la baza selectării transmițătorului optic, iar parametrii de performanță buni ai emițătorului optic afectează direct indicatorii tehnici buni ai întregului sistem de televiziune prin cablu.
5. Alegerea transmițătorului optic
Este foarte important ca tehnicienii de televiziune prin cablu să înțeleagă și să stăpânească compoziția, principiul de funcționare și parametrii de performanță ai transmițătorilor optici, deoarece numai prin stăpânirea principiilor de bază de lucru și a indicatorilor de performanță tehnică ai emițătorilor optici, transmițătoarele optice pot fi utilizate eficient și rezonabil. Întreținere zilnică bună.
În prezent, există mulți producători străini și interni de transmițătoare optice. Există mai multe tipuri de transmițătoare optice, iar indicatorii de performanță și prețurile de sine stătătoare sunt, de asemenea, foarte diferite. Selecția rezonabilă este de mare beneficiu pentru asigurarea calității rețelei de fibră optică și reducerea costurilor de construcție a rețelei. Raportul înalt performanță-preț, sistemul fiabil de asigurare a calității și garanția bună a serviciului post-vânzare sunt alegerea echipamentului optic
