Kuidas optiline saatja on välja töötatud ja töötab
Valguslainete kasutamine televisioonisignaalide ja andmeinfo edastamiseks on uus teadus ja tehnoloogia, mis töötati välja 20. sajandi lõpus. Selle välimus on võimaldanud maailma's infotööstus kiiresti areneda. Nüüd areneb kiudoptilise edastuse tehnoloogia kiirusega, mis ületab inimesi's kujutlusvõimet. Selle optiline edastuskiirus on 100 korda suurem kui 10 aastat tagasi ja hinnanguliselt kasvab see tulevases arengus umbes 100 korda. Kiudoptilise edastustehnoloogia pideva arenguga saab optilises valdkonnas teostada multipleksimist, demultipleksimist, marsruutimist ja kommuteerimist. Võrk saab kasutada optilise kiu tohutuid ribalaiuse ressursse, et suurendada võrgu läbilaskevõimet ja teostada mitme teenuse "läbipaistvat" edastamist.
Optiline edastussüsteem koosneb peamiselt optilistest saatjatest, optilistest vastuvõtjatest, optilistest jaoturitest, fiiberoptilistest kaablitest ja muudest komponentidest.
I. Optiliste signaalide optiliste kiudude edastamise aluspõhimõte
Optiline edastamine on tehnoloogia, mis edastab optiliste signaalide kujul saatja ja vastuvõtja vahel. TV-signaalide optilise edastamise tööprotsess toimub optilise saatja, optilise kiu ja optilise vastuvõtja vahel; keskses arvutiruumis olev optiline saatja teisendab sisend RF TV-signaali optiliseks signaaliks, mis koosneb elektri-/optilisest muundurist ( valmib elektriline optiline muundur (E/O) ja teisendatud optiline signaal võetakse vastu optilise kiu ülekande juhtvastuvõtuseade (optiline vastuvõtja) ja optiline vastuvõtja teisendab optilise kiu kaudu saadud optilise signaali elektriliseks signaaliks elektrilise/optilise ja optilise/elektrilise muundamise protsess, mida nimetatakse ka optiliseks lüliks.
Praegune optilise ülekande meetod kasutab valguse intensiivsuse modulatsiooni. Näiteks laseril põhinev valgust kiirgav seade kiirgab sama faasiga nn koherentset valgust. Seetõttu võetakse kasutusele modulatsioonimeetod, mis muudab üldist valgustugevust. See kasutab väljundoptilise võimsuse lineaarset muutust, mis vastab elektrilise/optilise muunduri sisendsignaali voolu muutusele. iseloomulik.
Optilis-elektrilises muunduris (O/E) on väljundvool võrdeline optilise sisendsignaali intensiivsusega. Seetõttu on optilise/elektrilise muunduri väljundvoolu lainekuju sarnane elektrilise/optilise muunduri sisendvoolu lainekujuga, saavutades signaali edastamise eesmärgi.
Niisiis, kuidas optiline kiud juhib optilist signaali? Praegu on kaabeltelevisioonisüsteemis kasutatav optiline kiud silindriline kiud, mis koosneb kiudoptilisest silindrist ja kattekihist ning on kvartsklaasist materjal. Kate täidab valguse tihedat sulgemist optilise kiu sisse, kaitseb südamikku ja suurendab optilise kiu enda tugevust. Kiudude südamiku ülesanne on edastada optilisi signaale. Kuigi nii südamik kui ka kattekiht on valmistatud kvartsklaasist materjalidest, on nende kahe dopingu koostises tootmise ajal erinevusi, mistõttu on murdumisnäitajad erinevad (südamik on 1,463–1,467 ja kattekiht 1,45–1,46), loomulikult on see seotud ka erinevate kasutatud materjalidega. Kui laseri kiirgav valgusallikas siseneb kiu südamikusse, kui valgus siseneb katte liidesesse, kuni langemisnurk on suurem kui kriitiline nurk, toimub südamikus täielik peegeldus ja valgus ei leki katte sisse. Südamikus olev optiline signaal levib katkematult, kuni see suunatakse optilisse vastuvõtjasse. See protsess on optilise signaali edastamise põhiprintsiip optilises kius.
II. Moonutused optilises ülekandes
Kui valgust edastatakse optilises kius, tekib ka mõningaid moonutusi. Moonutuse põhjused on järgmised:
(1) Kiudoptilises ülekandesüsteemis on pooljuhtlaseri elektriliste/optiliste muundamiskarakteristikute mittelineaarsuse tõttu optiline väljundsignaal vastuolus ergutusvoolu muutusega, mille tulemuseks on moonutus, mida nimetatakse modulatsioonimoonutuseks. Modulatsiooniindeksi M väärtus ei tohi olla liiga suur. On vaja valida suure jõudlusega ja tugeva moonutuseelse töötlustehnoloogiaga optiline saatja. Moonutuseelse töötlemise tehnoloogia kasutab kunstlikku disaini, et tekitada eelmoonutusi, et parandada modulatsiooni lineaarsust, et kõrvaldada ja vähendada optilise kiu ülekandesüsteemi. CSO ja CTB eesmärk.
(2) Kuna optilises edastussüsteemis on juht-RF-võimendil ja vastuvõtval RF-võimendil moonutuste tõenäosus väike, võib lineaarne PIN-fotodiood kergeid moonutusi ignoreerida, kuna signaali tase ei ole liiga kõrge. Peamine põhjus on pooljuhtlaseri modulatsioonikarakteristikute ja kiudude dispersiooni moonutamine.
(3) Kui laser moduleerib valguse intensiivsust, muutub valguse lainepikkus ja ilmub täiendav sagedusmodulatsioon, mis laiendab signaali sagedust ja põhjustab piiksumise efekti, mis avaldub peamiselt CSO moonutustena.
(4) Optilise kiu dispersiooniomadused põhjustavad erinevate lainepikkuste rühma viivituse erinevusi, mille tulemuseks on moonutused, mis on põhjustatud terminali ebaühtlastest saabumisaegadest, peamiselt CSO-moonutustest.
Kiudoptilises ülekandesüsteemis tekitatud moonutused on peamiselt CSO moonutused ja CTB moonutuste aste on palju väiksem kui CSO moonutus. Selleks, et tagada süsteemi edastuskvaliteet ning viia süsteemi kandja-müra suhe ja moonutuste jõudlus mõistliku piiridesse, on võetud meetmed üldised Kasuta CNR näitajaid CSO ja CTB näitajate tasakaalustamiseks. Kui suurendate või vähendate CNR väärtust 1 dB võrra, siis CSO halveneb või paraneb 1 dB võrra ja CTB indeks halveneb või paraneb 2 dB võrra.
III. Optilise saatja tööpõhimõtted
Optilise saatja kõige olulisem optiline seade on pooljuhtlaser. Tegelikult on see laserdiood (LD). Muidugi mõned ei kasuta laserdioode, vaid pooljuhtdioode (Light Emitting Diode, LED). kohta.
1310 nm optiline saatja kasutab üldiselt otsemodulatsiooni režiimi (veskiline külgriba-amplituudmodulatsioon, VSB-AM režiim). Selle ülesanne on muundada elektrilised signaalid optilisteks signaalideks, mida saab saavutada süstitava laseri toiteallika muutmisega välise vooluahela kaudu. Selle seatud eelpingesitusahel võib pakkuda laserile parimat eelpingestusega toiteallikat. Laseril on erinev väljundvõimsus, kui eelpingevool on erinev. Optilise võimsuse stabiilse väljundi tagamiseks tuleks kavandada optilise võimsuse ja laseri temperatuuri automaatjuhtimisahel, näiteks mikroarvutite kasutamine optilise saatja automaatjuhtimise parima tööseisundi saavutamiseks.
Lasereid kasutatakse laialdaselt optiliste ostsillaatoritena (st valgust kiirgavate seadmetena), mis sõltuvad laserkandja materjali energiaseisundi ja valguse vahelisest koostoimest.
Selleks, et laser töötaks, peab olema teatud voolutugevus. Selle voolu suuruse ja valguse intensiivsuse vahel on teatav seos. Voolu suurendamisel suureneb valguse intensiivsus järsult. See näitab, et laser on tööle hakanud. See paneb laseri tööle. Voolutugevust nimetatakse lävivooluks. Mida väiksem see on, seda parem, sest see on juba võimaldanud laseril töötada. Kui lävivool jätkab suurenemist, moodustub väljundi küllastustsoon. Kui küllastusvööndi vool saavutab teatud väärtuse, edastatakse signaal. Kiudoptilise edastuse jaoks vajaliku võimsuse osas võib lineaarses piirkonnas mitme megavati väljundvõimsus vastata signaalide ja teabe kaugedastuse nõuetele. Lisaks valguse intensiivsuse hulgale on valguse ülekandekvaliteet seotud ka selliste probleemidega nagu spekter ja müra.
Mitme lainepikkusega spekter ei sobi kvaliteetsete analoogsignaalide edastamiseks. Isegi kui see töötab üherežiimis, on selle emissioonispektri laius. Mida kitsam on laius, seda puhtamaks muutub valguslaine ja ajaliselt sidusamaks. Need on hea koherentsusega kerged lained. Hea koherentsusega valguslaine ei vaja läätsi ja muid seadmeid, et seda väikeseks laiguks koondada ning see sobib pigem optiliste kiudude esinemiseks.
IV. Optilise vastuvõtja tööpõhimõtted
Optilise vastuvõtja põhikomponent on fotodetektor, see tähendab kõrge tundlikkusega fotodiood (PIN). Fotodiood kasutab pooljuhi fotoelektrilist efekti optilise signaali tuvastamise lõpuleviimiseks, nii et optiline signaal taastatakse RF-telesignaaliks ja seejärel RF-signaal. Pärast võimendamist ja AGC taseme reguleerimist väljastatakse kvalifitseeritud RF-signaal. võrgu levitamine.
Optiliste vastuvõtjate peamised tehnoloogiad on C/N, C/CTB ja C/CSO. Need kolm tehnilist näitajat on kõik määratud fotoelektrilise muundusmooduli jõudluse järgi. Sama optilise võimsussisendi korral on teisendusväljundi RF tase erinev. Kui fotomooduli konversiooniefektiivsus on kõrge, siis selle väljundvõimsus Isegi kõrge taseme korral on tema poolt toodud C/N väärtuse indeks hea ja vastupidi, C/N väärtuse indeks halveneb. C/CSO ja C/CTB kaks tehnilist näitajat on määratud fotomooduli lineaarsusega. Kvaliteetsed fotoelektrilised moodulid võimaldavad laiemat vastuvõtuvõimsuse vahemikku samade C/CSO ja C/CTB indikaatorite all.
V. Optiliste seadmete arenguväljavaated
Seoses valguskiu edastustehnoloogia pideva uuendamisega lairibavõrkudes ja multifunktsionaalsete teenuste pideva täiustamisega muutuvad nõuded optiliste seadmete ja optiliste kiudude edastusomadustele üha kõrgemaks. Vasktraate asendavate optiliste kiudude ajastu on lõpuks saabumas. Infoajastu jälgedes Optilise edastustehnoloogia arenguväljavaated on tulekuga väga laiad.
Optilise saatja valik ja kasutamine
Optiline saatja on optilise kaabli edastussüsteemi põhiseade. Selle ülesanne on optiliselt moduleerida raadiosagedusliku kaabeltelevisiooni elektrisignaali optilisse saatjasse, et saavutada elektriline ja optiline muundamine (E/O) ning saata optilise kaabli süsteemi pidevaid, stabiilseid ja usaldusväärseid optilisi signaale. Praegu turul olevad optiliste saatjate tüübid: vastavalt nende erinevatele modulatsioonimeetoditele jagunevad need kahte tüüpi: otsemoduleeritud optilised saatjad ja välismoduleeritud optilised saatjad. Otsemoduleeritud optilisi saatjaid kasutatakse enamasti 1310 nm kiudoptilistes süsteemides ja välismoduleeritud optilisi saatjaid kasutatakse enamasti 1550 nm kiudoptilistes süsteemides. Olenemata sellest, kas tegemist on otseselt moduleeritud või väliselt moduleeritud optilise saatjaga, koosneb selle põhikomponent laseritest.
Moduleerige otse lasersaatjat
1. Koosseis
Otsemodulatsiooniga optilise saatja koostis, lisaks põhikomponendile DFB laserkomponentidele, on olemas toiteallikas, laseri eelpingeahel, laseri aeglase käivitusahel, ülekoormuskaitseahel ja ajami kaitseahel, toitejuhtimis- ja jahutusahel, valgus tuvastusahel, moonutuste kompenseerimise ahel, fotodetektori (PIN) kiip (optilise võimsuse tuvastamiseks ja automaatseks võimsuse juhtimiseks), pooljuhtkülmik ja termistor kahesuunaliseks automaatseks temperatuuri juhtimiseks (ATC) jne.
2. Tööprotsess
Optilise saatja sisendsignaal on TV raadiosageduslik (RF) signaal. Esiotsas segatakse multiplekseri abil mitu RF-signaali üheks signaaliks ja saadetakse seejärel optilise saatja sisendisse. Pärast eelvõimendiga võimendamist juhitakse selle sumbumist, moonutuste kompenseerimist ja automaatset võimsustaseme juhtimist elektrooniliselt. , Seejärel käivitage laserkiip, et teostada elektrilist/optilist modulatsiooni ja teisendada elektriline signaal optilise modulatsiooni signaaliks. Optilise isolaatori lisamine väljundotsa võib oluliselt vähendada optilise kaabli peegeldunud valguslaine mõju laserile. Optiline signaal saadetakse optilise liikuva liigendi kaudu optilisse kaablisse ja optiline signaal edastatakse igasse optilisse punkti läbi optilise kaabli.
On näha, et laseri edastusvõimsus ja mittelineaarne moonutus sõltuvad nihkevoolust (IO), seega on optiline saatja varustatud laseri nihkeahela ja moonutuste kompenseerimise ahelaga, et tagada mittelineaarse indeksi stabiilsus ja ülekande väljund.
Kui laseri temperatuur tõuseb, siis lävi tõuseb, küllastunud väljundvalguse intensiivsus väheneb ja PI kõvera lineaarne vahemik väheneb (st 2 isedünaamiline vahemik väheneb). Et optiline saatja alati normaalselt töötaks, tuleb tagada, et laser töötab konstantsel temperatuuril (tavaliselt 25kraadiC). Optilise saatja kahesuunalise automaatse temperatuuri reguleerimise (ATC) jaoks kasutatav pooljuhtjahuti ja termistor töötavad püsival temperatuuril 25 °C.kraadiC.
Optilises saatjas on mikroprotsessor ning kiibile salvestatakse laseri parimad tööseisundi andmed. Laserit saab aeglaselt käivitada ja RF TV ajami voolu saab laseri kaitsmiseks automaatselt lahti ühendada. Optilise saatja esipaneelil olevaid erinevaid lüliteid juhib mikroprotsessor.
Temperatuurimuutused ja seadme vananemine põhjustavad muutusi laseri lävivoolus ja fotoelektrilise muundamise efektiivsuses. Kui soovite laseri optilist väljundvõimsust täpselt juhtida, peaksite selle lahendama kahest aspektist: üks on juhtida laseri eelpingevoolu nii, et see jälgiks automaatselt läve. Voolu muutus tagab, et laser töötab alati parima eelpingestusega olekus; teine on juhtida lasermodulatsiooni voolu amplituudi, et jälgida automaatselt elektrilise ja optilise muundamise efektiivsuse muutust. Automaatne võimsuse juhtimine täidab ülaltoodud kaks ülesannet, et tagada laseri täpse optilise võimsuse väljastamine.
Välismoduleeritud optiline saatja
Välismoduleeritud optiline saatja koosneb välisest modulaatorist, laserist, laserjuhtimisahelast, modulatsiooni juhtimisahelast, mikroprotsessorist, moonutuseelsest vooluringist, fotodetektorist, RF-signaali summutist, võimendist, toiteallikast jne.
3. Otsemodulatsiooni ja välismodulatsiooniga optiliste saatjate võrdlus
Otsemodulatsiooni saatjaid kasutatakse enamasti DFB laserite jaoks. DFB laseritel on hea lineaarsus ja need võivad saada paremaid CTB ja CSO väärtusiilma eelmoonutusahelate kompenseerimiseta. Kuid otsese modulatsiooni tõttu on olemas täiendav sagedusmodulatsioon ja mittelineaarsete moonutuste näitajaid (eriti CSO väärtust) on raske olla väga kõrged.
DFB-saatjal on stabiilne jõudlus, lihtne struktuur ja madal hind, mistõttu seda kasutatakse laialdaselt.
Otsemodulatsiooniga optilise saatja võimsus ei ole üldiselt liiga suur, 18 nw piires, seetõttu on edastuskaugus piiratud ja seda kasutatakse üldiselt kohalikes jaotusvõrkudes ja vallatasandi optiliste kaablite ülekandevõrkudes. Seda tüüpi optilist saatjat kasutatakse enamasti 1310nm kiudoptilistes võrkudes ja 1310 nm optilise kiu sumbumine on 0,35 db/km, seega ei ületa maksimaalne edastuskaugus 35 kilomeetrit.
Välismoduleeritud optiline saatja: suur väljundvõimsus, kuni 2×20mw või rohkem (kaks väljundit), madal müratase ja LD-ga sarnaste täiendavate sagedusmodulatsioonide ja kiudude hajumise karakteristikute kombinatsioonist põhjustatud cso moonutused. Seetõttu kasutatakse seda sageli suuremahuliste juhtmega süsteemide kaugedastuses. Väliselt moduleeritud optilistes saatjates kasutatakse üldiselt YAG lasereid. Pärast YAG-laserite välist moduleerimist on lineaarsus väga halb ja kompenseerimiseks tuleb kasutada eelmoonutusahelaid. Väiksema dispersiooni tõttu sobib YAG optiline saatja väga hästi 1550 nm lainepikkusega kiududele, mida kasutatakse enamasti 1550 nm kiudoptilistes võrkudes. YAG-valgus edastatakse 1550nm kiudoptilises võrgus, mida saab kasutada võimendamiseks ja releeks. 1550 nm optilisel kiul on väike sumbumine (0,25 db/km), seega saab YAG optilist saatjat kasutada ülipika vahemaa edastamiseks. Välismoduleeritud optilist saatjat kasutatakse 1310 nm kiudoptilises võrgus ja edastuskaugus võib ulatuda 50 kilomeetrini, mis on ka kiirem kui otsemoduleeritud optilise saatja edastuskaugus. Välismoduleeritud optilised saatjad on aga kallid ja kiudoptilistes võrkudes lähiedastuseks kasutatakse harva väliselt moduleeritud optilisi saatjaid
4. Optilise saatja tehnilised näitajad
Optilise saatja tehnilised näitajad on aluseks optilise saatja valikul ning optilise saatja head tööparameetrid mõjutavad otseselt kogu kaabeltelevisiooni süsteemi häid tehnilisi näitajaid.
5. Optilise saatja valik
Kaabeltelevisiooni tehnikute jaoks on väga oluline mõista ja valdada optiliste saatjate koostist, tööpõhimõtet ja jõudlusparameetreid, sest ainult optiliste saatjate tööpõhimõtteid ja tehnilisi jõudlusnäitajaid valdades on võimalik optilisi saatjaid tõhusalt ja mõistlikult kasutada. Hea igapäevane hooldus.
Praegu on palju välis- ja kodumaiseid optiliste saatjate tootjaid. Optilisi saatjaid on rohkem tüüpe ning ka jõudlusnäitajad ja eraldiseisvad hinnad on väga erinevad. Mõistlik valik on suureks kasuks kiudoptilise võrgu kvaliteedi tagamisel ja võrgu ehitamise kulude vähendamisel. Optiliste seadmete valik on kõrge jõudluse ja hinna suhe, usaldusväärne kvaliteedi tagamise süsteem ja hea müügijärgse teeninduse garantii.
