Kā tiek izstrādāts un darbojas optiskais raidītājs
Gaismas viļņu izmantošana televīzijas signālu un datu informācijas pārraidīšanai ir jauna zinātne un tehnoloģija, kas izstrādāta 20. gadsimta beigās. Tās izskats ir ļāvis pasaulei's informācijas nozarei strauji attīstīties. Tagad optiskās šķiedras pārraides tehnoloģija attīstās tādā ātrumā, kas pārsniedz cilvēkus's iztēle. Tā optiskās pārraides ātrums ir 100 reizes lielāks nekā pirms 10 gadiem, un tiek lēsts, ka turpmākajā attīstībā tas palielināsies aptuveni 100 reizes. Nepārtraukti attīstot optisko šķiedru pārraides tehnoloģiju, optiskajā jomā var veikt multipleksēšanu, demultipleksēšanu, maršrutēšanu un komutāciju. Tīkls var izmantot milzīgos optiskās šķiedras joslas platuma resursus, lai palielinātu tīkla jaudu un realizētu vairāku pakalpojumu "caurspīdīgu" pārraidi.
Optiskā pārraides sistēma galvenokārt sastāv no optiskajiem raidītājiem, optiskajiem uztvērējiem, optiskajiem sadalītājiem, optisko šķiedru kabeļiem un citiem komponentiem.
I. Optisko signālu optiskās šķiedras pārraides pamatprincips
Optiskā pārraide ir tehnoloģija, kas pārraida optisko signālu veidā starp sūtītāju un uztvērēju. TV signālu optiskās pārraides darba process tiek veikts starp optisko raidītāju, optisko šķiedru un optisko uztvērēju; optiskais raidītājs centrālajā datortelpā pārvērš ieejas RF TV signālu optiskā signālā, kas sastāv no elektriskā/optiskā pārveidotāja ( ir pabeigts elektriskais optiskais pārveidotājs (E/O), un pārveidoto optisko signālu uztver optisko šķiedru pārraides vadotnes uztveršanas ierīce (optiskais uztvērējs), un optiskais uztvērējs no optiskās šķiedras iegūto optisko signālu pārvērš elektriskajā signālā, tāpēc optiskā pārraides signāla pamatprincips ir viss elektriskā/optiskā un optiskā/ elektriskā pārveidošana, ko sauc arī par optisko saiti.
Pašreizējā optiskās pārraides metode izmanto gaismas intensitātes modulāciju. Piemēram, uz lāzeru balstīta gaismu izstarojoša ierīce izstaro tā saukto koherento gaismu ar tādu pašu fāzi. Tāpēc tiek pieņemta modulācijas metode, kas maina kopējo gaismas intensitāti. Tas izmanto izejas optiskās jaudas lineārās izmaiņas, kas atbilst elektriskā/optiskā pārveidotāja ieejas signāla strāvas izmaiņām. raksturīga.
Optiski elektriskajā pārveidotājā (O/E) izejas strāva ir proporcionāla ieejas optiskā signāla intensitātei. Tāpēc optiskā/elektriskā pārveidotāja izejas strāvas viļņu forma ir līdzīga elektriskā/optiskā pārveidotāja ieejas strāvas viļņu formai, tādējādi sasniedzot signāla pārraides mērķi.
Tātad, kā optiskā šķiedra vada optisko signālu? Pašlaik kabeļtelevīzijas sistēmā izmantotā optiskā šķiedra ir cilindriska optiskā šķiedra, kas sastāv no optiskās šķiedras cilindra un apšuvuma un ir kvarca stikla materiāls. Apšuvumam ir nozīme, lai cieši ietvertu gaismu optiskajā šķiedrā, aizsargājot serdi un uzlabojot pašas optiskās šķiedras izturību. Šķiedras serdeņa uzdevums ir pārraidīt optiskos signālus. Lai gan gan serde, gan apšuvums ir izgatavoti no kvarca stikla materiāliem, to abu dopinga sastāvs ražošanas laikā atšķiras, kā rezultātā rodas dažādi refrakcijas koeficienti (kodols ir 1,463–1,467 un apšuvums ir 1,45–1,46). protams, ir saistīta arī ar dažādiem izmantotajiem materiāliem. Kad lāzera izstarotais gaismas avots nonāk šķiedras kodolā, kad gaisma nonāk apšuvuma saskarnē, kamēr krītošais leņķis ir lielāks par kritisko leņķi, kodolā notiks kopējais atstarojums un gaisma. neiesūksies apšuvumā. Optiskais signāls kodolā turpinās izplatīties nepārtraukti, līdz tas tiks novirzīts uz optisko uztvērēju. Šis process ir optiskā signāla pārraides pamatprincips optiskajā šķiedrā.
II. Izkropļojumi optiskajā pārraidē
Kad gaisma tiek pārraidīta optiskajā šķiedrā, radīsies arī daži kropļojumi. Izkropļojuma iemesli ir šādi:
(1) Optisko šķiedru pārraides sistēmā pusvadītāju lāzera elektriskās/optiskās konversijas raksturlielumu nelinearitātes dēļ izejas optiskais signāls neatbilst ierosmes strāvas izmaiņām, kā rezultātā rodas kropļojumi, ko sauc par modulācijas kropļojumiem. Modulācijas indeksa M vērtība nedrīkst būt pārāk liela. Nepieciešams izvēlēties optisko raidītāju ar augstu veiktspēju un spēcīgu pirmsdeformācijas apstrādes tehnoloģiju. Pirms kropļojuma apstrādes tehnoloģija izmanto mākslīgo dizainu, lai radītu iepriekšēju kropļojumu, lai uzlabotu modulācijas linearitāti, lai novērstu un samazinātu optiskās šķiedras pārraides sistēmu. CSO un CTB mērķis.
(2) Optiskajā pārraides sistēmā, tā kā virzošajam RF pastiprinātājam un uztverošajam RF pastiprinātājam ir maza izkropļojumu iespējamība, lineārā PIN fotodiode var ignorēt nelielus traucējumus, jo signāla līmenis nav pārāk augsts. Galvenais iemesls ir pusvadītāju lāzera modulācijas raksturlielumu un šķiedru dispersijas izkropļojumi.
(3) Kad lāzers modulē gaismas intensitāti, mainīsies gaismas viļņa garums un parādīsies papildu frekvences modulācija, kas paplašinās signāla frekvenci un izraisīs čirkstēšanas efektu, kas galvenokārt izpaužas kā CSO kropļojumi.
(4) Optiskās šķiedras dispersijas raksturlielumi radīs atšķirības dažādu viļņu garumu grupas aizkavē, kā rezultātā radīsies kropļojumi, ko izraisa nekonsekventi ierašanās laiki terminālī, galvenokārt CSO kropļojumi.
Optisko šķiedru pārraides sistēmā radītie kropļojumi galvenokārt ir CSO kropļojumi, un CTB kropļojumu pakāpe ir daudz mazāka nekā CSO kropļojuma pakāpe. Lai nodrošinātu sistēmas pārraides kvalitāti un sistēmas nesēja un trokšņa attiecību un kropļojumu veiktspēju saprātīgā diapazonā, veiktie pasākumi ir vispārīgi Izmantojiet CNR indikatorus, lai līdzsvarotu CSO un CTB rādītājus. Ja jūs palielināt vai samazināt CNR vērtību par 1 dB, tad CSO pasliktināsies vai uzlabosies par 1 dB, un CTB indekss pasliktināsies vai uzlabosies par 2 dB.
III. Optiskā raidītāja darbības principi
Vissvarīgākā optiskā ierīce optiskajā raidītājā ir pusvadītāju lāzers. Faktiski tā ir lāzerdiode (LD). Protams, daži neizmanto lāzerdiodes, bet izmanto pusvadītāju gaismas diodes (Light Emitting Diode, LED). no.
1310 nm optiskais raidītājs parasti izmanto tiešās modulācijas režīmu (vēstures sānjoslas amplitūdas modulācija, VSB-AM režīms). Tās funkcija ir pārveidot elektriskos signālus optiskajos signālos, ko var panākt, mainot ievadītā lāzera barošanas avotu caur ārēju ķēdi. Tā iestatītā nobīdes ķēde var nodrošināt vislabāko lāzera nobīdes barošanas avotu. Lāzeram būs atšķirīga jauda, ja novirzes strāva ir atšķirīga. Lai nodrošinātu stabilu optiskās jaudas izvadi, ir jāizstrādā automātiska optiskās jaudas un lāzera temperatūras vadības ķēde, piemēram, mikrodatoru izmantošana, lai sasniegtu vislabāko optiskā raidītāja automātiskās vadības darba stāvokli.
Lāzerus plaši izmanto kā optiskos oscilatorus (ti, gaismu izstarojošās ierīces), kas balstās uz lāzera vides materiāla un gaismas enerģijas stāvokļa mijiedarbību.
Lai lāzers darbotos, ir jābūt noteiktam strāvas daudzumam. Pastāv zināma saistība starp šīs strāvas lielumu un gaismas intensitāti. Palielinot strāvu, gaismas intensitāte strauji palielinās. Tas norāda, ka lāzers ir sācis darboties. Tas liek lāzeram darboties. Strāvu sauc par sliekšņa strāvu. Jo mazāks tas ir, jo labāk, jo tas jau ir ļāvis lāzeram darboties. Ja sliekšņa strāva turpina palielināties, tiks izveidota izejas piesātinājuma zona. Kad piesātinājuma zonas strāva sasniedz noteiktu vērtību, signāls tiks pārraidīts. Runājot par jaudu, kas nepieciešama optiskās šķiedras pārraidei, vairāku megavatu izejas jauda lineārajā reģionā var atbilst signālu un informācijas tālsatiksmes pārraides prasībām. Papildus gaismas intensitātes daudzumam gaismas caurlaidības kvalitāte ir saistīta arī ar tādām problēmām kā spektrs un troksnis.
Vairāku viļņu garumu spektrs nav piemērots augstas kvalitātes analogo signālu pārraidīšanai. Pat ja tas darbojas vienrežīmā, tā emisijas spektram ir platums. Jo šaurāks platums, jo tīrāks kļūst gaismas vilnis un laika ziņā saskaņotāks. Tie ir viegli viļņi ar labu saskaņotību. Gaismas vilnim ar labu koherenci nav vajadzīgas lēcas un citas ierīces, lai to saplūstu mazā vietā, un tas ir vairāk piemērots optisko šķiedru izplatībai.
IV. Optiskā uztvērēja darbības principi
Optiskā uztvērēja galvenā sastāvdaļa ir fotodetektors, tas ir, augstas jutības fotodiode (PIN). Fotodiode izmanto pusvadītāja fotoelektrisko efektu, lai pabeigtu optiskā signāla noteikšanu, lai optiskais signāls tiktu atjaunots RF TV signālā un pēc tam RF signāls Pēc pastiprināšanas un AGC līmeņa kontroles tiek izvadīts kvalificēts RF signāls tīkla izplatīšana.
Galvenās optisko uztvērēju tehnoloģijas ir C/N, C/CTB un C/CSO. Šos trīs tehniskos rādītājus nosaka fotoelektriskās pārveidošanas moduļa veiktspēja. Tādas pašas optiskās jaudas ievades gadījumā pārveidošanas izejas RF līmenis ir atšķirīgs. Ja fotoelektriskā moduļa konversijas efektivitāte ir augsta, tā izejas jauda Pat ja līmenis ir augsts, tā atnestais C/N vērtības indekss ir labs, un otrādi, C/N vērtības indekss kļūst sliktāks. Abus C/CSO un C/CTB tehniskos rādītājus nosaka fotoelektriskā moduļa linearitāte. Augstas kvalitātes fotoelektriskie moduļi nodrošina plašāku uztveršanas jaudas diapazonu ar tiem pašiem C/CSO un C/CTB indikatoriem.
V. Optisko ierīču attīstības perspektīvas
Nepārtraukti atjauninot optisko šķiedru pārraides tehnoloģiju platjoslas tīklos un nepārtraukti pilnveidojot daudzfunkcionālos pakalpojumus, prasības optisko ierīču un optisko šķiedru pārraides raksturlielumiem kļūst arvien augstākas. Beidzot tuvojas optisko šķiedru laikmets, kas aizstāj vara vadus. Ar informācijas laikmeta pēdām Līdz ar optiskās pārraides tehnoloģiju attīstības perspektīvas ir ļoti plašas.
Optiskā raidītāja izvēle un lietošana
Optiskais raidītājs ir optiskā kabeļa pārraides sistēmas galvenais aprīkojums. Tās funkcija ir optiski modulēt radiofrekvences kabeļa televīzijas elektriskā signāla ievadi optiskajā raidītājā, lai panāktu elektrisko un optisko pārveidi (E/O) un nosūtītu nepārtrauktus, stabilus un uzticamus optiskos signālus uz optisko kabeļu sistēmu. Šobrīd tirgū pieejamie optisko raidītāju veidi: pēc to dažādajām modulācijas metodēm tie tiek iedalīti divos veidos: tieši modulēti optiskie raidītāji un ārēji modulēti optiskie raidītāji. Tieši modulētus optiskos raidītājus galvenokārt izmanto 1310 nm optisko šķiedru sistēmās, un ārēji modulētos optiskos raidītājus galvenokārt izmanto 1550 nm optisko šķiedru sistēmās. Neatkarīgi no tā, vai tas ir tieši modulēts vai ārēji modulēts optiskais raidītājs, tā galvenā sastāvdaļa sastāv no lāzeriem.
Tieši modulējiet lāzera raidītāju
1. Sastāvs
Tiešās modulācijas optiskā raidītāja sastāvs, papildus galvenajām sastāvdaļām DFB lāzera komponentiem, ir barošanas avots, lāzera slīpuma ķēde, lāzera lēnās palaišanas ķēde, pārslodzes aizsardzības ķēde un piedziņas aizsardzības ķēde, jaudas kontroles un dzesēšanas vadības ķēde, gaisma. noteikšanas ķēde, deformācijas kompensācijas ķēde, fotodetektora (PIN) mikroshēma (optiskās jaudas noteikšanai un automātiskai jaudas kontrolei), pusvadītāju ledusskapis un termistors divvirzienu automātiskai temperatūras kontrolei (ATC) utt.
2. Darba process
Optiskā raidītāja ievades signāls ir TV radio frekvences (RF) signāls. Priekšpusē vairākus RF signālus multiplekseris sajauc vienā signālā un pēc tam nosūta uz optiskā raidītāja ieeju. Pēc pastiprināšanas ar priekšpastiprinātāju tas tiek elektroniski kontrolēts vājināšanās, kropļojumu kompensācija un automātiska jaudas līmeņa kontrole. , Un pēc tam iedarbiniet lāzera mikroshēmu, lai veiktu elektrisko/optisko modulāciju un pārveidotu elektrisko signālu optiskās modulācijas signālā. Optiskā izolatora pievienošana izvades galam var ievērojami samazināt optiskā kabeļa atstarotā gaismas viļņa ietekmi uz lāzeru. Optiskais signāls tiek nosūtīts uz optisko kabeli caur optisko kustīgo savienojumu, un optiskais signāls tiek pārraidīts uz katru optisko punktu caur optisko kabeli.
Var redzēt, ka lāzera pārraides jauda un nelineārie kropļojumi ir atkarīgi no nobīdes strāvas (IO), tāpēc optiskais raidītājs ir aprīkots ar lāzera nobīdes ķēdi un kropļojumu kompensācijas ķēdi, lai nodrošinātu nelineārā indeksa stabilitāti un pārraides izeja.
Palielinoties lāzera temperatūrai, palielināsies slieksnis, samazināsies piesātinātās izejas gaismas intensitāte un samazināsies PI līknes lineārais diapazons (tas ir, samazināsies pašdinamiskais diapazons 2). Lai nodrošinātu, ka optiskais raidītājs vienmēr darbojas normāli, ir jānodrošina, ka lāzers darbojas nemainīgā temperatūrā (parasti 25grādsC). Pusvadītāju dzesētājs un termistors, ko izmanto optiskā raidītāja divvirzienu automātiskajai temperatūras kontrolei (ATC), tiek garantēts, ka darbosies nemainīgā 25 ° C temperatūrā.grādsC.
Optiskajā raidītājā ir mikroprocesors, un mikroshēmā tiek saglabāti lāzera labākā darba stāvokļa dati. Lāzeru var iedarbināt lēni, un RF TV piedziņas strāvu var automātiski atvienot, lai aizsargātu lāzeru. Dažādos slēdžus optiskā raidītāja priekšējā panelī kontrolē mikroprocesors.
Temperatūras izmaiņas un ierīces novecošana izraisīs izmaiņas lāzera sliekšņa strāvā un fotoelektriskās konversijas efektivitātē. Ja vēlaties precīzi kontrolēt lāzera optisko izejas jaudu, jums tas jāatrisina no diviem aspektiem: viens ir kontrolēt lāzera slīpo strāvu, lai tas automātiski izsekotu slieksnim. Strāvas maiņa nodrošina, ka lāzers vienmēr darbojas vislabākajā nobīdes stāvoklī; otrs ir kontrolēt lāzera modulācijas strāvas amplitūdu, lai automātiski sekotu elektriskās un optiskās konversijas efektivitātes izmaiņām. Automātiskā jaudas kontrole pabeidz iepriekš minētos divus uzdevumus, lai nodrošinātu, ka lāzers izvada precīzu optisko jaudu.
Ārēji modulēts optiskais raidītājs
Ārēji modulētais optiskais raidītājs sastāv no ārējā modulatora, lāzera, lāzera vadības ķēdes, modulācijas vadības ķēdes, mikroprocesora, pirmsdeformācijas ķēdes, fotodetektora, RF signāla vājinātāja, pastiprinātāja, barošanas avota utt.
3. Tiešās modulācijas un ārējās modulācijas optisko raidītāju salīdzinājums
Tiešās modulācijas raidītājus galvenokārt izmanto DFB lāzeriem. DFB lāzeriem ir laba linearitāte, un tie var iegūt labākas CTB un CSO vērtībasbez iepriekšēju kropļojumu ķēžu kompensācijas. Tomēr tiešās modulācijas dēļ ir papildu frekvences modulācija, un nelineāro kropļojumu indikatoriem (īpaši CSO vērtībai) ir grūti būt ļoti augstiem.
DFB raidītājam ir stabila veiktspēja, vienkārša struktūra un zema cena, tāpēc to plaši izmanto.
Tiešās modulācijas optiskā raidītāja jauda parasti nav pārāk liela, 18nw robežās, tāpēc pārraides attālums ir ierobežots, un to parasti izmanto vietējos sadales tīklos un pilsētas līmeņa optisko kabeļu pārraides tīklos. Šāda veida optiskos raidītājus pārsvarā izmanto 1310nm optisko šķiedru tīklos, un 1310nm optiskās šķiedras vājinājums ir 0,35db/km, tātad maksimālais pārraides attālums nepārsniedz 35 kilometrus.
Ārēji modulēts optiskais raidītājs: liela izejas jauda, līdz 2×20mw vai vairāk (divas izejas), zems trokšņa līmenis un bez CSO kropļojumiem, ko izraisa papildu frekvences modulācijas un šķiedru izkliedes raksturlielumu kombinācija, kas ir līdzīga LD. Tāpēc to bieži izmanto liela mēroga vadu sistēmu tālsatiksmes pārraidei. Ārēji modulēti optiskie raidītāji parasti izmanto YAG lāzerus. Pēc tam, kad YAG lāzeri ir ārēji modulēti, linearitāte ir ļoti slikta, un, lai to kompensētu, ir jāizmanto iepriekšējas deformācijas shēmas. Mazākas dispersijas dēļ YAG optiskais raidītājs ir ļoti piemērots 1550 nm viļņa garuma optiskajai šķiedrai, ko galvenokārt izmanto 1550 nm optisko šķiedru tīklos. YAG gaisma tiek pārraidīta 1550nm optiskās šķiedras tīklā, ko var izmantot pastiprināšanai un relejam. 1550 nm optiskajai šķiedrai ir neliels vājinājums (0,25 db/km), tāpēc YAG optisko raidītāju var izmantot pārraidīšanai īpaši lielos attālumos. Ārēji modulētais optiskais raidītājs tiek izmantots 1310 nm optiskās šķiedras tīklā, un pārraides attālums var sasniegt 50 kilometrus, kas ir arī ātrāk nekā tiešās modulētā optiskā raidītāja pārraides attālums. Tomēr ārēji modulēti optiskie raidītāji ir dārgi, un optisko šķiedru tīklos īsa attāluma pārraidei reti tiek izmantoti ārēji modulēti optiskie raidītāji.
4. Optiskā raidītāja tehniskie rādītāji
Optiskā raidītāja tehniskie rādītāji ir pamats optiskā raidītāja izvēlei, un labie optiskā raidītāja darbības parametri tieši ietekmē visas kabeļtelevīzijas sistēmas labos tehniskos rādītājus.
5. Optiskā raidītāja izvēle
Kabeļtelevīzijas tehniķiem ir ļoti svarīgi izprast un apgūt optisko raidītāju sastāvu, darbības principu, darbības parametrus, jo tikai apgūstot optisko raidītāju darbības pamatprincipus un tehniskos darbības rādītājus, optiskos raidītājus var izmantot efektīvi un saprātīgi. Laba ikdienas apkope.
Pašlaik ir daudz ārvalstu un vietējo optisko raidītāju ražotāju. Ir vairāki optisko raidītāju veidi, un arī veiktspējas rādītāji un atsevišķi cenas ir ļoti atšķirīgas. Saprātīga izvēle ir liels ieguvums, lai nodrošinātu optiskās šķiedras tīkla kvalitāti un samazinātu tīkla būvniecības izmaksas. Augsta veiktspējas un cenas attiecība, uzticama kvalitātes nodrošināšanas sistēma un laba pēcpārdošanas servisa garantija ir optiskā aprīkojuma izvēle.
