Как е разработен и работи оптичният предавател
Използването на светлинни вълни за предаване на телевизионни сигнали и информация за данни е нова наука и технология, разработена в края на 20 век. Появата му даде възможност на света'информационната индустрия да се развива бързо. Сега технологията за предаване на оптични влакна се развива със скорост, надхвърляща хората'въображението. Неговата оптична скорост на предаване е 100 пъти по-висока от преди 10 години и се изчислява, че ще се увеличи с около 100 пъти в бъдещо развитие. С непрекъснатото развитие на технологията за предаване на оптични влакна, мултиплексирането, демултиплексирането, маршрутизирането и превключването могат да се извършват в оптичния домейн. Мрежата може да използва огромните ресурси на честотната лента на оптичното влакно, за да увеличи капацитета на мрежата и да реализира „прозрачното“ предаване на множество услуги.
Оптичната преносна система се състои главно от оптични предаватели, оптични приемници, оптични сплитери, оптични кабели и други компоненти.
I. Основен принцип на предаване на оптични сигнали по оптични влакна
Оптичното предаване е технология, която предава под формата на оптични сигнали между изпращача и получателя. Работният процес на оптично предаване на телевизионни сигнали се осъществява между оптичния предавател, оптичното влакно и оптичния приемник; оптичният предавател в централната компютърна зала преобразува входния радиочестотен телевизионен сигнал в оптичен сигнал, който се състои от електрически/оптичен преобразувател (електрически оптичен преобразувател (E/O) е завършен и преобразувания оптичен сигнал се получава от оптичното предавателно устройство за предаване (оптичен приемник), а оптичният приемник преобразува оптичния сигнал, получен от оптичното влакно, в електрически сигнал е целият процес на електрическо/оптично и оптично/електрическо преобразуване, което също се нарича оптична връзка.
Настоящият оптичен метод на предаване използва модулация на интензитета на светлината. Например лазерно базирано светоизлъчващо устройство излъчва така наречената кохерентна светлина със същата фаза. Следователно се приема метод на модулация, който променя общия интензитет на светлината. Той използва линейната промяна на изходната оптична мощност, съответстваща на промяната на тока на входния сигнал на електрическия/оптичния преобразувател. характеристика.
В оптично-електрическия преобразувател (O/E) изходният ток е пропорционален на интензитета на входния оптичен сигнал. Следователно формата на вълната на изходния ток на оптичния/електрическия преобразувател е подобна на формата на вълната на входния ток на електрическия/оптичния преобразувател, постигайки целта за предаване на сигнала.
И така, как оптичното влакно направлява оптичния сигнал? Понастоящем оптичното влакно, използвано в системата за кабелна телевизия, е цилиндрично оптично влакно, което се състои от цилиндър от оптично влакно и облицовка и е материал от кварцово стъкло. Обвивката играе ролята на плътно затваряне на светлината в оптичното влакно, защита на сърцевината и повишаване на здравината на самото оптично влакно. Ролята на сърцевината на влакното е да предава оптични сигнали. Въпреки че както сърцевината, така и обвивката са направени от материали от кварцово стъкло, има разлики в състава на допинга на двете по време на производството, което води до различни индекси на пречупване (ядрото е 1,463~ 1,467, а обвивката е 1,45~1,46), разбира се, също е свързано с различните използвани материали. Когато източникът на светлина, излъчван от лазера, навлезе в сърцевината на влакното, когато светлината навлезе в интерфейса на облицовката, стига ъгълът на падане да е по-голям от критичния ъгъл, пълното отражение ще настъпи в сърцевината и светлината няма да изтече в облицовката. Оптичният сигнал в ядрото ще продължи да се разпространява без прекъсване, докато не бъде насочен към оптичния приемник. Този процес е основният принцип на предаване на оптичен сигнал в оптично влакно.
II. Изкривяване при оптично предаване
Когато светлината се предава в оптично влакно, ще възникне известно изкривяване. Причините за изкривяването са следните:
(1) В системата за предаване на оптични влакна, поради нелинейността на характеристиките на електрическо/оптично преобразуване на полупроводниковия лазер, изходният оптичен сигнал е несъвместим с промяната на тока на възбуждане, което води до изкривяване, което се нарича модулационно изкривяване. Не се допуска стойността на индекса на модулация M да бъде твърде голяма. Необходимо е да изберете оптичен предавател с висока производителност и силна технология за обработка на предварително изкривяване. Технологията за обработка на предварително изкривяване използва изкуствен дизайн за генериране на предварително изкривяване за подобряване на линейността на модулацията, така че да елиминира и намали системата за предаване на оптични влакна. Целта на CSO и CTB.
(2) В оптичната система за предаване, тъй като управляващият RF усилвател и приемащият RF усилвател имат малък шанс за изкривяване, линейният PIN фотодиод може да игнорира лекото изкривяване, тъй като нивото на сигнала не е твърде високо. Основната причина е изкривяването на модулационните характеристики на полупроводниковия лазер и дисперсията на влакната.
(3) Когато лазерът модулира интензитета на светлината, дължината на вълната на светлината ще се промени и ще се появи допълнителна честотна модулация, която ще разшири честотата на сигнала и ще предизвика ефект на чуруликане, което се проявява главно като CSO изкривяване.
(4) Дисперсионните характеристики на оптичното влакно ще причинят разлики в груповото забавяне на различни дължини на вълната, което ще доведе до изкривяване, причинено от непоследователни времена на пристигане в терминала, главно изкривяване на CSO.
Изкривяването, произведено в системата за предаване на оптични влакна, е главно CSO изкривяване, а степента на CTB изкривяване е много по-малка от CSO изкривяването. За да се осигури качеството на предаване на системата и да се направи съотношението носеща към шума на системата и ефективността на изкривяването в рамките на разумен диапазон, предприетите мерки са общи. Използвайте CNR индикатори, за да балансирате CSO и CTB индикатори. Ако увеличите или намалите стойността на CNR с 1dB, тогава CSO ще се влоши или подобри с 1dB, а индексът CTB ще се влоши или подобри с 2dB.
III. Принцип на работа на оптичния предавател
Най-важното оптично устройство в оптичния предавател е полупроводниковият лазер. Всъщност това е лазерен диод (LD). Разбира се, някои не използват лазерни диоди, а използват полупроводникови диоди, излъчващи светлина (Light Emitting Diode, LED). на.
1310nm оптичен предавател обикновено приема режим на директна модулация (модулация на остатъчна амплитуда на страничната лента, режим VSB-AM). Неговата функция е да преобразува електрически сигнали в оптични сигнали, което може да се постигне чрез промяна на захранването на инжектирания лазер чрез външна верига. Веригата на отклонение, която задава, може да осигури най-доброто захранване на отклонение за лазера. Лазерът ще има различна изходна мощност, когато токът на отклонение е различен. За да се осигури стабилен изход на оптична мощност, трябва да се проектира автоматична контролна верига за оптична мощност и лазерна температура, като например използването на микрокомпютри за постигане на най-доброто работно състояние на автоматичното управление на оптичния предавател.
Лазерите се използват широко като оптични осцилатори (т.е. устройства, излъчващи светлина), които разчитат на взаимодействието между енергийното състояние на материала на лазерната среда и светлината.
За да работи лазерът, трябва да има определен ток. Съществува известна зависимост между големината на този ток и интензитета на светлината. Когато токът се увеличи, интензитетът на светлината се увеличава рязко. Това показва, че лазерът е започнал да работи. Това кара лазера да работи. Токът се нарича прагов ток. Колкото по-малък е, толкова по-добре, защото вече е позволил на лазера да работи. Ако праговият ток продължи да се увеличава, ще се образува зона на насищане на изхода. Когато токът на зоната на насищане достигне определена стойност, сигналът ще бъде предаден. По отношение на мощността, необходима за предаване на оптични влакна, изходната мощност от няколко мегавата в линейния регион може да отговори на изискванията за предаване на сигнали и информация на дълги разстояния. В допълнение към количеството интензитет на светлината, качеството на предаване на светлината също е свързано с проблеми като спектър и шум.
Многовълновият спектър не е подходящ за предаване на висококачествени аналогови сигнали. Дори и да работи в единичен режим, неговият емисионен спектър има ширина. Колкото по-тясна е ширината, толкова по-чиста става светлинната вълна и толкова по-кохерентна във времето. Това са светлинни вълни с добра кохерентност. Светлинната вълна с добра кохерентност не се нуждае от лещи и други устройства, които да я събират в малко петно, и е по-подходяща за падане на оптични влакна.
IV. Принцип на работа на оптичния приемник
Основният компонент на оптичния приемник е фотодетекторът, т.е. високочувствителният фотодиод (PIN). Фотодиодът използва фотоелектричния ефект на полупроводника, за да завърши откриването на оптичния сигнал, така че оптичният сигнал да бъде възстановен до RF TV сигнала и след това RF сигнала. След усилване и контрол на нивото на AGC, квалифицираният RF сигнал се извежда за разпределение на мрежата.
Основните технологии на оптичните приемници са C/N, C/CTB и C/CSO. Всички тези три технически показателя се определят от работата на модула за фотоелектрическо преобразуване. В случай на една и съща входна оптична мощност, RF нивото на изхода за преобразуване е различно. Когато ефективността на преобразуване на фотоелектрическия модул е висока, неговата изходна мощност Дори ако нивото е високо, индексът на C/N стойност, донесен от него, е добър и обратното, индексът на C/N стойност се влошава. Двата технически показателя C/CSO и C/CTB се определят от линейността на фотоелектрическия модул. Висококачествените фотоелектрически модули позволяват по-широк обхват на приемната мощност при същите показатели C/CSO и C/CTB.
V. Перспективи за развитие на оптични устройства
С непрекъснатото актуализиране на технологията за предаване на оптични влакна в широколентовите мрежи и непрекъснатото подобряване на многофункционалните услуги, изискванията за предавателните характеристики на оптичните устройства и оптичните влакна стават все по-високи. Ерата на оптичните влакна, заместващи медните проводници, най-накрая идва. По стъпките на информационната ера С настъпването перспективите за развитие на технологията за оптично предаване са много широки.
Избор и използване на оптичен предавател
Оптичният предавател е основното оборудване на системата за оптичен кабел за предаване. Неговата функция е оптично да модулира входящия електрически сигнал за радиочестотна кабелна телевизия към оптичния предавател, за да постигне електрическо и оптично преобразуване (E/O) и да изпраща непрекъснати, стабилни и надеждни оптични сигнали към оптичната кабелна система. Типовете оптични предаватели, които в момента се предлагат на пазара: според техните различни методи на модулация, те се разделят на два вида: директно модулирани оптични предаватели и външно модулирани оптични предаватели. Директно модулираните оптични предаватели се използват най-вече в 1310nm системи с оптични влакна, а външно модулираните оптични предаватели се използват най-вече в 1550nm системи с оптични влакна. Независимо дали е директно модулиран или външно модулиран оптичен предавател, неговият основен компонент се състои от лазери.
Директно модулирайте лазерния предавател
1. Състав
Съставът на оптичния предавател с директна модулация, в допълнение към основния компонент DFB лазерни компоненти, има захранване, верига за лазерно отклонение, верига за бавен старт на лазера, верига за защита от претоварване и верига за защита на задвижването, контрол на захранването и верига за управление на охлаждането, светлина верига за откриване, схема за компенсиране на изкривяването, фотодетектор (PIN) чип (за откриване на оптична мощност и автоматично управление на мощността), полупроводников хладилник и термистор за двупосочен автоматичен контрол на температурата (ATC) и др.
2. Работен процес
Входният сигнал на оптичния предавател е телевизионният радиочестотен (RF) сигнал. В предния край множество RF сигнали се смесват в един сигнал от мултиплексор и след това се изпращат към входа на оптичния предавател. След като бъде усилен от предусилвател, той е електронно контролирано затихване, компенсация на изкривяването и автоматичен контрол на нивото на мощност. , И след това задвижете лазерния чип, за да извърши електрическа/оптична модулация и да преобразува електрическия сигнал в сигнал за оптична модулация. Добавянето на оптичен изолатор към изходния край може значително да намали влиянието на отразената светлинна вълна от оптичния кабел върху лазера. Оптичният сигнал се изпраща към оптичния кабел през оптичното подвижно съединение и оптичният сигнал се предава към всяка оптична точка през оптичния кабел.
Може да се види, че предавателната мощност и нелинейното изкривяване на лазера зависят от тока на отклонение (IO), така че оптичният предавател е оборудван с верига на отклонение и верига за компенсиране на изкривяването на лазера, за да се гарантира стабилността на нелинейния индекс и предавателен изход.
Когато температурата на лазера се повиши, прагът ще се повиши, интензитетът на наситената изходна светлина ще намалее и линейният обхват на PI кривата ще намалее (т.е. 2 самодинамичният обхват ще намалее). За да се гарантира, че оптичният предавател винаги работи нормално, трябва да се гарантира, че лазерът работи при постоянна температура (обикновено 25степенВ). Полупроводниковият охладител и термисторът, използвани за двупосочно автоматично регулиране на температурата (ATC) на оптичния предавател, гарантирано работят при постоянна температура от 25степенC.
В оптичния предавател има микропроцесор, а данните за най-доброто работно състояние на лазера се съхраняват в чипа. Лазерът може да се стартира бавно и захранващият ток на RF TV може да бъде автоматично изключен, за да защити лазера. Различните превключватели на предния панел на оптичния предавател се управляват от микропроцесор.
Температурните промени и стареенето на устройството ще доведат до промени в лазерния прагов ток и ефективността на фотоелектричното преобразуване. Ако искате точно да контролирате оптичната изходна мощност на лазера, трябва да го решите от два аспекта: единият е да контролирате тока на отклонение на лазера, така че той автоматично да проследява прага. Промяната на тока гарантира, че лазерът винаги работи в най-доброто състояние на отклонение; второто е да контролира амплитудата на лазерния модулационен ток, за да следва автоматично промяната на ефективността на електрическо и оптично преобразуване. Автоматичният контрол на мощността изпълнява горните две задачи, за да гарантира, че лазерът извежда точна оптична мощност.
Външно модулиран оптичен предавател
Външно модулираният оптичен предавател се състои от външен модулатор, лазер, верига за лазерно управление, верига за управление на модулация, микропроцесор, верига за предварително изкривяване, фотодетектор, атенюатор на радиочестотен сигнал, усилвател, захранване и др.
3. Сравнение на оптични предаватели с директна и външна модулация
Предавателите с директна модулация се използват най-вече за DFB лазери. DFB лазерите имат добра линейност и могат да получат по-добри CTB и CSO стойностибез компенсация на веригите преди изкривяване. Въпреки това, поради директната модулация, има допълнителна честотна модулация и индикаторите за нелинейно изкривяване (особено стойността на CSO) е трудно да бъдат много високи.
DFB предавателят има стабилна производителност, проста структура и ниска цена, така че е широко използван.
Мощността на оптичния предавател с директна модулация обикновено не е твърде голяма, в рамките на 18nw, следователно разстоянието на предаване е ограничено и обикновено се използва в локални разпределителни мрежи и оптични кабелни преносни мрежи на ниво град. Този тип оптичен предавател се използва най-вече в мрежи с оптични влакна 1310nm, а затихването на оптични влакна 1310nm е 0,35db/km, така че максималното разстояние на предаване не надвишава 35 километра.
Външно модулиран оптичен предавател: висока изходна мощност, до 2×20mw или повече (два изхода), нисък шум и липса на cso изкривяване, причинено от комбинацията от допълнителна честотна модулация и характеристики на дисперсия на влакна, подобни на LD. Поради това често се използва при предаване на дълги разстояния на големи кабелни системи. Външно модулираните оптични предаватели обикновено използват YAG лазери. След като YAG лазерите са външно модулирани, линейността е много лоша и за компенсиране трябва да се използват вериги с предварително изкривяване. Поради по-малката си дисперсия, оптичният предавател YAG е много подходящ за оптични влакна с дължина на вълната 1550nm, използвани най-вече в мрежи от оптични влакна 1550nm. YAG светлината се предава в мрежата от оптични влакна 1550nm, която може да се използва за усилване и препредаване. 1550nm оптично влакно има малко затихване (0,25db/km), така че YAG оптичният предавател може да се използва за предаване на свръхдалечни разстояния. Външно модулираният оптичен предавател се използва в 1310nm мрежа от оптични влакна и разстоянието на предаване може да достигне 50 километра, което също е по-бързо от разстоянието на предаване на директно модулирания оптичен предавател. Въпреки това, външно модулираните оптични предаватели са скъпи и мрежите с оптични влакна за предаване на къси разстояния рядко използват външно модулирани оптични предаватели
4. Техническите показатели на оптичния предавател
Техническите показатели на оптичния предавател са в основата на избора на оптичния предавател, а добрите експлоатационни параметри на оптичния предавател пряко влияят върху добрите технически показатели на цялата система за кабелна телевизия.
5. Избор на оптичен предавател
Много е важно за техниците на кабелна телевизия да разберат и овладеят състава, принципа на работа и параметрите на работа на оптичните предаватели, тъй като само чрез усвояване на основните принципи на работа и техническите показатели за ефективност на оптичните предаватели, оптичните предаватели могат да се използват ефективно и разумно. Добра ежедневна поддръжка.
В момента има много чуждестранни и местни производители на оптични предаватели. Има повече видове оптични предаватели, като показателите за ефективност и самостоятелните цени също са много различни. Разумният избор е от голяма полза за осигуряване на качеството на мрежата от оптични влакна и намаляване на разходите за изграждане на мрежата. Високо съотношение на производителност и цена, надеждна система за осигуряване на качеството и добра гаранция за следпродажбено обслужване са изборът на оптично оборудване
