Kaip kuriamas ir veikia optinis siųstuvas
Šviesos bangų naudojimas televizijos signalams ir duomenų informacijai perduoti yra naujas mokslas ir technologija, sukurta XX amžiaus pabaigoje. Jo išvaizda įgalino pasaulį's informacijos pramonė sparčiai vystosi. Dabar optinio pluošto perdavimo technologija vystosi greičiau nei žmonės's vaizduotė. Jo optinio perdavimo greitis yra 100 kartų didesnis nei prieš 10 metų, o skaičiuojama, kad ateityje jis padidės apie 100 kartų. Nuolat tobulinant optinio pluošto perdavimo technologiją, optinėje srityje galima atlikti multipleksavimą, demultipleksavimą, maršrutą ir perjungimą. Tinklas gali naudoti didžiulius optinio pluošto pralaidumo išteklius, kad padidintų tinklo pajėgumą ir įgyvendintų „skaidrų“ kelių paslaugų perdavimą.
Optinio perdavimo sistemą daugiausia sudaro optiniai siųstuvai, optiniai imtuvai, optiniai skirstytuvai, šviesolaidiniai kabeliai ir kiti komponentai.
I. Pagrindinis optinio pluošto optinių signalų perdavimo principas
Optinis perdavimas yra technologija, perduodanti optinius signalus tarp siuntėjo ir imtuvo. TV signalų optinio perdavimo darbo procesas vyksta tarp optinio siųstuvo, šviesolaidžio ir optinio imtuvo; centrinėje kompiuterių salėje esantis optinis siųstuvas įvesties RF TV signalą paverčia optiniu signalu, kurį sudaro elektrinis/optinis keitiklis ( baigiamas elektrinis optinis keitiklis (E/O), o konvertuotą optinį signalą priima optinio pluošto perdavimo kreiptuvo priėmimo įtaisas (optinis imtuvas), o optinis imtuvas paverčia optinį signalą, gautą iš optinio pluošto, į elektrinį signalą, todėl pagrindinis optinio perdavimo signalo principas yra visas elektros/optinio ir optinio/ elektros konversija, kuri dar vadinama optine grandimi.
Dabartinis optinio perdavimo metodas naudoja šviesos intensyvumo moduliavimą. Pavyzdžiui, lazeriu veikiantis šviesą skleidžiantis prietaisas skleidžia vadinamąją koherentinę šviesą su ta pačia faze. Todėl naudojamas moduliavimo metodas, kuris keičia bendrą šviesos intensyvumą. Jis naudoja tiesinį išėjimo optinės galios pokytį, atitinkantį elektros/optinio keitiklio įėjimo signalo srovės pokytį. charakteristika.
Optiniame-elektriniame keitiklyje (O/E) išėjimo srovė yra proporcinga įvesties optinio signalo intensyvumui. Todėl optinio/elektrinio keitiklio išėjimo srovės bangos forma yra panaši į elektros/optinio keitiklio įėjimo srovės bangos formą, todėl pasiekiamas signalo perdavimo tikslas.
Taigi, kaip optinis pluoštas nukreipia optinį signalą? Šiuo metu kabelinės televizijos sistemoje naudojamas optinis pluoštas yra cilindrinis optinis pluoštas, sudarytas iš optinio pluošto cilindro ir apvalkalo ir yra kvarcinio stiklo medžiaga. Apvalkalas vaidina glaudžiai apgaubtą šviesą optiniame pluošte, apsaugodamas šerdį ir padidindamas paties optinio pluošto stiprumą. Pluošto šerdies vaidmuo yra perduoti optinius signalus. Nors ir šerdis, ir apvalkalas yra pagaminti iš kvarcinio stiklo medžiagų, gamybos metu jų dopingo sudėtis skiriasi, todėl skiriasi lūžio rodikliai (šerdis yra 1,463–1,467, o apvalkalas – 1,45–1,46). Žinoma, tai taip pat yra susijusi su įvairiomis naudojamomis medžiagomis. Kai lazerio skleidžiamas šviesos šaltinis patenka į pluošto šerdį, kai šviesa patenka į apvalkalo sąsają, kol kritimo kampas yra didesnis už kritinį kampą, šerdyje atsispindės visas atspindys, o šviesa nepratekės į apkalą. Optinis signalas šerdyje sklis nepertraukiamai, kol bus nukreiptas į optinį imtuvą. Šis procesas yra pagrindinis optinio signalo perdavimo optiniame pluošte principas.
II. Optinio perdavimo iškraipymas
Kai šviesa perduodama optiniu pluoštu, taip pat atsiranda tam tikrų iškraipymų. Iškraipymo priežastys yra šios:
(1) Optinio pluošto perdavimo sistemoje dėl puslaidininkinio lazerio elektrinių / optinių konversijos charakteristikų netiesiškumo išėjimo optinis signalas nesuderinamas su sužadinimo srovės pokyčiu, todėl atsiranda iškraipymas, vadinamas moduliacijos iškraipymu. Moduliacijos indekso M reikšmė negali būti per didelė. Būtina pasirinkti optinį siųstuvą su dideliu našumu ir stipria išankstinio iškraipymo apdorojimo technologija. Apdorojimo iki iškraipymo technologija naudoja dirbtinį dizainą, kad būtų sukurtas išankstinis iškraipymas, kad būtų pagerintas moduliacijos tiesiškumas, kad būtų pašalinta ir sumažinta optinio pluošto perdavimo sistema. CSO ir CTB tikslas.
(2) Optinio perdavimo sistemoje, kadangi varomasis RF stiprintuvas ir priimantis RF stiprintuvas turi mažai iškraipymo galimybių, linijinis PIN fotodiodas gali nepaisyti nedidelio iškraipymo, nes signalo lygis nėra per aukštas. Pagrindinė priežastis yra puslaidininkinio lazerio moduliavimo charakteristikų iškraipymas ir skaidulų dispersija.
(3) Kai lazeris moduliuoja šviesos intensyvumą, pasikeis šviesos bangos ilgis ir atsiras papildoma dažnio moduliacija, kuri padidins signalo dažnį ir sukels čirpimo efektą, kuris daugiausia pasireiškia kaip CSO iškraipymas.
(4) Optinio pluošto sklaidos charakteristikos sukels skirtingų bangos ilgių grupės vėlavimo skirtumus, todėl iškraipymai atsiranda dėl nenuoseklaus atvykimo į terminalą laiko, daugiausia dėl CSO iškraipymo.
Iškraipymas, atsirandantis optinio pluošto perdavimo sistemoje, daugiausia yra CSO iškraipymas, o CTB iškraipymo laipsnis yra daug mažesnis nei CSO iškraipymas. Siekiant užtikrinti sistemos perdavimo kokybę ir užtikrinti, kad sistemos nešlio ir triukšmo santykis bei iškraipymo charakteristikos būtų priimtinos ribos, imamasi bendrųjų priemonių. Naudokite CNR rodiklius CSO ir CTB rodikliams subalansuoti. Jei padidinsite arba sumažinsite CNR reikšmę 1 dB, CSO pablogės arba pagerės 1 dB, o CTB indeksas pablogės arba pagerės 2 dB.
III. Optinio siųstuvo veikimo principai
Svarbiausias optinis įtaisas optiniame siųstuve yra puslaidininkinis lazeris. Tiesą sakant, tai yra lazerinis diodas (LD). Žinoma, kai kurie nenaudoja lazerinių diodų, o naudoja puslaidininkinius šviesos diodus (Light Emitting Diode, LED). iš.
1310 nm optinis siųstuvas paprastai naudoja tiesioginio moduliavimo režimą (ribinė šoninės juostos amplitudės moduliacija, VSB-AM režimas). Jo funkcija yra paversti elektrinius signalus į optinius signalus, o tai galima pasiekti keičiant įšvirkšto lazerio maitinimo šaltinį per išorinę grandinę. Jo nustatyta poslinkio grandinė gali užtikrinti geriausią lazerio poslinkio maitinimo šaltinį. Lazeris turės skirtingą galią, kai poslinkio srovė skiriasi. Siekiant užtikrinti stabilų optinės galios išvestį, turėtų būti suprojektuota automatinė optinės galios ir lazerio temperatūros valdymo grandinė, pavyzdžiui, naudojant mikrokompiuterius, kad būtų pasiekta geriausia optinio siųstuvo automatinio valdymo būsena.
Lazeriai plačiai naudojami kaip optiniai osciliatoriai (ty šviesą skleidžiantys įtaisai), kurie priklauso nuo lazerinės terpės medžiagos ir šviesos energijos būsenos sąveikos.
Kad lazeris veiktų, turi būti tam tikra srovė. Tarp šios srovės dydžio ir šviesos intensyvumo yra tam tikras ryšys. Padidinus srovę, šviesos intensyvumas smarkiai padidėja. Tai rodo, kad lazeris pradėjo veikti. Dėl to lazeris veikia. Srovė vadinama slenkstine srove. Kuo jis mažesnis, tuo geriau, nes jis jau įgalino lazerį veikti. Jei slenkstinė srovė ir toliau didėja, susidaro išėjimo soties zona. Kai prisotinimo zonos srovė pasiekia tam tikrą vertę, signalas bus perduodamas. Kalbant apie optinio pluošto perdavimui reikalingą galią, kelių megavatų išėjimo galia linijinėje srityje gali atitikti signalų ir informacijos tolimojo perdavimo reikalavimus. Be šviesos intensyvumo, šviesos perdavimo kokybė taip pat yra susijusi su tokiomis problemomis kaip spektras ir triukšmas.
Kelių bangų ilgio spektras netinka aukštos kokybės analoginiams signalams perduoti. Net jei jis veikia vienu režimu, jo emisijos spektras turi platų. Kuo siauresnis plotis, tuo šviesesnė banga tampa grynesnė ir tuo ji tampa nuoseklesnė. Tai yra geros darnos šviesos bangos. Šviesos bangai, turinčiai gerą koherentiškumą, nereikia lęšių ir kitų prietaisų, kad ji suartėtų į mažą dėmę, o ji labiau tinka optinių skaidulų sklidimui.
IV. Optinio imtuvo veikimo principai
Pagrindinis optinio imtuvo komponentas yra fotodetektorius, tai yra didelio jautrumo fotodiodas (PIN). Fotodiodas naudoja puslaidininkio fotoelektrinį efektą, kad užbaigtų optinio signalo aptikimą, kad optinis signalas būtų atkurtas į RF TV signalą, o tada RF signalas Po stiprinimo ir AGC lygio valdymo išvedamas kvalifikuotas RF signalas. tinklo paskirstymas.
Pagrindinės optinių imtuvų technologijos yra C/N, C/CTB ir C/CSO. Visus šiuos tris techninius rodiklius lemia fotoelektrinio konversijos modulio veikimas. Tos pačios optinės galios įvesties atveju konvertavimo išėjimo RF lygis skiriasi. Kai fotoelektrinio modulio konversijos efektyvumas yra didelis, jo išėjimo galia Net jei lygis yra aukštas, jo atneštas C/N vertės indeksas yra geras, ir atvirkščiai, C/N vertės indeksas blogėja. Du techniniai C/CSO ir C/CTB rodikliai nustatomi pagal fotoelektrinio modulio tiesiškumą. Aukštos kokybės fotoelektriniai moduliai leidžia gauti platesnį priėmimo galios diapazoną tais pačiais C/CSO ir C/CTB indikatoriais.
V. Optinių prietaisų plėtros perspektyvos
Nuolat atnaujinant šviesolaidžio perdavimo plačiajuosčio ryšio tinkluose technologijas ir nuolat tobulėjant daugiafunkcinėms paslaugoms, reikalavimai optinių įrenginių ir šviesolaidžių perdavimo charakteristikoms tampa vis aukštesni. Pagaliau ateina optinių skaidulų, pakeičiančių varinius laidus, era. Informacijos amžiaus pėdsakais Atėjus optinio perdavimo technologijų plėtros perspektyvos yra labai plačios.
Optinio siųstuvo pasirinkimas ir naudojimas
Optinis siųstuvas yra pagrindinė optinio kabelio perdavimo sistemos įranga. Jo funkcija yra optiškai moduliuoti radijo dažnio kabelinės televizijos elektros signalo įvestį į optinį siųstuvą, kad būtų pasiekta elektros ir optinė konversija (E/O), ir siųsti nuolatinius, stabilius ir patikimus optinius signalus į optinio kabelio sistemą. Šiuo metu rinkoje esantys optinių siųstuvų tipai: pagal skirtingus moduliavimo būdus jie skirstomi į du tipus: tiesiogiai moduliuojamus optinius siųstuvus ir išoriškai moduliuotus optinius siųstuvus. Tiesiogiai moduliuojami optiniai siųstuvai dažniausiai naudojami 1310nm šviesolaidžio sistemose, o išoriškai moduliuojami optiniai siųstuvai – 1550nm šviesolaidžių sistemose. Nepriklausomai nuo to, ar tai yra tiesiogiai moduliuojamas, ar išoriškai moduliuotas optinis siųstuvas, jo pagrindinį komponentą sudaro lazeriai.
Tiesiogiai moduliuokite lazerinį siųstuvą
1. Sudėtis
Tiesioginės moduliacijos optinio siųstuvo sudėtis, be pagrindinių komponentų DFB lazerinių komponentų, yra maitinimo šaltinis, lazerio poslinkio grandinė, lazerio lėto paleidimo grandinė, apsaugos nuo perkrovos grandinė ir pavaros apsaugos grandinė, galios valdymo ir aušinimo valdymo grandinė, šviesa. aptikimo grandinė, iškraipymo kompensavimo grandinė, fotodetektoriaus (PIN) lustas (optinės galios aptikimui ir automatiniam galios valdymui), puslaidininkinis šaldytuvas ir termistorius dvipusiam automatiniam temperatūros valdymui (ATC) ir kt.
2. Darbo procesas
Optinio siųstuvo įvesties signalas yra TV radijo dažnio (RF) signalas. Priekinėje dalyje keli RF signalai sumaišomi į vieną signalą multiplekseriu ir siunčiami į optinio siųstuvo įvestį. Sustiprinus pirminiu stiprintuvu, jis yra elektroniniu būdu valdomas slopinimas, iškraipymo kompensavimas ir automatinis galios lygio valdymas. , Tada valdykite lazerio lustą, kad atliktumėte elektrinį / optinį moduliavimą, ir konvertuokite elektrinį signalą į optinio moduliavimo signalą. Pridėjus optinį izoliatorių prie išvesties galo, galima labai sumažinti optinio kabelio atspindėtos šviesos bangos įtaką lazeriui. Optinis signalas siunčiamas į optinį kabelį per optinę judamąją jungtį, o optinis signalas perduodamas į kiekvieną optinį tašką per optinį kabelį.
Matyti, kad lazerio perdavimo galia ir netiesinis iškraipymas priklauso nuo poslinkio srovės (IO), todėl optinis siųstuvas turi lazerio poslinkio grandinę ir iškraipymo kompensavimo grandinę, užtikrinančią netiesinio indekso stabilumą ir perdavimo išvestis.
Kai lazerio temperatūra padidės, slenkstis padidės, prisotintos išėjimo šviesos intensyvumas sumažės, o PI kreivės tiesinis diapazonas sumažės (tai yra, sumažės 2 savidinaminis diapazonas). Siekiant užtikrinti, kad optinis siųstuvas visada veiktų normaliai, būtina užtikrinti, kad lazeris veiktų pastovioje temperatūroje (paprastai 25laipsnįC). Puslaidininkinis aušintuvas ir termistorius, naudojami optinio siųstuvo dvipusiam automatiniam temperatūros valdymui (ATC), garantuoja, kad dirbs esant pastoviai 25 °C temperatūrai.laipsnįC.
Optiniame siųstuve yra mikroprocesorius, o mikroschemoje saugomi geriausi lazerio darbinės būklės duomenys. Lazeris gali būti paleidžiamas lėtai, o RF TV pavaros srovė gali būti automatiškai atjungta, kad būtų apsaugotas lazeris. Įvairūs optinio siųstuvo priekinio skydelio jungikliai valdomi mikroprocesoriumi.
Temperatūros pokyčiai ir įrenginio senėjimas sukels lazerio slenkstinės srovės ir fotoelektrinės konversijos efektyvumo pokyčius. Jei norite tiksliai valdyti lazerio optinę išėjimo galią, turėtumėte tai išspręsti dviem aspektais: vienas yra valdyti lazerio poslinkio srovę, kad jis automatiškai sektų slenkstį. Srovės pokytis užtikrina, kad lazeris visada veiktų geriausio poslinkio būsenoje; antrasis yra valdyti lazerio moduliacijos srovės amplitudę, kad būtų galima automatiškai sekti elektrinio ir optinio konversijos efektyvumo pokyčius. Automatinis galios valdymas atlieka pirmiau minėtas dvi užduotis, kad užtikrintų, jog lazeris išveda tikslią optinę galią.
Išoriškai moduliuotas optinis siųstuvas
Išoriškai moduliuojamas optinis siųstuvas susideda iš išorinio moduliatoriaus, lazerio, lazerio valdymo grandinės, moduliacijos valdymo grandinės, mikroprocesoriaus, išankstinio iškraipymo grandinės, fotodetektoriaus, RF signalo slopintuvo, stiprintuvo, maitinimo šaltinio ir kt.
3. Tiesioginės moduliacijos ir išorinės moduliacijos optinių siųstuvų palyginimas
Tiesioginės moduliacijos siųstuvai dažniausiai naudojami DFB lazeriams. DFB lazeriai turi gerą tiesiškumą ir gali gauti geresnes CTB ir CSO vertesbe išankstinio iškraipymo grandinių kompensavimo. Tačiau dėl tiesioginės moduliacijos yra papildoma dažnio moduliacija, o netiesinių iškraipymų rodiklius (ypač CSO vertės) sunku būti labai aukštais.
DFB siųstuvas turi stabilų veikimą, paprastą struktūrą ir mažą kainą, todėl yra plačiai naudojamas.
Tiesioginio moduliavimo optinio siųstuvo galia paprastai nėra per didelė, 18 nw, todėl perdavimo atstumas yra ribotas ir paprastai naudojamas vietiniuose skirstomuosiuose tinkluose ir miestelio lygmens optinio kabelio perdavimo tinkluose. Šio tipo optiniai siųstuvai dažniausiai naudojami 1310nm šviesolaidžio tinkluose, o 1310nm šviesolaidžio slopinimas yra 0,35db/km, todėl maksimalus perdavimo atstumas neviršija 35 kilometrų.
Išoriškai moduliuotas optinis siųstuvas: didelė išėjimo galia, iki 2×20mw ar daugiau (du išėjimai), mažas triukšmas ir nėra cso iškraipymų, atsirandančių dėl papildomo dažnio moduliavimo ir skaidulų sklaidos charakteristikų, panašių į LD. Todėl jis dažnai naudojamas didelės apimties laidinių sistemų perdavimui dideliais atstumais. Išoriškai moduliuojami optiniai siųstuvai paprastai naudoja YAG lazerius. Po to, kai YAG lazeriai yra moduliuojami išoriškai, tiesiškumas yra labai prastas, todėl kompensuoti reikia naudoti išankstinio iškraipymo grandines. Dėl mažesnės dispersijos YAG optinis siųstuvas labai tinka 1550 nm bangos ilgio optiniam pluoštui, dažniausiai naudojamas 1550 nm optinio pluošto tinkluose. YAG šviesa perduodama 1550 nm optinio pluošto tinkle, kuris gali būti naudojamas stiprinimui ir relei. 1550 nm optinis pluoštas turi nedidelį slopinimą (0,25 db/km), todėl YAG optinis siųstuvas gali būti naudojamas perdavimui itin dideliu atstumu. Išoriškai moduliuotas optinis siųstuvas naudojamas 1310 nm optinio pluošto tinkle, o perdavimo atstumas gali siekti 50 kilometrų, o tai taip pat yra greičiau nei tiesioginio moduliuoto optinio siųstuvo perdavimo atstumas. Tačiau išoriškai moduliuojami optiniai siųstuvai yra brangūs, o šviesolaidžių tinkluose, skirtuose trumpo nuotolio perdavimui, retai naudojami išoriškai moduliuoti optiniai siųstuvai.
4. Optinio siųstuvo techniniai rodikliai
Optinio siųstuvo techniniai rodikliai yra pagrindas renkantis optinį siųstuvą, o geri optinio siųstuvo veikimo parametrai tiesiogiai veikia gerus visos kabelinės televizijos sistemos techninius rodiklius.
5. Optinio siųstuvo pasirinkimas
Kabelinės televizijos technikai labai svarbu suprasti ir įsisavinti optinių siųstuvų sudėtį, darbo principą, veikimo parametrus, nes tik įsisavinus pagrindinius optinių siųstuvų darbo principus ir techninius veikimo rodiklius, optinius siųstuvus galima naudoti efektyviai ir pagrįstai. Gera kasdienė priežiūra.
Šiuo metu yra daug užsienio ir vietinių optinių siųstuvų gamintojų. Yra ir daugiau optinių siųstuvų tipų, labai skiriasi ir veikimo rodikliai bei atskiros kainos. Protingas pasirinkimas yra labai naudingas šviesolaidžio tinklo kokybei užtikrinti ir tinklo statybos sąnaudoms sumažinti. Aukštas našumo ir kainos santykis, patikima kokybės užtikrinimo sistema ir gera garantinio aptarnavimo garantija yra optinės įrangos pasirinkimas.
