Kako je optički odašiljač razvijen i radi
Korištenje svjetlosnih valova za prijenos televizijskih signala i podataka nova je znanost i tehnologija razvijena krajem 20. stoljeća. Njegova pojava omogućila je svijet'Informatička industrija će se brzo razvijati. Sada se tehnologija prijenosa optičkih vlakana razvija brzinom većom od ljudi's maštom. Njegova brzina optičkog prijenosa je 100 puta veća nego prije 10 godina, a procjenjuje se da će se u budućem razvoju povećati za oko 100 puta. Uz kontinuirani razvoj tehnologije prijenosa optičkih vlakana, multipleksiranje, demultipleksiranje, usmjeravanje i komutacija mogu se izvesti u optičkoj domeni. Mreža može koristiti ogromne propusne resurse optičkih vlakana za povećanje kapaciteta mreže i ostvarivanje "transparentnog" prijenosa više usluga.
Optički prijenosni sustav uglavnom se sastoji od optičkih odašiljača, optičkih prijamnika, optičkih razdjelnika, optičkih kabela i drugih komponenti.
I. Osnovni princip prijenosa svjetlovodnih signala
Optički prijenos je tehnologija koja prenosi u obliku optičkih signala između pošiljatelja i primatelja. Radni proces optičkog prijenosa TV signala odvija se između optičkog odašiljača, optičkog vlakna i optičkog prijamnika; optički odašiljač u središnjoj računalnoj sobi pretvara ulazni RF TV signal u optički signal, koji se sastoji od električno/optičkog pretvarača (električno-optički pretvornik (E/O) je dovršen, a pretvoreni optički signal prima optički prijenosni uređaj za vođenje (optički prijamnik), a optički prijamnik pretvara optički signal dobiven od optičkog vlakna u električni signal je cijeli proces električno/optičke i optičko/električne pretvorbe, koji se također naziva optička veza.
Sadašnja metoda optičkog prijenosa koristi modulaciju intenziteta svjetlosti. Na primjer, laserski uređaj za emitiranje svjetla emitira takozvanu koherentnu svjetlost s istom fazom. Stoga se usvaja metoda modulacije koja mijenja ukupni intenzitet svjetlosti. Koristi linearnu promjenu izlazne optičke snage koja odgovara promjeni struje ulaznog signala električnog/optičkog pretvarača. karakteristika.
U optičko-električnom pretvorniku (O/E), izlazna struja proporcionalna je intenzitetu ulaznog optičkog signala. Valni oblik izlazne struje optičko/električnog pretvarača stoga je sličan valnom obliku ulazne struje električnog/optičkog pretvarača, čime se postiže svrha prijenosa signala.
Dakle, kako optičko vlakno vodi optički signal? Trenutačno, optičko vlakno koje se koristi u sustavu kabelske televizije je cilindrično optičko vlakno, koje se sastoji od cilindra optičkog vlakna i obloge i materijal je od kvarcnog stakla. Obloga ima ulogu čvrstog zatvaranja svjetlosti u optičko vlakno, zaštite jezgre i povećanja čvrstoće samog optičkog vlakna. Uloga jezgre vlakna je prijenos optičkih signala. Iako su i jezgra i omotač izrađeni od materijala od kvarcnog stakla, postoje razlike u sastavu dopinga tijekom proizvodnje, što dovodi do različitih indeksa loma (jezgra je 1,463 ~ 1,467, a omotač je 1,45 ~ 1,46), naravno, također je povezano s različitim materijalima koji se koriste. Kada izvor svjetlosti koji emitira laser uđe u jezgru vlakna, kada svjetlost uđe u sučelje obloge, sve dok je upadni kut veći od kritičnog kuta, potpuna refleksija će se dogoditi u jezgri, a svjetlost neće curiti u oblogu. Optički signal u jezgri nastavit će se širiti bez prekida sve dok se ne usmjeri na optički prijamnik. Ovaj proces je osnovni princip prijenosa optičkog signala u optičkom vlaknu.
II. Izobličenje u optičkom prijenosu
Kada se svjetlost prenosi optičkim vlaknom, također će doći do nekih izobličenja. Razlozi za distorziju su sljedeći:
(1) U sustavu prijenosa optičkih vlakana, zbog nelinearnosti karakteristika električne/optičke pretvorbe poluvodičkog lasera, izlazni optički signal nije u skladu s promjenom pobudne struje, što rezultira izobličenjem, koje se naziva modulacijsko izobličenje. Vrijednost indeksa modulacije M ne smije biti prevelika. Potrebno je odabrati optički odašiljač s visokim performansama i snažnom tehnologijom obrade prije izobličenja. Tehnologija obrade prije izobličenja koristi umjetni dizajn za generiranje predizobličenja kako bi se poboljšala linearnost modulacije, kako bi se eliminirao i smanjio sustav prijenosa optičkih vlakana. Svrha CSO i CTB.
(2) U sustavu optičkog prijenosa, budući da pogonsko RF pojačalo i prijemno RF pojačalo imaju male šanse za izobličenje, linearna PIN fotodioda može zanemariti blago izobličenje jer razina signala nije previsoka. Glavni razlog je izobličenje modulacijskih karakteristika poluvodičkog lasera i disperzije vlakana.
(3) Kada laser modulira intenzitet svjetlosti, valna duljina svjetlosti će se promijeniti i pojavit će se dodatna frekvencijska modulacija, koja će proširiti frekvenciju signala i uzrokovati efekt cvrkutanja, koji se uglavnom očituje kao CSO izobličenje.
(4) Karakteristike disperzije optičkog vlakna uzrokovat će razlike u grupnom kašnjenju različitih valnih duljina, što će rezultirati izobličenjem uzrokovanim nedosljednim vremenima dolaska na terminal, uglavnom CSO izobličenjem.
Izobličenje koje nastaje u sustavu prijenosa optičkih vlakana je uglavnom CSO izobličenje, a stupanj CTB izobličenja je mnogo manji od CSO izobličenja. Kako bi se osigurala kvaliteta prijenosa sustava i kako bi se omjer nositelja i šuma sustava i performanse izobličenja unutar razumnog raspona, poduzete mjere su općenite. Koristite CNR indikatore za uravnoteženje CSO i CTB indikatora. Ako povećate ili smanjite vrijednost CNR za 1dB, tada će se CSO pogoršati ili poboljšati za 1dB, a CTB indeks će se pogoršati ili poboljšati za 2dB.
III. Principi rada optičkog odašiljača
Najvažniji optički uređaj u optičkom odašiljaču je poluvodički laser. Zapravo, to je laserska dioda (LD). Naravno, neki ne koriste laserske diode nego koriste poluvodičke svjetleće diode (Light Emitting Diode, LED). od.
Optički odašiljač od 1310 nm općenito prihvaća način izravne modulacije (modulacija amplitude bočnog pojasa, VSB-AM način). Njegova funkcija je pretvaranje električnih signala u optičke signale, što se može postići promjenom napajanja ubrizganog lasera kroz vanjski krug. Krug prednapona koji postavlja može osigurati najbolje napajanje prednaponom za laser. Laser će imati različitu izlaznu snagu kada je prednaponska struja drugačija. Kako bi se osigurao stabilan izlaz optičke snage, treba dizajnirati automatski kontrolni krug za optičku snagu i temperaturu lasera, kao što je upotreba mikroračunala za postizanje najboljeg radnog stanja automatske kontrole optičkog odašiljača.
Laseri se široko koriste kao optički oscilatori (tj. uređaji za emitiranje svjetlosti), koji se oslanjaju na interakciju između energetskog stanja materijala laserskog medija i svjetlosti.
Da bi laser radio, mora postojati određena količina struje. Postoji određeni odnos između veličine te struje i intenziteta svjetlosti. Kada se struja poveća, intenzitet svjetlosti se naglo povećava. To znači da je laser počeo djelovati. Time laser radi. Struja se naziva struja praga. Što je manji, to bolje, jer je već omogućio rad lasera. Ako struja praga nastavi rasti, formirat će se zona zasićenja izlaza. Kada struja zone zasićenja dosegne određenu vrijednost, signal će se odaslati. Što se tiče snage potrebne za prijenos optičkim vlaknima, izlazna snaga od nekoliko megavata u linearnom području može zadovoljiti zahtjeve prijenosa signala i informacija na velike udaljenosti. Osim količine intenziteta svjetlosti, kvaliteta prijenosa svjetlosti također je povezana s problemima kao što su spektar i šum.
Spektar s više valnih duljina nije prikladan za prijenos visokokvalitetnih analognih signala. Čak i ako radi u jednom modu, njegov spektar emisije ima širinu. Što je širina uža, svjetlosni val postaje čišći i vremenski koherentniji. To su svjetlosni valovi s dobrom koherencijom. Svjetlosni val s dobrom koherencijom ne treba leće i druge uređaje da ga konvergiraju u malu točku, te je prikladniji za pojavu optičkih vlakana.
IV. Principi rada optičkog prijemnika
Glavna komponenta optičkog prijamnika je fotodetektor, odnosno visokoosjetljiva fotodioda (PIN). Fotodioda koristi fotoelektrični učinak poluvodiča kako bi dovršila detekciju optičkog signala tako da se optički signal vrati na RF TV signal, a zatim RF signal. Nakon pojačanja i kontrole razine AGC-a, kvalificirani RF signal izlazi za distribucija mreže.
Glavne tehnologije optičkih prijamnika su C/N, C/CTB i C/CSO. Sva tri tehnička pokazatelja određena su učinkom modula fotoelektrične pretvorbe. U slučaju iste ulazne optičke snage, RF razina izlaza konverzije je drugačija. Kada je učinkovitost pretvorbe fotoelektričnog modula visoka, njegova izlazna snaga Čak i ako je razina visoka, indeks vrijednosti C/N koji donosi je dobar, i obrnuto, indeks vrijednosti C/N postaje lošiji. Dva tehnička pokazatelja C/CSO i C/CTB određena su linearnošću fotoelektričnog modula. Visokokvalitetni fotoelektrični moduli omogućuju širi raspon prijemne snage pod istim C/CSO i C/CTB indikatorima.
V. Perspektive razvoja optičkih uređaja
Sa stalnim ažuriranjem tehnologije prijenosa optičkih vlakana u širokopojasnim mrežama i stalnim poboljšanjem višenamjenskih usluga, zahtjevi za prijenosnim karakteristikama optičkih uređaja i optičkih vlakana postaju sve veći i veći. Era optičkih vlakana koja zamjenjuju bakrene žice konačno dolazi. Koracima informacijskog doba S pojavom, izgledi za razvoj tehnologije optičkog prijenosa su vrlo široki.
Izbor i uporaba optičkog odašiljača
Optički odašiljač je osnovna oprema prijenosnog sustava optičkim kabelom. Njegova je funkcija optički modulirati ulaz električnog signala radiofrekvencijske kabelske televizije u optički odašiljač kako bi se postigla električna i optička pretvorba (E/O) i slati kontinuirane, stabilne i pouzdane optičke signale u sustav optičkih kabela. Vrste optičkih odašiljača trenutno na tržištu: prema različitim metodama modulacije, dijele se na dvije vrste: izravno modulirani optički odašiljači i vanjski modulirani optički odašiljači. Izravno modulirani optički odašiljači uglavnom se koriste u 1310nm optičkim sustavima, a vanjski modulirani optički odašiljači uglavnom se koriste u 1550nm optičkim sustavima. Bez obzira na to je li riječ o izravno moduliranom ili eksterno moduliranom optičkom odašiljaču, njegovu središnju komponentu čine laseri.
Izravno modulirajte laserski odašiljač
1. Sastav
Sastav optičkog odašiljača s izravnom modulacijom, uz glavnu komponentu DFB laserske komponente, uključuje napajanje, laserski prednaponski krug, laserski krug sporog pokretanja, zaštitni krug od preopterećenja i zaštitni krug pogona, upravljački krug snage i hlađenja, svjetlo krug detekcije, krug kompenzacije izobličenja, fotodetektor (PIN) čip (za detekciju optičke snage i automatsku kontrolu snage), poluvodički hladnjak i termistor za dvosmjernu automatsku kontrolu temperature (ATC) itd.
2. Proces rada
Ulazni signal optičkog odašiljača je TV radiofrekvencijski (RF) signal. Na prednjem kraju, višestruki RF signali se miješaju u jedan signal pomoću multipleksera i zatim se šalju na ulaz optičkog odašiljača. Nakon što se pojača pretpojačalom, elektronički se kontrolira prigušenje, kompenzacija izobličenja i automatska kontrola razine snage. , Zatim pokrenite laserski čip za izvođenje električne/optičke modulacije i pretvaranje električnog signala u signal optičke modulacije. Dodavanje optičkog izolatora na izlazni kraj može uvelike smanjiti utjecaj reflektiranog svjetlosnog vala s optičkog kabela na laser. Optički signal se šalje do optičkog kabela kroz optički pomični spoj, a optički signal se prenosi do svake optičke točke kroz optički kabel.
Može se vidjeti da snaga prijenosa i nelinearna distorzija lasera ovise o struji prednapona (IO), tako da je optički odašiljač opremljen krugom prednapona i krugom za kompenzaciju izobličenja lasera kako bi se osigurala stabilnost nelinearnog indeksa i izlaz prijenosa.
Kada se temperatura lasera poveća, prag će se povećati, intenzitet zasićene izlazne svjetlosti će se smanjiti, a linearni raspon PI krivulje će se smanjiti (to jest, 2 samodinamički raspon će se smanjiti). Kako bi se osiguralo da optički odašiljač uvijek radi normalno, mora se osigurati da laser radi na konstantnoj temperaturi (općenito 25stupanjC). Poluvodički hladnjak i termistor koji se koriste za dvosmjernu automatsku kontrolu temperature (ATC) optičkog odašiljača zajamčeno rade na konstantnoj temperaturi od 25stupanjC.
U optičkom odašiljaču nalazi se mikroprocesor, a podaci o najboljem radnom stanju lasera pohranjeni su u čipu. Laser se može sporo pokrenuti, a pogonska struja RF TV-a može se automatski isključiti kako bi se zaštitio laser. Različite sklopke na prednjoj ploči optičkog odašiljača kontrolira mikroprocesor.
Promjene temperature i starenje uređaja uzrokovat će promjene u struji praga lasera i učinkovitosti fotoelektrične pretvorbe. Ako želite točno kontrolirati optičku izlaznu snagu lasera, trebali biste to riješiti s dva aspekta: jedan je kontrolirati prednaponsku struju lasera tako da automatski prati prag. Promjena struje osigurava da laser uvijek radi u najboljem stanju prednapona; drugi je kontrolirati amplitudu struje laserske modulacije kako bi se automatski pratila promjena učinkovitosti električne i optičke pretvorbe. Automatska kontrola snage dovršava gornja dva zadatka kako bi se osiguralo da laser daje točnu optičku snagu.
Vanjski modulirani optički odašiljač
Vanjski modulirani optički odašiljač sastoji se od vanjskog modulatora, lasera, laserskog upravljačkog kruga, modulacijskog upravljačkog kruga, mikroprocesora, predizobličenog kruga, fotodetektora, prigušivača RF signala, pojačala, napajanja itd.
3. Usporedba optičkih odašiljača s izravnom modulacijom i vanjskom modulacijom
Odašiljači s izravnom modulacijom uglavnom se koriste za DFB lasere. DFB laseri imaju dobru linearnost i mogu postići bolje CTB i CSO vrijednostibez kompenzacije sklopova prije izobličenja. Međutim, zbog izravne modulacije, postoji dodatna frekvencijska modulacija i pokazatelji nelinearnog izobličenja (osobito CSO vrijednost) teško mogu biti vrlo visoki.
DFB odašiljač ima stabilne performanse, jednostavnu strukturu i nisku cijenu, pa se široko koristi.
Snaga optičkog odašiljača s izravnom modulacijom općenito nije prevelika, unutar 18nw, stoga je udaljenost prijenosa ograničena i općenito se koristi u lokalnim distribucijskim mrežama i prijenosnim mrežama optičkih kabela na razini općina. Ovaj tip optičkog odašiljača uglavnom se koristi u mrežama optičkih vlakana 1310nm, a slabljenje optičkog vlakna 1310nm je 0,35db/km, tako da maksimalna udaljenost prijenosa ne prelazi 35 kilometara.
Vanjski modulirani optički odašiljač: velika izlazna snaga, do 2×20mw ili više (dva izlaza), nizak šum i bez cso izobličenja uzrokovanog kombinacijom dodatne frekvencijske modulacije i karakteristika disperzije vlakana sličnih LD-u. Stoga se često koristi u prijenosu na velike udaljenosti velikih žičanih sustava. Vanjski modulirani optički odašiljači općenito koriste YAG lasere. Nakon što se YAG laseri eksterno moduliraju, linearnost je vrlo loša, a za kompenzaciju se moraju koristiti sklopovi predizobličenja. Zbog svoje manje disperzije, YAG optički odašiljač vrlo je prikladan za optička vlakna valne duljine 1550 nm, koja se uglavnom koriste u mrežama optičkih vlakana 1550 nm. YAG svjetlo se prenosi mrežom optičkih vlakana od 1550 nm, koja se može koristiti za pojačanje i relej. Optičko vlakno od 1550 nm ima malu atenuaciju (0,25 db/km), tako da se YAG optički odašiljač može koristiti za prijenos na ultra velike udaljenosti. Eksterno modulirani optički odašiljač koristi se u mreži optičkih vlakana 1310nm, a udaljenost prijenosa može doseći 50 kilometara, što je također brže od udaljenosti prijenosa izravno moduliranog optičkog odašiljača. Međutim, eksterno modulirani optički odašiljači su skupi, a mreže optičkih vlakana za prijenos na kratke udaljenosti rijetko koriste eksterno modulirane optičke odašiljače
4. Tehnički pokazatelji optičkog odašiljača
Tehnički pokazatelji optičkog odašiljača osnova su za odabir optičkog odašiljača, a dobri parametri rada optičkog odašiljača izravno utječu na dobre tehničke pokazatelje cjelokupnog sustava kabelske televizije.
5. Izbor optičkog odašiljača
Vrlo je važno da tehničari kabelske televizije razumiju i ovladaju sastavom, principom rada i parametrima performansi optičkih odašiljača, jer samo savladavanjem osnovnih principa rada i tehničkih pokazatelja performansi optičkih odašiljača, optički odašiljači se mogu koristiti učinkovito i razumno. Dobro svakodnevno održavanje.
Trenutno postoji mnogo stranih i domaćih proizvođača optičkih odašiljača. Postoji više vrsta optičkih odašiljača, a pokazatelji učinkovitosti i samostalne cijene također su vrlo različiti. Razuman odabir je od velike koristi za osiguranje kvalitete svjetlovodne mreže i smanjenje troškova izgradnje mreže. Visok omjer performansi i cijene, pouzdan sustav osiguranja kvalitete i dobro jamstvo usluge nakon prodaje izbor su optičke opreme
