Bagaimana Pemancar Optik dibangunkan dan berfungsi
Penggunaan gelombang cahaya untuk menghantar isyarat televisyen dan maklumat data adalah sains dan teknologi baharu yang dibangunkan pada akhir abad ke-20. Penampilannya telah membolehkan dunia'industri maklumat untuk berkembang pesat. Kini teknologi penghantaran gentian optik berkembang pada kelajuan melebihi orang ramai'imaginasi. Kelajuan penghantaran optiknya adalah 100 kali lebih tinggi daripada 10 tahun lalu, dan dianggarkan ia akan meningkat kira-kira 100 kali ganda dalam pembangunan masa depan. Dengan pembangunan berterusan teknologi penghantaran gentian optik, pemultipleksan, penyahmultipleksan, penghalaan, dan pensuisan boleh dilakukan dalam domain optik. Rangkaian boleh menggunakan sumber lebar jalur gentian optik yang besar untuk meningkatkan kapasiti rangkaian dan merealisasikan penghantaran "telus" pelbagai perkhidmatan.
Sistem penghantaran optik terutamanya terdiri daripada pemancar optik, penerima optik, pembahagi optik, kabel gentian optik, dan komponen lain.
I. Prinsip asas penghantaran gentian optik isyarat optik
Transmisi optik adalah teknologi yang menghantar dalam bentuk isyarat optik antara penghantar dan penerima. Proses kerja penghantaran optik isyarat TV dijalankan antara pemancar optik, gentian optik, dan penerima optik; pemancar optik dalam bilik komputer pusat menukar isyarat TV RF input kepada isyarat optik, yang terdiri daripada penukar elektrik/optik ( Electric-Optical Transducer (E/O) selesai, dan isyarat optik yang ditukar diterima oleh panduan penghantaran gentian optik peranti penerima (penerima optik), dan penerima optik menukar isyarat optik yang diperoleh daripada gentian optik kepada isyarat elektrik Oleh itu, prinsip asas isyarat penghantaran optik ialah keseluruhan proses elektrik/optik dan optik/. penukaran elektrik, yang juga dipanggil pautan optik.
Kaedah penghantaran optik semasa menggunakan modulasi keamatan cahaya. Sebagai contoh, peranti pemancar cahaya berasaskan laser mengeluarkan apa yang dipanggil cahaya koheren dengan fasa yang sama. Oleh itu, kaedah modulasi yang mengubah keamatan cahaya keseluruhan diguna pakai. Ia menggunakan perubahan linear kuasa optik output yang sepadan dengan perubahan arus isyarat input penukar elektrik/optik. ciri.
Dalam Transduser Optik-Elektrik (O/E), arus keluaran adalah berkadar dengan keamatan isyarat optik input. Oleh itu, bentuk gelombang arus keluaran penukar optik/elektrik adalah serupa dengan bentuk gelombang arus masukan penukar elektrik/optik, mencapai tujuan penghantaran isyarat.
Jadi, bagaimanakah gentian optik membimbing isyarat optik? Pada masa ini, gentian optik yang digunakan dalam sistem televisyen kabel adalah gentian optik silinder, yang terdiri daripada silinder gentian optik dan pelapisan dan merupakan bahan kaca kuarza. Pelapisan memainkan peranan untuk menutup rapat cahaya dalam gentian optik, melindungi teras, dan meningkatkan kekuatan gentian optik itu sendiri. Peranan teras gentian adalah untuk menghantar isyarat optik. Walaupun kedua-dua teras dan pelapisan diperbuat daripada bahan kaca kuarza, terdapat perbezaan dalam komposisi doping kedua-duanya semasa pengeluaran, yang membawa kepada indeks biasan yang berbeza (teras ialah 1.463~ 1.467, dan pelapisan ialah 1.45~1.46), sudah tentu, juga berkaitan dengan bahan yang berbeza yang digunakan. Apabila sumber cahaya yang dipancarkan oleh laser memasuki teras gentian, apabila cahaya memasuki antara muka pelapisan, selagi sudut kejadian lebih besar daripada sudut kritikal, jumlah pantulan akan berlaku dalam teras, dan cahaya tidak akan bocor ke dalam pelapisan. Isyarat optik dalam teras akan terus merambat tanpa gangguan sehingga ia diarahkan ke penerima optik. Proses ini adalah prinsip asas penghantaran isyarat optik dalam gentian optik.
II. Herotan dalam penghantaran optik
Apabila cahaya dipancarkan dalam gentian optik, beberapa herotan juga akan berlaku. Sebab-sebab penyelewengan adalah seperti berikut:
(1) Dalam sistem penghantaran gentian optik, disebabkan oleh ketidaklinearan ciri penukaran elektrik/optik laser semikonduktor, isyarat optik keluaran tidak konsisten dengan perubahan arus pengujaan, mengakibatkan herotan, yang dipanggil herotan modulasi. Nilai indeks modulasi M tidak dibenarkan terlalu besar. Ia adalah perlu untuk memilih pemancar optik dengan prestasi tinggi dan teknologi pemprosesan pra-herotan yang kuat. Teknologi pemprosesan pra-herotan menggunakan reka bentuk tiruan untuk menjana pra-herotan untuk meningkatkan lineariti modulasi, untuk menghapuskan dan mengurangkan sistem penghantaran gentian optik. Tujuan CSO dan CTB.
(2) Dalam sistem penghantaran optik, kerana penguat RF pemacu dan penguat RF penerima mempunyai sedikit peluang herotan, fotodiod PIN linear boleh mengabaikan herotan sedikit kerana tahap isyarat tidak terlalu tinggi. Sebab utama ialah herotan ciri modulasi laser semikonduktor dan penyebaran gentian.
(3) Apabila laser memodulasi keamatan cahaya, panjang gelombang cahaya akan berubah, dan modulasi frekuensi tambahan akan muncul, yang akan meluaskan frekuensi isyarat dan menyebabkan kesan kicauan, yang terutamanya ditunjukkan sebagai herotan CSO.
(4) Ciri-ciri penyebaran gentian optik akan menyebabkan perbezaan dalam kelewatan kumpulan panjang gelombang yang berbeza, mengakibatkan herotan disebabkan oleh masa ketibaan yang tidak konsisten di terminal, terutamanya herotan CSO.
Herotan yang dihasilkan dalam sistem penghantaran gentian optik terutamanya herotan CSO, dan tahap herotan CTB jauh lebih kecil daripada herotan CSO. Untuk memastikan kualiti penghantaran sistem dan menjadikan nisbah pembawa-ke-bunyi sistem dan prestasi herotan dalam julat yang munasabah, langkah-langkah yang diambil adalah umum Gunakan penunjuk CNR untuk mengimbangi penunjuk CSO dan CTB. Jika anda menambah atau menurunkan nilai CNR sebanyak 1dB, maka CSO akan merosot atau bertambah baik sebanyak 1dB, dan indeks CTB akan merosot atau bertambah baik sebanyak 2dB.
III. Prinsip kerja pemancar optik
Peranti optik yang paling penting dalam pemancar optik ialah laser semikonduktor. Malah, ia adalah diod laser (LD). Sudah tentu, ada yang tidak menggunakan diod laser tetapi menggunakan diod pemancar cahaya semikonduktor (Light Emitting Diod, LED). daripada.
Pemancar optik 1310nm secara amnya menggunakan mod modulasi langsung (modulatsi amplitud jalur sisi vestigial, mod VSB-AM). Fungsinya adalah untuk menukar isyarat elektrik kepada isyarat optik, yang boleh dicapai dengan menukar bekalan kuasa laser yang disuntik melalui litar luaran. Litar pincang yang ditetapkannya boleh menyediakan bekalan kuasa pincang terbaik untuk laser. Laser akan mempunyai output kuasa yang berbeza apabila arus pincang berbeza. Untuk memastikan output kuasa optik yang stabil, litar kawalan automatik untuk kuasa optik dan suhu laser harus direka bentuk, Seperti penggunaan mikrokomputer untuk mencapai keadaan kerja terbaik kawalan automatik pemancar optik.
Laser digunakan secara meluas sebagai pengayun optik (iaitu, peranti pemancar cahaya), yang bergantung pada interaksi antara keadaan tenaga bahan medium laser dan cahaya.
Agar laser berfungsi, mesti ada sejumlah arus. Terdapat hubungan tertentu antara saiz arus ini dan keamatan cahaya. Apabila arus meningkat, keamatan cahaya meningkat dengan mendadak. Ini menunjukkan bahawa laser telah mula berfungsi. Ini menjadikan laser berfungsi. Arus itu dipanggil arus ambang. Lebih kecil ia, lebih baik, kerana ia telah membolehkan laser berfungsi. Jika arus ambang terus meningkat, zon tepu keluaran akan terbentuk. Apabila arus zon tepu mencapai nilai tertentu, isyarat akan dihantar. Dari segi kuasa yang diperlukan untuk penghantaran gentian optik, kuasa keluaran beberapa megawatt di kawasan linear boleh memenuhi keperluan penghantaran isyarat dan maklumat jarak jauh. Sebagai tambahan kepada jumlah keamatan cahaya, kualiti penghantaran cahaya juga berkaitan dengan masalah seperti spektrum dan bunyi.
Spektrum berbilang panjang gelombang tidak sesuai untuk penghantaran isyarat analog berkualiti tinggi. Walaupun ia berfungsi dalam mod tunggal, spektrum pelepasannya mempunyai lebar. Semakin sempit lebarnya, semakin tulen gelombang cahaya dan semakin koheren masanya. Iaitu gelombang cahaya dengan koheren yang baik. Gelombang cahaya dengan koheren yang baik tidak memerlukan kanta dan peranti lain untuk menumpunya menjadi titik kecil, dan ia lebih sesuai untuk kejadian gentian optik.
IV. Prinsip kerja penerima optik
Komponen utama penerima optik ialah pengesan foto, iaitu fotodiod kepekaan tinggi (PIN). Fotodiod menggunakan kesan fotoelektrik semikonduktor untuk melengkapkan pengesanan isyarat optik supaya isyarat optik dipulihkan kepada isyarat TV RF, dan kemudian isyarat RF Selepas penguatan dan kawalan tahap AGC, isyarat RF yang layak dikeluarkan untuk pengedaran rangkaian.
Teknologi utama penerima optik ialah C/N, C/CTB, dan C/CSO. Ketiga-tiga penunjuk teknikal ini semuanya ditentukan oleh prestasi modul penukaran fotoelektrik. Dalam kes input kuasa optik yang sama, tahap RF output penukaran adalah berbeza. Apabila kecekapan penukaran modul fotoelektrik tinggi, kuasa keluarannya Walaupun tahapnya tinggi, indeks nilai C/N yang dibawa olehnya adalah baik, dan sebaliknya, indeks nilai C/N menjadi lebih teruk. Dua penunjuk teknikal C/CSO dan C/CTB ditentukan oleh kelinearan modul fotoelektrik. Modul fotoelektrik berkualiti tinggi membenarkan julat kuasa penerimaan yang lebih luas di bawah penunjuk C/CSO dan C/CTB yang sama.
V. Prospek pembangunan peranti optik
Dengan kemas kini berterusan teknologi penghantaran gentian optik dalam rangkaian jalur lebar dan peningkatan berterusan perkhidmatan pelbagai fungsi, keperluan untuk ciri penghantaran peranti optik dan gentian optik semakin tinggi dan lebih tinggi. Era gentian optik menggantikan wayar tembaga akhirnya datang. Dengan jejak zaman maklumat Dengan kemunculan, prospek pembangunan teknologi transmisi optik adalah sangat luas.
Pemilihan dan penggunaan pemancar optik
Pemancar optik ialah peralatan teras sistem penghantaran kabel optik. Fungsinya adalah untuk memodulasi optik kabel frekuensi radio input isyarat elektrik televisyen kepada pemancar optik untuk mencapai penukaran elektrik dan optik (E/O), dan untuk menghantar isyarat optik yang berterusan, stabil dan boleh dipercayai ke sistem kabel optik. Jenis pemancar optik yang sedang berada di pasaran: mengikut kaedah modulasi yang berbeza, ia dibahagikan kepada dua jenis: pemancar optik termodulat secara langsung dan pemancar optik termodulat luaran. Pemancar optik termodulat terus kebanyakannya digunakan dalam sistem gentian optik 1310nm, dan pemancar optik termodulat luaran kebanyakannya digunakan dalam sistem gentian optik 1550nm. Tidak kira sama ada ia adalah pemancar optik termodulat secara langsung atau termodulat luaran, komponen terasnya terdiri daripada laser.
Memodulasi pemancar laser secara langsung
1. Komposisi
Komposisi pemancar optik modulasi langsung, sebagai tambahan kepada komponen teras DFB laser komponen, terdapat bekalan kuasa, litar pincang laser, litar permulaan perlahan laser, litar perlindungan beban lampau dan litar perlindungan pemacu, kawalan kuasa dan litar kawalan penyejukan, cahaya litar pengesanan, Litar pampasan herotan, cip pengesan foto (PIN) (untuk pengesanan kuasa optik dan kawalan kuasa automatik), peti sejuk semikonduktor dan termistor untuk kawalan suhu automatik dua hala (ATC), dsb.
2. Proses kerja
Isyarat input pemancar optik ialah isyarat frekuensi radio TV (RF). Di bahagian hadapan, berbilang isyarat RF dicampurkan ke dalam satu isyarat oleh pemultipleks dan kemudian dihantar ke input pemancar optik. Selepas dikuatkan oleh prapenguat, ia adalah pengecilan dikawal secara elektronik, pampasan herotan, dan kawalan aras kuasa automatik. , Dan kemudian memacu cip laser untuk melakukan modulasi elektrik/optik, dan menukar isyarat elektrik kepada isyarat modulasi optik. Menambah pengasing optik pada hujung keluaran boleh mengurangkan pengaruh gelombang cahaya yang dipantulkan daripada kabel optik pada laser. Isyarat optik dihantar ke kabel optik melalui sambungan boleh alih optik, dan isyarat optik dihantar ke setiap titik optik melalui kabel optik.
Ia boleh dilihat bahawa kuasa penghantaran dan herotan tak linear laser bergantung kepada arus pincang (IO), jadi pemancar optik dilengkapi dengan litar pincang dan litar pampasan herotan laser untuk memastikan kestabilan indeks tak linear dan output penghantaran.
Apabila suhu laser meningkat, ambang akan meningkat, keamatan cahaya keluaran tepu akan berkurangan, dan julat linear lengkung PI akan berkurangan (iaitu, julat dinamik diri 2 akan berkurangan). Untuk memastikan pemancar optik sentiasa berfungsi seperti biasa, ia mesti dipastikan Laser berfungsi pada suhu malar (biasanya 25ijazahC). Penyejuk semikonduktor dan termistor yang digunakan untuk kawalan suhu automatik dua hala (ATC) pemancar optik dijamin berfungsi pada suhu malar 25ijazahC.
Terdapat mikropemproses dalam pemancar optik, dan data keadaan kerja terbaik laser disimpan dalam cip. Laser boleh dimulakan dengan perlahan dan arus pemacu TV RF boleh diputuskan secara automatik untuk melindungi laser. Pelbagai suis pada panel hadapan pemancar optik dikawal oleh mikropemproses.
Perubahan suhu dan penuaan peranti akan menyebabkan perubahan dalam arus ambang laser dan kecekapan penukaran fotoelektrik. Jika anda ingin mengawal kuasa keluaran optik laser dengan tepat, anda harus menyelesaikannya dari dua aspek: satu ialah mengawal arus pincang laser supaya ia secara automatik menjejaki ambang. Perubahan arus memastikan bahawa laser sentiasa berfungsi dalam keadaan berat sebelah terbaik; yang kedua adalah untuk mengawal amplitud arus modulasi laser untuk secara automatik mengikuti perubahan kecekapan penukaran elektrik dan optik. Kawalan kuasa automatik menyelesaikan dua tugas di atas untuk memastikan bahawa laser mengeluarkan kuasa optik yang tepat.
Pemancar optik termodulat luaran
Pemancar optik termodulat luaran terdiri daripada modulator luaran, laser, litar kawalan laser, litar kawalan modulasi, mikropemproses, litar pra-herotan, pengesan foto, pengecil isyarat RF, penguat, bekalan kuasa, dsb.
3. Perbandingan modulasi langsung dan pemancar optik modulasi luaran
Pemancar modulasi langsung kebanyakannya digunakan untuk laser DFB. Laser DFB mempunyai kelinearan yang baik dan boleh memperoleh nilai CTB dan CSO yang lebih baiktanpa pampasan litar pra-herotan. Walau bagaimanapun, disebabkan modulasi langsung, terdapat modulasi frekuensi tambahan dan penunjuk herotan tak linear (terutamanya nilai CSO) sukar untuk menjadi sangat tinggi.
Pemancar DFB mempunyai prestasi yang stabil, struktur yang mudah, dan harga yang rendah, jadi ia digunakan secara meluas.
Kuasa pemancar optik modulasi langsung biasanya tidak terlalu besar, dalam 18nw, oleh itu, jarak penghantaran adalah terhad, dan ia biasanya digunakan dalam rangkaian pengedaran tempatan dan rangkaian penghantaran kabel optik peringkat perbandaran. Jenis pemancar optik ini kebanyakannya digunakan dalam rangkaian gentian optik 1310nm, dan pengecilan gentian optik 1310nm ialah 0.35db/km, jadi jarak penghantaran maksimum tidak melebihi 35 kilometer.
Pemancar optik termodulat luaran: kuasa keluaran tinggi, sehingga 2×20mw atau lebih (dua output), hingar rendah dan tiada herotan cso yang disebabkan oleh gabungan modulasi frekuensi tambahan dan ciri penyebaran gentian yang serupa dengan LD. Oleh itu, ia sering digunakan dalam penghantaran jarak jauh sistem berwayar berskala besar. Pemancar optik termodulat luaran biasanya menggunakan laser YAG. Selepas laser YAG dimodulasi secara luaran, kelinearan adalah sangat lemah, dan litar pra-herotan mesti digunakan untuk mengimbangi. Oleh kerana penyebarannya yang kurang, pemancar optik YAG sangat sesuai untuk gentian optik panjang gelombang 1550nm, kebanyakannya digunakan dalam rangkaian gentian optik 1550nm. Cahaya YAG dipancarkan dalam rangkaian gentian optik 1550nm, yang boleh digunakan untuk penguatan dan geganti. Gentian optik 1550nm mempunyai pengecilan kecil (0.25db/km), jadi pemancar optik YAG boleh digunakan untuk penghantaran jarak ultra jauh. Pemancar optik termodulat luaran digunakan dalam rangkaian gentian optik 1310nm, dan jarak penghantaran boleh mencapai 50 kilometer, yang juga lebih pantas daripada jarak penghantaran pemancar optik termodulat langsung. Walau bagaimanapun, pemancar optik termodulat luaran adalah mahal, dan rangkaian gentian optik untuk penghantaran jarak dekat jarang menggunakan pemancar optik termodulat luaran
4. Penunjuk teknikal pemancar optik
Penunjuk teknikal pemancar optik adalah asas untuk memilih pemancar optik, dan parameter prestasi yang baik bagi pemancar optik secara langsung mempengaruhi penunjuk teknikal yang baik bagi keseluruhan sistem televisyen kabel.
5. Pilihan pemancar optik
Adalah sangat penting bagi juruteknik TV kabel untuk memahami dan menguasai komposisi, prinsip kerja, dan parameter prestasi pemancar optik, kerana hanya dengan menguasai prinsip kerja asas dan penunjuk prestasi teknikal pemancar optik, pemancar optik boleh digunakan dengan berkesan dan munasabah. Penyelenggaraan harian yang baik.
Pada masa ini, terdapat banyak pengeluar pemancar optik asing dan domestik. Terdapat lebih banyak jenis pemancar optik, dan penunjuk prestasi serta harga yang berdiri sendiri juga sangat berbeza. Pemilihan yang munasabah memberi manfaat yang besar untuk memastikan kualiti rangkaian gentian optik dan mengurangkan kos pembinaan rangkaian. Nisbah harga prestasi tinggi, sistem jaminan kualiti yang boleh dipercayai, dan jaminan perkhidmatan selepas jualan yang baik adalah pilihan peralatan optik
