Hvordan den optiske senderen er utviklet og fungerer
Bruken av lysbølger for å overføre TV-signaler og datainformasjon er en ny vitenskap og teknologi utviklet på slutten av 1900-tallet. Dens utseende har aktivert verden's informasjonsindustrien til å utvikle seg raskt. Nå utvikler den optiske fiberoverføringsteknologien seg med en hastighet forbi mennesker's fantasi. Den optiske overføringshastigheten er 100 ganger høyere enn for 10 år siden, og det er anslått at den vil øke med omtrent 100 ganger i fremtidig utvikling. Med den kontinuerlige utviklingen av optisk fiberoverføringsteknologi kan multipleksing, demultipleksing, ruting og svitsjing utføres i det optiske domenet. Nettverket kan bruke de enorme båndbredderessursene til optisk fiber til å øke nettverkskapasiteten og realisere den "transparente" overføringen av flere tjenester.
Det optiske overføringssystemet består hovedsakelig av optiske sendere, optiske mottakere, optiske splittere, fiberoptiske kabler og andre komponenter.
I. Et grunnleggende prinsipp for optisk fiberoverføring av optiske signaler
Optisk overføring er en teknologi som overfører i form av optiske signaler mellom sender og mottaker. Arbeidsprosessen for optisk overføring av TV-signaler utføres mellom den optiske senderen, den optiske fiberen og den optiske mottakeren; den optiske senderen i det sentrale datarommet konverterer RF-TV-inngangssignalet til et optisk signal, som består av en elektrisk/optisk omformer (Elektrisk-Optisk Transducer (E/O) er fullført, og det konverterte optiske signalet mottas av optisk fiberoverføringsmottaker (optisk mottaker), og den optiske mottakeren konverterer det optiske signalet fra den optiske fiberen til et elektrisk signal. Derfor er det grunnleggende prinsippet for det optiske overføringssignalet hele prosessen med elektrisk/optisk og optisk/elektrisk konvertering, som også kalles en optisk kobling.
Den nåværende optiske overføringsmetoden bruker lysintensitetsmodulasjon. For eksempel sender en laserbasert lysemitterende enhet ut såkalt koherent lys med samme fase. Derfor tas det i bruk en modulasjonsmetode som endrer den generelle lysstyrken. Den bruker den lineære endringen av den optiske utgangseffekten som tilsvarer endringen av inngangssignalstrømmen til den elektriske/optiske omformeren. karakteristisk.
I den optisk-elektriske transduseren (O/E) er utgangsstrømmen proporsjonal med intensiteten til det optiske inngangssignalet. Utgangsstrømbølgeformen til den optiske/elektriske omformeren er derfor lik inngangsstrømbølgeformen til den elektriske/optiske omformeren, og oppnår formålet med signaloverføring.
Så hvordan styrer den optiske fiberen det optiske signalet? For tiden er den optiske fiberen som brukes i kabel-TV-systemet en sylindrisk optisk fiber, som består av en optisk fibersylinder og en kledning og er et kvartsglassmateriale. Kledningen spiller rollen som å lukke lyset tett i den optiske fiberen, beskytte kjernen og forbedre styrken til selve den optiske fiberen. Fiberkjernens rolle er å overføre optiske signaler. Selv om både kjernen og kledningen er laget av kvartsglassmaterialer, er det forskjeller i dopingsammensetningen av de to under produksjonen, noe som fører til forskjellige brytningsindekser (kjernen er 1.463~ 1.467, og kledningen er 1.45~1.46), er selvfølgelig også relatert til de forskjellige materialene som brukes. Når lyskilden som sendes ut av laseren kommer inn i kjernen av fiberen, når lyset kommer inn i grensesnittet til kledningen, så lenge innfallsvinkelen er større enn den kritiske vinkelen, vil den totale refleksjonen oppstå i kjernen, og lyset vil ikke lekke inn i kledningen. Det optiske signalet i kjernen vil fortsette å forplante seg uavbrutt til det blir rettet mot den optiske mottakeren. Denne prosessen er det grunnleggende prinsippet for optisk signaloverføring i optisk fiber.
II. Forvrengning i optisk overføring
Når lys sendes i en optisk fiber, vil det også oppstå noe forvrengning. Årsakene til forvrengningen er som følger:
(1) I det optiske fiberoverføringssystemet, på grunn av ikke-lineariteten til de elektriske/optiske konverteringsegenskapene til halvlederlaseren, er det optiske utgangssignalet inkonsekvent med endringen av eksitasjonsstrømmen, noe som resulterer i forvrengning, som kalles modulasjonsforvrengning. Verdien av modulasjonsindeksen M tillates ikke å være for stor. Det er nødvendig å velge en optisk sender med høy ytelse og sterk pre-forvrengningsbehandlingsteknologi. Pre-forvrengningsbehandlingsteknologien bruker kunstig design for å generere pre-forvrengning for å forbedre modulasjonslineariteten, for å eliminere og redusere det optiske fiberoverføringssystemet. Formålet med CSO og CTB.
(2) I det optiske overføringssystemet, siden den drivende RF-forsterkeren og den mottakende RF-forsterkeren har liten sjanse for forvrengning, kan den lineære PIN-fotodioden ignorere den lille forvrengningen fordi signalnivået ikke er for høyt. Hovedårsaken er forvrengning av halvlederlasermodulasjonsegenskaper og fiberspredning.
(3) Når laseren modulerer intensiteten til lyset, vil bølgelengden til lyset endres, og ytterligere frekvensmodulasjon vil vises, noe som vil utvide signalfrekvensen og forårsake en chirp-effekt, som hovedsakelig manifesteres som CSO-forvrengning.
(4) Spredningsegenskapene til den optiske fiberen vil forårsake forskjeller i gruppeforsinkelsen for forskjellige bølgelengder, noe som resulterer i forvrengning forårsaket av inkonsekvente ankomsttider ved terminalen, hovedsakelig CSO-forvrengning.
Forvrengningen som produseres i det optiske fiberoverføringssystemet er hovedsakelig CSO-forvrengning, og graden av CTB-forvrengning er mye mindre enn CSO-forvrengning. For å sikre overføringskvaliteten til systemet og gjøre systemets bærer-til-støy-forhold og forvrengningsytelse innenfor et rimelig område, er tiltakene som er tatt generelle. Bruk CNR-indikatorer for å balansere CSO- og CTB-indikatorer. Hvis du øker eller reduserer CNR-verdien med 1dB, vil CSO forringes eller forbedres med 1dB, og CTB-indeksen vil forringes eller forbedres med 2dB.
III. Arbeidsprinsipper for den optiske senderen
Den viktigste optiske enheten i den optiske senderen er halvlederlaseren. Faktisk er det en laserdiode (LD). Noen bruker selvfølgelig ikke laserdioder, men bruker halvlederlysemitterende dioder (Light Emitting Diode, LED). av.
1310nm optisk sender bruker vanligvis direkte modulasjonsmodus (vestigial sidebånd-amplitudemodulasjon, VSB-AM-modus). Dens funksjon er å konvertere elektriske signaler til optiske signaler, som kan oppnås ved å endre strømforsyningen til den injiserte laseren gjennom en ekstern krets. Forspenningskretsen den setter kan gi den beste forspenningsstrømforsyningen for laseren. Laseren vil ha forskjellig effekt når forspenningsstrømmen er forskjellig. For å sikre en stabil utgang av optisk kraft, bør en automatisk kontrollkrets for optisk kraft og lasertemperatur utformes, for eksempel bruk av mikrodatamaskiner for å oppnå den beste arbeidstilstanden for automatisk kontroll av den optiske senderen.
Lasere er mye brukt som optiske oscillatorer (dvs. lysemitterende enheter), som er avhengige av samspillet mellom energitilstanden til lasermediematerialet og lys.
For at laseren skal fungere, må det være en viss mengde strøm. Det er et visst forhold mellom størrelsen på denne strømmen og lysintensiteten. Når strømmen økes, øker lysintensiteten kraftig. Dette indikerer at laseren har begynt å virke. Dette gjør at laseren fungerer. Strømmen kalles terskelstrømmen. Jo mindre den er, jo bedre, fordi den allerede har aktivert laseren. Hvis terskelstrømmen fortsetter å øke, vil utgangsmetningssonen dannes. Når metningssonestrømmen når en viss verdi, vil signalet bli overført. Når det gjelder kraften som kreves for optisk fiberoverføring, kan utgangseffekten på flere megawatt i det lineære området oppfylle kravene til langdistanseoverføring av signaler og informasjon. I tillegg til mengden lysintensitet er overføringskvaliteten til lys også relatert til problemer som spektrum og støy.
Multibølgelengdespekteret er ikke egnet for overføring av analoge signaler av høy kvalitet. Selv om den fungerer i en enkeltmodus, har emisjonsspekteret en bredde. Jo smalere bredde, jo renere blir lysbølgen og jo mer tidssammenhengende blir den. Det er lysbølger med god sammenheng. Lysbølgen med god koherens trenger ikke linser og andre enheter for å konvergere den til en liten flekk, og den er mer egnet for forekomsten av optiske fibre.
IV. Arbeidsprinsipper for den optiske mottakeren
Hovedkomponenten i den optiske mottakeren er fotodetektoren, det vil si høyfølsom fotodiode (PIN). Fotodioden bruker den fotoelektriske effekten til halvlederen for å fullføre deteksjonen av det optiske signalet slik at det optiske signalet gjenopprettes til RF TV-signalet, og deretter RF-signalet Etter forsterkning og AGC-nivåkontroll sendes det kvalifiserte RF-signalet ut for nettverksdistribusjon.
Hovedteknologiene til optiske mottakere er C/N, C/CTB og C/CSO. Disse tre tekniske indikatorene bestemmes alle av ytelsen til den fotoelektriske konverteringsmodulen. Når det gjelder den samme optiske kraftinngangen, er RF-nivået til konverteringsutgangen forskjellig. Når konverteringseffektiviteten til den fotoelektriske modulen er høy, vil dens utgangseffekt Selv om nivået er høyt, er C/N-verdiindeksen bra, og omvendt, blir C/N-verdiindeksen dårligere. De to tekniske indikatorene C/CSO og C/CTB bestemmes av lineariteten til den fotoelektriske modulen. Fotoelektriske moduler av høy kvalitet tillater et bredere mottakseffektområde under de samme C/CSO- og C/CTB-indikatorene.
V. Utviklingsutsikter for optiske enheter
Med kontinuerlig oppdatering av optisk fiberoverføringsteknologi i bredbåndsnettverk og kontinuerlig forbedring av multifunksjonelle tjenester, blir kravene til overføringsegenskapene til optiske enheter og optiske fibre høyere og høyere. Tiden med optiske fibre som erstatter kobbertråder kommer endelig. Med informasjonsalderens fotspor Med ankomsten er utviklingsutsiktene for optisk overføringsteknologi svært brede.
Valg og bruk av optisk sender
Den optiske senderen er kjerneutstyret til det optiske kabeloverføringssystemet. Dens funksjon er å optisk modulere radiofrekvenskabel-TV-elektriske signalinngangen til den optiske senderen for å oppnå elektrisk og optisk konvertering (E/O), og for å sende kontinuerlige, stabile og pålitelige optiske signaler til det optiske kabelsystemet. De typer optiske sendere som for tiden er på markedet: i henhold til deres forskjellige modulasjonsmetoder er de delt inn i to typer: direkte modulerte optiske sendere og eksternt modulerte optiske sendere. Direkte modulerte optiske sendere brukes mest i 1310nm optiske fibersystemer, og eksternt modulerte optiske sendere brukes mest i 1550nm optiske fibersystemer. Uansett om det er en direkte modulert eller eksternt modulert optisk sender, er kjernekomponenten sammensatt av lasere.
Moduler lasersenderen direkte
1. Sammensetning
Sammensetningen av den optiske senderen med direkte modulasjon, i tillegg til kjernekomponenten DFB laserkomponenter, er det strømforsyning, en laserbiaskrets, laser langsom startkrets, overbelastningsbeskyttelseskrets og drivbeskyttelseskrets, strømkontroll og kjølekontrollkrets, lys deteksjonskrets, forvrengningskompensasjonskrets, fotodetektor (PIN)-brikke (for optisk strømdeteksjon og automatisk strømkontroll), halvlederkjøleskap og termistor for toveis automatisk temperatur kontroll (ATC), etc.
2. Arbeidsprosess
Inngangssignalet til den optiske senderen er TV-radiofrekvenssignalet (RF). I frontenden blandes flere RF-signaler til ett signal av en multiplekser og sendes deretter til inngangen til den optiske senderen. Etter å ha blitt forsterket av en forforsterker, er den elektronisk styrt demping, forvrengningskompensasjon og automatisk effektnivåkontroll. , Og deretter drive laserbrikken for å utføre elektrisk/optisk modulasjon, og konvertere det elektriske signalet til et optisk modulasjonssignal. Å legge til en optisk isolator til utgangsenden kan i stor grad redusere påvirkningen av den reflekterte lysbølgen fra den optiske kabelen på laseren. Det optiske signalet sendes til den optiske kabelen gjennom det optiske bevegelige leddet, og det optiske signalet overføres til hvert optiske punkt gjennom den optiske kabelen.
Det kan sees at overføringskraften og den ikke-lineære forvrengningen til laseren avhenger av forspenningsstrømmen (IO), så den optiske senderen er utstyrt med forspenningskretsen og forvrengningskompensasjonskretsen til laseren for å sikre stabiliteten til den ikke-lineære indeksen og overføringsutgang.
Når temperaturen på laseren øker, vil terskelen øke, den mettede utgangslysintensiteten reduseres, og det lineære området til PI-kurven vil avta (det vil si at det 2 selvdynamiske området vil avta). For å sikre at den optiske senderen alltid fungerer normalt, må det sikres at laseren fungerer ved en konstant temperatur (vanligvis 25gradC). Halvlederkjøleren og termistoren som brukes til den toveis automatiske temperaturkontrollen (ATC) til den optiske senderen er garantert å fungere ved en konstant temperatur på 25gradC.
Det er en mikroprosessor i den optiske senderen, og laserens beste arbeidstilstandsdata er lagret i brikken. Laseren kan startes sakte og RF TV-stasjonens strøm kan kobles fra automatisk for å beskytte laseren. De ulike bryterne på frontpanelet til den optiske senderen styres av en mikroprosessor.
Temperaturendringer og enhetens aldring vil forårsake endringer i laserterskelstrømmen og fotoelektrisk konverteringseffektivitet. Hvis du vil kontrollere den optiske utgangseffekten til laseren nøyaktig, bør du løse det fra to aspekter: det ene er å kontrollere forspenningsstrømmen til laseren slik at den automatisk sporer terskelen. Endringen av strøm sikrer at laseren alltid fungerer i den beste forspenningstilstanden; den andre er å kontrollere amplituden til lasermodulasjonsstrømmen for automatisk å følge endringen i den elektriske og optiske konverteringseffektiviteten. Automatisk strømkontroll fullfører de to ovennevnte oppgavene for å sikre at laseren gir nøyaktig optisk kraft.
Eksternt modulert optisk sender
Den eksternt modulerte optiske senderen er sammensatt av den eksterne modulatoren, laser, laserkontrollkrets, modulasjonskontrollkrets, mikroprosessor, pre-forvrengningskrets, fotodetektor, RF-signaldemper, forsterker, strømforsyning, etc.
3. Sammenligning av optiske sendere for direkte modulasjon og ekstern modulasjon
Direkte modulasjonssendere brukes mest for DFB-lasere. DFB-lasere har god linearitet og kan oppnå bedre CTB- og CSO-verdieruten kompensasjon fra pre-forvrengningskretser. På grunn av direkte modulasjon er det imidlertid ytterligere frekvensmodulering og ikke-lineære forvrengningsindikatorer (spesielt CSO-verdi) er vanskelig å være veldig høye.
DFB-sender har stabil ytelse, enkel struktur og lav pris, så den er mye brukt.
Kraften til den optiske senderen med direkte modulasjon er vanligvis ikke for stor, innenfor 18nw, derfor er overføringsavstanden begrenset, og den brukes vanligvis i lokale distribusjonsnettverk og optiske kabeloverføringsnettverk på township-nivå. Denne typen optiske sendere brukes mest i 1310nm optiske fibernettverk, og 1310nm optisk fiberdempning er 0,35 db/km, så den maksimale overføringsavstanden overstiger ikke 35 kilometer.
Eksternt modulert optisk sender: høy utgangseffekt, opptil 2×20mw eller mer (to utganger), lav støy og ingen CSO-forvrengning forårsaket av kombinasjonen av ekstra frekvensmodulasjon og fiberspredningsegenskaper som ligner på LD. Derfor brukes den ofte i langdistanseoverføring av kablede systemer i stor skala. Eksternt modulerte optiske sendere bruker vanligvis YAG-lasere. Etter at YAG-lasere er eksternt modulert, er lineariteten svært dårlig, og pre-forvrengningskretser må brukes for å kompensere. På grunn av sin mindre spredning er YAG optiske sender svært egnet for 1550nm bølgelengde optisk fiber, mest brukt i 1550nm optiske fibernettverk. YAG-lys sendes i det 1550nm optiske fibernettverket, som kan brukes til forsterkning og relé. Den 1550nm optiske fiberen har en liten demping (0,25db/km), slik at den optiske YAG-senderen kan brukes til ultralang avstandsoverføring. Den eksternt modulerte optiske senderen brukes i det 1310nm optiske fibernettverket, og overføringsavstanden kan nå 50 kilometer, som også er raskere enn overføringsavstanden til den direktemodulerte optiske senderen. Imidlertid er eksternt modulerte optiske sendere dyre, og optiske fibernettverk for kortdistanseoverføring bruker sjelden eksternt modulerte optiske sendere
4. De tekniske indikatorene til den optiske senderen
De tekniske indikatorene til den optiske senderen er grunnlaget for valg av den optiske senderen, og de gode ytelsesparametrene til den optiske senderen påvirker direkte de gode tekniske indikatorene til hele kabel-tv-systemet.
5. Valg av optisk sender
Det er veldig viktig for kabel-TV-teknikere å forstå og mestre sammensetningen, arbeidsprinsippet og ytelsesparametrene til optiske sendere, fordi bare ved å mestre de grunnleggende arbeidsprinsippene og tekniske ytelsesindikatorene til optiske sendere, kan optiske sendere brukes effektivt og rimelig. Godt daglig vedlikehold.
For tiden er det mange utenlandske og innenlandske produsenter av optiske sendere. Det finnes flere typer optiske sendere, og ytelsesindikatorene og frittstående priser er også svært forskjellige. Rimelig utvalg er til stor nytte for å sikre kvaliteten på det optiske fibernettet og redusere kostnadene ved nettverksbygging. Høy ytelse-prisforhold, pålitelig kvalitetssikringssystem og god ettersalgsservicegaranti er valget av optisk utstyr
