Miten optinen lähetin kehitetään ja toimii
Valoaaltojen käyttö televisiosignaalien ja datainformaation välittämiseen on uusi tiede ja tekniikka, joka kehitettiin 1900-luvun lopulla. Sen ulkonäkö on mahdollistanut maailman'Tietoteollisuus kehittyy nopeasti. Nyt valokuitujen siirtoteknologia kehittyy ihmisten vauhdilla'mielikuvitusta. Sen optinen siirtonopeus on 100 kertaa suurempi kuin 10 vuotta sitten, ja sen arvioidaan kasvavan jatkossa noin 100-kertaiseksi. Optisen kuidun siirtotekniikan jatkuvan kehityksen myötä multipleksointi, demultipleksointi, reititys ja kytkentä voidaan suorittaa optisella alueella. Verkko voi käyttää optisen kuidun valtavia kaistanleveysresursseja verkon kapasiteetin lisäämiseen ja useiden palvelujen "läpinäkyvän" siirron toteuttamiseen.
Optinen siirtojärjestelmä koostuu pääasiassa optisista lähettimistä, optisista vastaanottimista, optisista jakajista, valokuitukaapeleista ja muista komponenteista.
I. Optisten signaalien valokuitusiirron perusperiaate
Optinen lähetys on tekniikka, joka lähettää optisten signaalien muodossa lähettäjän ja vastaanottajan välillä. TV-signaalien optisen siirron työprosessi suoritetaan optisen lähettimen, optisen kuidun ja optisen vastaanottimen välillä; keskustietokonehuoneen optinen lähetin muuntaa RF-TV-tulosignaalin optiseksi signaaliksi, joka koostuu sähkö/optisesta muuntimesta ( Electric-Optical Transducer (E/O) on valmis, ja muunnettu optinen signaali vastaanotetaan optisen kuidun lähetysohjainvastaanotin (optinen vastaanotin), ja optinen vastaanotin muuntaa optisesta kuidusta saadun optisen signaalin sähköiseksi signaaliksi sähköinen/optinen ja optinen/sähköinen muunnosprosessi, jota kutsutaan myös optiseksi linkiksi.
Nykyinen optinen lähetysmenetelmä käyttää valon intensiteetin modulaatiota. Esimerkiksi laserpohjainen valoa lähettävä laite lähettää ns. koherenttia valoa samalla vaiheella. Siksi otetaan käyttöön modulaatiomenetelmä, joka muuttaa kokonaisvalon voimakkuutta. Se käyttää optisen lähtötehon lineaarista muutosta, joka vastaa sähkö/optisen muuntimen tulosignaalivirran muutosta. ominaisuus.
Optical-Electric Transducerissa (O/E) lähtövirta on verrannollinen optisen tulosignaalin intensiteettiin. Optisen/sähköisen muuntimen lähtövirran aaltomuoto on siten samanlainen kuin sähkö/optisen muuntimen tulovirran aaltomuoto, mikä saavuttaa signaalinsiirron tarkoituksen.
Joten miten optinen kuitu ohjaa optista signaalia? Tällä hetkellä kaapelitelevisiojärjestelmässä käytettävä optinen kuitu on sylinterimäistä valokuitua, joka koostuu valokuitusylinteristä ja -kuoresta ja on kvartsilasimateriaalia. Verhouksen tehtävänä on sulkea valo tiukasti valokuituun, suojata ydintä ja parantaa itse optisen kuidun lujuutta. Kuituytimen tehtävänä on välittää optisia signaaleja. Vaikka sekä ydin että verhous on valmistettu kvartsilasimateriaaleista, näiden kahden seostuskoostumuksessa on eroja tuotannon aikana, mikä johtaa erilaisiin taitekertoimiin (ydin on 1,463-1,467 ja verhous 1,45-1,46), liittyy tietysti myös erilaisiin käytettyihin materiaaleihin. Kun laserin lähettämä valonlähde tulee kuidun ytimeen, kun valo tulee verhouksen rajapintaan, niin kauan kuin tulokulma on suurempi kuin kriittinen kulma, kokonaisheijastus tapahtuu ytimessä ja valo ei vuoda verhoukseen. Optinen signaali ytimessä jatkaa etenemistä keskeytyksettä, kunnes se ohjataan optiseen vastaanottimeen. Tämä prosessi on optisen signaalin siirron perusperiaate optisessa kuidussa.
II. Vääristymä optisessa lähetyksessä
Kun valoa välitetään optisessa kuidussa, esiintyy myös jonkin verran vääristymiä. Vääristymisen syyt ovat seuraavat:
(1) Optisen kuidun siirtojärjestelmässä puolijohdelaserin sähköisten/optisten muunnosominaisuuksien epälineaarisuuden vuoksi optinen lähtösignaali on ristiriidassa viritysvirran muutoksen kanssa, mikä johtaa vääristymään, jota kutsutaan modulaatiosäröksi. Modulaatioindeksin M arvo ei saa olla liian suuri. On tarpeen valita optinen lähetin, jolla on korkea suorituskyky ja vahva esisärönkäsittelytekniikka. Vääristymistä edeltävä käsittelytekniikka käyttää keinotekoista suunnittelua esivääristymän tuottamiseksi modulaation lineaarisuuden parantamiseksi optisen kuidun siirtojärjestelmän eliminoimiseksi ja vähentämiseksi. CSO:n ja CTB:n tarkoitus.
(2) Optisessa lähetysjärjestelmässä, koska ohjaavalla RF-vahvistimella ja vastaanottavalla RF-vahvistimella on vähän vääristymisen todennäköisyyttä, lineaarinen PIN-valodiodi voi jättää huomiotta vähäisen vääristymän, koska signaalitaso ei ole liian korkea. Pääsyynä on puolijohdelasermodulaatio-ominaisuuksien ja kuitudispersion vääristymä.
(3) Kun laser moduloi valon intensiteettiä, valon aallonpituus muuttuu ja ilmaantuu lisätaajuusmodulaatiota, joka laajentaa signaalin taajuutta ja aiheuttaa chirp-efektin, joka ilmenee pääasiassa CSO-särönä.
(4) Valokuidun dispersio-ominaisuudet aiheuttavat eroja eri aallonpituuksien ryhmäviiveissä, mikä johtaa vääristymiin, jotka johtuvat epäjohdonmukaisista saapumisajoista päätelaitteeseen, pääasiassa CSO-säröstä.
Valokuitusiirtojärjestelmässä tuotettu vääristymä on pääasiassa CSO-säröä, ja CTB-särö on paljon pienempi kuin CSO-särö. Järjestelmän lähetyksen laadun varmistamiseksi ja järjestelmän kantoaalto-kohinasuhteen ja vääristymien suorituskyvyn saattamiseksi kohtuullisella alueella toteutetut toimenpiteet ovat yleisiä Käytä CNR-indikaattoreita tasapainottamaan CSO- ja CTB-indikaattoreita. Jos nostat tai vähennät CNR-arvoa 1 dB, CSO heikkenee tai paranee 1 dB ja CTB-indeksi heikkenee tai paranee 2 dB.
III. Optisen lähettimen toimintaperiaatteet
Optisen lähettimen tärkein optinen laite on puolijohdelaser. Itse asiassa se on laserdiodi (LD). Tietenkin jotkut eivät käytä laserdiodeja, mutta käyttävät puolijohdediodeja (Light Emitting Diode, LED). /.
1310 nm:n optinen lähetin käyttää yleensä suoraa modulaatiotilaa (jälkisivukaista-amplitudimodulaatio, VSB-AM-tila). Sen tehtävänä on muuntaa sähköiset signaalit optisiksi signaaleiksi, mikä voidaan saavuttaa muuttamalla injektoidun laserin teholähdettä ulkoisen piirin kautta. Sen asettama bias-piiri voi tarjota laserille parhaan bias-virtalähteen. Laserilla on erilainen lähtöteho, kun esijännite on erilainen. Optisen tehon vakaan ulostulon varmistamiseksi on suunniteltava automaattinen ohjauspiiri optiselle teholle ja laserlämpötilalle, kuten mikrotietokoneiden käyttö optisen lähettimen automaattisen ohjauksen parhaan toimintatilan saavuttamiseksi.
Lasereita käytetään laajalti optisina oskillaattorina (eli valoa säteilevinä laitteina), jotka perustuvat lasermateriaalin energiatilan ja valon väliseen vuorovaikutukseen.
Jotta laser toimisi, siinä on oltava tietty määrä virtaa. Tämän virran koon ja valon intensiteetin välillä on tietty suhde. Kun virtaa lisätään, valon intensiteetti kasvaa jyrkästi. Tämä osoittaa, että laser on alkanut toimia. Tämä saa laserin toimimaan. Virtaa kutsutaan kynnysvirraksi. Mitä pienempi se on, sitä parempi, koska se on jo mahdollistanut laserin toiminnan. Jos kynnysvirta jatkaa kasvuaan, muodostuu lähdön kyllästysvyöhyke. Kun kyllästysvyöhykkeen virta saavuttaa tietyn arvon, signaali lähetetään. Valokuitusiirtoon tarvittavalla teholla mitattuna useiden megawattien lähtöteho lineaarisella alueella voi täyttää signaalien ja tiedon pitkän matkan siirtovaatimukset. Valon intensiteetin lisäksi valon läpäisylaatu liittyy myös ongelmiin, kuten spektriin ja kohinaan.
Moniaallonpituusspektri ei sovellu korkealaatuisten analogisten signaalien lähettämiseen. Vaikka se toimisi yksimoodissa, sen emissiospektrillä on leveys. Mitä kapeampi leveys, sitä puhtaammaksi valoaalto tulee ja sitä aikakoherenttimmaksi se tulee. Se on kevyitä aaltoja, joilla on hyvä koherenssi. Hyvän koherenssin omaava valoaalto ei tarvitse linssejä ja muita laitteita konvergoimaan sitä pieneksi täpläksi ja se sopii paremmin optisten kuitujen esiintymiseen.
IV. Optisen vastaanottimen toimintaperiaatteet
Optisen vastaanottimen pääkomponentti on valoilmaisin, eli korkean herkkyyden valodiodi (PIN). Valodiodi käyttää puolijohteen valosähköistä vaikutusta optisen signaalin havaitsemisen loppuunsaattamiseksi siten, että optinen signaali palautetaan RF-TV-signaaliksi ja sitten RF-signaaliksi Vahvistuksen ja AGC-tason säädön jälkeen hyväksytty RF-signaali lähetetään verkkojakelu.
Optisten vastaanottimien pääteknologiat ovat C/N, C/CTB ja C/CSO. Nämä kolme teknistä indikaattoria määräytyvät valosähköisen muunnosmoduulin suorituskyvyn mukaan. Saman optisen tehon sisääntulon tapauksessa muunnoslähdön RF-taso on erilainen. Kun valosähköisen moduulin muunnoshyötysuhde on korkea, sen lähtöteho Vaikka taso on korkea, sen tuoma C/N-arvoindeksi on hyvä ja päinvastoin C/N-arvoindeksi huononee. Kaksi teknistä indikaattoria C/CSO ja C/CTB määräytyvät valosähköisen moduulin lineaarisuuden mukaan. Laadukkaat valosähköiset moduulit mahdollistavat laajemman vastaanottotehoalueen samojen C/CSO- ja C/CTB-indikaattoreiden alla.
V. Optisten laitteiden kehitysnäkymät
Laajakaistaverkkojen optisen kuidun siirtotekniikan jatkuvan päivityksen ja monitoimipalvelujen jatkuvan parantamisen myötä vaatimukset optisten laitteiden ja valokuitujen siirto-ominaisuuksille kohoavat koko ajan. Kuparilangat korvaavien optisten kuitujen aikakausi on vihdoin tulossa. Tietojen aikakauden jalanjäljissä Optisen siirtotekniikan kehitysnäkymät ovat tultuaan erittäin laajat.
Optisen lähettimen valinta ja käyttö
Optinen lähetin on optisen kaapelin siirtojärjestelmän ydinlaitteisto. Sen tehtävänä on optisesti moduloida radiotaajuisen kaapelitelevision sähkösignaalitulo optiseen lähettimeen sähköisen ja optisen muunnoksen (E/O) saavuttamiseksi ja jatkuvan, vakaan ja luotettavan optisen signaalin lähettäminen optiseen kaapelijärjestelmään. Tällä hetkellä markkinoilla olevat optisten lähettimien tyypit: eri modulaatiomenetelmiensä mukaan ne jaetaan kahteen tyyppiin: suoraan moduloidut optiset lähettimet ja ulkoisesti moduloidut optiset lähettimet. Suoraan moduloituja optisia lähettimiä käytetään enimmäkseen 1310nm valokuitujärjestelmissä ja ulkoisesti moduloituja optisia lähettimiä käytetään enimmäkseen 1550nm valokuitujärjestelmissä. Riippumatta siitä, onko se suoraan moduloitu vai ulkoisesti moduloitu optinen lähetin, sen ydinkomponentti koostuu lasereista.
Moduloi suoraan laserlähetintä
1. Koostumus
Suoramodulaatiooptisen lähettimen kokoonpanossa on ydinkomponenttien DFB-laserkomponenttien lisäksi virtalähde, laserbias-piiri, laserin hidaskäynnistyspiiri, ylikuormitussuojapiiri ja taajuusmuuttajan suojapiiri, tehonsäätö- ja jäähdytysohjauspiiri, valo tunnistuspiiri, vääristymän kompensointipiiri, valotunnistin (PIN) -siru (optisen tehon havaitsemiseen ja automaattiseen tehonsäätöön), puolijohdejääkaappi ja termistori kaksisuuntaiseen automaattiseen lämpötilan säätöön (ATC) jne.
2. Työprosessi
Optisen lähettimen tulosignaali on TV-radiotaajuus (RF) -signaali. Etupäässä multiplekseri sekoittaa useita RF-signaaleja yhdeksi signaaliksi ja lähettää sitten optisen lähettimen tuloon. Kun se on vahvistettu esivahvistimella, se on elektronisesti ohjattu vaimennus, vääristymän kompensointi ja automaattinen tehotason säätö. , Ja sitten aja lasersiru suorittaaksesi sähköisen/optisen modulaation ja muuntaa sähköisen signaalin optiseksi modulaatiosignaaliksi. Optisen eristimen lisääminen lähtöpäähän voi vähentää huomattavasti optisesta kaapelista heijastuneen valon vaikutusta laseriin. Optinen signaali lähetetään optiseen kaapeliin optisen liikkuvan liitoksen kautta, ja optinen signaali lähetetään jokaiseen optiseen pisteeseen optisen kaapelin kautta.
Voidaan nähdä, että laserin lähetysteho ja epälineaarinen vääristymä riippuvat esivirrasta (IO), joten optinen lähetin on varustettu laserin esijännitepiirillä ja vääristymän kompensointipiirillä epälineaarisen indeksin stabiilisuuden varmistamiseksi ja lähetyksen lähtö.
Kun laserin lämpötila nousee, kynnys nousee, kylläisen valon intensiteetti pienenee ja PI-käyrän lineaarinen alue pienenee (eli 2 itsedynaaminen alue pienenee). Sen varmistamiseksi, että optinen lähetin toimii aina normaalisti, on varmistettava, että laser toimii vakiolämpötilassa (yleensä 25tutkinnonC). Optisen lähettimen kaksisuuntaiseen automaattiseen lämpötilan säätöön (ATC) käytettävä puolijohdejäähdytin ja termistori toimivat taatusti 25 °C:n vakiolämpötilassa.tutkinnonC.
Optisessa lähettimessä on mikroprosessori, ja sirulle on tallennettu laserin paras toimintatilatieto. Laser voidaan käynnistää hitaasti ja RF-TV:n ohjausvirta voidaan katkaista automaattisesti laserin suojaamiseksi. Optisen lähettimen etupaneelin eri kytkimiä ohjaa mikroprosessori.
Lämpötilan muutokset ja laitteen vanheneminen aiheuttavat muutoksia laserin kynnysvirtaan ja valosähköiseen muunnostehokkuuteen. Jos haluat ohjata laserin optista lähtötehoa tarkasti, sinun tulee ratkaista se kahdesta näkökulmasta: toinen on ohjata laserin bias-virtaa niin, että se seuraa automaattisesti kynnystä. Virran muutos varmistaa, että laser toimii aina parhaassa esijännitetilassa; toinen on ohjata lasermodulaatiovirran amplitudia niin, että se seuraa automaattisesti sähköisen ja optisen muunnostehokkuuden muutosta. Automaattinen tehonsäätö suorittaa edellä mainitut kaksi tehtävää varmistaakseen, että laser tuottaa tarkan optisen tehon.
Ulkoisesti moduloitu optinen lähetin
Ulkoisesti moduloitu optinen lähetin koostuu ulkoisesta modulaattorista, laserista, laserohjauspiiristä, modulaation ohjauspiiristä, mikroprosessorista, esisäröpiiristä, valoilmaisimesta, RF-signaalin vaimentimesta, vahvistimesta, virtalähteestä jne.
3. Suoramodulaation ja ulkoisen modulaation optisten lähettimien vertailu
Suoramodulaatiolähettimiä käytetään enimmäkseen DFB-lasereissa. DFB-lasereilla on hyvä lineaarisuus ja ne voivat saada parempia CTB- ja CSO-arvojailman esisäröpiirien kompensaatiota. Suoran modulaation vuoksi on kuitenkin olemassa ylimääräistä taajuusmodulaatiota ja epälineaarisia vääristymiä (etenkin CSO-arvoa) on vaikea olla erittäin korkeita.
DFB-lähettimellä on vakaa suorituskyky, yksinkertainen rakenne ja alhainen hinta, joten sitä käytetään laajalti.
Suoramodulaatiooptisen lähettimen teho ei yleensä ole liian suuri, 18 nw:n sisällä, joten lähetysetäisyys on rajoitettu ja sitä käytetään yleensä paikallisissa jakeluverkoissa ja kaupunkitason optisissa kaapelisiirtoverkoissa. Tämän tyyppistä optista lähetintä käytetään enimmäkseen 1310nm valokuituverkoissa, ja 1310nm valokuituvaimennus on 0,35db/km, joten lähetysetäisyys ei ylitä 35 kilometriä.
Ulkoisesti moduloitu optinen lähetin: suuri lähtöteho, jopa 2×20mw tai enemmän (kaksi lähtöä), alhainen kohina ja ei cso-säröä, joka johtuu LD:n kaltaisten lisätaajuusmodulaation ja kuitudispersion ominaisuuksien yhdistelmästä. Siksi sitä käytetään usein suurten langallisten järjestelmien pitkän matkan lähetyksessä. Ulkoisesti moduloidut optiset lähettimet käyttävät yleensä YAG-lasereita. Sen jälkeen kun YAG-laserit on moduloitu ulkoisesti, lineaarisuus on erittäin huono, ja kompensoimiseen on käytettävä esisärön piirejä. Vähemmän dispersionsa vuoksi YAG-optinen lähetin soveltuu erittäin hyvin 1550 nm:n aallonpituisiin optisiin kuituihin, joita käytetään enimmäkseen 1550 nm valokuituverkoissa. YAG-valo välittyy 1550nm valokuituverkossa, jota voidaan käyttää vahvistukseen ja välitykseen. 1550 nm:n optisessa kuidussa on pieni vaimennus (0,25 db/km), joten YAG-optista lähetintä voidaan käyttää erittäin pitkän matkan lähetykseen. Ulkoisesti moduloitua optista lähetintä käytetään 1310 nm valokuituverkossa, ja lähetysetäisyys voi olla 50 kilometriä, mikä on myös nopeampi kuin suoramoduloidun optisen lähettimen lähetysetäisyys. Ulkoisesti moduloidut optiset lähettimet ovat kuitenkin kalliita, ja lyhyen matkan siirtoon tarkoitetuissa valokuituverkoissa käytetään harvoin ulkoisesti moduloituja optisia lähettimiä.
4. Optisen lähettimen tekniset indikaattorit
Optisen lähettimen tekniset indikaattorit ovat lähtökohtana optisen lähettimen valinnassa ja optisen lähettimen hyvät suorituskykyparametrit vaikuttavat suoraan koko kaapelitelevisiojärjestelmän hyviin teknisiin tunnuslukuihin.
5. Optisen lähettimen valinta
Kaapeli-TV-teknikkojen on erittäin tärkeää ymmärtää ja hallita optisten lähettimien koostumus, toimintaperiaate ja suorituskykyparametrit, koska vain hallitsemalla optisten lähettimien perustoimintaperiaatteet ja tekniset suorituskykyindikaattorit voidaan optisia lähettimiä käyttää tehokkaasti ja järkevästi. Hyvä päivittäinen huolto.
Tällä hetkellä on olemassa monia ulkomaisia ja kotimaisia optisten lähettimien valmistajia. Optisia lähettimiä on enemmän tyyppejä, ja myös suorituskykyindikaattorit ja erillishinnat ovat hyvin erilaisia. Kohtuullisista valinnoista on suuri etu valokuituverkon laadun varmistamiseksi ja verkon rakentamiskustannusten pienentämiseksi. Korkea suorituskyky-hinta-suhde, luotettava laadunvarmistusjärjestelmä ja hyvä huoltopalvelutakuu ovat optisten laitteiden valinta
