Hvordan den optiske transmitter er udviklet og fungerer
Brugen af lysbølger til at transmittere tv-signaler og datainformation er en ny videnskab og teknologi udviklet i slutningen af det 20. århundrede. Dens udseende har gjort det muligt for verden's informationsindustrien til at udvikle sig hurtigt. Nu udvikler den optiske fibertransmissionsteknologi sig med en hastighed ud over mennesker's fantasi. Dens optiske transmissionshastighed er 100 gange højere end for 10 år siden, og det anslås, at den vil stige omkring 100 gange i fremtidig udvikling. Med den kontinuerlige udvikling af optisk fibertransmissionsteknologi kan multipleksing, demultiplexing, routing og switching udføres i det optiske domæne. Netværket kan bruge optisk fibers enorme båndbredderessourcer til at øge netværkskapaciteten og realisere den "gennemsigtige" transmission af flere tjenester.
Det optiske transmissionssystem består hovedsageligt af optiske sendere, optiske modtagere, optiske splittere, fiberoptiske kabler og andre komponenter.
I. Et grundlæggende princip for optisk fibertransmission af optiske signaler
Optisk transmission er en teknologi, der transmitterer i form af optiske signaler mellem afsender og modtager. Arbejdsprocessen med optisk transmission af tv-signaler udføres mellem den optiske sender, den optiske fiber og den optiske modtager; den optiske sender i det centrale computerrum konverterer det indgående RF TV-signal til et optisk signal, som er sammensat af en elektrisk/optisk konverter (Elektrisk-Optisk Transducer (E/O) er afsluttet, og det konverterede optiske signal modtages af optisk fiber transmission guide modtageanordning (optisk modtager), og den optiske modtager konverterer det optiske signal opnået fra den optiske fiber til et elektrisk signal Derfor er det grundlæggende princip for det optiske transmissionssignal hele processen med elektrisk/optisk og optisk/elektrisk konvertering, som også kaldes en optisk forbindelse.
Den nuværende optiske transmissionsmetode bruger lysintensitetsmodulation. For eksempel udsender en laserbaseret lysemitterende enhed såkaldt kohærent lys med samme fase. Derfor anvendes en modulationsmetode, der ændrer den overordnede lysstyrke. Den bruger den lineære ændring af den optiske udgangseffekt svarende til ændringen af indgangssignalstrømmen for den elektriske/optiske konverter. karakteristisk.
I den optisk-elektriske transducer (O/E) er udgangsstrømmen proportional med intensiteten af det optiske inputsignal. Udgangsstrømmens bølgeform af den optiske/elektriske konverter svarer derfor til den elektriske/optiske konverters indgangsstrømbølgeform, hvilket opnår formålet med signaltransmission.
Så hvordan styrer den optiske fiber det optiske signal? På nuværende tidspunkt er den optiske fiber, der anvendes i kabel-tv-systemet, en cylindrisk optisk fiber, som er sammensat af en optisk fibercylinder og en beklædning og er et kvartsglasmateriale. Beklædningen spiller den rolle, at den tæt omslutter lyset i den optiske fiber, beskytter kernen og øger styrken af selve den optiske fiber. Fiberkernens rolle er at transmittere optiske signaler. Selvom både kernen og beklædningen er lavet af kvartsglasmaterialer, er der forskelle i dopingsammensætningen af de to under produktionen, hvilket fører til forskellige brydningsindekser (kernen er 1.463~ 1.467, og beklædningen er 1.45~1.46), er selvfølgelig også relateret til de forskellige materialer, der bruges. Når lyskilden, der udsendes af laseren, kommer ind i kernen af fiberen, når lyset kommer ind i beklædningens grænseflade, så længe indfaldsvinklen er større end den kritiske vinkel, vil den totale refleksion forekomme i kernen, og lyset vil ikke lække ind i beklædningen. Det optiske signal i kernen vil fortsætte med at forplante sig uafbrudt, indtil det dirigeres til den optiske modtager. Denne proces er det grundlæggende princip for optisk signaltransmission i optisk fiber.
II. Forvrængning i optisk transmission
Når lys transmitteres i en optisk fiber, vil der også forekomme en vis forvrængning. Årsagerne til forvrængningen er som følger:
(1) I det optiske fibertransmissionssystem er det optiske udgangssignal på grund af ulineariteten af de elektriske/optiske konverteringskarakteristika for halvlederlaseren inkonsistent med ændringen af excitationsstrømmen, hvilket resulterer i forvrængning, som kaldes modulationsforvrængning. Værdien af modulationsindeks M må ikke være for stor. Det er nødvendigt at vælge en optisk sender med høj ydeevne og stærk præ-forvrængningsbehandlingsteknologi. Præ-forvrængningsbehandlingsteknologien bruger kunstigt design til at generere præ-forvrængning for at forbedre moduleringslineariteten for at eliminere og reducere det optiske fibertransmissionssystem. Formålet med CSO og CTB.
(2) I det optiske transmissionssystem, da den drivende RF-forstærker og den modtagende RF-forstærker har ringe chance for forvrængning, kan den lineære PIN-fotodiode ignorere den lille forvrængning, fordi signalniveauet ikke er for højt. Hovedårsagen er forvrængning af halvlederlasermodulationsegenskaber og fiberspredning.
(3) Når laseren modulerer lysets intensitet, vil lysets bølgelængde ændre sig, og yderligere frekvensmodulation vil fremkomme, hvilket vil udvide signalfrekvensen og forårsage en chirp-effekt, som hovedsageligt manifesteres som CSO-forvrængning.
(4) Den optiske fibers spredningskarakteristika vil forårsage forskelle i gruppeforsinkelsen af forskellige bølgelængder, hvilket resulterer i forvrængning forårsaget af inkonsistente ankomsttider ved terminalen, hovedsagelig CSO-forvrængning.
Den forvrængning, der produceres i det optiske fibertransmissionssystem, er hovedsageligt CSO-forvrængning, og graden af CTB-forvrængning er meget mindre end CSO-forvrængning. For at sikre transmissionskvaliteten af systemet og gøre systemets bærer-til-støj-forhold og forvrængningsydelse inden for et rimeligt område, er de foranstaltninger, der træffes, generelle. Brug CNR-indikatorer til at balancere CSO- og CTB-indikatorer. Hvis du øger eller sænker CNR-værdien med 1dB, vil CSO'en forringes eller forbedres med 1dB, og CTB-indekset vil forringes eller forbedres med 2dB.
III. Arbejdsprincipper for den optiske sender
Den vigtigste optiske enhed i den optiske sender er halvlederlaseren. Faktisk er det en laserdiode (LD). Nogle bruger selvfølgelig ikke laserdioder, men bruger halvlederlysemitterende dioder (Light Emitting Diode, LED). af.
1310nm optisk sender anvender generelt direkte modulationstilstand (vestigial sidebåndsamplitudemodulation, VSB-AM-tilstand). Dens funktion er at konvertere elektriske signaler til optiske signaler, hvilket kan opnås ved at ændre strømforsyningen til den indsprøjtede laser gennem et eksternt kredsløb. Bias-kredsløbet, det indstiller, kan give den bedste bias-strømforsyning til laseren. Laseren vil have forskellig effekt, når forspændingsstrømmen er anderledes. For at sikre et stabilt output af optisk effekt bør der designes et automatisk kontrolkredsløb for optisk effekt og lasertemperatur, såsom brugen af mikrocomputere for at opnå den bedste arbejdstilstand for automatisk kontrol af den optiske sender.
Lasere er meget udbredt som optiske oscillatorer (dvs. lysemitterende enheder), som er afhængige af interaktionen mellem lasermediets energitilstand og lys.
For at laseren kan virke, skal der være en vis strømstyrke. Der er et vist forhold mellem størrelsen af denne strøm og lysintensiteten. Når strømmen øges, øges lysintensiteten kraftigt. Dette indikerer, at laseren er begyndt at virke. Dette får laseren til at virke. Strømmen kaldes tærskelstrømmen. Jo mindre den er, jo bedre, fordi den allerede har sat laseren i stand til at virke. Hvis tærskelstrømmen fortsætter med at stige, vil udgangsmætningszonen blive dannet. Når mætningszonestrømmen når en vis værdi, vil signalet blive transmitteret. Med hensyn til den effekt, der kræves til optisk fibertransmission, kan udgangseffekten på flere megawatt i det lineære område opfylde kravene til langdistancetransmission af signaler og information. Ud over mængden af lysintensitet er lysets transmissionskvalitet også relateret til problemer som spektrum og støj.
Multibølgelængdespektret er ikke egnet til transmission af analoge signaler af høj kvalitet. Selvom den fungerer i en enkelt-mode, har dens emissionsspektrum en bredde. Jo smallere bredden er, jo renere bliver lysbølgen og jo mere tidssammenhængende bliver den. Det er lysbølger med god sammenhæng. Lysbølgen med god sammenhæng behøver ikke linser og andre enheder for at konvergere den til en lille plet, og den er mere velegnet til forekomsten af optiske fibre.
IV. Arbejdsprincipper for den optiske modtager
Hovedkomponenten i den optiske modtager er fotodetektoren, det vil sige højfølsom fotodiode (PIN). Fotodioden bruger den fotoelektriske effekt af halvlederen til at fuldføre detekteringen af det optiske signal, så det optiske signal gendannes til RF-tv-signalet, og derefter RF-signalet Efter forstærkning og AGC-niveaukontrol udsendes det kvalificerede RF-signal for netværksdistribution.
De vigtigste teknologier for optiske modtagere er C/N, C/CTB og C/CSO. Disse tre tekniske indikatorer er alle bestemt af ydeevnen af det fotoelektriske konverteringsmodul. I tilfælde af den samme optiske effektindgang er RF-niveauet for konverteringsudgangen anderledes. Når konverteringseffektiviteten af det fotoelektriske modul er høj, er dets udgangseffekt Selv hvis niveauet er højt, er C/N-værdiindekset, som det bringer, godt, og omvendt bliver C/N-værdiindekset dårligere. De to tekniske indikatorer C/CSO og C/CTB bestemmes af lineariteten af det fotoelektriske modul. Fotoelektriske moduler af høj kvalitet giver mulighed for et bredere modtageeffektområde under de samme C/CSO- og C/CTB-indikatorer.
V. Udviklingsmuligheder for optiske enheder
Med den løbende opdatering af optisk fibertransmissionsteknologi i bredbåndsnetværk og den løbende forbedring af multifunktionelle tjenester bliver kravene til transmissionskarakteristika for optiske enheder og optiske fibre højere og højere. Tiden med optiske fibre, der erstatter kobbertråde, kommer endelig. Med informationsalderens fodspor Med fremkomsten er udviklingsmulighederne for optisk transmissionsteknologi meget brede.
Valg og brug af optisk sender
Den optiske sender er kerneudstyret i det optiske kabeltransmissionssystem. Dens funktion er optisk at modulere radiofrekvenskabel-tv-elektriske signalinput til den optiske sender for at opnå elektrisk og optisk konvertering (E/O) og sende kontinuerlige, stabile og pålidelige optiske signaler til det optiske kabelsystem. De typer af optiske sendere på markedet i øjeblikket: i henhold til deres forskellige moduleringsmetoder er de opdelt i to typer: direkte modulerede optiske sendere og eksternt modulerede optiske sendere. Direkte modulerede optiske transmittere bruges mest i 1310nm optiske fibersystemer, og eksternt modulerede optiske transmittere bruges mest i 1550nm optiske fibersystemer. Uanset om det er en direkte moduleret eller eksternt moduleret optisk sender, er dens kernekomponent sammensat af lasere.
Moduler lasersenderen direkte
1. Sammensætning
Sammensætningen af den optiske sender med direkte modulering, ud over kernekomponenten DFB laserkomponenter, er der strømforsyning, et laserforspændingskredsløb, laser langsom startkredsløb, overbelastningsbeskyttelseskredsløb og drevbeskyttelseskredsløb, strømstyring og kølekontrolkredsløb, lys detektionskredsløb, forvrængningskompensationskredsløb, fotodetektor (PIN) chip (til optisk effektdetektion og automatisk strømstyring), halvlederkøleskab og termistor til tovejs automatisk temperatur kontrol (ATC) osv.
2. Arbejdsproces
Indgangssignalet fra den optiske sender er tv-radiofrekvenssignalet (RF). Ved frontenden blandes flere RF-signaler til ét signal af en multiplekser og sendes derefter til indgangen på den optiske sender. Efter at være blevet forstærket af en forforstærker er den elektronisk styret dæmpning, forvrængningskompensation og automatisk effektniveaukontrol. , Og derefter drive laserchippen til at udføre elektrisk/optisk modulation og konvertere det elektriske signal til et optisk modulationssignal. Tilføjelse af en optisk isolator til output-enden kan i høj grad reducere indflydelsen af den reflekterede lysbølge fra det optiske kabel på laseren. Det optiske signal sendes til det optiske kabel gennem det optiske bevægelige led, og det optiske signal sendes til hvert optisk punkt gennem det optiske kabel.
Det kan ses, at transmissionseffekten og den ikke-lineære forvrængning af laseren afhænger af forspændingsstrømmen (IO), så den optiske sender er udstyret med laserens forspændingskredsløb og forvrængningskompensationskredsløb for at sikre stabiliteten af det ikke-lineære indeks og transmissionsudgang.
Når laserens temperatur stiger, vil tærsklen stige, den mættede udgangslysintensitet vil falde, og det lineære område af PI-kurven vil falde (det vil sige, det 2 selvdynamiske område vil falde). For at sikre, at den optiske sender altid fungerer normalt, skal det sikres, at laseren arbejder ved en konstant temperatur (generelt 25gradC). Halvlederkøleren og termistoren, der bruges til den to-vejs automatiske temperaturkontrol (ATC) af den optiske transmitter, er garanteret at arbejde ved en konstant temperatur på 25gradC.
Der er en mikroprocessor i den optiske sender, og laserens bedste arbejdstilstandsdata er gemt i chippen. Laseren kan startes langsomt, og RF TV-drevstrømmen kan automatisk afbrydes for at beskytte laseren. De forskellige kontakter på frontpanelet af den optiske sender styres af en mikroprocessor.
Temperaturændringer og enhedens ældning vil forårsage ændringer i lasertærskelstrømmen og fotoelektrisk konverteringseffektivitet. Hvis du vil præcist kontrollere laserens optiske udgangseffekt, bør du løse det ud fra to aspekter: Det ene er at styre laserens forspændingsstrøm, så den automatisk sporer tærsklen. Ændringen af strøm sikrer, at laseren altid fungerer i den bedste bias-tilstand; den anden er at styre amplituden af lasermodulationsstrømmen til automatisk at følge ændringen af den elektriske og optiske konverteringseffektivitet. Automatisk strømstyring fuldfører ovenstående to opgaver for at sikre, at laseren udsender nøjagtig optisk effekt.
Eksternt moduleret optisk sender
Den eksternt modulerede optiske sender er sammensat af den eksterne modulator, laser, laserkontrolkredsløb, modulationskontrolkredsløb, mikroprocessor, præ-forvrængningskredsløb, fotodetektor, RF-signaldæmper, forstærker, strømforsyning osv.
3. Sammenligning af optiske sendere med direkte modulation og ekstern modulation
Direkte moduleringssendere bruges mest til DFB-lasere. DFB-lasere har god linearitet og kan opnå bedre CTB- og CSO-værdieruden kompensation af præ-forvrængning kredsløb. Men på grund af direkte modulering er der yderligere frekvensmodulation, og ikke-lineære forvrængningsindikatorer (især CSO-værdi) er vanskelige at være meget høje.
DFB-sender har stabil ydeevne, en enkel struktur og en lav pris, så den er meget udbredt.
Effekten af den optiske sender med direkte modulering er generelt ikke for stor, inden for 18nw, derfor er transmissionsafstanden begrænset, og den bruges generelt i lokale distributionsnetværk og optiske kabeltransmissionsnetværk på township-niveau. Denne type optisk sender bruges mest i 1310nm optiske fibernetværk, og 1310nm optisk fiberdæmpning er 0,35db/km, så den maksimale transmissionsafstand overstiger ikke 35 kilometer.
Eksternt moduleret optisk sender: høj udgangseffekt, op til 2×20mw eller mere (to udgange), lav støj og ingen cso-forvrængning forårsaget af kombinationen af yderligere frekvensmodulation og fiberspredningsegenskaber svarende til LD. Derfor bruges det ofte til langdistancetransmission af store kablede systemer. Eksternt modulerede optiske sendere bruger generelt YAG-lasere. Efter YAG-lasere er eksternt moduleret, er lineariteten meget dårlig, og præ-forvrængningskredsløb skal bruges til at kompensere. På grund af sin mindre spredning er YAG optiske transmitter meget velegnet til 1550nm bølgelængde optisk fiber, mest brugt i 1550nm optiske fibernetværk. YAG-lys transmitteres i det 1550nm optiske fibernetværk, som kan bruges til forstærkning og relæ. Den 1550nm optiske fiber har en lille dæmpning (0,25db/km), så den optiske YAG-sender kan bruges til ultra-langdistancetransmission. Den eksternt modulerede optiske sender bruges i det 1310nm optiske fibernetværk, og transmissionsafstanden kan nå 50 kilometer, hvilket også er hurtigere end transmissionsafstanden for den direkte modulerede optiske sender. Imidlertid er eksternt modulerede optiske sendere dyre, og optiske fibernetværk til kortdistancetransmission bruger sjældent eksternt modulerede optiske sendere
4. De tekniske indikatorer for den optiske sender
De tekniske indikatorer for den optiske sender er grundlaget for valg af den optiske sender, og de gode ydeevneparametre for den optiske sender påvirker direkte de gode tekniske indikatorer for hele kabel-tv-systemet.
5. Valget af den optiske sender
Det er meget vigtigt for kabel-tv-teknikere at forstå og mestre sammensætningen, arbejdsprincippet og ydeevneparametrene for optiske sendere, fordi kun ved at mestre de grundlæggende arbejdsprincipper og tekniske ydeevneindikatorer for optiske sendere, kan optiske sendere bruges effektivt og rimeligt. God daglig vedligeholdelse.
På nuværende tidspunkt er der mange udenlandske og indenlandske producenter af optiske sendere. Der er flere typer optiske sendere, og ydeevneindikatorerne og de selvstændige priser er også meget forskellige. Rimelig udvælgelse er til stor gavn for at sikre kvaliteten af det optiske fibernet og reducere omkostningerne ved netværkskonstruktion. Højt ydelses-prisforhold, pålideligt kvalitetssikringssystem og god eftersalgsservicegaranti er valget af optisk udstyr
