Jak se vyvíjí a funguje optický vysílač
Využití světelných vln k přenosu televizních signálů a datových informací je novou vědou a technologií vyvinutou na konci 20. století. Jeho vzhled umožnil světu'se informační průmysl rychle rozvíjí. Nyní se technologie přenosu optických vláken vyvíjí rychlostí, která překračuje hranice lidí's představivostí. Jeho optická přenosová rychlost je 100krát vyšší než před 10 lety a odhaduje se, že se v budoucím vývoji zvýší asi 100krát. S neustálým vývojem technologie přenosu optických vláken lze v optické doméně provádět multiplexování, demultiplexování, směrování a přepínání. Síť může využívat obrovské zdroje šířky pásma optického vlákna ke zvýšení kapacity sítě a realizaci „transparentního“ přenosu více služeb.
Optický přenosový systém se skládá hlavně z optických vysílačů, optických přijímačů, optických rozbočovačů, optických kabelů a dalších komponent.
I. Základní princip přenosu optických signálů optickým vláknem
Optický přenos je technologie, která přenáší ve formě optických signálů mezi odesílatelem a příjemcem. Pracovní proces optického přenosu TV signálů se provádí mezi optickým vysílačem, optickým vláknem a optickým přijímačem; optický vysílač v centrální počítačové místnosti převádí vstupní RF TV signál na optický signál, který se skládá z elektrického/optického převodníku (Elektrický optický převodník (E/O) je dokončen a převedený optický signál je přijímán přijímací zařízení pro přenos optického vlákna (optický přijímač) a optický přijímač převádí optický signál získaný z optického vlákna na elektrický signál. Proto je základním principem optického přenosu signálu celý proces elektrický/optický a optický/. elektrická konverze, která se také nazývá optický spoj.
Současný způsob optického přenosu využívá modulaci intenzity světla. Například zařízení emitující světlo na bázi laseru vyzařuje takzvané koherentní světlo se stejnou fází. Proto se používá modulační metoda, která mění celkovou intenzitu světla. Využívá lineární změnu výstupního optického výkonu odpovídající změně proudu vstupního signálu elektrického/optického převodníku. charakteristický.
U opticko-elektrického převodníku (O/E) je výstupní proud úměrný intenzitě vstupního optického signálu. Tvar vlny výstupního proudu opticko/elektrického převodníku je proto podobný tvaru vlny vstupního proudu elektrického/optického převodníku, čímž je dosaženo účelu přenosu signálu.
Jak tedy optické vlákno vede optický signál? V současné době je optickým vláknem používaným v systému kabelové televize válcové optické vlákno, které se skládá z válce optického vlákna a pláště a je materiálem z křemenného skla. Plášť hraje roli v těsném uzavření světla v optickém vláknu, ochraně jádra a zvýšení pevnosti samotného optického vlákna. Úlohou jádra vlákna je přenášet optické signály. Ačkoli jádro i plášť jsou vyrobeny z materiálů křemenného skla, existují rozdíly v dopingovém složení těchto dvou během výroby, což vede k různým indexům lomu (jádro je 1,463~ 1,467 a plášť je 1,45~1,46), S tím samozřejmě souvisí i různé použité materiály. Když světelný zdroj emitovaný laserem vstoupí do jádra vlákna, když světlo vstoupí na rozhraní pláště, pokud je úhel dopadu větší než kritický úhel, dojde k úplnému odrazu v jádru a světlo nebude zatékat do obkladu. Optický signál v jádře se bude dále nepřerušovaně šířit, dokud nebude nasměrován do optického přijímače. Tento proces je základním principem přenosu optického signálu v optickém vláknu.
II. Zkreslení v optickém přenosu
Při přenosu světla v optickém vláknu dojde také k určitému zkreslení. Důvody zkreslení jsou následující:
(1) V systému přenosu optických vláken je výstupní optický signál v důsledku nelinearity elektrických/optických konverzních charakteristik polovodičového laseru v rozporu se změnou budícího proudu, což má za následek zkreslení, které se nazývá modulační zkreslení. Hodnota modulačního indexu M nesmí být příliš velká. Je nutné zvolit optický vysílač s vysokým výkonem a silnou technologií zpracování před zkreslením. Technologie zpracování před zkreslením používá umělý design ke generování předběžného zkreslení pro zlepšení lineárnosti modulace, aby se eliminoval a snížil přenosový systém optických vláken. Účel CSO a CTB.
(2) V optickém přenosovém systému, protože řídící RF zesilovač a přijímací RF zesilovač mají malou šanci na zkreslení, může lineární PIN fotodioda ignorovat mírné zkreslení, protože úroveň signálu není příliš vysoká. Hlavním důvodem je zkreslení modulačních charakteristik polovodičového laseru a rozptylu vláken.
(3) Když laser moduluje intenzitu světla, změní se vlnová délka světla a objeví se dodatečná frekvenční modulace, která rozšíří frekvenci signálu a způsobí cvrlikání, které se projevuje hlavně jako zkreslení CSO.
(4) Disperzní charakteristiky optického vlákna způsobí rozdíly ve skupinovém zpoždění různých vlnových délek, což má za následek zkreslení způsobené nekonzistentními časy příchodu na terminál, zejména zkreslení CSO.
Zkreslení produkované v systému přenosu optických vláken je převážně zkreslení CSO a stupeň zkreslení CTB je mnohem menší než zkreslení CSO. Aby byla zajištěna kvalita přenosu systému a poměr nosné k šumu systému a výkon zkreslení v rozumném rozsahu, přijatá opatření jsou obecná. Použijte ukazatele CNR k vyrovnání ukazatelů CSO a CTB. Pokud zvýšíte nebo snížíte hodnotu CNR o 1dB, CSO se zhorší nebo zlepší o 1dB a index CTB se zhorší nebo zlepší o 2dB.
III. Princip činnosti optického vysílače
Nejdůležitějším optickým zařízením v optickém vysílači je polovodičový laser. Ve skutečnosti se jedná o laserovou diodu (LD). Některé samozřejmě nepoužívají laserové diody, ale používají polovodičové světelné diody (Light Emitting Diode, LED). z.
1310nm optický vysílač obecně využívá režim přímé modulace (modulace amplitudy zbytkového postranního pásma, režim VSB-AM). Jeho funkcí je převádět elektrické signály na signály optické, čehož lze dosáhnout změnou napájení vstřikovaného laseru prostřednictvím externího obvodu. Obvod zkreslení, který nastavuje, může poskytnout nejlepší napájení laseru zkreslení. Laser bude mít jiný výstupní výkon, když je zkreslený proud jiný. Pro zajištění stabilního výkonu optického výkonu by měl být navržen automatický řídicí obvod pro optický výkon a teplotu laseru, jako je použití mikropočítačů k dosažení nejlepšího pracovního stavu automatického ovládání optického vysílače.
Lasery jsou široce používány jako optické oscilátory (tj. zařízení emitující světlo), které se spoléhají na interakci mezi energetickým stavem materiálu laserového média a světlem.
Aby laser fungoval, musí tam být určitý proud. Mezi velikostí tohoto proudu a intenzitou světla existuje určitý vztah. Při zvýšení proudu se prudce zvýší intenzita světla. To znamená, že laser začal pracovat. Díky tomu laser funguje. Proud se nazývá prahový proud. Čím menší je, tím lépe, protože již umožnil práci laseru. Pokud se prahový proud dále zvyšuje, vytvoří se výstupní saturační zóna. Když proud zóny saturace dosáhne určité hodnoty, bude signál vysílán. Z hlediska výkonu potřebného pro přenos optických vláken může výstupní výkon několika megawattů v lineární oblasti splnit požadavky na přenos signálů a informací na dlouhé vzdálenosti. Kromě množství intenzity světla souvisí kvalita přenosu světla také s problémy, jako je spektrum a šum.
Vícevlnové spektrum není vhodné pro přenos vysoce kvalitních analogových signálů. I když pracuje v jednom režimu, jeho emisní spektrum má šířku. Čím je šířka užší, tím je světelná vlna čistší a časově koherentnější. To jsou světelné vlny s dobrou koherencí. Světelná vlna s dobrou koherencí nepotřebuje čočky a další zařízení ke konvergování do malého bodu a je vhodnější pro dopad optických vláken.
IV. Princip činnosti optického přijímače
Hlavní součástí optického přijímače je fotodetektor, tedy vysoce citlivá fotodioda (PIN). Fotodioda využívá fotoelektrický efekt polovodiče k dokončení detekce optického signálu, takže optický signál je obnoven na RF TV signál a poté RF signál Po zesílení a řízení úrovně AGC je na výstup kvalifikovaný RF signál pro síťová distribuce.
Hlavní technologie optických přijímačů jsou C/N, C/CTB a C/CSO. Všechny tyto tři technické indikátory jsou určeny výkonem fotoelektrického konverzního modulu. V případě stejného optického příkonu je RF úroveň konverzního výstupu odlišná. Když je účinnost konverze fotoelektrického modulu vysoká, jeho výstupní výkon I když je úroveň vysoká, index hodnoty C/N, který přináší, je dobrý a naopak, index hodnoty C/N se zhoršuje. Dva technické indikátory C/CSO a C/CTB jsou určeny linearitou fotoelektrického modulu. Vysoce kvalitní fotoelektrické moduly umožňují širší rozsah přijímacího výkonu při stejných indikátorech C/CSO a C/CTB.
V. Perspektivy vývoje optických zařízení
S neustálou aktualizací technologie přenosu optických vláken v širokopásmových sítích a neustálým zlepšováním multifunkčních služeb jsou požadavky na přenosové charakteristiky optických zařízení a optických vláken stále vyšší a vyšší. Konečně přichází éra optických vláken nahrazujících měděné dráty. Po stopách informačního věku S příchodem jsou vyhlídky rozvoje technologie optického přenosu velmi široké.
Výběr a použití optického vysílače
Optický vysílač je základním vybavením optického kabelového přenosového systému. Jeho funkcí je opticky modulovat vstup elektrického signálu vysokofrekvenční kabelové televize do optického vysílače pro dosažení elektrické a optické konverze (E/O) a posílat nepřetržité, stabilní a spolehlivé optické signály do systému optických kabelů. Typy optických vysílačů, které jsou v současnosti na trhu: podle různých způsobů modulace se dělí na dva typy: přímo modulované optické vysílače a externě modulované optické vysílače. Přímo modulované optické vysílače se většinou používají v systémech optických vláken 1310nm a externě modulované optické vysílače se většinou používají v systémech s optickými vlákny 1550nm. Bez ohledu na to, zda se jedná o přímo modulovaný nebo externě modulovaný optický vysílač, jeho hlavní součást tvoří lasery.
Přímo modulujte laserový vysílač
1. Složení
Složení optického vysílače s přímou modulací, kromě základních komponent DFB laserových komponentů, jsou zde napájecí zdroj, laserový předpětí, laserový obvod pomalého startu, ochranný obvod proti přetížení a ochranný obvod pohonu, obvod řízení výkonu a chlazení, světlo detekční obvod, obvod kompenzace zkreslení, čip fotodetektoru (PIN) (pro detekci optického výkonu a automatické řízení výkonu), polovodičová chladnička a termistor pro obousměrnou automatickou regulaci teploty (ATC) atd.
2. Pracovní postup
Vstupním signálem optického vysílače je televizní radiofrekvenční (RF) signál. Na předním konci je multiplexorem smícháno více RF signálů do jednoho signálu a poté odesláno na vstup optického vysílače. Po zesílení předzesilovačem je to elektronicky řízený útlum, kompenzace zkreslení a automatické řízení úrovně výkonu. , A pak řídit laserový čip k provedení elektrické/optické modulace a převést elektrický signál na signál optické modulace. Přidání optického izolátoru na výstupní konec může výrazně snížit vliv odražené světelné vlny z optického kabelu na laser. Optický signál je posílán do optického kabelu přes optický pohyblivý spoj a optický signál je přenášen do každého optického bodu přes optický kabel.
Je vidět, že vysílací výkon a nelineární zkreslení laseru závisí na proudu zkreslení (IO), takže optický vysílač je vybaven obvodem zkreslení a kompenzačním obvodem laseru, aby byla zajištěna stabilita nelineárního indexu a přenosový výstup.
Když se teplota laseru zvýší, práh se zvýší, intenzita nasyceného výstupního světla se sníží a lineární rozsah křivky PI se sníží (to znamená, že se sníží autodynamický rozsah). Aby bylo zajištěno, že optický vysílač vždy funguje normálně, musí být zajištěno, že laser pracuje při konstantní teplotě (obecně 25stupeňC). Polovodičový chladič a termistor použité pro obousměrnou automatickou regulaci teploty (ATC) optického vysílače zaručeně pracují při konstantní teplotě 25stupeňC.
V optickém vysílači je mikroprocesor a data o nejlepším pracovním stavu laseru jsou uložena v čipu. Laser lze pomalu spustit a napájecí proud RF TV lze automaticky odpojit, aby byl laser chráněn. Různé spínače na předním panelu optického vysílače jsou řízeny mikroprocesorem.
Změny teploty a stárnutí zařízení způsobí změny prahového proudu laseru a účinnosti fotoelektrické konverze. Pokud chcete přesně řídit optický výstupní výkon laseru, měli byste to vyřešit ze dvou hledisek: jedním je řídit zkreslení proudu laseru tak, aby automaticky sledoval práh. Změna proudu zajišťuje, že laser vždy pracuje v nejlepším stavu předpětí; druhým je řízení amplitudy laserového modulačního proudu, aby se automaticky sledovala změna účinnosti elektrické a optické konverze. Automatické řízení výkonu dokončuje výše uvedené dva úkoly, aby zajistilo, že laserový výstup bude přesný optický výkon.
Externě modulovaný optický vysílač
Externě modulovaný optický vysílač se skládá z externího modulátoru, laseru, laserového řídicího obvodu, modulačního řídicího obvodu, mikroprocesoru, obvodu předzkreslení, fotodetektoru, zeslabovače RF signálu, zesilovače, napájecího zdroje atd.
3. Porovnání optických vysílačů s přímou modulací a externí modulací
Pro DFB lasery se většinou používají vysílače s přímou modulací. DFB lasery mají dobrou linearitu a mohou získat lepší hodnoty CTB a CSObez kompenzace obvodů předběžného zkreslení. Kvůli přímé modulaci však dochází k dodatečné frekvenční modulaci a ukazatele nelineárního zkreslení (zejména hodnota CSO) je obtížné být velmi vysoké.
DFB vysílač má stabilní výkon, jednoduchou strukturu a nízkou cenu, takže je široce používán.
Výkon optického vysílače s přímou modulací není obecně příliš velký, do 18nw, proto je přenosová vzdálenost omezená a obecně se používá v místních distribučních sítích a sítích pro přenos optických kabelů na úrovni měst. Tento typ optického vysílače se většinou používá ve 1310nm optických sítích a útlum optického vlákna 1310nm je 0,35db/km, takže maximální přenosová vzdálenost nepřesahuje 35 kilometrů.
Externě modulovaný optický vysílač: vysoký výstupní výkon, až 2×20 mw nebo více (dva výstupy), nízký šum a žádné zkreslení cso způsobené kombinací dodatečné frekvenční modulace a rozptylových charakteristik vláken podobných LD. Proto se často používá při přenosu na dlouhé vzdálenosti u rozsáhlých drátových systémů. Externě modulované optické vysílače obecně používají YAG lasery. Poté, co jsou lasery YAG externě modulovány, je linearita velmi špatná a pro kompenzaci je třeba použít obvody před zkreslením. Optický vysílač YAG je díky svému menšímu rozptylu velmi vhodný pro optické vlákno o vlnové délce 1550nm, většinou používané v sítích s optickými vlákny 1550nm. Světlo YAG je přenášeno v síti optických vláken 1550nm, kterou lze použít pro zesílení a přenos. Optické vlákno 1550nm má malý útlum (0,25db/km), takže optický vysílač YAG lze použít pro přenos na ultra dlouhé vzdálenosti. Externě modulovaný optický vysílač se používá v síti optických vláken 1310nm a přenosová vzdálenost může dosáhnout 50 kilometrů, což je také rychlejší než přenosová vzdálenost přímo modulovaného optického vysílače. Externě modulované optické vysílače jsou však drahé a optické vláknové sítě pro přenos na krátkou vzdálenost zřídka používají externě modulované optické vysílače.
4. Technické indikátory optického vysílače
Technické ukazatele optického vysílače jsou základem pro výběr optického vysílače a dobré výkonové parametry optického vysílače přímo ovlivňují dobré technické ukazatele celého systému kabelové televize.
5. Volba optického vysílače
Pro techniky kabelové televize je velmi důležité pochopit a osvojit si složení, princip činnosti a výkonové parametry optických vysílačů, protože pouze zvládnutím základních principů činnosti a technických ukazatelů výkonu optických vysílačů lze optické vysílače efektivně a rozumně používat. Dobrá každodenní údržba.
V současné době existuje mnoho zahraničních i tuzemských výrobců optických vysílačů. Optických vysílačů je více typů, velmi rozdílné jsou i ukazatele výkonu a samostatné ceny. Rozumný výběr je velkým přínosem pro zajištění kvality optické sítě a snížení nákladů na výstavbu sítě. Vysoký poměr výkonu a ceny, spolehlivý systém zajištění kvality a dobrá záruka poprodejního servisu jsou volbou optického zařízení
