Como o Transmissor Óptico é desenvolvido e funciona
A utilização de ondas de luz para transmitir sinais de televisão e informações de dados é uma nova ciência e tecnologia desenvolvida no final do século XX. Sua aparição permitiu ao mundo'que a indústria da informação se desenvolva rapidamente. Agora, a tecnologia de transmissão por fibra óptica está se desenvolvendo a uma velocidade que ultrapassa as pessoas.'é imaginação. Sua velocidade de transmissão óptica é 100 vezes maior do que há 10 anos e estima-se que aumentará cerca de 100 vezes no desenvolvimento futuro. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de transmissão de fibra óptica, multiplexação, demultiplexação, roteamento e comutação podem ser realizados no domínio óptico. A rede pode usar os enormes recursos de largura de banda da fibra óptica para aumentar a capacidade da rede e realizar a transmissão "transparente" de vários serviços.
O sistema de transmissão óptica é composto principalmente por transmissores ópticos, receptores ópticos, divisores ópticos, cabos de fibra óptica e outros componentes.
I. Um princípio básico de transmissão de sinais ópticos por fibra óptica
A transmissão óptica é uma tecnologia que transmite na forma de sinais ópticos entre o remetente e o receptor. O processo de trabalho de transmissão óptica de sinais de TV é realizado entre o transmissor óptico, a fibra óptica e o receptor óptico; o transmissor óptico na sala de informática central converte o sinal de TV RF de entrada em um sinal óptico, que é composto por um conversor elétrico/óptico (o transdutor elétrico-óptico (E/O) é concluído e o sinal óptico convertido é recebido pelo dispositivo receptor de guia de transmissão de fibra óptica (receptor óptico), e o receptor óptico converte o sinal óptico obtido da fibra óptica em um sinal elétrico. Portanto, o princípio básico do sinal de transmissão óptica é todo o processo de elétrico/óptico e óptico/. conversão elétrica, que também é chamada de link óptico.
O método atual de transmissão óptica utiliza modulação de intensidade de luz. Por exemplo, um dispositivo emissor de luz baseado em laser emite a chamada luz coerente com a mesma fase. Portanto, é adotado um método de modulação que altera a intensidade luminosa geral. Ele usa a mudança linear da potência óptica de saída correspondente à mudança da corrente do sinal de entrada do conversor elétrico/óptico. característica.
No Transdutor Óptico-Elétrico (O/E), a corrente de saída é proporcional à intensidade do sinal óptico de entrada. A forma de onda da corrente de saída do conversor óptico/elétrico é, portanto, semelhante à forma de onda da corrente de entrada do conversor elétrico/óptico, atingindo o objetivo de transmissão de sinal.
Então, como a fibra óptica orienta o sinal óptico? Actualmente, a fibra óptica utilizada no sistema de televisão por cabo é uma fibra óptica cilíndrica, composta por um cilindro de fibra óptica e um revestimento e é um material de vidro de quartzo. O revestimento desempenha o papel de envolver firmemente a luz na fibra óptica, protegendo o núcleo e aumentando a resistência da própria fibra óptica. A função do núcleo da fibra é transmitir sinais ópticos. Embora tanto o núcleo quanto o revestimento sejam feitos de materiais de vidro de quartzo, há diferenças na composição de dopagem dos dois durante a produção, o que leva a diferentes índices de refração (o núcleo é 1,463 ~ 1,467 e o revestimento é 1,45 ~ 1,46), claro, também está relacionado aos diferentes materiais utilizados. Quando a fonte de luz emitida pelo laser entra no núcleo da fibra, quando a luz entra na interface do revestimento, desde que o ângulo de incidência seja maior que o ângulo crítico, a reflexão total ocorrerá no núcleo, e a luz não vazará para o revestimento. O sinal óptico no núcleo continuará a se propagar ininterruptamente até ser direcionado ao receptor óptico. Este processo é o princípio básico da transmissão de sinal óptico em fibra óptica.
II. Distorção na transmissão óptica
Quando a luz é transmitida em uma fibra óptica, também ocorrerá alguma distorção. As razões para a distorção são as seguintes:
(1) No sistema de transmissão de fibra óptica, devido à não linearidade das características de conversão elétrica/óptica do laser semicondutor, o sinal óptico de saída é inconsistente com a mudança da corrente de excitação, resultando em distorção, que é chamada de distorção de modulação. O valor do índice de modulação M não pode ser muito grande. É necessário escolher um transmissor óptico com alto desempenho e forte tecnologia de processamento de pré-distorção. A tecnologia de processamento de pré-distorção utiliza design artificial para gerar pré-distorção para melhorar a linearidade da modulação, de modo a eliminar e reduzir o sistema de transmissão de fibra óptica. O objetivo do CSO e do CTB.
(2) No sistema de transmissão óptica, como o amplificador de RF de acionamento e o amplificador de RF de recepção têm pouca chance de distorção, o fotodiodo PIN linear pode ignorar a leve distorção porque o nível do sinal não é muito alto. O principal motivo é a distorção das características de modulação do laser semicondutor e dispersão da fibra.
(3) Quando o laser está modulando a intensidade da luz, o comprimento de onda da luz mudará e aparecerá uma modulação de frequência adicional, que ampliará a frequência do sinal e causará um efeito chirp, que se manifesta principalmente como distorção CSO.
(4) As características de dispersão da fibra óptica causarão diferenças no atraso de grupo de diferentes comprimentos de onda, resultando em distorção causada por tempos de chegada inconsistentes ao terminal, principalmente distorção CSO.
A distorção produzida no sistema de transmissão de fibra óptica é principalmente distorção CSO, e o grau de distorção CTB é muito menor do que a distorção CSO. A fim de garantir a qualidade de transmissão do sistema e tornar a relação portadora-ruído do sistema e o desempenho de distorção dentro de uma faixa razoável, as medidas tomadas são gerais. Use indicadores CNR para equilibrar os indicadores CSO e CTB. Se você aumentar ou diminuir o valor do CNR em 1dB, o CSO irá deteriorar-se ou melhorar em 1dB, e o índice CTB irá deteriorar-se ou melhorar em 2dB.
III. Princípios de funcionamento do transmissor óptico
O dispositivo óptico mais importante no transmissor óptico é o laser semicondutor. Na verdade, é um diodo laser (LD). É claro que alguns não usam diodos laser, mas sim diodos emissores de luz semicondutores (Light Emitir Diodo, LED). de.
O transmissor óptico de 1310 nm geralmente adota o modo de modulação direta (modulação de amplitude de banda lateral vestigial, modo VSB-AM). Sua função é converter sinais elétricos em sinais ópticos, o que pode ser conseguido alterando a alimentação do laser injetado através de um circuito externo. O circuito de polarização definido pode fornecer a melhor fonte de alimentação de polarização para o laser. O laser terá potência diferente quando a corrente de polarização for diferente. Para garantir uma saída estável de potência óptica, um circuito de controle automático para potência óptica e temperatura do laser deve ser projetado, como o uso de microcomputadores para alcançar o melhor estado de funcionamento do controle automático do transmissor óptico.
Os lasers são amplamente utilizados como osciladores ópticos (isto é, dispositivos emissores de luz), que dependem da interação entre o estado de energia do material médio do laser e a luz.
Para que o laser funcione, deve haver uma certa quantidade de corrente. Existe uma certa relação entre o tamanho desta corrente e a intensidade da luz. Quando a corrente aumenta, a intensidade da luz aumenta acentuadamente. Isso indica que o laser começou a funcionar. Isso faz o laser funcionar. A corrente é chamada de corrente limite. Quanto menor for, melhor, porque já habilitou o funcionamento do laser. Se a corrente limite continuar a aumentar, a zona de saturação de saída será formada. Quando a corrente da zona de saturação atingir um determinado valor, o sinal será transmitido. Em termos da potência necessária para a transmissão de fibra óptica, a potência de saída de vários megawatts na região linear pode atender aos requisitos de transmissão de sinais e informações de longa distância. Além da quantidade de intensidade da luz, a qualidade da transmissão da luz também está relacionada a problemas como espectro e ruído.
O espectro de vários comprimentos de onda não é adequado para a transmissão de sinais analógicos de alta qualidade. Mesmo que funcione em modo único, seu espectro de emissão tem uma largura. Quanto mais estreita a largura, mais pura se torna a onda de luz e mais coerente com o tempo ela se torna. São ondas de luz com boa coerência. A onda de luz com boa coerência não necessita de lentes e outros dispositivos para convergir em um pequeno ponto, sendo mais adequada para a incidência de fibras ópticas.
4. Princípios de funcionamento do receptor óptico
O principal componente do receptor óptico é o fotodetector, ou seja, o fotodiodo de alta sensibilidade (PIN). O fotodiodo usa o efeito fotoelétrico do semicondutor para completar a detecção do sinal óptico, de modo que o sinal óptico seja restaurado para o sinal de TV RF e, em seguida, o sinal de RF. Após amplificação e controle de nível AGC, o sinal de RF qualificado é emitido para o distribuição em rede.
As principais tecnologias de receptores ópticos são C/N, C/CTB e C/CSO. Estes três indicadores técnicos são todos determinados pelo desempenho do módulo de conversão fotoelétrica. No caso da mesma entrada de potência óptica, o nível de RF da saída de conversão é diferente. Quando a eficiência de conversão do módulo fotoelétrico é alta, sua potência de saída. Mesmo que o nível seja alto, o índice de valor C/N trazido por ele é bom, e vice-versa, o índice de valor C/N piora. Os dois indicadores técnicos de C/CSO e C/CTB são determinados pela linearidade do módulo fotoelétrico. Módulos fotoelétricos de alta qualidade permitem uma faixa de potência de recepção mais ampla sob os mesmos indicadores C/CSO e C/CTB.
V. Perspectivas de desenvolvimento de dispositivos ópticos
Com a atualização contínua da tecnologia de transmissão de fibra óptica em redes de banda larga e a melhoria contínua dos serviços multifuncionais, os requisitos para as características de transmissão de dispositivos ópticos e fibras ópticas estão cada vez mais elevados. A era das fibras ópticas substituindo os fios de cobre está finalmente chegando. Com os passos da era da informação Com o advento, as perspectivas de desenvolvimento da tecnologia de transmissão óptica são muito amplas.
Seleção e uso de transmissor óptico
O transmissor óptico é o equipamento principal do sistema de transmissão por cabo óptico. Sua função é modular opticamente a entrada do sinal elétrico de televisão a cabo de radiofrequência para o transmissor óptico para obter conversão elétrica e óptica (E/O) e enviar sinais ópticos contínuos, estáveis e confiáveis para o sistema de cabo óptico. Os tipos de transmissores ópticos atualmente existentes no mercado: de acordo com seus diferentes métodos de modulação, são divididos em dois tipos: transmissores ópticos modulados diretamente e transmissores ópticos modulados externamente. Os transmissores ópticos modulados diretamente são usados principalmente em sistemas de fibra óptica de 1310 nm, e os transmissores ópticos modulados externamente são usados principalmente em sistemas de fibra óptica de 1550 nm. Independentemente de ser um transmissor óptico modulado diretamente ou modulado externamente, seu componente principal é composto por lasers.
Modular diretamente o transmissor laser
1. Composição
A composição do transmissor óptico de modulação direta, além dos componentes principais do laser DFB, há fonte de alimentação, um circuito de polarização do laser, circuito de partida lenta do laser, circuito de proteção contra sobrecarga e circuito de proteção de acionamento, controle de energia e circuito de controle de resfriamento, luz circuito de detecção, circuito de compensação de distorção, chip fotodetector (PIN) (para detecção de potência óptica e controle automático de potência), refrigerador semicondutor e termistor para controle automático de temperatura bidirecional (ATC), etc.
2. Processo de trabalho
O sinal de entrada do transmissor óptico é o sinal de radiofrequência (RF) de TV. Na extremidade frontal, vários sinais de RF são misturados em um sinal por um multiplexador e depois enviados para a entrada do transmissor óptico. Depois de amplificado por um pré-amplificador, é controlado eletronicamente atenuação, compensação de distorção e controle automático de nível de potência. , E então acione o chip laser para realizar a modulação elétrica/óptica e converta o sinal elétrico em um sinal de modulação óptica. Adicionar um isolador óptico à extremidade de saída pode reduzir bastante a influência da onda de luz refletida do cabo óptico no laser. O sinal óptico é enviado ao cabo óptico através da junta óptica móvel, e o sinal óptico é transmitido para cada ponto óptico através do cabo óptico.
Pode-se observar que a potência de transmissão e a distorção não linear do laser dependem da corrente de polarização (IO), portanto o transmissor óptico é equipado com o circuito de polarização e o circuito de compensação de distorção do laser para garantir a estabilidade do índice não linear e o saída de transmissão.
Quando a temperatura do laser aumenta, o limite aumentará, a intensidade da luz de saída saturada diminuirá e a faixa linear da curva PI diminuirá (ou seja, a faixa autodinâmica 2 diminuirá). Para garantir que o transmissor óptico sempre funcione normalmente, deve-se garantir que o laser funcione a uma temperatura constante (geralmente 25grauC). O resfriador semicondutor e o termistor usados para o controle automático de temperatura (ATC) bidirecional do transmissor óptico têm garantia de funcionamento a uma temperatura constante de 25grauC.
Há um microprocessador no transmissor óptico e os melhores dados do estado de funcionamento do laser são armazenados no chip. O laser pode ser iniciado lentamente e a corrente da unidade RF TV pode ser desconectada automaticamente para proteger o laser. Os vários interruptores no painel frontal do transmissor óptico são controlados por um microprocessador.
Mudanças de temperatura e envelhecimento do dispositivo causarão alterações na corrente limite do laser e na eficiência da conversão fotoelétrica. Se você deseja controlar com precisão a potência de saída óptica do laser, deve resolvê-lo a partir de dois aspectos: um é controlar a corrente de polarização do laser para que ele rastreie automaticamente o limite. A mudança de corrente garante que o laser funcione sempre no melhor estado de polarização; a segunda é controlar a amplitude da corrente de modulação do laser para acompanhar automaticamente a mudança na eficiência de conversão elétrica e óptica. O controle automático de potência completa as duas tarefas acima para garantir que o laser produza potência óptica precisa.
Transmissor óptico modulado externamente
O transmissor óptico modulado externamente é composto por modulador externo, laser, circuito de controle de laser, circuito de controle de modulação, microprocessador, circuito de pré-distorção, fotodetector, atenuador de sinal de RF, amplificador, fonte de alimentação, etc.
3. Comparação de transmissores ópticos de modulação direta e modulação externa
Transmissores de modulação direta são usados principalmente para lasers DFB. Os lasers DFB possuem boa linearidade e podem obter melhores valores de CTB e CSOsem a compensação de circuitos de pré-distorção. No entanto, devido à modulação direta, há modulação de frequência adicional e é difícil que os indicadores de distorção não linear (especialmente o valor CSO) sejam muito altos.
O transmissor DFB possui desempenho estável, estrutura simples e preço baixo, por isso é amplamente utilizado.
A potência do transmissor óptico de modulação direta geralmente não é muito grande, dentro de 18nw, portanto, a distância de transmissão é limitada e geralmente é usado em redes de distribuição local e redes de transmissão por cabo óptico em nível municipal. Este tipo de transmissor óptico é usado principalmente em redes de fibra óptica de 1310nm, e a atenuação da fibra óptica de 1310nm é de 0,35db/km, portanto a distância máxima de transmissão não excede 35 quilômetros.
Transmissor óptico modulado externamente: alta potência de saída, até 2×20mw ou mais (duas saídas), baixo ruído e nenhuma distorção cso causada pela combinação de modulação de frequência adicional e características de dispersão de fibra semelhantes ao LD. Portanto, é frequentemente usado na transmissão de longa distância de sistemas com fio de grande escala. Transmissores ópticos modulados externamente geralmente usam lasers YAG. Depois que os lasers YAG são modulados externamente, a linearidade é muito baixa e circuitos de pré-distorção devem ser usados para compensar. Devido à sua menor dispersão, o transmissor óptico YAG é muito adequado para fibra óptica de comprimento de onda de 1550 nm, usado principalmente em redes de fibra óptica de 1550 nm. A luz YAG é transmitida na rede de fibra óptica de 1550 nm, que pode ser usada para amplificação e retransmissão. A fibra óptica de 1550nm tem uma pequena atenuação (0,25db/km), então o transmissor óptico YAG pode ser usado para transmissão de distância ultralonga. O transmissor óptico modulado externamente é usado na rede de fibra óptica de 1310 nm, e a distância de transmissão pode chegar a 50 quilômetros, o que também é mais rápido que a distância de transmissão do transmissor óptico modulado direto. No entanto, os transmissores ópticos modulados externamente são caros, e as redes de fibra óptica para transmissão de curta distância raramente usam transmissores ópticos modulados externamente.
4. Os indicadores técnicos do transmissor óptico
Os indicadores técnicos do transmissor óptico são a base para a seleção do transmissor óptico, e os bons parâmetros de desempenho do transmissor óptico afetam diretamente os bons indicadores técnicos de todo o sistema de televisão a cabo.
5. A escolha do transmissor óptico
É muito importante que os técnicos de TV a cabo entendam e dominem a composição, o princípio de funcionamento e os parâmetros de desempenho dos transmissores ópticos, porque somente dominando os princípios básicos de funcionamento e os indicadores de desempenho técnico dos transmissores ópticos, os transmissores ópticos podem ser usados de forma eficaz e razoável. Boa manutenção diária.
Atualmente, existem muitos fabricantes nacionais e estrangeiros de transmissores ópticos. Existem mais tipos de transmissores ópticos, e os indicadores de desempenho e preços individuais também são muito diferentes. A seleção razoável é de grande benefício para garantir a qualidade da rede de fibra óptica e reduzir o custo de construção da rede. Alta relação preço-desempenho, sistema confiável de garantia de qualidade e boa garantia de serviço pós-venda são a escolha do equipamento óptico
