домашние задания, типовые расчёты / часть тех. текстов с переводами из учебного пособия по английскому языку для студентов фоисит / Optical transmitters(45-46)
.docOptical Transmitters
The basic optical transmitter converts electrical input signals into modulated light for transmission over an optical fiber. Depending on the nature, of this signal, the resulting modulated light may be turned on and off or may be linearly varied in intensity between two predetermined levels. The most common devices used as the light source in optical transmitters are the light emitting diode (LED) and the laser diode (LD). In a fiber optic system, these devices are mounted to enable an optical fiber to be placed in very close proximity to the light emitting region in order to couple as much light as possible into the fiber. In some cases, the emitter is even fitted with a tiny spherical lens to collect and focus "every last drop" of light onto the fiber and in other cases a fiber is connected directly to the actual surface of the emitter.
LEDs have relatively large emitting areas and as a result are riot as good light sources as LDs. However, they are widely used for short to moderate transmission distances because they are much more economical, quite linear in terms of light output
versus electrical current input and stable in terms of light output versus ambient operating temperature. LDs, on the other hand, have very small light emitting surfaces and can couple many times more power to the fiber than LEDs. LDs are also linear in terms of light output versus electrical current input, but unlike LEDs they are not stable over wide operating temperature ranges and require more elaborate circuitry to achieve acceptable stability. In addition, their added cost makes them primarily useful for applications that require the transmission of signals over long distances.
LEDs and LDs operate in the infrared portion of the electromagnetic spectrum so that their light output is usually invisible to the human eye. Their operating wavelengths are chosen to be compatible with the lowest transmission loss wavelengths of glass fibers and highest sensitivity ranges of photodiodes. The most common wavelengths in use today are 850 nanometers, 1300 nanometers, and 1550 nanometers. Both LEDs and LDs are available in all three wavelengths.
LEDs and LDs, as previously stated, are modulated in one of two ways: on and off, or linearly. A transistor is used to switch the LED or LD on and off in step with an input digital signal. This signal can be converted from almost any digital format by the appropriate circuitry, into the correct base drive for the transistor- Overall speed is then determined by the circuitry and the inherent speed of the LED or LD. Used in this manner, speeds of several hundred megahertz are readily achieved for LEDs and thousands of megahertz for LDs. Temperature stabilization circuitry for the LD has been omitted from this example for simplicity. LEDs do not normally require any temperature stabilization.
Linear modulation of an LED or LD is accomplished by the operational amplifier circuit. The inverting input is used to supply the modulating drive to the LED or LD while the non-inverting input supplies a DC bias reference. Once again temperature stabilization circuitry for the LD has been omitted from this example for simplicity.
Digital on/off modulation of an LED or LD can take a number of forms. The simplest, as we have already seen, is light-on for a logic "1", and light-off for a logic "0". Two other common forms are pulse width modulation and pulse rate modulation. In the former, a constant stream of pulses is produced with one width signifying a logic "1" and another width, a logic "0". In the latter, the pulses are all of the same width but the pulse rate changes to differentiate between logic "1" and logic "0".
Analogue modulation can also take a number of forms. The simplest is intensity modulation where the brightness of an LED is varied in direct step with the variations of the transmitted signal. In other methods, a RF carrier is first frequency modulated with another signal or, in some cases, several RF carriers are separately modulated with separate signals, then all are combined and transmitted as one complex waveform.
The equivalent operating frequency of light, which is, after all, electromagnetic radiation, is extremely high - of the order of 1,000,000 GHz. The output bandwidth of the light produced by LEDs and laser diodes is quite wide. Unfortunately, today's technology does not allow this bandwidth to be selectively used in the way that conventional radio frequency transmissions are utilized. Rather, the entire optical bandwidth is turned on and off in the same way that early "spark transmitters" (in the infancy of radio), turned wide portions of the RF spectrum on and off. However, with time, researchers will overcome this obstacle and "coherent transmissions", as they are called, will become the direction in which the fiber optic field progresses.
Оптические Передатчики
Основной оптический передатчик преобразовывает входные электрические сигналы в модулируемый свет для передачи по оптическому волокну. В зависимости от характера этого сигнала, результирующий модулируемый свет может быть включен или выключит, или может быть линейно изменен по интенсивности между двумя предопределенными уровнями. Наиболее распространенные устройства, использующиеся как источники света в оптических передатчиках – это светодиоды и лазерные диоды. В оптико-волоконной системе эти устройства установлены так, что оптоволокно располагается как можно ближе к области светоиспускания , чтобы собрать как можно больше света насколько это возможно в волокно. В некоторых случаях, источник света даже оснащен крошечной сферической линзой, чтобы собирать и фокусировать " каждую последнюю каплю " света в волокно и в других случаях, волокно связано непосредственно с фактической поверхностью источника.
Светодиоды имеют относительно большие области испускания и как результат они не очень хорошие источники света по сравнению с лазерными диодами. Однако, они широко используются для передачи на недалёкие расстояния, потому что они намного экономичнее, вполне линейны по направлению выходящего света по сравнению с входным электрическим потоком и стабильны по выходящему свету в окружающей операционной температуре. Лазерные диоды, с другой стороны, имеют очень слабый свет, испускающийся поверхностью, но может собирать во много раз больше количества света в волокно чем светодиоды. Лазерные диоды также линейны по направлению выходящего света по сравнению с входным электрическим потоком, но в отличие от светодиодов, они не стабильны в широких диапазонах температур и требуют более сложную схему для достижения приемлемой стабильности. Кроме того, их добавленная стоимость делает их прежде всего полезными для применения при передачи сигнала на большие расстояния.
Светодиоды и лазерные диоды работают в инфракрасной области спектра так, что их выходной световой сигнал обычно невидим для человеческого глаза. Их рабочие длины волн выбраны из соображения обеспечения уменьшения потерь на поглощение в волокне и увеличения чувствительности фотодиодов. Наиболее используемые длины волн сегодня - 850 нанометров, 1300 нанометров, и 1550 нанометров. И светодиоды и лазерные диоды доступны во всех трех длинах волны.
Светодиоды и лазерные диоды, как было уже сказано, модулируются в одном и двух направлениях: вкл. и выкл., или линейно. Транзистор используется, чтобы переключать светодиод или лазерный диод в положение вкл. и выкл. в шаге со входом цифрового сигнала. Этот сигнал может быть преобразован из почти любого цифрового формата соответствующей схемы в основную передачу для транзистора. Полная скорость тогда определена схемой и свойственной скоростью светодиода или лазерного диода. Скорость использующаяся в этом способе равна нескольким сотням мегагерц для светодиодов и тысячам мегагерц для лазерных диодов. Температурная схема стабилизации для лазерных диодов была опущена в этом примере для простоты. Светодиоды обычно не требуют никакой температурной стабилизации.
Линейная модуляция светодиода или лазерного диода выполнена операционным усилителем. Вход инвертирования используется, чтобы снабдить модуляционной передачей светодиод или лазерный диод, в то время пока не инвертирующий вход снабжает постоянным током. Еще раз температурная схема стабилизации для лазерного диода была опущена в этом примере для простоты.
Цифровая вкл\выкл модуляция светодиода или лазерного диода может брать множество форм. Самый простой, поскольку мы уже видели, являемся " свет на " для логики " 1 ", и " свет от " для логики "0". Две других общих(обычных) формы - модуляция ширины пульса и модуляция нормы(разряда) пульса. В прежнем, постоянный поток пульса произведен с одной шириной, показывающей логику "1" и другую ширину, логика "0". В последнем, пульс - вся та же самая ширина, но норма(разряд) пульса изменяется, чтобы дифференцировать между логикой "1" и логику "0".
Аналоговая модуляция может также брать множество форм. Само простой - модуляция интенсивности, где яркость ВЕДОМОГО изменена по прямому шагу с изменениями(разновидностями) переданного сигнала. В других методах, курьер(транспорт) РФ - первая частота, модулируемая с другим сигналом или, в некоторых случаях(делах), несколько курьеров(транспортов) РФ отдельно модулируются с отдельными сигналами, тогда все объединены и переданы как одна сложная форма волны.
Эквивалент операционная частота света, который, в конце концов, электромагнитная радиация, является чрезвычайно высоким - заказа(порядка) 1,000,000 GHz. Продукция(выпуск) bandwidth света, произведенного LEDS и лазерными диодами весьма широка. К сожалению, сегодняшняя технология не позволяет этому bandwidth выборочно использоваться в пути, которым обычные передачи частоты радио используются. Скорее, полный оптический bandwidth превращен(направлен) на и от таким же образом что рано " передатчики искры " (в младенчестве радио), превращен(направлен) широкие части спектра РФ на и от. Однако, со временем, исследователи преодолеют это препятствие и " последовательные передачи ", поскольку они называются, станут руководством(направлением), в котором волокне оптическая область(поле) прогрессирует.