Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Теория ЦСП.docx
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
4.21 Mб
Скачать

Методы модуляции оптической несущей. Типы оптических модуляторов

Модуляция оптического излучения (ОИ), которое является переносчиком данных, может быть осуществлено следующими способами:

  1. непосредственной модуляцией оптической несущей цифровым сигналом;

  2. у модуляции с использованием промежуточной поднесущей, которая модулирует оптическую поднесущую;

  3. модуляции несущей с использованием внешнего модулятора, сигнал которого модулируется цифровым сигналом;

  4. модуляцией с использованием поднесущей и модулятора.

Непосредственная модуляция

Непосредственная модуляция является одним из основных методов модуляции ОИ. Модуляция осуществляется путём управления током накачки ЛД.

Необходимо обеспечить стабильность рабочей точки и снизить нелинейность зависимость мощности излучения от тока, то есть нелинейность Ватт/амперной характеристики. Эти недостатки устраняются на основе управляемых источников оптического излучения. Они могут быть выполнены по принципу стабилизации мощности ОИ введением ООС по излучению и самонастройки.

Метод непосредственной модуляции имеет ряд существенных недостатков:

  • нелинейная зависимость мощности излучения от тока, которое требует применения схем линеаризации;

  • при модуляции изменяется центральная длина волны излучения ЛД, спектральный состав и амплитуда отдельных мод;

  • метод неудобен для систем со спектральным разделением каналов (WDM).

Модуляция с использованием поднесущей

Метод непосредственной модуляции требует использования дорогостоящих электронных компонентов из-за высокой частоты оптической несущей. Снизить частоты можно, используя поднесущую на частоте в диапазоне 10 МГц – 10 ГГц. Этой модулированной поднесущей можно затем модулировать основную несущую. Использование поднесущей необходимо при многоканальной модуляции в системах WDM.

Модуляция с использованием внешнего модулятора - Улучает характеристики и гибкость систем передачи.

Модуляция с использованием поднесущей и модулятора - В ней объединены 2 предыдущих метода.

Действия ОМ основано на использовании различных физических эффектов, получаемых при прохождении ОИ в средах, имеющих кристаллическую структуру. Широко используются акустооптические и электрооптические модуляторы (АОМ И ЭОМ).

Принцип действия АОМ основан на зависимости показателя преломления (ПП) оптически прозрачных материалов (ниобат лития ) от давления. Давление создаётся пьезокристаллом, наклеенным на акустооптический материал. Хватит. Акустическая волна создаёт в оптической среде структуру с периодически изменяющимся показателем преломления, которая выполняет роль дифракционной решётки. При этом осуществляется модуляция интенсивности ОИ.

В оптических модуляторах используются условия возникновения дифракции Брэгга. Быстродействие имеет порядок сек.

Достоинствами АОМ является простота реализации и надёжность.

Недостатки: нелинейность функции преобразования, уменьшение глубины модуляции с ростом частоты модуляции, смещение частоты модулированного излучения на величину акустической модулирующей частоты, невысокая эффективность дифракции (отношение интенсивности модулированного и исходного ОИ).

Принцип действия ЭОМоснован на использовании электрооптического эффекта в кристаллах. Под действие приложенного электрического поля изменяется ПП и состояние поляризации ОИ. Это проявляется в виде электрооптического эффекта Поккельса, при котором ПП кристалла изменяется пропорционально квадрату приложенного электрического поля. Аналогичное преобразование происходит при электрооптическом эффекте Керра. Линейный эффект Поккельса проявляется вращением плоскости поляризации световой волны при приложении напряжения к кристаллу в результате изменения ПП по осям xи y. В результате выполняется модуляция по интенсивности путём амплитудной модуляции подаваемого сигнала. Частота модуляции до 10 ГГц, глубина – 99,9%. Недостаток – использование высокого модулирующего напряжения.

Электрооптические модуляторы на основе интерферометра Маха-Цендера. На выходе интерферометра происходит модуляция ОИ по интенсивности ввиду интерференции его мод.

1 – электроды возбуждения бегущей волны.

2 – электроды напряжения смещения.

3 – дифференциально управляемые световоды.

Модулятор состоит из 2 идентичных плеч интерферометра. Распространяющиеся по ним моды в зависимости от приложенного к электродам напряжения и длины волновода приобретают сдвиг по фазе, пропорциональный амплитуде изменения показателя преломления.

Применяются модуляторы, использующие магнитооптический эффект – эффект Фарадея.

Если ОИ пропустить через кристалл, находящийся в магнитном поле, то в результате эффекта Фарадея происходит вращение плоскости поляризации света. Угол поворота пропорционален длине пути света в кристалле.

Перемагничивание, производимое переменным полем ячейки Фарадея, вызывает соответствующие изменения плоскости поляризации света, поступающего на анализатор.

Эффект Фарадея ярко выражен в редкоземельных элементах (итрий, тербий, диспрозий).

Особенностью МОМ (магнито-оптических модуляторов) является постоянство коэффициента удельного вращения плоскости поляризации в диапазоне длин волн 2 и 3 окон прозрачности.

Структура оконечной станции МСП с ЧРК. Построение линейных трактов МСП с ЧРК.

В состав аппаратуры МСП входят оконечное и промежуточное оборудование. Оконечное оборудование МСП с ЧРК предназначено для преобразования исходных сигналов в некоторый высокочастотный сигнал, который может передаваться по той или иной линии передачи.

При выборе граничных частот линейного спектра необходимо учитывать тип направляющей среды. В системах с МСП используется коаксиальный кабель, нижняя граничная частота линейного спектра выбирается из условия обеспечения высокой защищённости от внешних помех. Верхняя граничная частота определяется канальностью МСП. Однако для более простых реализаций усилителей следует уменьшать ширину линейного спектра.(К1920:312-8544 кГц,К5400:4332-31084кГц).

Особенностью конструкции симметричных кабелей являются значительные переходные влияния между парами. Для обеспечения необходимой помехозащищённости от влияний на ближнем конце магистрали на симметричных кабелях строятся 2х-кабельными.

Взаимное влияние на дальний конец ограничивает верхнюю частоту линейного спектра. Поскольку эти влияния растут с увеличением частоты, то обеспечить требуемое значение защищенностей на частотах свыше 260кГц трудно, поэтому верхняя граничная частота линейного спектра в МСП с использованием симметричного кабеля принята равной 252кГц. Нижняя частота 12кГц, поскольку на более низких частотах становится значительной кривизна частотной характеристики затухания кабеля, а также возникают трудности с коррекцией НЧ сигнала.

По воздушным ЛС из цветного металла сигналы передаются в спектре до 150кГц, на стальных проводах до 31кГц.

Для КК ограничением частоты снизу является частота 60 кГц, на более низких КК не используется. Верхняя частота определяется лишь шириной спектра передаваемого сигнала и ограничена проблемами с АЧХ системы передачи – трудности обеспечения её линейности во всей полосе частот.

Для организации 2х самостоятельных усилительных направлений линейные тракты строятся 4х-проводными однополосными, 2х-проводными двухполосными и 2х-проводными однополосными.

При 4-х проводном однополосном используются две двухпроводные цепи для передачи сигналов во встречных направлениях. По каждой из цепей сигналы передаются в одном и том же линейном спектре частот. Этот метод является основным для кабельных МСП.

При двухпроводном двухполосном построении используется одна двухпроводная цепь, по которой передача сигналов осуществляется в разных диапазонах частот. Разделение линейных спектров на оконечных и промежуточных станциях производится направляющими фильтрами, которые являются фильтрами НЧ и ВЧ с одной и той же частотой среза. Применяется для воздушных линий или однокоаксиальных кабелей.

В одноканальных СП линейный тракт строится как двухпроводной однополосный. Передача сигналов в 2х направлениях производится в одной и той же полосе частот 0,3-3,4кГц, для разделения направлений передачи предусмотрены дифференциальные системы.