8.2.1. Передающие оптические модули

Оптический передатчик ВОСП реализуется в форме единого передающего оптического модуля (ПОМ) - электронно-оптического преобразователя, осуществляющего преобразование электрических сигналов в оптические сигналы. Обобщенная структурная схема ПОМ приведена на рис. 8.2., где приняты следующие обозначения:

 ФМС – формирователь модулирующего сигнала, осуществляющий преобразование сигнала, поступающего с выхода оборудования сопряжения ВОСП, для оптимального режима работы оптического модулятора или источника оптического излучения;

 МОИ – модулятор оптического излучения; здесь осуществляется модуляция одного из параметров оптического излучения (интенсивности, частоты, фазы, поляризации и др.);

- ИОИ – источник оптического излучения;

 ОР – оптический разветвитель, обеспечивающий отвод оптического сигнала на ССт;

 ССт – схема стабилизации режима работы источника оптического излучения;

 ЛОС – линейный оптический сигнал (модулированное оптическое излучение, передаваемое по оптическому кабелю;

 СВД – схема встроенной диагностики, предназначенная для контроля работоспособности ПОМ;

 СУ и ОС – согласующее устройство и оптический соединитель, обеспечивающие ввод оптического сигнала в оптический кабель;

 ОВ – оптическое волокно.

Основным блоком, определяющим качество функционирования ПОМ, является источник оптического излучения.

Требования к источникам оптического излучения ПОМ следующие:

1) длина волны оптического излучения должна совпадать с одним из окон прозрачности оптического волокна;

- достаточно большая мощность выходного излучения и эффективность его ввода в оптическое волокно;

- допускать возможность модуляции оптического излучения различными способами;

- достаточно большой срок службы;

- минимальное потребление электрической энергии или высокая эффективность;

- минимальные габариты и вес;

- простота технологии производства, обеспечивающая невысокую стоимость и высокую повторяемость параметров и характеристик.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют источники оптического излучения на основе светоизлучающих диодов (СИД) и полупроводниковых лазерных диодов (ПЛД).

Основными параметрами источника оптического излучения являются:

1) длина волны оптического излучения _о, мкм, соответствующая одному из минимумов спектральной характеристики затухания оптического волокна;

2) ширина спектра оптического излучения , нм, как правило, определяемая на половине максимальной амплитуды излучения;

3) мощность оптического излучения Р, мВт или абсолютный уровень мощности оптического излучения р, дБм;

4) ток возбуждения (инжекции) источника оптического излучения I_в, мА, под которым понимается минимальное значение тока, обеспечивающее устойчивое световое излучение;

5) эффективность излучения, т.е. коэффициент полезного действия (КПД) источника оптического излучения, под которым понимается отношение вида

% , (8.4)

где Р_о – мощность оптического излучения; Р_пот – мощность, потребляемая источником оптического излучения от внешнего источника электрической энергии;

6) время нарастания импульса оптического излучения t_нар, за которое его амплитуда возрастает от 0,1 до 0,9 своего номинального значения;

7) максимальная скорость передачи информации С, Мбит/с или частота модуляции F_мод, МГц;

Основными характеристиками источников оптического излучения являются:

1) ватт-амперная характеристика (ВАХ) Р = f(I_н), описывающая зависимость мощности оптического излучения Р от тока возбуждения или тока инжекции - I_и; примерные ВАХ СИД и ЛД приведены на рис. 8.3.; Отметим, что ПЛД  пороговый прибор, лазерный эффект которого проявляется при превышении порогового значения тока инжекции I_пор.

2 ) спектральная характеристика излучения при различных величинах тока возбуждения (инжекции), показывающая зависимость относительной мощности оптического излучения Р от длины волны оптического излучения , т.е. Р = f (, I_в ); типичная спектральная характеристика источников оптического излучения приведена на рис.8.4. Ширина оптического излучения _0,5 на половине амплитуды излучения составляет для СИД 20…40 нм, для ПЛД  2…5 нм.

3) диаграмма направленности, представляющая пространственную характеристику излучения. После выхода света из источника начинается расширение светового пучка, и только малая его часть в действительности попадает в оптическое волокно. Чем уже диаграмма направленности, тем большая часть света может попасть в волокно.

Хорошие источники излучения должны иметь малые диаметры выходных пучков света и малую апертуру (NA). Диаметр выходного пучка определяет величину поперечного сечения пучка излучения, а апертура NA  диапазон углов, в которых происходит излучение света. Если диаметр выходного пучка или его апертура превышают соответствующие параметры волокна, в которое вводится излучение, часть излучения не попадает в волокно.

На рис. 8.5. представлены типичные диаграммы направленности для светоизлучающих и лазерных диодов. Диаграмма направленности полупроводникового лазерного диода ближе к эллиптической форме, а светоизлучающего диода – к сферической.

Когда выходной диаметр источника d_и не соответствует диаметру сердцевины волокна d_в, потери излучения, связанные с рассогласованием данных параметров А_д, могут быть определены из следующего выражения:

. (8.5)