5.2.Принципы передачи аналоговых сигналов по волс

Волоконно-оптические линии находят все большее применение в системах сбора и передачи информации вследствие их помехозащищенности, обеспечения гальванических развязок между пунктами, широкополосности и т.д. Существует несколько методов передачи аналоговых сигналов по ВОЛС и соответствующее число типов ВОЛС. Наиболее простым является прямая модуляция тока питания полупроводникового источника излучения (лазера или светодиода) электрическим сигналом с последующей передачей промодулированного оптического излучения по волоконному тракту.

Точность передачи сигналов данным методом ограничена в основном двумя причинами:

 нелинейной зависимостью мощности излучения полупроводниковых источников от тока накачки (модуляции);

 зависимостью диаграммы направленности излучения от тока накачки, приводящей к нелинейной зависимости вводимой в волокно мощности излучения.

В свою очередь причины названных выше нелинейностей заключаются в физических процессах, протекающих в полупроводниковых светоизлучающих структурах. Наличие этих нелинейных зависимостей сильно ограничивает точность передачи сигналов по ВОЛС с использованием прямой модуляции излучения аналоговыми сигналами. Поэтому для обеспечения заданной точности в волоконно-оптических линиях применяются два способа передачи аналоговых сигналов. В одном из них аналоговый сигнал преобразуется в код (например, посредством аналогово-цифрового преобразования, позиционно-импульсной модуляции и т. д.), преобразованный сигнал передается по линии в виде двух- или трехуровневых импульсов излучения и после приема преобразуются снова в исходный аналоговый сигнал. Этот способ успешно применяется в том случае, когда по линии, наряду с переменными сигналами, необходимо передавать также сигнал постоянного тока. Недостатком этого способа является ограничение полосы частот передаваемого сигнала, определяющее скорость преобразования, а также некоторое уменьшение динамического диапазона выходного сигнала, возникающее, как правило, за счет шумов обратного преобразования.

В другом способе источник модулируется непосредственно аналоговым сигналом, но при этом, тем или иным путем, производится компенсация нелинейных искажений в линии. Известно несколько методов компенсации нелинейных искажений, вносимых источником излучения.

Для широкополосных (или быстродействующих) линий более оптимальным является метод предварительной компенсации. Обеспечивая максимальное быстродействие при удовлетворительной точности, этот метод является наиболее простым в реализации, для его осуществления не требуется наличия двух или нескольких источников излучения с одинаковыми характеристиками.

5.3. Выбор элементов для волс

Для передачи аналоговых сигналов в широкой полосе частот на расстояния до 1 км волоконно-оптический кабель, наряду с малыми потерями, должен не вносить искажений в передаваемую информацию, т.е. должен обладать малой дисперсией. Этим требованиям удовлетворяет волоконно-оптический кабель, выполненный на основе многомодового оптического волокна типа "Градан" с градиентным профилем показателя преломления, который используется в данной работе в качестве передающей среды. Удельные потери мощности излучения в таком кабеле составляют в среднем величину 10 дБ/км на длине волны 0,85 мкм, а дисперсия имеет значение несколько нс/км. Диаметр световедущей жилы волокна составляет 50 мкм, числовая апертура волокна равна 0,2.

Выбор источника излучения для ВОЛС обуславливается следующими основными требованиями:

a) длина волны излучения источника должна соответствовать одному из минимумов потерь в стекловолокне;

б) источник должен достаточно эффективно согласовываться с оптическим кабелем, обеспечивая необходимый уровень вводимой в волокно мощности излучения;

в) источник должен быть достаточно быстродействующим, чтобы допускать модуляцию выходного излучения по току питания с высокими частотами, он должен быть достаточно надежным, экономичным и стабильным в работе.

Этим требованиям в значительной мере удовлетворяет источник излучения ИЛПН-301-I.

Этот источник представляет собой суперлюминесцентный светодиод, выполненный на основе двойной гетероструктуры GaAlAs и излучающий на длине волны λ= 0,65 мкм. Светодиод обеспечивает достаточно высокий уровень мощности излучения, вводимой в волокно с диаметром световедущей жилы 50 мкм, и допускает модуляцию по току питания с частотой до 100 МГц. Конструктивно светодиод выполнен с оптическим разъемом, допускающим разъемное соединение с оптическим кабелем на основе волокна типа "Градан". Недостатком этого светодиода является существенная нелинейность его ватт-амперных характеристик. Исследования ватт-амперных характеристик показали, что зависимость мощности выходного излучения Р_вых светодиода от тока накачки J имеет вид

Р_вых = K·J^α,

где К — коэффициент нелинейности, а величина α изменяется в пределах от 1,2 до 1,5 для различных образцов приборов. Кроме этого, оказалось, что величина коэффициента К зависит от температуры и в диапазоне температур от минус 40°С до плюс 50°С может изменяться на (10 – 20)%

Если, кроме этого, учесть, что при модуляции по току питания происходит и диаграммная модуляция выходного излучения светодиода, то становится очевидным, что передача аналоговых сигналов в заданной полосе частот и с заданной степенью точности может быть осуществлена только либо с преобразованием, либо с применением того или иного способа компенсации нелинейных искажений.

Основными требованиями, предъявляемыми к фотодиоду, являются высокое быстродействие и чувствительность. Из целого ряда известных отечественных фотодиодов, удовлетворяющих требованиям, предъявляемымк ВОЛС, оптимальным, с точки зрения подключения к волоконно-оптическому кабелю, является кремниевый p-i-n фотодиод типа ФД 252-01. Этот фотодиод является основой для создания фотоприемника для ВОЛС.

С целью увеличения динамического диапазона линии могут использоваться кремниевые лавинные фотодиоды типа ФДЛ-118, ФДЛ-119 с коэффициентом лавинного умножения Μ = 20 - 40 и быстродействием = 3 нс.