8 Фотоприемные устройства оптических систем передачи

Фотоприемные устройства (ФПУ) предназначены для обнаружения оптического сигнала, поступающего из оптического волокна (ОВ), и преобразования его в электрический сигнал. Среди методов фотодетектирования различают прямое детектирование и детектирование с преобразованием, подразделяемое на гомодинное и гетеродинное.

При прямом детектировании оптический сигнал поступает на фотодетектор на выходе ФПУ фиксируется электрический сигнал (рисунок 8.1).

Рисунок 8.1

Электрический сигнал образуется в виде изменяющегося электрического тока (фототока), который усиливается каскадом усилителя. Обычно усилитель на первой стадии называется предусилителем. Его особенностью является низкий уровень вносимых шумов.

При детектировании с преобразованием оптический сигнал поступает на фотодетектор вместе с сигналом опорного оптического генератора. На выходе ФПУ фиксируется электрический сигнал или сигнал радиочастоты, содержащий информационный сигнал (рисунок 8.2).

Рисунок 8.2

При гомодинном детектировании частота несущей оптического сигнала совпадает с частотой опорного оптического генератора (ООГ) и на выходе ФПУ выделяется информационный электрический сигнал. При гетеродинном детектировании частота несущей отличается от частоты ООГ. Разность этих частот представляет радиочастотный сигнал, модулированный информационным сигналом.

Фотоприемные устройства должны удовлетворять ряду требований:

• ФПУ должны обеспечить качество приема сигнала при изменении мощности сигнала в большом динамическом диапазоне (до 60 дБ) и требуемой полосе частот,

• должны работать длительное время в различных условиях (изменения давления, температуры, влажности),

• должны потреблять малую мощность от электропитающих устройств,

• должны легко интегрироваться в схемы приемных устройств с одноволновой и многоволновой передачи.

Выполнение этих требований в полной мере не всегда возможно. При прохождении сигнала через ФПУ к нему добавляются шумы, возникают искажения сигнала. Максимальный вклад вносят шумы фотоприемника и каскад входного предварительного усилителя

8.1 Фотоприемные устройства с прямым детектированием

Структурная схема ФПУ с прямым детектированием представлена на рисунке 8.3.

Рисунок 8.3

Через согласующий элемент (СЭ) оптический сигнал подается на фотодетектор (ФД), где преобразуется в электрический. Фотодетектор представляет собой ЛФД или p-i-n фотодиод ФД должен иметь максимальную чувствительность на рабочей длине волны. Предварительный усилитель (ПУс) усиливает электрический сигнал. При этом обеспечивается максимальное соотношение сигнал/шум. В состав ПУс может входить противошумовой корректор (К), который срезает шумы за пределами полосы частот сигнала. Фильтр – корректор (ФК) выравнивает (корректирует) амплитудно-частотную характеристику линейного тракта, компенсируя искажения, вносимые линией и входной цепью ФПУ.

Схема автоматической регулировки усиления (АРУ) обеспечивает требуемый динамический диапазон выходных сигналов. Это достигается подстройкой коэффициента умножения ЛФД и регулировкой главного усилителя (ГУс), который обеспечивает усиление, необходимое для работы последующих устройств (например, регенератора электрического сигнала).