
- •5. Передающие устройства волс
- •5.1. Требования к передающим устройствам для волс
- •5.2. Физические основы излучения света в p-n переходе
- •5.3. Светоизлучающие диоды
- •5.3.1. Параметры и характеристики сид
- •Оптические характеристики сид
- •Характеристики сид как элемента электрической цепи
- •5.3.2. Конструкции сид
- •5.3.3. Недостатки сид
- •5.4. Лазерные диоды
- •5.4.1. Когерентность
- •5.4.2. Вынужденная люминисценция
- •5.4.3. Условие, при котором возникает усиление света
- •5.4.4. Условие, при котором возникает генерация света
- •5.4.5. Принцип действия лазера
- •5.4.6. Ватт-амперная характеристика лазера
- •5.4.7. Модовый состав излучения лазера
- •5.4.8. Пространственные характеристики излучения лазера
- •5.4.9. Модуляция излучения лазера
- •5.4.10. Структурная схема передающего блока
- •5.4.11. Конструкции лазерных диодов
5. Передающие устройства волс
5.1. Требования к передающим устройствам для волс
Одним из важнейших узлов оптических систем связи являются передающие устройства (рис. 5.1), которые выполняют следующие функции:
Генерация оптического излучения в источнике излучения (ИИ).
Модуляция оптического излучения передаваемым электрическим сигналом (Uc) с помощью прямой модуляции источника излучения, когда модуляция осуществляется в самом источнике (рис. 5.1а), либо с использованием специальных устройств - внешних модуляторов М (рис. 5.1б). Приёмники света всех типов реагируют только на изменение интенсивности света, т. е. амплитуды его колебаний. Поэтому любой вид модуляции (амплитудная, частотная, фазовая, по поляризации) всегда преобразуется в амплитудную. Внутреннюю AM света осуществляют, например, меняя по нужному закону напряжение и ток питания источников излучения. Примером простейшего внешнего модулятора света является механическое устройства, позволяющее прерывать на некоторые заданные интервалы времени световой поток (вращающийся диск с отверстием и т.п.).
Ввод оптического излучения в среду передачи с помощью устройств согласования (УC) с ОВ.
Основными источниками оптического излучения для ВОСП являются полупроводниковые лазерные и светоизлучающие диоды, которые можно характеризовать следующими основными параметрами и характеристиками:
Средняя длина волны излученияl0.Желательно иметь длину волны излучения, на которой оптическое волокно обладает малыми потерями или на которой мала дисперсия в материале волокна. В настоящее время используются три диапазона длин волн: 1. 0.85 мкм - для этого диапазона длин волн разрабатывались первые ВОСП, поэтому для него имеются надежные лазеры и светодиоды со сравнительно невысокой стоимостью; 2. 1.30 мкм - в этом диапазоне хроматическая дисперсия для кварца имеет минимальное значение; 3. 1.55 мкм - в этом диапазоне оптические волокна имеют наименьшие потери (0,2 дБ/км и даже меньше).
Ширина спектра излучения Dlдолжна быть согласована с частотной характеристикой оптического волокна и скоростью передачи сигнала (полосой передаваемого сигнала). Хроматическая дисперсия составляет 100...120 пс/кмнм для диапазона 0,85 мкм, 3.5 пс/кмнм - для 1,3 мкм и 20 пс/кмнм - для 1,55 мкм.
Ваттамперная характеристика- зависимость мощности излученияР, введенной в ОВ, от тока накачкиIн.
Быстродействиеопределяет максимальную скорость передачи цифровых сигналов, а также наивысшую частоту модуляции при передаче аналоговых сигналов.
Пространственные характеристики: размеры и форма излучающей площадки и диаграмма направленности излучения.
Вольтамперная характеристика- зависимость тока накачкиIнот напряженияUн.
Квантовая эффективность.
Коэффициент полезного действия.
Надежность- средняя наработка на отказ должна составлять 105часов (около 11.5 лет) и более (для подводных ВОСП - 107...108часов – больше 1000 лет).
Кроме того, к ИИ предъявляются обычные требования:
устойчивость к изменениям условий окружающей среды,
малые габариты и масса,
небольшая стоимость.
а |
|
б |
|
Рис. 5.1. Структурные схемы передающих устройств с внутренней (прямой) (а) и внешней (б) модуляцией.
СИД были впервые созданы в 1964 году. Импульсные ЛД на гомоструктурах, работающие при криогенных температурах, были созданы даже раньше в 1962 году. Генерация лазерного излучения на гетероструктурах была получена в Физико-техническом институте (ФТИ) им. А.Ф. Иоффе в 1968 г. В 1970 г. был получен непрерывный режим работы ЛД при комнатной температуре. Были заложены научные и технологические основы массового производства ИИ для ВОЛС. За эти работы их научный руководитель академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию по физике. В последующие годы решались задачи повышения стабильности параметров, надежности, долговечности, освоение новых длин волн излучения, переход к одномодовой и одночастотной генерации, разработка серий источников с малым, строго определенным, различием по частоте для систем передачи со спектральным уплотнением по одному ОВ.