23

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 (U_c) 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/кмнм для диапазона 0,85 мкм, 3.5 пс/кмнм - для 1,3 мкм и 20 пс/кмнм - для 1,55 мкм.

• Ваттамперная характеристика- зависимость мощности излученияР, введенной в ОВ, от тока накачкиI_н.

• 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 накачкиI_нот напряженияU_н.

• 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.