7.4. Источники оптического излучения

Оптический передатчик ВОСП реализуется в виде единого передаю­щего оптического модуля (ПОМ) - электронно-оптического преобразова­теля, осуществляющего преобразование электрических сигналов в опти­ческие соответствующей длины волны.

Обобщенная структурная схема ПОМ приведена на рис. 7.12, где при­няты следующие обозначения:

ФМС - формирователь модулирующего сигнала, осуществляющий преобразование сигнала, поступающего с выхода оборудования сопряже­ния, к виду, обеспечивающему оптимальный режим работы оптического модулятора или источника оптического излучения;

МОИ - модулятор оптического излучения, в котором 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 СРРИОИ - стабилизатор режима работы источника оптическо­го излучения;

Рис. 7.12. Обобщенная структурная схема оптического передатчика

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 сигнала в оптический кабель;

ОВ - оптическое волокно.

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

К источникам оптического излучения предъявляются следующие тре­бования:

• 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;

• возможность модуляции оптического излучения различными способами;

• достаточно большой срок службы;

• минимальное потребление электрической энергии;

• минимальные габариты и вес;

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

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

Основными параметрами источника оптического излучения являются:

1) длина волны мкм, соответствующая одному из минимумов спек­ тральной характеристики затухания оптического волокна;

2) ширина спектра нм;

3) мощность W, мВт, или абсолютный уровень мощности/", дБм;

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

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

(7.3)

Где - мощность оптического излучения;- мощность, потребляемая источником оптического излучения от внешнего источника электри­ческой энергии;

6. время нарастания импульса 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 МГц;

8) шумы источников оптического излучения.

Основными характеристиками источников оптического излучения яв­ляются:

1. ватт-амперная характеристика описывающая зависимость мощности оптического излученияот тока возбуждения(или инжекции -); примерные ватт-амперные характеристики СИД и ЛД приведе­ны на рис. 7.13;

2. спектральная характеристика излучения при различных величинах тока возбуждения (инжекции), показывающая зависимость относительной

Рис. 7.13. Ватт-амперная характеристика источника оптического излучения

Рис. 7.14. Спектральная характеристика источника оптического излучения

мощности оптического излучения от длины волны, здесь- мощность излучения на номинальной длине волныиW - на текущей длине волны в пределах соответствующего окна прозрачности оптическо­го волокна; типичная спектральная характеристика источников приведена на рис. 7.14;

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

На рис. 7.15 представлены типичные диаграммы направленности для светоизлучающих и лазерных диодов. Диаграмма направленности лазер­ного диода ближе к эллиптической форме, а светоизлучающего диода - к сферической. Когда диаметр источника излучения не соответствует диаметру сердцевины волокнапотери излучения могут быть определе­ны из следующего выражения:

Если апертура источника больше, чемволокна, то потеривызванные этим рассогласованием, равны

Рис. 7.15. Диаграмма направленности источников оптического излучения: а - светоизлучагощий диод; б - лазерный диод

(7.4)

Потери будут отсутствовать, если диаметр и апертура волокна больше диаметра и апертуры источника излучения.

Рассмотрим, например, источник оптического излучения с выходным диаметром пучка и апертурой и подключенное к нему волокно с диаметромиПотери из-за рассогласования параметров волокна и источника излучения будут равны

и

Общие потери составляют Если выходная мощность источника излучения составляет 1 мВт, то только 0,328 мВт попадет в волокно.