Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Рудой В.М. - СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ.docx
Скачиваний:
189
Добавлен:
15.11.2018
Размер:
3.14 Mб
Скачать

6.4. Система оптической связи

Принцип построения систем связи оптического диапазона и систем радиосвязи в целом аналогичен (рис.6.5). Функции пе­редатчика в системе оптической связи выполняют генератор оп­тического диапазона (лазер), генератор накачки (ГН) и модуля­тор (МОД). Излучатель на передающем конце и коллектор на приемном выполняют роль передающей и приемной антенн.

Функции приемного устройства в системе оптической связи выполняют светофильтр (Ф), фотоприемник (фотодетектор) и приемник СВЧ.

Для совмещения оптических осей излучателя и коллектора применяется специальное устройство нацеливания на передающей и приемной стороне.

Передающее устройство

В качестве генераторов оптического диапазона могут приме­няться газовые, жидкостные, твердотельные или полупроводни­ковые лазеры.

У газовых лазеров активным веществом могут служить газы типа аргон, цезий, криптон, ксенон или смеси типа неон-кисло­род, гелий-неон и др. Диапазон рабочих волн у таких лазеров в среднем от 0,3 до 10 мкм, а излучаемая мощ­ность составляет от единиц до сотен ватт.

Активными веществами в жидкостных лазерах являются нит­робензол, ортонитротолуол и жидкости с примесью самария, гадо­линия и др. Эти лазеры позволяют получить значительную мощ­ность излучения, но работают в диапазоне волн от 0,51 до 0,58 мкм.

Рис. 6.5

В твердотельных лазерах активным веществом обычно слу­жит рубин, вольфромат кальция, интрий-алюминиевый гранат и специальные стекла, активированные примесью редкоземельных элементов. Они могут работать на волнах от 0,53 до 1,06 мкм главным образом в импульсных режимах. Длительность импуль­сов излучения — от 2·10-5 до 0,5 мс при частоте следования от 0,015 до 100 Гц. При этом в импульсном режиме можно получить мощность излучения от 25 мВт до 100 кВт. В непрерывном режи­ме максимальная мощность излучения не превышает 0,1 Вт.

У полупроводниковых лазеров активной средой может служить арсенид галлия, арсенид индия и ряд других полупроводниковых материалов. Они позволяют работать на волнах от 0,8 до 0,91 мкм. На практике полупроводниковые лазеры в основном применяются для работы в импульсном режиме. Длительность импульсов излу­чения — от 0,07 до 3 мкс при частоте их следования от сотен герц до десяти килогерц. Мощность излучения в импульсном ре­жиме — от 1 до 10 Вт.

Генераторы, которые предназначены для возбуждения лазеров, могут быть либо оптической, либо электрической накачки. По режиму работы генераторы накачки делятся на импульсные и не­прерывные.

Схема модулятора определяется видом модуляции и способом ее осуществления, а также типом лазера.

Для исключения флуктуации амплитуды сигнала, прошедшего через неоднородности атмосферы, в системах оптической связи может применяться частотная модуляция световой несущей и ам­плитудная модуляция поднесущей. В этом случае модулятор представляет собой генератор сверхвысоких частот, колебания ко­торого промодулированы по амплитуде передаваемым сигналом.

При работе в импульсном режиме чаще всего применяется непосредст-венная импульсная модуляция световой несущей в со­четании с импульсно-кодовой или другой импульсной модуляции поднесущей.

Интересно отметить, что малоэффективная внутренняя моду­ляция в непрерывных режимах дает значительный эффект в им­пульсных режимах, поскольку излучение здесь осуществляется лишь во время действия импульса.

В целом применение в системах оптической связи импульсных видов модуляции дает ряд преимуществ по сравнению с непрерывными видами модуляции. Эти преимущества состоят в повы­шении глубины модуляции, в снижении требований к линейнос­ти модуляционной характеристики, в уменьшении фоновых помех, в уменьшении влияния неоднородностей атмосферы, а также в уменьшении искажений сигналов при детектировании.

Приемное устройство

В системах оптической связи приемник может быть либо пря­мого усиления, либо супергетеродинного типа. Независимо от ви­да приемника главным его элементом является фотодетектор, тип которого выбирается исходя из длины волны излучения, вида модуляции, полосы модулирующих частот и т. д.

Детектирование сигналов в приемниках прямого усиления и в приемниках супергетеродинного типа имеет некоторое отличие.

В приемниках прямого усиления обычно применяются фото­электронные умножители, фотоэлементы и полупроводниковые фотодиоды. Для повыше-ния чувствительности приемника перед фотодетектором устанавливается квантовый усилитель и полосо­вой оптический фильтр.

Схема приемника прямого фотодетектирования сигналов, мо­дули-рованных по интенсивности, приведена на рис. 6.6. Приня­тое оптическое колебание для ослабления фонового излучения проходит через полосовой оптический фильтр (ПОФ) и поступа­ет на фотодетектор (ФД). Выделенный на выходе ФД информа­ционный (модулирующий) сигнал через электрический фильтр (ЭФ) подается на радиоприемное устройство. В случае приема сигналов с другой модуляцией на входе приемника перед ПОФ должен быть установлен преобразователь параметра модуляции.

В приемниках супергетеродинного типа легче получить боль­шее усиление при преобразованиях сигнала, уменьшить фоновые шумы и осуществить частотную селекцию даже без применения оптического фильтра. В супергетеродинных приемниках на вы­ходе смесителя сигнал разностной частоты должен превышать мощность теплового шума. Для этого мощность сигнала гетеро­дина должна быть достаточной величины, а сам гетеродин дол­жен генерировать монохроматические колебания, синфазные с принимаемым сигналом по всей поверхности фотоэлемента.

Рис. 6.6

Угол падения потоков фотонов сигнала колебаний гетеродина на фотокатод не должен быть более, чем 10-6-10-5 рад. Это можно достичь лишь путем предъявления высоких требований к изготовлению линз или параболических отражателей.

На рис. 6.7 показана схема супергетеродинного фотоприемника. Сигнал с ПОФ подается на расщепительное зеркало (РЗ), на которое поступает сигнал от местного оптического квантового генератора (МОКГ).

Рис. 6.7

Посредством РЗ эти лучи подаются на поверхность фотодетекто­ра (ФД). Выходной ток ФД будет пропорционален квадрату сум­мы электрических полей сигнала и сигнала МОКГ. Разностные колебания на ФД выделяются электрическим фильтром (ЭФ), в результате чего на его выходе будет получен исходный модули­рующий сигнал. Далее этот сигнал следует на радиоприемник, где осуществляется его демодуляция. В приемниках супергетеродинного типа применяется автоподстройка МОКГ и они могут использоваться для приема оптических колебаний, модулированных по любому параметру.