32

6

Першими були створені багатомодові (multimode) ММ ОВ. Вони мають діаметр светонесущей серцевини 50 мкм, що набагато перевищує значення робочій довжині хвилі оптичного сигналу. З цієї причини ММ ОВ підтримують розповсюдження багатьох мод розповсюдження (propagation mode), що йдуть по волокну з різною швидкістю.

Іншими важливими компонентами, необхідними для ВОСП, є джерела і приймачі випромінювання. Напівпровідникові джерела випромінювання – світлодіоди (СД) і лазерні діоди (ЛД) – перетворюють передаваний електричний сигнал в оптичний (Е/О перетворення).

Обмеження довжини ділянки регенерації було пов'язане з явищем, відомим як модова (міжмодова) дисперсія. Як правило, перші системи працювали на швидкості 2.140 Мбит/с (плезиохронная цифрова ієрархія). Регенератори встановлювалися приблизно через 10

7

У них використовувалася довжина хвилі 1310 нм і одномодове ОВ в якому усунена модова дисперсія. Одномодове оптичне волокно (ОМ ОВ) має порівняно малий діаметр светонесущей серцевини (приблизно 8.10 мкм), який лише у декілька разів перевершує робочу довжину хвилі. Це забезпечує передачу всій енергії оптичного сигналу у вигляді єдиної моди (світивши). Використання ОМ ОВ усунуло модову дисперсію і дозволило збільшити і швидкість передачі, і відстань між регенераторами. Ці системи мали довжину ділянки регенерації приблизно 40 км. при швидкості передачі 140 Мбіт/с. Відстань між регенераторами тут обмежувалася загасанням у волокні, а не дисперсією. ВОСП з робочою довжиною хвилі 1550 нм, Це забезпечувало подвоєння довжини ділянки регенерації В області довжин хвиль 1550 нм інше явище, а саме, хроматична диспе Хроматична дисперсія, що не була проблемою на довжині хвилі 1300 нм, стала чинником, що обмежує швидкість/дальність передачі на довжині хвилі 1550 нм. мотивувала розробку волокна із зміщеною (у це вікно) нульовою дисперсією

8

Використання WDM і EDFA (підсилювачів на основі волокна, легованого ербієм) дозволило істотно збільшити пропускну спроможність і понизити вартість системи передачі, приведеної до одного каналу ТЧ і 1 км. У WDM системах в проміжних пунктах один оптичний підсилювач замінив декілька дорогих регенераторів О-E-О типу. Це виявилося таким вигідним, що багато операторів телекомунікації стали широко упроваджувати WDM системи з оптичними підсилювачами. До того ж, такі системи виявилися такими, що швидко реалізовуються і дозволяють динамічно нарощувати інформаційну місткість системи передачі. Використання зовнішніх модуляторів сумісне з ОМ лазерами (наприклад, DFB-лазерами) і підсилювачами EDFA дозволяє збільшити довжину ділянки регенерації приблизно до 600 км. при швидкості передачі 2,5 Гбіт/с по стандартному ОМ ОВ на довжині хвилі 1550 нм. Для швидкості передачі 10 Гбіт/с довжина ділянки регенерації менша. Системи із швидкістю 10 Гбіт/с стали ефективними при розгортанні мереж передачі по волокнах з ненульовою зміщеною дисперсією. Міські (Metro) WDM системи продовжують працювати на швидкості 2,5 Гбіт/с при меншій кількості довжин хвиль, чим WDM системи телекомунікації. Останні розробки в цій області зосередилися на реалізації: а) терабитных швидкостей передачі на трансокеанські відстані із швидкістю передачі в одному каналі від 10 до 40 Гбіт/с; би) сумарній швидкості передачі більш ніж 10 Тбіт/с (при використанні швидкості передачі в одному каналі 40 Гбіт/с) на відстані, декілька сотень кілометрів, що перевищують.

11 Особенности модуляции излучения лазерных диодов

Лазерные диоды вызывают большее количество проблем у проектировщиков передающих устройств, чем светодиоды, вследствие следующих факторов:

1. Наличия порогового тока накачки;

2. Изменение значения порогового тока при старении диода;

3. Зависимости порогового тока от температуры прибора;

4. Зависимость длины волны излучения от температуры.

Цифровые системы передачи обычно работаю с токами накачками меньшими порогового тока в состоянии выкл. Как правило, ток постоянного смещения лазерного диода I₀  I_п. Работа вблизи порога (в отличие от нулевого тока смещения) минимизирует время задержки включения и ширину спектра излучения. Увеличение значения порогового тока вследствие старения или повышения температуры вызывает уменьшение выходной мощности, если амплитуда тока накачки остается неизменной.

Изменение длины волны несущей происходит со скоростью 0,2 нм/C, что соответствует к частотному сдвигу в 89 ГГц/C на длине волны 0,85 мкм. Для некоторых случаев этот сдвиг несущественен, а для других он может быть серьезной проблемой. Для линий связи, работающих вблизи длины волны минимальной дисперсии, большой сдвиг от оптимальной длины волны уменьшает ширину полосы пропускания системы. Системы с мультиплексированием по длине волны также требуют высокой стабильности длины волны несущей, чтобы минимизировать перекрестную связь между соседними каналами.

Зависимость параметров лазера от температуры может быть устранена путем охлаждения диода. Методы борьбы включают адекватное тепловое погружение и термоэлектрическое охлаждение. Изменения порога, вызванные изменением температуры или старением диода, могут быть скомпенсированы путем увеличения (или уменьшения) тока постоянного смещения. Однако это последнее решение, реализуемое с помощью системы автоматического управления с цепью обратной связи, не устраняет проблемы температурного сдвига длины волны излучения.

На рис. 2.9 показана схема простого передающего устройства. В нем используется полевой транзистор (ПТ) с затвором Шоттки с n-каналом из GaAs (MES-FET^*), который подходит для осуществления быстродействующей цифровой модуляции. С его помощью могут быть достигнуты скорости передачи, превышающие 1 Гбит/с. Приведенная схема является примером модулятора с параллельным ключом. Напряжение на затворе ПТ U_зи (нулевое или отрицательное) управляет током в цепи ЛД. Когда значение U_зи мало, сопротивление канала транзистора (промежуток сток – истоком) является низким, в то время как большое отрицательное напряжение на затворе обеспечивает высокое сопротивление канала. В модуляторе состояния выкл достигается, когда напряжение на затворе мало, позволяя части тока, текущего через резистор R₁, обходить ветвь, содержащую лазер, протекая через транзистор. Напряжение на затворе подбирают так, чтобы ток через диод был равен пороговому. Увеличение напряжения на затворе (до большого отрицательного значения) переводит лазер в состояние вкл. Теперь большая часть тока от источника проходит через лазерный диод из-за высокого сопротивления канала ПТ.

Напряжение на диоде (обычно не превышает 2 В) меньше, чем напряжение сток-исток U_си, необходимое для работы ПТ. Резистор R, включенный последовательно с диодом, гарантирует, что значение U_си достаточно велико в состояниях вкл и выкл. Конденсатор C увеличивает скорость переключения схемы.