20. Оптичні приймальні пристрої, їх призначення. Методи прийому оптичного випромінювання.

Функцією оптичного приймального пристрою (ОПрП) є оптична демодуляція, або перетворення оптичних імпульсів в електричні сигнали з їх подальшим підсиленням та обробкою (регенерацією, фільтрацією і т.ін.). Приймальні пристрої ВОСП, подібно радіочастотним аналогам можна поділити на три групи: з прямим (або безпосереднім) детектуванням, з попереднім оптичним підсилюванням та з гетеродинним прийомом. Кожний з методів детектування забезпечує певну чутливість приймального пристрою під час перетворення світла в електричний струм та у подальшій обробці електричного сигналу.

В більшості сучасних ВОСП використовується безпосередній прийом оптичних сигналів На рис. 3.45 наведена структурна схема безпосереднього оптичного прийому. В цьому разі вхідний сигнал може бути як когерентним, так і некогерентним. ОПрП з прямим детектуваннм досить прості, мають стабільні характеристики, надійні в експлуатації.

Згідно з рис. 3.45світлова хвиля падає безпосередньо на світлочутливу площадку фотодетектора, де перетворюється в електричний сигнал, який підсилюється високочутливим підсилювачем, далі вирівнюється (якщо це цифровий сигнал) та фільтрується. Слід відзначити особливості підсилювача. Перший його каскад повинен мати високу чутливість та виконувати функції узгоджуючого пристрою, тобто це перетворювач типу "струм-напруга", він узгоджує високий опір генератора струму, яким є фотодетектор з вхідним опором наступного каскаду. Детектором оптичного випромінювання є фотодіод або лавинний фотодіод, на вході попереднього підсилювача з малим рівнем шумів використовуються польові або біполярні транзистори.

21. Шуми та чутливість оптичних приймальних пристроїв. Еквівалентна шумова схема вхідних каскадів оптичних приймальних пристроїв та її аналіз.

Під чутливістю приймального пристрою розуміють мінімальну потужність оптичного сигналу на вході фотодетектора, що забезпечує необхідну якість прийому, яка оцінюється відношенням сигналу до шуму в аналогових системах та ймовірністю помилки у цифрових системах. Найбільшу чутливість забезпечують пристрої з безпосереднім оптичним підсиленням та з гетеродинним прийомом. У ВОСП нових поколінь з оптичним мультиплексуванням використовуються оптичні підсилювачі. Гетеродинний прийом застосовується у деяких системах з атмосферним оптичним каналом та у когерентних ВОСП, він потребує високого ступеню когерентності випромінювачів.

Чутливість широкополосних (або високошвидкісних) приймальних пристроїв обмежена чутливістю фотодетектора його шумами та шумами першого каскаду підсилювача. Підвищення чутливості фотоприймального пристрою досягається використанням лавинних фотодіодів. Якість прийому сигналів цифровим приймачем оцінюється коефіцієнтом помилок при заданій швидкості передачі, а для аналогових пристроїв – відношенням "сигнал/шум" (потужності сигналу до потужності шуму, різницею рівнів потужності сигналу та шуму).

На схемі наведені такі джерела шумів: дробовий ( ), темновий ( ), тепловий ( ). Шуми фотодетектора: – джерело шумового струму вхідного каскаду підсилювача, – джерело шумової напруги у колі зворотного зв‘язку. Елементи схеми R_н та Cg відповідають опору навантаження фотодетектора R_н та ємності p-n-переходу фотодетектора Сg. Власний динамічний опір p-n-переходу ФД можна до уваги не приймати, тому що він значно менший від опору навантаження ФД. R_а та С_а – елементи вхідного каскаду підсилювача, R₀, C₀– елементи кола зворотного зв’язку.