9. Джерела оптичного випромінювання, їх призначення, вимоги до них, параметри та характеристики.
Джерело оптичного випромінювання (ДОВ) -це оптоелектронний пристрій, що перетворює електричну енергію в оптичне випромінювання і є головним елементом оптичного передавального пристрою. У волоконно-оптичному зв'язку застосовуються напівпровідникові ДОВ на основі p-n переходу: світло діоди (СД) та лазерні діоди (ЛД). До джерел оптичного випромінювання ставляться такі вимоги:
-довжина хвилі випромінювання повинна збігатися з одним з вікон прозорості світловода;
-достатня потужність випромінювання, що забезпечує передачу інформації на необхідну відстань;
-вузька ширина спектру випромінювання необхідна для зменшення хроматичної дисперсії у світловоді при поширенні ним оптичних імпульсів;
-вузька діаграма спрямованості забезпечує введення світла у волокно з мінімальними втратами;;
-висока частота модуляції потрібна для забезпечення передачі інформації на необхідній швидкості;
-висока температурна стабільність параметрів, температурні варіації не повинні позначатися на функціонуванні джерела випромінювання;
-можливість інтеграції з іншими компонентами ВОСП;
-стабільність параметрів у процесі експлуатації;
-великий термін експлуатації, висока надійність.
Лазерні діоди та світлодіоди відповідають цим вимогам.
Характеристики та параметри випромінювачів такі:
ват-амперна характеристика (ВтАХ)–залежність оптичної потужності від струму накачування;
спектральна характеристика–залежність оптичної потужності від довжини хвилі оптичної носійної;
діаграма спрямованості–залежність потужності, що випромінюється від напрямку;
max – максимум спектрального розподілу, нм;
x–ширина спектру випромінювання за рівнем половинної потужності, нм;
–ширина діаграми спрямованості за рівнем половинної потужності, град;
Ір пороговий струм–струм, з якого починається генерація оптичної потужності, мА;
Р – середня або імпульсна потужність випромінювача, мВт або в дБм;
Fmax – верхня гранична частота модуляції випромінювача, Гц.
Принцип дії випромінювачів заснований на рекомбінації носіїв зарядів у напівпровіднику при протіканні через нього струму, внаслідок чого виникає випромінювання (рис.3.25). У напівпровідникових випромінювачах форма вихідних оптичних сигналів з великою точністю відповідає формі струму накачування, тобто формі вхідних сигналів. Таким чином здійснюється пряма або безпосередня модуляція оптичного випромінювання.
Випромінювачі поділяють на дві групи: джерела когерентного та некогерентного випромінювання. До першої групи ДОВ відносяться всі типи лазерів, до другої – інші випромінювачі (світлодіоди, лампи розжарювання, люмінесцентні, тощо). Джерела когерентного випромінювання мають меншу ширину спектра випромінювання, менший розкрив діаграми спрямованості, більшу швидкодію, що й зумовило їх переважне застосування у ВОСП.
10,11. Джерела когерентного,некогерентного випромінювання, їх особливості, принцип дії, параметри та характеристики.
Випромінювачі поділяють на дві групи: джерела когерентного та некогерентного випромінювання. До першої групи ДОВ відносяться всі типи лазерів, до другої – інші випромінювачі (світлодіоди, лампи розжарювання, люмінесцентні, тощо). Джерела когерентного випромінювання мають меншу ширину спектра випромінювання, менший розкрив діаграми спрямованості, більшу швидкодію, що й зумовило їх переважне застосування у ВОСП.
Довжина хвилі СД визначається тільки матеріалом напівпровідника, а ЛД–ще й розмірами резонатора. Випромінювачі виробляють з арсеніду галію з різними легуючими добавками, які визначають довжину хвилі випромінювання.
Ват-амперна характеристика ЛД суттєво нелінійна (рис.3.27 а), ЛД має вузьку ширину спектру випромінювання (рис.3.27 б), це суттєва перевага у порівнянні з СД, тому що ширина спектра випромінювання визначає хроматичну дисперсію у ВС. ЛД менш інерційний, має значно вищу, ніж СД граничну частоту модуляції та більшу потужність випромінювання. Інерційність випромінювача призводить до спотворення оптичних імпульсів та міжсимвольної інтерференції. Недоліком лазерного діоду є наявність порогового струму накачування (рис.3.27а). Якщо струм накачування менше порогового, ЛД діє як малопотужний СД. Діаграма спрямованості СД більш широка, ніж у лазера (рис.3.27в), що знижує ефективність введення світла
усвітловод, діаграма спрямованості ЛД не має осьової симетрії, у відмінності від СД, що потребує більш складних пристроїв введення світла у ВС.
Також важливими характеристиками джерел випромінювання є: швидкодія джерела випромінювання; часова деградація й час наробітку на відмову.
Параметром, що характеризує швидкодію джерела випромінювання, є максимальна частота модуляції. низькочастотній модуляції прямокутними
імпульсами струму.
Суттєвим недоліком ЛД є залежність оптичної потужності від температури оточуючого середовища, та зменшення її у процесі експлуатації--температурна та часова деградація
ЛД використовуються у високошвидкісних системах передачі, призначених для магістрального та зонового зв’язку. Світловоди ж використовуються у низькошвидкісних ВОСП, що призначені для роботи на невеликих відстанях (наприклад для з’єднувальних ліній міської телефонної мережі, локальних мереж).Світлодіоди поділяються на поверхневі та торцеві.
