Cómo se desarrolla y funciona el transmisor óptico
El uso de ondas de luz para transmitir señales de televisión e información de datos es una nueva ciencia y tecnología desarrollada a finales del siglo XX. Su aparición ha permitido al mundo'La industria de la información se desarrollará rápidamente. Ahora la tecnología de transmisión por fibra óptica se está desarrollando a una velocidad que va más allá de las personas.'s imaginación. Su velocidad de transmisión óptica es 100 veces mayor que hace 10 años y se estima que aumentará unas 100 veces en el desarrollo futuro. Con el desarrollo continuo de la tecnología de transmisión de fibra óptica, se pueden realizar multiplexación, demultiplexación, enrutamiento y conmutación en el dominio óptico. La red puede utilizar los enormes recursos de ancho de banda de la fibra óptica para aumentar la capacidad de la red y realizar la transmisión "transparente" de múltiples servicios.
El sistema de transmisión óptica se compone principalmente de transmisores ópticos, receptores ópticos, divisores ópticos, cables de fibra óptica y otros componentes.
I. Un principio básico de la transmisión de señales ópticas por fibra óptica.
La transmisión óptica es una tecnología que transmite en forma de señales ópticas entre el emisor y el receptor. El proceso de trabajo de transmisión óptica de señales de TV se realiza entre el transmisor óptico, la fibra óptica y el receptor óptico; El transmisor óptico en la sala de computadoras central convierte la señal de TV RF de entrada en una señal óptica, que se compone de un convertidor eléctrico/óptico (se completa el transductor eléctrico-óptico (E/O) y la señal óptica convertida es recibida por el Dispositivo receptor de guía de transmisión de fibra óptica (receptor óptico), y el receptor óptico convierte la señal óptica obtenida de la fibra óptica en una señal eléctrica. Por lo tanto, el principio básico de la señal de transmisión óptica es todo el proceso de eléctrico/óptico y óptico/. conversión eléctrica, que también se llama óptica enlace.
El método de transmisión óptica actual utiliza modulación de la intensidad de la luz. Por ejemplo, un dispositivo emisor de luz basado en láser emite la llamada luz coherente con la misma fase. Por lo tanto, se adopta un método de modulación que cambia la intensidad luminosa general. Utiliza el cambio lineal de la potencia óptica de salida correspondiente al cambio de la corriente de la señal de entrada del convertidor eléctrico/óptico. característica.
En el Transductor Óptico-Eléctrico (O/E), la corriente de salida es proporcional a la intensidad de la señal óptica de entrada. Por lo tanto, la forma de onda de la corriente de salida del convertidor óptico/eléctrico es similar a la forma de onda de la corriente de entrada del convertidor eléctrico/óptico, logrando el propósito de transmisión de señal.
Entonces, ¿cómo guía la fibra óptica la señal óptica? En la actualidad, la fibra óptica utilizada en el sistema de televisión por cable es una fibra óptica cilíndrica, que se compone de un cilindro de fibra óptica y un revestimiento y es un material de vidrio de cuarzo. El revestimiento desempeña la función de encerrar herméticamente la luz en la fibra óptica, proteger el núcleo y mejorar la resistencia de la propia fibra óptica. La función del núcleo de fibra es transmitir señales ópticas. Aunque tanto el núcleo como el revestimiento están hechos de materiales de vidrio de cuarzo, existen diferencias en la composición dopante de los dos durante la producción, lo que conduce a diferentes índices de refracción (el núcleo es 1,463 ~ 1,467 y el revestimiento es 1,45 ~ 1,46). Por supuesto, también está relacionado con los diferentes materiales utilizados. Cuando la fuente de luz emitida por el láser ingresa al núcleo de la fibra, cuando la luz ingresa a la interfaz del revestimiento, siempre que el ángulo incidente sea mayor que el ángulo crítico, la reflexión total ocurrirá en el núcleo y la luz no se filtrará al revestimiento. La señal óptica en el núcleo continuará propagándose ininterrumpidamente hasta que se dirija al receptor óptico. Este proceso es el principio básico de la transmisión de señales ópticas en fibra óptica.
II. Distorsión en la transmisión óptica.
Cuando la luz se transmite a través de una fibra óptica, también se producirá cierta distorsión. Las razones de la distorsión son las siguientes:
(1) En el sistema de transmisión de fibra óptica, debido a la no linealidad de las características de conversión eléctrica/óptica del láser semiconductor, la señal óptica de salida es inconsistente con el cambio de la corriente de excitación, lo que resulta en una distorsión, que se denomina distorsión de modulación. No se permite que el valor del índice de modulación M sea demasiado grande. Es necesario elegir un transmisor óptico con alto rendimiento y una fuerte tecnología de procesamiento previo a la distorsión. La tecnología de procesamiento de predistorsión utiliza un diseño artificial para generar predistorsión para mejorar la linealidad de la modulación, a fin de eliminar y reducir el sistema de transmisión de fibra óptica. El propósito de CSO y CTB.
(2) En el sistema de transmisión óptica, dado que el amplificador de RF de conducción y el amplificador de RF de recepción tienen pocas posibilidades de distorsión, el fotodiodo PIN lineal puede ignorar la ligera distorsión porque el nivel de la señal no es demasiado alto. La razón principal es la distorsión de las características de modulación del láser semiconductor y la dispersión de la fibra.
(3) Cuando el láser modula la intensidad de la luz, la longitud de onda de la luz cambiará y aparecerá una modulación de frecuencia adicional, lo que ampliará la frecuencia de la señal y provocará un efecto de chirrido, que se manifiesta principalmente como distorsión CSO.
(4) Las características de dispersión de la fibra óptica provocarán diferencias en el retardo de grupo de diferentes longitudes de onda, lo que provocará una distorsión causada por tiempos de llegada inconsistentes al terminal, principalmente distorsión CSO.
La distorsión producida en el sistema de transmisión de fibra óptica es principalmente distorsión CSO, y el grado de distorsión CTB es mucho menor que la distorsión CSO. Para garantizar la calidad de transmisión del sistema y hacer que la relación portadora-ruido y el rendimiento de distorsión del sistema estén dentro de un rango razonable, las medidas tomadas son generales. Utilice indicadores CNR para equilibrar los indicadores CSO y CTB. Si aumenta o disminuye el valor CNR en 1 dB, el CSO se deteriorará o mejorará en 1 dB y el índice CTB se deteriorará o mejorará en 2 dB.
III. Principios de funcionamiento del transmisor óptico.
El dispositivo óptico más importante del transmisor óptico es el láser semiconductor. De hecho, es un diodo láser (LD). Por supuesto, algunos no utilizan diodos láser sino que utilizan diodos emisores de luz semiconductores (Light Emitting Diode, LED). de.
El transmisor óptico de 1310 nm generalmente adopta el modo de modulación directa (modulación de amplitud de banda lateral vestigial, modo VSB-AM). Su función es convertir señales eléctricas en señales ópticas, lo cual se puede lograr cambiando la fuente de alimentación del láser inyectado a través de un circuito externo. El circuito de polarización que establece puede proporcionar la mejor fuente de alimentación de polarización para el láser. El láser tendrá una potencia de salida diferente cuando la corriente de polarización sea diferente. Para garantizar una salida estable de potencia óptica, se debe diseñar un circuito de control automático para la potencia óptica y la temperatura del láser, como el uso de microcomputadoras para lograr el mejor estado de funcionamiento del control automático del transmisor óptico.
Los láseres se utilizan ampliamente como osciladores ópticos (es decir, dispositivos emisores de luz), que dependen de la interacción entre el estado energético del material del medio láser y la luz.
Para que el láser funcione, debe haber una cierta cantidad de corriente. Existe una cierta relación entre el tamaño de esta corriente y la intensidad de la luz. Cuando aumenta la corriente, la intensidad de la luz aumenta bruscamente. Esto indica que el láser ha comenzado a funcionar. Esto hace que el láser funcione. La corriente se llama corriente umbral. Cuanto más pequeño sea, mejor, porque ya ha permitido que el láser funcione. Si la corriente umbral continúa aumentando, se formará la zona de saturación de salida. Cuando la corriente de la zona de saturación alcance un cierto valor, se transmitirá la señal. En términos de la potencia requerida para la transmisión de fibra óptica, la potencia de salida de varios megavatios en la región lineal puede satisfacer los requisitos de la transmisión de señales e información a larga distancia. Además de la cantidad de intensidad luminosa, la calidad de transmisión de la luz también está relacionada con problemas como el espectro y el ruido.
El espectro de múltiples longitudes de onda no es adecuado para la transmisión de señales analógicas de alta calidad. Incluso si funciona en modo monomodo, su espectro de emisión tiene una amplitud. Cuanto más estrecha es la anchura, más pura se vuelve la onda de luz y más coherente en el tiempo. Se trata de ondas de luz con buena coherencia. La onda de luz con buena coherencia no necesita lentes ni otros dispositivos para converger en un punto pequeño, y es más adecuada para la incidencia de fibras ópticas.
IV. Principios de funcionamiento del receptor óptico.
El componente principal del receptor óptico es el fotodetector, es decir, el fotodiodo de alta sensibilidad (PIN). El fotodiodo utiliza el efecto fotoeléctrico del semiconductor para completar la detección de la señal óptica, de modo que la señal óptica se restablezca a la señal de TV RF y luego la señal de RF. Después de la amplificación y el control de nivel de AGC, se emite la señal de RF calificada para el distribución de red.
Las principales tecnologías de receptores ópticos son C/N, C/CTB y C/CSO. Estos tres indicadores técnicos están todos determinados por el rendimiento del módulo de conversión fotoeléctrica. En el caso de la misma entrada de potencia óptica, el nivel de RF de la salida de conversión es diferente. Cuando la eficiencia de conversión del módulo fotoeléctrico es alta, su potencia de salida incluso si el nivel es alto, el índice de valor C/N que genera es bueno, y viceversa, el índice de valor C/N empeora. Los dos indicadores técnicos de C/CSO y C/CTB están determinados por la linealidad del módulo fotoeléctrico. Los módulos fotoeléctricos de alta calidad permiten un rango de potencia de recepción más amplio bajo los mismos indicadores C/CSO y C/CTB.
V. Perspectivas de desarrollo de los dispositivos ópticos
Con la actualización continua de la tecnología de transmisión de fibra óptica en redes de banda ancha y la mejora continua de los servicios multifuncionales, los requisitos para las características de transmisión de los dispositivos ópticos y las fibras ópticas son cada vez mayores. La era en la que las fibras ópticas reemplazan a los cables de cobre finalmente está llegando. Siguiendo los pasos de la era de la información Con la llegada, las perspectivas de desarrollo de la tecnología de transmisión óptica son muy amplias.
Selección y uso de transmisor óptico.
El transmisor óptico es el equipo principal del sistema de transmisión por cable óptico. Su función es modular ópticamente la entrada de señal eléctrica de televisión por cable de radiofrecuencia al transmisor óptico para lograr la conversión eléctrica y óptica (E/O) y enviar señales ópticas continuas, estables y confiables al sistema de cable óptico. Los tipos de transmisores ópticos que existen actualmente en el mercado: según sus diferentes métodos de modulación, se dividen en dos tipos: transmisores ópticos de modulación directa y transmisores ópticos de modulación externa. Los transmisores ópticos modulados directamente se utilizan principalmente en sistemas de fibra óptica de 1310 nm, y los transmisores ópticos modulados externamente se utilizan principalmente en sistemas de fibra óptica de 1550 nm. Independientemente de si se trata de un transmisor óptico modulado directamente o externamente, su componente principal está compuesto por láseres.
Modula directamente el transmisor láser.
1. Composición
La composición del transmisor óptico de modulación directa, además de los componentes láser DFB del componente central, incluye fuente de alimentación, un circuito de polarización del láser, un circuito de arranque lento del láser, un circuito de protección contra sobrecargas y un circuito de protección de accionamiento, control de potencia y circuito de control de refrigeración, luz. circuito de detección, circuito de compensación de distorsión, chip fotodetector (PIN) (para detección de potencia óptica y control automático de potencia), refrigerador semiconductor y termistor para control automático de temperatura (ATC) bidireccional, etc.
2. Proceso de trabajo
La señal de entrada del transmisor óptico es la señal de radiofrecuencia (RF) de TV. En el extremo frontal, un multiplexor mezcla múltiples señales de RF en una sola señal y luego las envía a la entrada del transmisor óptico. Después de ser amplificado por un preamplificador, se controla electrónicamente la atenuación, la compensación de distorsión y el control automático del nivel de potencia. Y luego impulse el chip láser para realizar una modulación eléctrica/óptica y convierta la señal eléctrica en una señal de modulación óptica. Agregar un aislador óptico al extremo de salida puede reducir en gran medida la influencia de la onda de luz reflejada del cable óptico en el láser. La señal óptica se envía al cable óptico a través de la junta óptica móvil y la señal óptica se transmite a cada punto óptico a través del cable óptico.
Se puede ver que la potencia de transmisión y la distorsión no lineal del láser dependen de la corriente de polarización (IO), por lo que el transmisor óptico está equipado con el circuito de polarización y el circuito de compensación de distorsión del láser para garantizar la estabilidad del índice no lineal y la salida de transmisión.
Cuando la temperatura del láser aumenta, el umbral aumentará, la intensidad de la luz de salida saturada disminuirá y el rango lineal de la curva PI disminuirá (es decir, el rango autodinámico 2 disminuirá). Para garantizar que el transmisor óptico siempre funcione normalmente, se debe garantizar que el láser funcione a una temperatura constante (generalmente 25gradoDO). Se garantiza que el refrigerador semiconductor y el termistor utilizados para el control automático de temperatura (ATC) bidireccional del transmisor óptico funcionan a una temperatura constante de 25gradoC.
Hay un microprocesador en el transmisor óptico y los datos del mejor estado de funcionamiento del láser se almacenan en el chip. El láser se puede iniciar lentamente y la corriente del controlador RF TV se puede desconectar automáticamente para proteger el láser. Los distintos interruptores del panel frontal del transmisor óptico están controlados por un microprocesador.
Los cambios de temperatura y el envejecimiento del dispositivo provocarán cambios en la corriente umbral del láser y en la eficiencia de conversión fotoeléctrica. Si desea controlar con precisión la potencia de salida óptica del láser, debe resolverlo desde dos aspectos: uno es controlar la corriente de polarización del láser para que rastree automáticamente el umbral. El cambio de corriente asegura que el láser siempre funcione en el mejor estado de polarización; el segundo es controlar la amplitud de la corriente de modulación del láser para seguir automáticamente el cambio de la eficiencia de conversión eléctrica y óptica. El control automático de potencia completa las dos tareas anteriores para garantizar que el láser produzca una potencia óptica precisa.
Transmisor óptico modulado externamente
El transmisor óptico modulado externamente está compuesto por un modulador externo, un láser, un circuito de control del láser, un circuito de control de modulación, un microprocesador, un circuito de predistorsión, un fotodetector, un atenuador de señal de RF, un amplificador, una fuente de alimentación, etc.
3. Comparación de transmisores ópticos de modulación directa y modulación externa
Los transmisores de modulación directa se utilizan principalmente para láseres DFB. Los láseres DFB tienen buena linealidad y pueden obtener mejores valores CTB y CSOsin la compensación de los circuitos de predistorsión. Sin embargo, debido a la modulación directa, existe una modulación de frecuencia adicional y es difícil que los indicadores de distorsión no lineal (especialmente el valor CSO) sean muy altos.
El transmisor DFB tiene un rendimiento estable, una estructura simple y un precio bajo, por lo que se usa ampliamente.
La potencia del transmisor óptico de modulación directa generalmente no es demasiado grande, dentro de 18 nw, por lo tanto, la distancia de transmisión es limitada y generalmente se usa en redes de distribución local y redes de transmisión de cable óptico a nivel municipal. Este tipo de transmisor óptico se utiliza principalmente en redes de fibra óptica de 1310nm, y la atenuación de la fibra óptica de 1310nm es de 0,35 dB/km, por lo que la distancia máxima de transmisión no supera los 35 kilómetros.
Transmisor óptico modulado externamente: alta potencia de salida, hasta 2×20mw o más (dos salidas), bajo ruido y sin distorsión cso causada por la combinación de modulación de frecuencia adicional y características de dispersión de fibra similares a LD. Por lo tanto, se utiliza a menudo en la transmisión de larga distancia de sistemas cableados a gran escala. Los transmisores ópticos modulados externamente generalmente utilizan láseres YAG. Una vez modulados externamente los láseres YAG, la linealidad es muy pobre y se deben utilizar circuitos de predistorsión para compensar. Debido a su menor dispersión, el transmisor óptico YAG es muy adecuado para fibra óptica de longitud de onda de 1550 nm, utilizada principalmente en redes de fibra óptica de 1550 nm. La luz YAG se transmite a través de una red de fibra óptica de 1550 nm, que puede usarse para amplificación y retransmisión. La fibra óptica de 1550 nm tiene una pequeña atenuación (0,25 dB/km), por lo que el transmisor óptico YAG se puede utilizar para transmisiones a distancias ultralargas. El transmisor óptico modulado externamente se utiliza en la red de fibra óptica de 1310 nm y la distancia de transmisión puede alcanzar los 50 kilómetros, que también es más rápida que la distancia de transmisión del transmisor óptico modulado directamente. Sin embargo, los transmisores ópticos modulados externamente son costosos y las redes de fibra óptica para transmisiones de corta distancia rara vez utilizan transmisores ópticos modulados externamente.
4. Los indicadores técnicos del transmisor óptico.
Los indicadores técnicos del transmisor óptico son la base para seleccionar el transmisor óptico, y los buenos parámetros de rendimiento del transmisor óptico afectan directamente los buenos indicadores técnicos de todo el sistema de televisión por cable.
5. La elección del transmisor óptico.
Es muy importante que los técnicos de televisión por cable comprendan y dominen la composición, el principio de funcionamiento y los parámetros de rendimiento de los transmisores ópticos, porque sólo dominando los principios básicos de funcionamiento y los indicadores de rendimiento técnico de los transmisores ópticos se pueden utilizar los transmisores ópticos de forma eficaz y razonable. Buen mantenimiento diario.
En la actualidad, existen muchos fabricantes nacionales y extranjeros de transmisores ópticos. Hay más tipos de transmisores ópticos y los indicadores de rendimiento y los precios independientes también son muy diferentes. Una selección razonable es de gran beneficio para garantizar la calidad de la red de fibra óptica y reducir el costo de construcción de la red. La alta relación rendimiento-precio, el sistema de garantía de calidad confiable y la buena garantía del servicio posventa son la elección del equipo óptico.
