Come è sviluppato e funziona il Trasmettitore Ottico
L'uso delle onde luminose per trasmettere segnali televisivi e informazioni di dati è una nuova scienza e tecnologia sviluppata alla fine del XX secolo. Il suo aspetto ha permesso al mondo's industria dell'informazione a svilupparsi rapidamente. Ora la tecnologia di trasmissione in fibra ottica si sta sviluppando a una velocità superiore a quella umana'la sua immaginazione. La sua velocità di trasmissione ottica è 100 volte superiore rispetto a 10 anni fa e si stima che aumenterà di circa 100 volte nello sviluppo futuro. Con il continuo sviluppo della tecnologia di trasmissione in fibra ottica, è possibile eseguire il multiplexing, il demultiplexing, l'instradamento e la commutazione nel dominio ottico. La rete può utilizzare le enormi risorse di larghezza di banda della fibra ottica per aumentare la capacità della rete e realizzare la trasmissione "trasparente" di molteplici servizi.
Il sistema di trasmissione ottica è composto principalmente da trasmettitori ottici, ricevitori ottici, splitter ottici, cavi in fibra ottica e altri componenti.
I. Un principio base della trasmissione in fibra ottica di segnali ottici
La trasmissione ottica è una tecnologia che trasmette sotto forma di segnali ottici tra il mittente e il destinatario. Il processo lavorativo di trasmissione ottica dei segnali TV viene effettuato tra il trasmettitore ottico, la fibra ottica e il ricevitore ottico; il trasmettitore ottico nella sala computer centrale converte il segnale TV RF in ingresso in un segnale ottico, composto da un convertitore elettrico/ottico (il trasduttore elettrico-ottico (E/O) è completato e il segnale ottico convertito viene ricevuto dal dispositivo di ricezione della guida di trasmissione in fibra ottica (ricevitore ottico) e il ricevitore ottico converte il segnale ottico ottenuto dalla fibra ottica in un segnale elettrico. Pertanto, il principio di base del segnale di trasmissione ottica è l'intero processo di elettrico/ottico e ottico/. conversione elettrica, detta anche ottica collegamento.
L'attuale metodo di trasmissione ottica utilizza la modulazione dell'intensità della luce. Ad esempio, un dispositivo che emette luce basato su laser emette la cosiddetta luce coerente con la stessa fase. Viene quindi adottato un metodo di modulazione che modifica l'intensità luminosa complessiva. Utilizza la variazione lineare della potenza ottica in uscita corrispondente alla variazione della corrente del segnale in ingresso del convertitore elettrico/ottico. caratteristica.
Nel Trasduttore Ottico-Elettrico (O/E), la corrente in uscita è proporzionale all'intensità del segnale ottico in ingresso. La forma d'onda della corrente di uscita del convertitore ottico/elettrico è quindi simile alla forma d'onda della corrente di ingresso del convertitore elettrico/ottico, raggiungendo lo scopo della trasmissione del segnale.
Quindi, come fa la fibra ottica a guidare il segnale ottico? Attualmente, la fibra ottica utilizzata nel sistema televisivo via cavo è una fibra ottica cilindrica, composta da un cilindro in fibra ottica e un rivestimento ed è un materiale di vetro al quarzo. Il rivestimento svolge il ruolo di racchiudere saldamente la luce nella fibra ottica, proteggere il nucleo e migliorare la resistenza della fibra ottica stessa. Il ruolo del nucleo della fibra è trasmettere segnali ottici. Sebbene sia il nucleo che il rivestimento siano realizzati in materiali di vetro al quarzo, ci sono differenze nella composizione del drogaggio dei due durante la produzione, che porta a diversi indici di rifrazione (il nucleo è 1,463~ 1,467 e il rivestimento è 1,45~1,46). ovviamente è legato anche ai diversi materiali utilizzati. Quando la sorgente luminosa emessa dal laser entra nel nucleo della fibra, quando la luce entra nell'interfaccia del rivestimento, purché l'angolo incidente sia maggiore dell'angolo critico, nel nucleo si verificherà la riflessione totale e la luce non colerà nel rivestimento. Il segnale ottico nel nucleo continuerà a propagarsi ininterrottamente finché non verrà diretto al ricevitore ottico. Questo processo è il principio base della trasmissione del segnale ottico nella fibra ottica.
II. Distorsione nella trasmissione ottica
Quando la luce viene trasmessa in una fibra ottica, si verificherà anche una certa distorsione. Le ragioni della distorsione sono le seguenti:
(1) Nel sistema di trasmissione in fibra ottica, a causa della non linearità delle caratteristiche di conversione elettrica/ottica del laser a semiconduttore, il segnale ottico in uscita non è coerente con la variazione della corrente di eccitazione, con conseguente distorsione, chiamata distorsione di modulazione. Il valore dell'indice di modulazione M non deve essere troppo grande. È necessario scegliere un trasmettitore ottico con prestazioni elevate e una forte tecnologia di elaborazione pre-distorsione. La tecnologia di elaborazione della pre-distorsione utilizza un design artificiale per generare la pre-distorsione per migliorare la linearità della modulazione, in modo da eliminare e ridurre il sistema di trasmissione in fibra ottica. Lo scopo di CSO e CTB.
(2) Nel sistema di trasmissione ottica, poiché l'amplificatore RF di pilotaggio e l'amplificatore RF di ricezione hanno poche possibilità di distorsione, il fotodiodo PIN lineare può ignorare la leggera distorsione perché il livello del segnale non è troppo alto. Il motivo principale è la distorsione delle caratteristiche di modulazione del laser a semiconduttore e la dispersione delle fibre.
(3) Quando il laser modula l'intensità della luce, la lunghezza d'onda della luce cambierà e apparirà un'ulteriore modulazione di frequenza, che amplierà la frequenza del segnale e causerà un effetto chirp, che si manifesta principalmente come distorsione CSO.
(4) Le caratteristiche di dispersione della fibra ottica causeranno differenze nel ritardo di gruppo di diverse lunghezze d'onda, con conseguente distorsione causata da tempi di arrivo incoerenti al terminale, principalmente distorsione CSO.
La distorsione prodotta nel sistema di trasmissione in fibra ottica è principalmente distorsione CSO e il grado di distorsione CTB è molto inferiore alla distorsione CSO. Al fine di garantire la qualità di trasmissione del sistema e mantenere il rapporto portante/rumore del sistema e le prestazioni di distorsione entro un intervallo ragionevole, le misure adottate sono generali. Utilizzare gli indicatori CNR per bilanciare gli indicatori CSO e CTB. Se aumenti o diminuisci il valore CNR di 1 dB, il CSO peggiorerà o migliorerà di 1 dB e l'indice CTB peggiorerà o migliorerà di 2 dB.
III. Principi di funzionamento del trasmettitore ottico
Il dispositivo ottico più importante nel trasmettitore ottico è il laser a semiconduttore. In realtà, è un diodo laser (LD). Naturalmente alcuni non utilizzano diodi laser ma utilizzano diodi emettitori di luce a semiconduttore (Light Espiring Diode, LED). Di.
Il trasmettitore ottico da 1310 nm adotta generalmente la modalità di modulazione diretta (modulazione di ampiezza della banda laterale vestigiale, modalità VSB-AM). La sua funzione è quella di convertire i segnali elettrici in segnali ottici, cosa che può essere ottenuta modificando l'alimentazione del laser iniettato attraverso un circuito esterno. Il circuito di polarizzazione impostato può fornire la migliore alimentazione di polarizzazione per il laser. Il laser avrà una potenza di uscita diversa quando la corrente di polarizzazione è diversa. Per garantire un'uscita stabile della potenza ottica, è necessario progettare un circuito di controllo automatico della potenza ottica e della temperatura del laser, ad esempio utilizzando microcomputer per ottenere il miglior stato di funzionamento del controllo automatico del trasmettitore ottico.
I laser sono ampiamente utilizzati come oscillatori ottici (ovvero dispositivi che emettono luce), che si basano sull'interazione tra lo stato energetico del materiale del mezzo laser e la luce.
Affinché il laser funzioni, deve esserci una certa quantità di corrente. Esiste una certa relazione tra la dimensione di questa corrente e l'intensità della luce. Quando la corrente aumenta, l'intensità della luce aumenta notevolmente. Ciò indica che il laser ha iniziato a funzionare. Questo fa funzionare il laser. La corrente è chiamata corrente di soglia. Più è piccolo, meglio è, perché ha già permesso al laser di funzionare. Se la corrente di soglia continua ad aumentare, si formerà la zona di saturazione dell'uscita. Quando la corrente della zona di saturazione raggiunge un determinato valore, il segnale verrà trasmesso. In termini di potenza richiesta per la trasmissione in fibra ottica, la potenza di uscita di diversi megawatt nella regione lineare può soddisfare i requisiti di trasmissione di segnali e informazioni a lunga distanza. Oltre alla quantità di intensità luminosa, la qualità della trasmissione della luce è correlata anche a problemi come lo spettro e il rumore.
Lo spettro a più lunghezze d'onda non è adatto per la trasmissione di segnali analogici di alta qualità. Anche se funziona in modalità singola, il suo spettro di emissione è ampio. Più stretta è la larghezza, più pura diventa l'onda luminosa e più coerente nel tempo. Cioè onde luminose con buona coerenza. L'onda luminosa con buona coerenza non necessita di lenti e altri dispositivi per convergerla in un piccolo punto ed è più adatta all'incidenza delle fibre ottiche.
IV. Principi di funzionamento del ricevitore ottico
Il componente principale del ricevitore ottico è il fotorivelatore, cioè il fotodiodo ad alta sensibilità (PIN). Il fotodiodo utilizza l'effetto fotoelettrico del semiconduttore per completare il rilevamento del segnale ottico in modo che il segnale ottico venga ripristinato nel segnale TV RF e quindi nel segnale RF. Dopo l'amplificazione e il controllo del livello AGC, il segnale RF qualificato viene emesso per il distribuzione in rete.
Le principali tecnologie dei ricevitori ottici sono C/N, C/CTB e C/CSO. Questi tre indicatori tecnici sono tutti determinati dalle prestazioni del modulo di conversione fotoelettrica. Nel caso dello stesso ingresso di potenza ottica, il livello RF dell'uscita di conversione è diverso. Quando l'efficienza di conversione del modulo fotoelettrico è elevata, la sua potenza di uscita. Anche se il livello è elevato, l'indice del valore C/N apportato è buono e viceversa, l'indice del valore C/N peggiora. I due indicatori tecnici di C/CSO e C/CTB sono determinati dalla linearità del modulo fotoelettrico. I moduli fotoelettrici di alta qualità consentono un intervallo di potenza di ricezione più ampio con gli stessi indicatori C/CSO e C/CTB.
V. Prospettive di sviluppo dei dispositivi ottici
Con il continuo aggiornamento della tecnologia di trasmissione in fibra ottica nelle reti a banda larga e il continuo miglioramento dei servizi multifunzionali, i requisiti per le caratteristiche di trasmissione dei dispositivi ottici e delle fibre ottiche stanno diventando sempre più elevati. L’era delle fibre ottiche che sostituiscono i fili di rame sta finalmente arrivando. Sulle tracce dell'era dell'informazione Con l'avvento, le prospettive di sviluppo della tecnologia di trasmissione ottica sono molto ampie.
Scelta e utilizzo del trasmettitore ottico
Il trasmettitore ottico è l'apparecchiatura principale del sistema di trasmissione via cavo ottico. La sua funzione è quella di modulare otticamente l'ingresso del segnale elettrico della televisione via cavo a radiofrequenza al trasmettitore ottico per ottenere la conversione elettrica e ottica (E/O) e di inviare segnali ottici continui, stabili e affidabili al sistema di cavi ottici. Le tipologie di trasmettitori ottici attualmente sul mercato: in base ai diversi metodi di modulazione, si dividono in due tipologie: trasmettitori ottici modulati direttamente e trasmettitori ottici modulati esternamente. I trasmettitori ottici modulati direttamente sono utilizzati principalmente nei sistemi in fibra ottica da 1310 nm, mentre i trasmettitori ottici modulati esternamente sono utilizzati principalmente nei sistemi in fibra ottica da 1550 nm. Indipendentemente dal fatto che si tratti di un trasmettitore ottico modulato direttamente o modulato esternamente, il suo componente principale è composto da laser.
Modula direttamente il trasmettitore laser
1. Composizione
La composizione del trasmettitore ottico a modulazione diretta, oltre ai componenti laser DFB del componente principale, comprende un alimentatore, un circuito di polarizzazione laser, un circuito di avvio lento del laser, un circuito di protezione da sovraccarico e un circuito di protezione dell'azionamento, un circuito di controllo dell'alimentazione e di controllo del raffreddamento, luce circuito di rilevamento, circuito di compensazione della distorsione, chip fotorilevatore (PIN) (per il rilevamento della potenza ottica e il controllo automatico della potenza), frigorifero a semiconduttore e termistore per il controllo automatico della temperatura bidirezionale (ATC), ecc.
2. Processo di lavoro
Il segnale di ingresso del trasmettitore ottico è il segnale in radiofrequenza TV (RF). Nel front-end, più segnali RF vengono miscelati in un unico segnale da un multiplexer e quindi inviati all'ingresso del trasmettitore ottico. Dopo essere stato amplificato da un preamplificatore, viene controllata elettronicamente l'attenuazione, la compensazione della distorsione e il controllo automatico del livello di potenza. , Quindi guidare il chip laser per eseguire la modulazione elettrica/ottica e convertire il segnale elettrico in un segnale di modulazione ottica. L'aggiunta di un isolatore ottico all'estremità di uscita può ridurre notevolmente l'influenza dell'onda luminosa riflessa dal cavo ottico sul laser. Il segnale ottico viene inviato al cavo ottico attraverso il giunto mobile ottico e il segnale ottico viene trasmesso a ciascun punto ottico attraverso il cavo ottico.
Si può vedere che la potenza di trasmissione e la distorsione non lineare del laser dipendono dalla corrente di polarizzazione (IO), quindi il trasmettitore ottico è dotato del circuito di polarizzazione e del circuito di compensazione della distorsione del laser per garantire la stabilità dell'indice non lineare e della uscita di trasmissione.
Quando la temperatura del laser aumenta, la soglia aumenterà, l'intensità della luce di uscita satura diminuirà e la gamma lineare della curva PI diminuirà (ovvero, la gamma autodinamica 2 diminuirà). Per garantire che il trasmettitore ottico funzioni sempre normalmente, è necessario assicurarsi che il laser funzioni a una temperatura costante (generalmente 25gradoC). Il dispositivo di raffreddamento del semiconduttore e il termistore utilizzati per il controllo automatico della temperatura (ATC) bidirezionale del trasmettitore ottico sono garantiti per funzionare a una temperatura costante di 25gradoC.
Nel trasmettitore ottico è presente un microprocessore e nel chip sono memorizzati i migliori dati sullo stato di funzionamento del laser. Il laser può essere avviato lentamente e la corrente di azionamento della TV RF può essere disconnessa automaticamente per proteggere il laser. I vari interruttori posti sul pannello frontale del trasmettitore ottico sono controllati da un microprocessore.
I cambiamenti di temperatura e l'invecchiamento del dispositivo causeranno cambiamenti nella corrente di soglia del laser e nell'efficienza di conversione fotoelettrica. Se si desidera controllare accuratamente la potenza di uscita ottica del laser, è necessario risolverlo da due aspetti: il primo è controllare la corrente di polarizzazione del laser in modo che segua automaticamente la soglia. La variazione di corrente garantisce che il laser funzioni sempre nel miglior stato di polarizzazione; il secondo è controllare l'ampiezza della corrente di modulazione del laser per seguire automaticamente la variazione dell'efficienza di conversione elettrica e ottica. Il controllo automatico della potenza completa le due attività precedenti per garantire che il laser emetta una potenza ottica precisa.
Trasmettitore ottico modulato esternamente
Il trasmettitore ottico modulato esternamente è composto da modulatore esterno, laser, circuito di controllo laser, circuito di controllo della modulazione, microprocessore, circuito predistorsione, fotorilevatore, attenuatore del segnale RF, amplificatore, alimentatore, ecc.
3. Confronto tra trasmettitori ottici a modulazione diretta e a modulazione esterna
I trasmettitori a modulazione diretta sono utilizzati principalmente per i laser DFB. I laser DFB hanno una buona linearità e possono ottenere valori CTB e CSO migliorisenza la compensazione dei circuiti di predistorsione. Tuttavia, a causa della modulazione diretta, vi è un'ulteriore modulazione di frequenza e gli indicatori di distorsione non lineare (in particolare il valore CSO) difficilmente possono essere molto elevati.
Il trasmettitore DFB ha prestazioni stabili, una struttura semplice e un prezzo basso, quindi è ampiamente utilizzato.
La potenza del trasmettitore ottico a modulazione diretta non è generalmente troppo grande, entro 18 nw, pertanto la distanza di trasmissione è limitata e viene generalmente utilizzata nelle reti di distribuzione locale e nelle reti di trasmissione via cavo ottico a livello comunale. Questo tipo di trasmettitore ottico viene utilizzato principalmente nelle reti in fibra ottica da 1310nm e l'attenuazione della fibra ottica da 1310 nm è 0,35 db/km, quindi la distanza massima di trasmissione non supera i 35 chilometri.
Trasmettitore ottico modulato esternamente: elevata potenza di uscita, fino a 2×20mw o più (due uscite), basso rumore e nessuna distorsione cso causata dalla combinazione di modulazione di frequenza aggiuntiva e caratteristiche di dispersione della fibra simili a LD. Pertanto, viene spesso utilizzato nella trasmissione a lunga distanza di sistemi cablati su larga scala. I trasmettitori ottici modulati esternamente utilizzano generalmente laser YAG. Dopo che i laser YAG sono stati modulati esternamente, la linearità è molto scarsa e per compensare è necessario utilizzare circuiti di predistorsione. A causa della sua minore dispersione, il trasmettitore ottico YAG è molto adatto per la fibra ottica con lunghezza d'onda di 1550 nm, utilizzata principalmente nelle reti in fibra ottica da 1550 nm. La luce YAG viene trasmessa nella rete in fibra ottica da 1550 nm, che può essere utilizzata per l'amplificazione e il relè. La fibra ottica da 1550 nm ha una piccola attenuazione (0,25 dB/km), quindi il trasmettitore ottico YAG può essere utilizzato per la trasmissione a distanza ultra lunga. Il trasmettitore ottico modulato esternamente viene utilizzato nella rete in fibra ottica da 1310 nm e la distanza di trasmissione può raggiungere i 50 chilometri, che è anche più veloce della distanza di trasmissione del trasmettitore ottico modulato direttamente. Tuttavia, i trasmettitori ottici modulati esternamente sono costosi e le reti in fibra ottica per la trasmissione a breve distanza utilizzano raramente trasmettitori ottici modulati esternamente
4. Gli indicatori tecnici del trasmettitore ottico
Gli indicatori tecnici del trasmettitore ottico sono la base per la selezione del trasmettitore ottico e i parametri di buona prestazione del trasmettitore ottico influenzano direttamente i buoni indicatori tecnici dell'intero sistema televisivo via cavo.
5. La scelta del trasmettitore ottico
È molto importante che i tecnici della TV via cavo comprendano e padroneggino la composizione, il principio di funzionamento e i parametri di prestazione dei trasmettitori ottici, perché solo padroneggiando i principi di funzionamento di base e gli indicatori di prestazione tecnica dei trasmettitori ottici è possibile utilizzare i trasmettitori ottici in modo efficace e ragionevole. Buona manutenzione quotidiana.
Attualmente esistono molti produttori nazionali ed esteri di trasmettitori ottici. Esistono più tipi di trasmettitori ottici e anche gli indicatori di prestazione e i prezzi singoli sono molto diversi. Una selezione ragionevole è di grande vantaggio per garantire la qualità della rete in fibra ottica e ridurre i costi di costruzione della rete. L'elevato rapporto prestazioni-prezzo, l'affidabile sistema di garanzia della qualità e la buona garanzia del servizio post-vendita sono la scelta dell'attrezzatura ottica
