Оптические передатчики

Обобщенная структурная схема оптического передатчика приведена на рис. 9.3. Оптический передатчик содержит переключатель тока, управляющий током накачки полупроводникового излучателя (СИД или лазер), и цепи стабилизации уровня излучений.

Регенерированный цифровой сигнал с устройства обработки сигнала поступает на вход переключателя тока, который в соответствии с «0» или «1» включает или выключает источник смещения тока I_М, изменяя уровень излучаемой оптической мощности от P`<sub>0</sub> при передачи «0» до пикового значения P`₁ при передачи «1». Модулирующий ток I_М накладывается на ток постоянного смещения I_δ, который определяет уровень остаточной мощности P`₀. Ток I_δ поступает от источника регулируемого базового тока. Величины токов I_М и I_δ устанавливаются в соответствии с требованиями к параметрам оптического цифрового сигнала.

Для стабилизации отношений С/Ш на входе решающего устройства регенератора в передатчике необходимо поддерживать постоянной разность пиковой и остаточной мощностей P`<sub>1</sub>- P`₀ и снижать фазовые флуктуации переднего фронта оптического импульса.

Постоянство разности P`<sub>1</sub>- P`₀ при изменении температуры и старении полупроводникового излучателя обеспечивается с помощью автоматической регулировки тока I_М. Величины фазовых флуктуаций переднего фронта оптического импульса и уровня шумов излучателя зависят от установки величины тока I_δ относительно порогового тока. При достижении порогового тока отношение С/Ш на приемной стороне уменьшается. При лазерном режиме генерации (I_δ > I_t), кроме уменьшения шумов источника излучения уменьшается время задержки включения излучателя. В связи с этим как правило величина I_δ в оптическом передатчике на полупроводниковом лазере выбирается близко к I_t, но не должна превышать это значение. Для стабилизации I_δ относительно I_t в схеме передатчика имеется цепь стабилизации средней мощности излучения с помощью изменения величины I_δ.

Рис. 9.3. Структурная схема оптического передатчика

Для устранения влияния низкочастотной составляющей энергетического спектра оптического сигнала, дестабилизирующей величины P_СР и P`<sub>1</sub>- P`₀, в состав цепи обратной связи включен фильтр нижних частот. Принцип работы цепей стабилизации режима излучателя поясняет рис. 9.4. При повышении температуры ватт - амперная характеристика лазера смещается и при отключенных цепях стабилизации мощности P`<sub>1</sub>- P`₀ уменьшаются, разность I_δ и I_t увеличивается, разность P`<sub>1</sub>- P`₀ уменьшается.

Рис. 9.4. К пояснению принципа работы цепей стабилизации

После времени установления переходных процессов в цепях стабилизации устанавливаются новые значения I_δ2 и I_t2 и восстанавливается прежнее значение разности P`<sub>1</sub>- P`₀ и P_СР. Для уменьшения температурной зависимости I_t в передатчике имеется схема термокомпенсации. В этом случае старение лазера контролируется по изменению тока I_δ, а информация об уровне тока смещения от каждого промежуточного регенератора по цепям контроля передается на оконечные станции.

Передающие оптоэлектронные модули (ПОМ), применяемые в волоконно-оптических системах, предназначены для преобразования электрических сигналов в оптические. Последние должны быть введены в волокно с минимальными потерями. Производятся весьма разнообразные ПОМ, отличающиеся по конструкции, а также по типу источника излучения. Одни
работают на телефонных скоростях с максимальным расстоянием до нескольких метров, другие передают сотни и даже тысячи мегабит в секунду на расстояния в несколько десятков километров.

Один из вариантов ПОМ в виде структурной схемы представленной на рис 9.9

Рис. 9.5 Структурная схема оптоэлектронного модуля

Главным элементом ПОМ является источник излучения. Перечислим основные требова­ния, которым должен удовлетворять источник излучения, применяемый в ВОЛС: излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности волокна. В тра­диционных оптических волокнах существует три окна, в которых достигаются меньшие потери света при распространении: 850, 1300, 1550 нм; источник излучения должен выдерживать необходимую частоту модуляции для обеспе­чения передачи информации на требуемой скорости; источник излучения должен быть эффективным, в том смысле, что большая часть излу­чения источника попадала в волокно с минимальными потерями; источник излучения должен иметь достаточно большую мощность, чтобы сигнал можно было передавать на большие расстояния, но и не на столько, чтобы излучение приводи­ло к нелинейным эффектам или могло повредить волокно или оптический приемник; температурные вариации не должны сказываться на функционировании источника излу­чения; стоимость производства источника излучения должна быть относительно невысокой.

Два основных типа источников излучения, удовлетворяющие перечисленным требовани­ям, используются в настоящее время - светодиоды (LED) и полупроводниковые лазерные диоды (LD).

Главная отличительная черта между светодиодами и лазерными диодами - это ширина спектра излучения. Светоизлучающие диоды имеют широкий спектр излучения, в то время как лазерные диоды имеют значительно более узкий спектр (рис. 9.10). Оба типа уст­ройств весьма компактны и хорошо сопрягаются со стандартными электронными цепями.

а б

в

Рис. 9.6 Спектры излучения светодиодов и лазерных диодов

Для организации передачи оптических сигналов не достаточно иметь только источник излучения. В любой конструкции ПОМ есть специальный держатель (housing), который позво­ляет закрепить и защитить составные элементы передатчика: источник излучения, узел элек­трического интерфейса и место сопряжения с волокном. Иногда требуются дополнительные внутренние элементы для оптимального подсоединения волокна. Важным элементом лазер­ных диодов является цепь тока накачки, и система контроля температуры. Для сложных ла­зерных систем добавляют выходной мониторинг оптического сигнала.