Hoe de optische zender is ontwikkeld en werkt
Het gebruik van lichtgolven om televisiesignalen en data-informatie over te brengen is een nieuwe wetenschap en technologie die aan het einde van de 20e eeuw is ontwikkeld. Zijn verschijning heeft de wereld mogelijk gemaakt'De informatie-industrie zal zich snel ontwikkelen. Nu ontwikkelt de transmissietechnologie voor optische vezels zich met een snelheid die verder gaat dan die van mensen's verbeelding. De optische transmissiesnelheid is honderd keer hoger dan tien jaar geleden, en er wordt geschat dat deze in de toekomstige ontwikkeling met ongeveer honderd keer zal toenemen. Met de voortdurende ontwikkeling van optische vezeltransmissietechnologie kunnen multiplexen, demultiplexen, routeren en schakelen worden uitgevoerd in het optische domein. Het netwerk kan de enorme bandbreedtebronnen van optische vezels gebruiken om de netwerkcapaciteit te vergroten en de "transparante" transmissie van meerdere diensten te realiseren.
Het optische transmissiesysteem bestaat hoofdzakelijk uit optische zenders, optische ontvangers, optische splitters, glasvezelkabels en andere componenten.
I. Een basisprincipe van optische vezeltransmissie van optische signalen
Optische transmissie is een technologie die zendt in de vorm van optische signalen tussen de zender en de ontvanger. Het werkproces van optische transmissie van tv-signalen wordt uitgevoerd tussen de optische zender, de optische vezel en de optische ontvanger; de optische zender in de centrale computerruimte zet het ingevoerde RF TV-signaal om in een optisch signaal, dat is samengesteld uit een elektrisch/optische omzetter (Elektrisch-optische transducer (E/O) is voltooid en het geconverteerde optische signaal wordt ontvangen door de ontvangstapparaat voor optische vezeltransmissie (optische ontvanger), en de optische ontvanger zet het optische signaal dat wordt verkregen van de optische vezel om in een elektrisch signaal. Daarom is het basisprincipe van het optische transmissiesignaal het hele proces van elektrisch/optisch en optisch/. elektrische conversie, ook wel optisch genoemd koppeling.
De huidige optische transmissiemethode maakt gebruik van lichtintensiteitsmodulatie. Een op laser gebaseerd lichtgevend apparaat zendt bijvoorbeeld zogenaamd coherent licht uit met dezelfde fase. Daarom wordt een modulatiemethode toegepast die de algehele lichtintensiteit verandert. Het maakt gebruik van de lineaire verandering van het optische uitgangsvermogen dat overeenkomt met de verandering van de ingangssignaalstroom van de elektrisch/optische omzetter. karakteristiek.
In de optisch-elektrische transducer (O/E) is de uitgangsstroom evenredig met de intensiteit van het optische ingangssignaal. De uitgangsstroomgolfvorm van de optisch/elektrische omzetter is daarom vergelijkbaar met de ingangsstroomgolfvorm van de elektrisch/optische omzetter, waardoor het doel van signaaloverdracht wordt bereikt.
Hoe geleidt de optische vezel het optische signaal? Momenteel is de optische vezel die in het kabeltelevisiesysteem wordt gebruikt een cilindrische optische vezel, die is samengesteld uit een optische vezelcilinder en een bekleding en een kwartsglasmateriaal is. De bekleding speelt de rol van het strak omsluiten van het licht in de optische vezel, het beschermen van de kern en het vergroten van de sterkte van de optische vezel zelf. De rol van de vezelkern is het verzenden van optische signalen. Hoewel zowel de kern als de bekleding zijn gemaakt van kwartsglasmaterialen, zijn er tijdens de productie verschillen in de doteringssamenstelling van de twee, wat leidt tot verschillende brekingsindexen (de kern is 1,463 ~ 1,467 en de bekleding is 1,45 ~ 1,46), hangt uiteraard ook samen met de verschillende gebruikte materialen. Wanneer de door de laser uitgezonden lichtbron de kern van de vezel binnendringt, wanneer het licht het grensvlak van de bekleding binnendringt, zolang de invalshoek groter is dan de kritische hoek, zal de totale reflectie in de kern plaatsvinden en zal het licht lekt niet in de bekleding. Het optische signaal in de kern zal zich ononderbroken voortplanten totdat het naar de optische ontvanger wordt gestuurd. Dit proces is het basisprincipe van optische signaaloverdracht in optische vezels.
II. Vervorming in optische transmissie
Wanneer licht door een optische vezel wordt doorgelaten, zal er ook enige vervorming optreden. De redenen voor de vervorming zijn als volgt:
(1) In het optische vezeltransmissiesysteem is het optische uitgangssignaal, vanwege de niet-lineariteit van de elektrische/optische conversiekarakteristieken van de halfgeleiderlaser, inconsistent met de verandering van de excitatiestroom, wat resulteert in vervorming, die modulatievervorming wordt genoemd. De waarde van de modulatie-index M mag niet te groot zijn. Het is noodzakelijk om een optische zender te kiezen met hoge prestaties en een sterke verwerkingstechnologie vóór vervorming. De pre-vervormingsverwerkingstechnologie maakt gebruik van kunstmatig ontwerp om voorvervorming te genereren om de lineariteit van de modulatie te verbeteren, om zo het optische vezeltransmissiesysteem te elimineren en te verminderen. Het doel van CSO en CTB.
(2) Omdat in het optische transmissiesysteem de aansturende RF-versterker en de ontvangende RF-versterker weinig kans op vervorming hebben, kan de lineaire PIN-fotodiode de lichte vervorming negeren omdat het signaalniveau niet te hoog is. De belangrijkste reden is vervorming van de modulatiekarakteristieken van halfgeleiderlasers en vezeldispersie.
(3) Wanneer de laser de intensiteit van het licht moduleert, zal de golflengte van het licht veranderen en zal er extra frequentiemodulatie optreden, die de signaalfrequentie zal verbreden en een piepeffect zal veroorzaken, dat zich voornamelijk manifesteert als CSO-vervorming.
(4) De dispersiekarakteristieken van de optische vezel zullen verschillen in de groepsvertraging van verschillende golflengten veroorzaken, resulterend in vervorming veroorzaakt door inconsistente aankomsttijden op de terminal, voornamelijk CSO-vervorming.
De vervorming die wordt geproduceerd in het optische vezeltransmissiesysteem is voornamelijk CSO-vervorming, en de mate van CTB-vervorming is veel kleiner dan CSO-vervorming. Om de transmissiekwaliteit van het systeem te garanderen en de draaggolf-ruisverhouding en de vervormingsprestaties van het systeem binnen een redelijk bereik te brengen, zijn de genomen maatregelen algemeen. Gebruik CNR-indicatoren om CSO- en CTB-indicatoren in evenwicht te brengen. Als u de CNR-waarde met 1 dB verhoogt of verlaagt, zal de CSO met 1 dB verslechteren of verbeteren, en zal de CTB-index met 2 dB verslechteren of verbeteren.
III. Werkingsprincipes van de optische zender
Het belangrijkste optische apparaat in de optische zender is de halfgeleiderlaser. In feite is het een laserdiode (LD). Natuurlijk gebruiken sommigen geen laserdiodes, maar halfgeleider-lichtgevende diodes (Light Emitting Diode, LED). van.
1310 nm optische zender gebruikt over het algemeen de directe modulatiemodus (rudimentaire zijband-amplitudemodulatie, VSB-AM-modus). Zijn functie is het omzetten van elektrische signalen in optische signalen, wat kan worden bereikt door de stroomtoevoer van de geïnjecteerde laser via een extern circuit te veranderen. Het bias-circuit dat het instelt, kan de beste bias-voeding voor de laser leveren. De laser zal een ander uitgangsvermogen hebben als de biasstroom anders is. Om een stabiele output van optisch vermogen te garanderen, moet een automatisch besturingscircuit voor optisch vermogen en lasertemperatuur worden ontworpen, zoals het gebruik van microcomputers om de beste werkstatus van automatische besturing van de optische zender te bereiken.
Lasers worden veel gebruikt als optische oscillatoren (dwz lichtgevende apparaten), die afhankelijk zijn van de interactie tussen de energietoestand van het lasermediummateriaal en licht.
Om de laser te laten werken, moet er een bepaalde hoeveelheid stroom zijn. Er bestaat een bepaalde relatie tussen de grootte van deze stroom en de lichtintensiteit. Wanneer de stroom wordt verhoogd, neemt de lichtintensiteit sterk toe. Dit geeft aan dat de laser begint te werken. Hierdoor werkt de laser. De stroom wordt de drempelstroom genoemd. Hoe kleiner het is, hoe beter, omdat de laser hierdoor al kan werken. Als de drempelstroom blijft stijgen, zal de uitgangsverzadigingszone worden gevormd. Wanneer de verzadigingszonestroom een bepaalde waarde bereikt, wordt het signaal verzonden. In termen van het vermogen dat nodig is voor transmissie via optische vezels, kan het uitgangsvermogen van enkele megawatts in het lineaire gebied voldoen aan de eisen van transmissie van signalen en informatie over lange afstanden. Naast de hoeveelheid lichtintensiteit hangt de transmissiekwaliteit van licht ook samen met problemen als spectrum en ruis.
Het meergolflengtespectrum is niet geschikt voor de overdracht van hoogwaardige analoge signalen. Zelfs als het in een enkele modus werkt, heeft het emissiespectrum een breedte. Hoe smaller de breedte, hoe zuiverder de lichtgolf wordt en hoe meer tijdcoherent deze wordt. Dat zijn lichtgolven met een goede coherentie. De lichtgolf met goede coherentie heeft geen lenzen en andere apparaten nodig om deze naar een klein plekje te convergeren, en is geschikter voor de inval van optische vezels.
IV. Werkingsprincipes van de optische ontvanger
Het hoofdbestanddeel van de optische ontvanger is de fotodetector, dat wil zeggen de hooggevoelige fotodiode (PIN). De fotodiode gebruikt het foto-elektrische effect van de halfgeleider om de detectie van het optische signaal te voltooien, zodat het optische signaal wordt hersteld naar het RF TV-signaal en vervolgens naar het RF-signaal. Na versterking en AGC-niveauregeling wordt het gekwalificeerde RF-signaal uitgevoerd voor de netwerk distributie.
De belangrijkste technologieën van optische ontvangers zijn C/N, C/CTB en C/CSO. Deze drie technische indicatoren worden allemaal bepaald door de prestaties van de foto-elektrische conversiemodule. In het geval van hetzelfde optische ingangsvermogen is het RF-niveau van de conversie-uitgang anders. Wanneer de conversie-efficiëntie van de foto-elektrische module hoog is, is het uitgangsvermogen ervan. Zelfs als het niveau hoog is, is de C/N-waarde-index die ermee gepaard gaat goed, en omgekeerd wordt de C/N-waarde-index slechter. De twee technische indicatoren van C/CSO en C/CTB worden bepaald door de lineariteit van de foto-elektrische module. Hoogwaardige foto-elektrische modules maken een groter bereik van ontvangstvermogen mogelijk onder dezelfde C/CSO- en C/CTB-indicatoren.
V. Ontwikkelingsvooruitzichten van optische apparaten
Met de voortdurende modernisering van optische vezeltransmissietechnologie in breedbandnetwerken en de voortdurende verbetering van multifunctionele diensten worden de eisen aan de transmissiekarakteristieken van optische apparaten en optische vezels steeds hoger. Het tijdperk waarin optische vezels koperdraden vervangen, komt eindelijk aan. In de voetsporen van het informatietijdperk Met de komst zijn de ontwikkelingsperspectieven van optische transmissietechnologie zeer breed.
Selectie en gebruik van optische zender
De optische zender is de kernuitrusting van het optische kabeltransmissiesysteem. Zijn functie is het optisch moduleren van de elektrische signaalinvoer van de radiofrequentiekabeltelevisie naar de optische zender om elektrische en optische conversie (E/O) te bereiken, en om continue, stabiele en betrouwbare optische signalen naar het optische kabelsysteem te sturen. De typen optische zenders die momenteel op de markt zijn: volgens hun verschillende modulatiemethoden zijn ze onderverdeeld in twee typen: direct gemoduleerde optische zenders en extern gemoduleerde optische zenders. Direct gemoduleerde optische zenders worden meestal gebruikt in 1310 nm optische vezelsystemen, en extern gemoduleerde optische zenders worden meestal gebruikt in 1550 nm optische vezelsystemen. Ongeacht of het een direct gemoduleerde of extern gemoduleerde optische zender is, het kerncomponent bestaat uit lasers.
Moduleer de laserzender direct
1. Samenstelling
De samenstelling van de optische zender met directe modulatie, naast de kerncomponent DFB-lasercomponenten, zijn er voeding, een laservoorspanningscircuit, laser slow start circuit, overbelastingsbeveiligingscircuit en aandrijfbeveiligingscircuit, vermogensregeling en koeling regelcircuit, licht detectiecircuit, vervormingscompensatiecircuit, fotodetectorchip (PIN) (voor optische vermogensdetectie en automatische vermogensregeling), halfgeleiderkoelkast en thermistor voor tweeweg automatische temperatuurregeling (ATC), enz.
2. Werkproces
Het ingangssignaal van de optische zender is het radiofrequentiesignaal (RF) van de tv. Aan de voorkant worden meerdere RF-signalen door een multiplexer tot één signaal gemengd en vervolgens naar de ingang van de optische zender gestuurd. Nadat het is versterkt door een voorversterker, vindt er elektronisch geregelde verzwakking, vervormingscompensatie en automatische regeling van het vermogensniveau plaats. En stuur vervolgens de laserchip aan om elektrische/optische modulatie uit te voeren en het elektrische signaal om te zetten in een optisch modulatiesignaal. Het toevoegen van een optische isolator aan het uitgangsuiteinde kan de invloed van de gereflecteerde lichtgolf van de optische kabel op de laser aanzienlijk verminderen. Het optische signaal wordt via de optische beweegbare verbinding naar de optische kabel gestuurd en het optische signaal wordt via de optische kabel naar elk optisch punt verzonden.
Het is te zien dat het zendvermogen en de niet-lineaire vervorming van de laser afhankelijk zijn van de biasstroom (IO), dus de optische zender is uitgerust met het biascircuit en het vervormingscompensatiecircuit van de laser om de stabiliteit van de niet-lineaire index en de transmissie-uitgang.
Wanneer de temperatuur van de laser stijgt, zal de drempel toenemen, zal de verzadigde lichtintensiteit afnemen en zal het lineaire bereik van de PI-curve afnemen (dat wil zeggen, het zelfdynamische bereik zal afnemen). Om ervoor te zorgen dat de optische zender altijd normaal werkt, moet ervoor worden gezorgd dat de laser op een constante temperatuur werkt (doorgaans 25rangC). De halfgeleiderkoeler en thermistor die worden gebruikt voor de tweeweg automatische temperatuurregeling (ATC) van de optische zender werken gegarandeerd bij een constante temperatuur van 25°C.rangC.
Er zit een microprocessor in de optische zender en de beste werkstatusgegevens van de laser worden opgeslagen in de chip. De laser kan langzaam worden gestart en de RF TV-aandrijfstroom kan automatisch worden uitgeschakeld om de laser te beschermen. De verschillende schakelaars op het voorpaneel van de optische zender worden bestuurd door een microprocessor.
Temperatuurveranderingen en veroudering van het apparaat zullen veranderingen in de laserdrempelstroom en de foto-elektrische conversie-efficiëntie veroorzaken. Als u het optische uitgangsvermogen van de laser nauwkeurig wilt regelen, moet u dit vanuit twee aspecten oplossen: één is het regelen van de biasstroom van de laser, zodat deze automatisch de drempelwaarde volgt. De stroomverandering zorgt ervoor dat de laser altijd in de beste bias-toestand werkt; de tweede is het regelen van de amplitude van de lasermodulatiestroom om automatisch de verandering van de elektrische en optische conversie-efficiëntie te volgen. Automatische vermogensregeling voltooit de twee bovenstaande taken om ervoor te zorgen dat de laser nauwkeurig optisch vermogen levert.
Extern gemoduleerde optische zender
De extern gemoduleerde optische zender bestaat uit de externe modulator, laser, laserbesturingscircuit, modulatiebesturingscircuit, microprocessor, pre-vervormingscircuit, fotodetector, RF-signaalverzwakker, versterker, voeding, enz.
3. Vergelijking van optische zenders met directe modulatie en externe modulatie
Directe modulatiezenders worden meestal gebruikt voor DFB-lasers. DFB-lasers hebben een goede lineariteit en kunnen betere CTB- en CSO-waarden verkrijgenzonder de compensatie van voorvervormingscircuits. Vanwege de directe modulatie is er echter extra frequentiemodulatie en is het moeilijk om niet-lineaire vervormingsindicatoren (vooral de CSO-waarde) erg hoog te houden.
De DFB-zender heeft stabiele prestaties, een eenvoudige structuur en een lage prijs, dus wordt hij veel gebruikt.
Het vermogen van de optische zender met directe modulatie is over het algemeen niet te groot, binnen 18nw, daarom is de transmissieafstand beperkt, en wordt deze over het algemeen gebruikt in lokale distributienetwerken en optische kabeltransmissienetwerken op gemeenteniveau. Dit type optische zender wordt meestal gebruikt in 1310nm optische vezelnetwerken, en de 1310nm optische vezelverzwakking is 0,35db/km, dus de maximale transmissieafstand bedraagt niet meer dan 35 kilometer.
Extern gemoduleerde optische zender: hoog uitgangsvermogen, tot 2×20mw of meer (twee uitgangen), weinig ruis en geen cso-vervorming veroorzaakt door de combinatie van extra frequentiemodulatie en vezeldispersiekarakteristieken vergelijkbaar met LD. Daarom wordt het vaak gebruikt bij de langeafstandstransmissie van grootschalige bekabelde systemen. Extern gemoduleerde optische zenders maken doorgaans gebruik van YAG-lasers. Nadat YAG-lasers extern zijn gemoduleerd, is de lineariteit zeer slecht en moeten pre-vervormingscircuits worden gebruikt om dit te compenseren. Vanwege de kleinere spreiding is de YAG optische zender zeer geschikt voor optische vezels met een golflengte van 1550 nm, meestal gebruikt in optische vezelnetwerken van 1550 nm. YAG-licht wordt verzonden in het 1550 nm glasvezelnetwerk, dat kan worden gebruikt voor versterking en relais. De optische vezel van 1550 nm heeft een kleine demping (0,25 dB/km), zodat de optische YAG-zender kan worden gebruikt voor transmissie over ultralange afstanden. De extern gemoduleerde optische zender wordt gebruikt in het 1310nm optische vezelnetwerk en de transmissieafstand kan 50 kilometer bedragen, wat ook sneller is dan de transmissieafstand van de direct gemoduleerde optische zender. Extern gemoduleerde optische zenders zijn echter duur, en optische vezelnetwerken voor transmissie over korte afstanden maken zelden gebruik van extern gemoduleerde optische zenders.
4. De technische indicatoren van de optische zender
De technische indicatoren van de optische zender vormen de basis voor het selecteren van de optische zender, en de goede prestatieparameters van de optische zender hebben rechtstreeks invloed op de goede technische indicatoren van het gehele kabeltelevisiesysteem.
5. De keuze van de optische zender
Het is erg belangrijk voor kabeltelevisietechnici om de samenstelling, het werkingsprincipe en de prestatieparameters van optische zenders te begrijpen en te beheersen, omdat optische zenders alleen effectief en redelijk kunnen worden gebruikt door de fundamentele werkingsprincipes en technische prestatie-indicatoren van optische zenders te beheersen. Goed dagelijks onderhoud.
Momenteel zijn er veel buitenlandse en binnenlandse fabrikanten van optische zenders. Er zijn meer soorten optische zenders en de prestatie-indicatoren en stand-alone prijzen zijn ook heel verschillend. Een redelijke selectie is van groot belang voor het waarborgen van de kwaliteit van het glasvezelnetwerk en het verlagen van de kosten van netwerkaanleg. Een hoge prestatie-prijsverhouding, een betrouwbaar kwaliteitsborgingssysteem en een goede after-sales service zijn de keuze voor optische apparatuur
