Optik Verici nasıl geliştirilir ve çalışır?
Televizyon sinyallerini ve veri bilgilerini iletmek için ışık dalgalarının kullanılması, 20. yüzyılın sonunda geliştirilen yeni bir bilim ve teknolojidir. Görünüşü dünyayı mümkün kıldı'Bilgi endüstrisi hızla gelişecek. Artık fiber optik iletim teknolojisi insanların ötesinde bir hızla gelişiyor'hayal gücü. Optik iletim hızı 10 yıl öncesine göre 100 kat daha yüksektir ve gelecekteki geliştirmelerde yaklaşık 100 kat artacağı tahmin edilmektedir. Optik fiber iletim teknolojisinin sürekli gelişmesiyle birlikte, optik alanda çoğullama, çoğullama çözme, yönlendirme ve anahtarlama gerçekleştirilebilir. Ağ, ağ kapasitesini artırmak ve birden fazla hizmetin "şeffaf" iletimini gerçekleştirmek için optik fiberin büyük bant genişliği kaynaklarını kullanabilir.
Optik iletim sistemi esas olarak optik vericiler, optik alıcılar, optik ayırıcılar, fiber optik kablolar ve diğer bileşenlerden oluşur.
I. Optik sinyallerin fiber optik iletiminin temel prensibi
Optik iletim, gönderici ve alıcı arasında optik sinyaller şeklinde iletim sağlayan bir teknolojidir. TV sinyallerinin optik iletiminin çalışma süreci, optik verici, optik fiber ve optik alıcı arasında gerçekleştirilir; merkezi bilgisayar odasındaki optik verici, giriş RF TV sinyalini bir elektrik/optik dönüştürücüden oluşan bir optik sinyale dönüştürür (Elektrik-Optik Dönüştürücü (E/O) tamamlanmıştır ve dönüştürülen optik sinyal, optik fiber iletim kılavuzu alıcı cihazı (optik alıcı) ve optik alıcı, optik fiberden elde edilen optik sinyali bir elektrik sinyaline dönüştürür. Bu nedenle, optik iletim sinyalinin temel prensibi, tüm elektriksel/optik ve optik/optik prosestir. optik olarak da adlandırılan elektriksel dönüşüm bağlantı.
Mevcut optik iletim yöntemi ışık yoğunluğu modülasyonunu kullanır. Örneğin, lazer bazlı bir ışık yayan cihaz, aynı fazda tutarlı ışık olarak adlandırılan ışık yayar. Bu nedenle genel ışık yoğunluğunu değiştiren bir modülasyon yöntemi benimsenmiştir. Elektrik/optik dönüştürücünün giriş sinyali akımındaki değişime karşılık gelen çıkış optik gücünün doğrusal değişimini kullanır. karakteristik.
Optik-Elektrik Dönüştürücüde (O/E), çıkış akımı, giriş optik sinyalinin yoğunluğuyla orantılıdır. Bu nedenle optik/elektrik dönüştürücünün çıkış akımı dalga biçimi, elektrik/optik dönüştürücünün giriş akımı dalga biçimine benzer ve sinyal iletiminin amacına ulaşır.
Peki optik fiber optik sinyali nasıl yönlendiriyor? Şu anda kablolu televizyon sisteminde kullanılan optik fiber, bir fiber optik silindir ve bir kaplamadan oluşan ve kuvars cam malzemeden oluşan silindirik bir optik fiberdir. Kaplama, ışığı optik fiberde sıkı bir şekilde kaplama, çekirdeği koruma ve optik fiberin gücünü arttırma rolünü oynar. Fiber çekirdeğin rolü optik sinyalleri iletmektir. Hem çekirdek hem de kaplama kuvars cam malzemelerden yapılmış olmasına rağmen, üretim sırasında ikisinin katkı bileşiminde farklılıklar vardır, bu da farklı kırılma indekslerine yol açar (çekirdek 1.463~ 1.467 ve kaplama 1.45~1.46'dır), Tabii kullanılan farklı malzemelerle de alakalı. Lazer tarafından yayılan ışık kaynağı fiberin çekirdeğine girdiğinde, ışık kaplamanın arayüzüne girdiğinde, olay açısı kritik açıdan büyük olduğu sürece çekirdekte toplam yansıma meydana gelecek ve ışık kaplamaya sızmayacaktır. Çekirdekteki optik sinyal, optik alıcıya yönlendirilinceye kadar kesintisiz olarak yayılmaya devam edecektir. Bu işlem fiber optikte optik sinyal iletiminin temel ilkesidir.
II. Optik iletimde bozulma
Işık bir optik fiberde iletildiğinde bir miktar bozulma da meydana gelecektir. Bozulmanın nedenleri aşağıdaki gibidir:
(1) Optik fiber iletim sisteminde, yarı iletken lazerin elektriksel/optik dönüşüm özelliklerinin doğrusal olmaması nedeniyle, çıkış optik sinyali, uyarma akımının değişimiyle tutarsızdır, bu da modülasyon distorsiyonu olarak adlandırılan distorsiyona neden olur. Modülasyon indeksi M'nin değerinin çok büyük olmasına izin verilmez. Yüksek performanslı ve güçlü ön distorsiyon işleme teknolojisine sahip bir optik verici seçmek gerekir. Ön bozulma işleme teknolojisi, optik fiber iletim sistemini ortadan kaldırmak ve azaltmak amacıyla modülasyon doğrusallığını geliştirmek için ön bozulma oluşturmak için yapay tasarım kullanır. CSO ve CTB'nin amacı.
(2) Optik iletim sisteminde, sürücü RF amplifikatörü ve alıcı RF amplifikatörünün bozulma şansı çok az olduğundan, doğrusal PIN fotodiyodu, sinyal seviyesi çok yüksek olmadığından hafif bozulmayı göz ardı edebilir. Bunun ana nedeni, yarı iletken lazer modülasyon özelliklerinin ve fiber dağılımının bozulmasıdır.
(3) Lazer ışığın yoğunluğunu modüle ettiğinde, ışığın dalga boyu değişecek ve sinyal frekansını genişletecek ve esas olarak CSO distorsiyonu olarak ortaya çıkan bir cıvıltı etkisine neden olacak ek frekans modülasyonu görünecektir.
(4) Optik fiberin dağılım özellikleri, farklı dalga boylarının grup gecikmesinde farklılıklara neden olacak, bu da terminale tutarsız varış sürelerinin neden olduğu bozulmaya, özellikle de CSO distorsiyonuna neden olacaktır.
Fiber optik iletim sisteminde üretilen bozulma esas olarak CSO distorsiyonudur ve CTB distorsiyonunun derecesi CSO distorsiyonundan çok daha küçüktür. Sistemin iletim kalitesini sağlamak ve sistem taşıyıcı-gürültü oranını ve bozulma performansını makul bir aralıkta tutmak için alınan önlemler geneldir. CSO ve CTB göstergelerini dengelemek için CNR göstergelerini kullanın. CNR değerini 1dB artırır veya azaltırsanız CSO 1dB kötüleşecek veya iyileşecek, CTB indeksi ise 2dB kötüleşecek veya iyileşecektir.
III. Optik vericinin çalışma prensipleri
Optik vericideki en önemli optik cihaz yarı iletken lazerdir. Aslında bu bir lazer diyottur (LD). Elbette bazıları lazer diyotlar kullanmaz ancak yarı iletken ışık yayan diyotlar (Işık Yayan Diyot, LED) kullanır. ile ilgili.
1310nm optik verici genellikle doğrudan modülasyon modunu (körelmiş yan bant genlik modülasyonu, VSB-AM modu) benimser. İşlevi, elektrik sinyallerini optik sinyallere dönüştürmektir; bu, enjekte edilen lazerin güç kaynağının harici bir devre aracılığıyla değiştirilmesiyle elde edilebilir. Ayarladığı öngerilim devresi, lazer için en iyi öngerilim güç kaynağını sağlayabilir. Öngerilim akımı farklı olduğunda lazer farklı güç çıkışına sahip olacaktır. Sabit bir optik güç çıkışı sağlamak için, optik vericinin otomatik kontrolünün en iyi çalışma durumunu elde etmek için mikro bilgisayarların kullanılması gibi, optik güç ve lazer sıcaklığı için otomatik bir kontrol devresi tasarlanmalıdır.
Lazerler, lazer ortamı malzemesinin enerji durumu ile ışık arasındaki etkileşime dayanan optik osilatörler (yani ışık yayan cihazlar) olarak yaygın şekilde kullanılır.
Lazerin çalışabilmesi için belli miktarda akımın olması gerekir. Bu akımın büyüklüğü ile ışık şiddeti arasında belli bir ilişki vardır. Akım arttığında ışık yoğunluğu keskin bir şekilde artar. Bu lazerin çalışmaya başladığını gösterir. Bu lazerin çalışmasını sağlar. Akıma eşik akımı denir. Ne kadar küçük olursa o kadar iyidir çünkü lazerin çalışmasını zaten sağlamıştır. Eşik akımı artmaya devam ederse çıkış doyum bölgesi oluşacaktır. Doyum bölgesi akımı belirli bir değere ulaştığında sinyal iletilecektir. Optik fiber iletimi için gereken güç açısından, doğrusal bölgedeki birkaç megavatlık çıkış gücü, sinyallerin ve bilgilerin uzun mesafeli iletiminin gereksinimlerini karşılayabilir. Işık yoğunluğunun miktarının yanı sıra ışığın iletim kalitesi de spektrum ve gürültü gibi problemlerle ilişkilidir.
Çoklu dalga boyu spektrumu, yüksek kaliteli analog sinyallerin iletimi için uygun değildir. Tek modda çalışsa bile emisyon spektrumu geniştir. Genişlik ne kadar dar olursa, ışık dalgası o kadar saf hale gelir ve zamanla daha tutarlı hale gelir. Bu iyi tutarlılığa sahip ışık dalgalarıdır. İyi tutarlılığa sahip ışık dalgasının küçük bir noktada birleştirilmesi için merceklere veya diğer cihazlara ihtiyaç yoktur ve optik fiberlerin gelişi için daha uygundur.
IV. Optik alıcının çalışma prensipleri
Optik alıcının ana bileşeni fotodetektördür, yani yüksek hassasiyetli fotodiyottur (PIN). Fotodiyot, optik sinyalin tespitini tamamlamak için yarı iletkenin fotoelektrik etkisini kullanır, böylece optik sinyal RF TV sinyaline geri yüklenir ve ardından RF sinyali Amplifikasyon ve AGC seviye kontrolünden sonra, nitelikli RF sinyali çıkışa verilir. ağ dağıtımı.
Optik alıcıların ana teknolojileri C/N, C/CTB ve C/CSO'dur. Bu üç teknik göstergenin tamamı fotoelektrik dönüşüm modülünün performansına göre belirlenir. Aynı optik güç girişi durumunda dönüşüm çıkışının RF seviyesi farklıdır. Fotoelektrik modülün dönüşüm verimliliği yüksek olduğunda çıkış gücü Seviye yüksek olsa bile getirdiği C/N değer indeksi iyi olur, bunun tersi de C/N değer indeksi kötüleşir. C/CSO ve C/CTB'nin iki teknik göstergesi, fotoelektrik modülün doğrusallığı tarafından belirlenir. Yüksek kaliteli fotoelektrik modüller, aynı C/CSO ve C/CTB göstergeleri altında daha geniş bir alım gücü aralığına olanak tanır.
V. Optik cihazların gelişme beklentileri
Geniş bant ağlarda fiber optik iletim teknolojisinin sürekli güncellenmesi ve çok işlevli hizmetlerin sürekli iyileştirilmesiyle birlikte, optik cihazların ve optik fiberlerin iletim özelliklerine yönelik gereksinimler giderek artmaktadır. Bakır tellerin yerini optik fiberlerin alacağı dönem nihayet geliyor. Bilgi çağının ayak izleriyle Optik iletim teknolojisinin gelişiyle birlikte gelişme beklentileri çok geniştir.
Optik vericinin seçimi ve kullanımı
Optik verici, optik kablo iletim sisteminin temel ekipmanıdır. İşlevi, elektriksel ve optik dönüşümü (E/O) elde etmek için optik vericiye radyo frekanslı kablolu televizyon elektrik sinyali girişini optik olarak modüle etmek ve optik kablo sistemine sürekli, kararlı ve güvenilir optik sinyaller göndermektir. Şu anda piyasada bulunan optik verici türleri: farklı modülasyon yöntemlerine göre iki türe ayrılırlar: doğrudan modüle edilmiş optik vericiler ve harici olarak modüle edilmiş optik vericiler. Doğrudan modüle edilmiş optik vericiler çoğunlukla 1310nm optik fiber sistemlerinde kullanılır ve harici olarak modüle edilmiş optik vericiler çoğunlukla 1550nm optik fiber sistemlerinde kullanılır. Doğrudan modüle edilmiş veya harici olarak modüle edilmiş bir optik verici olmasına bakılmaksızın, çekirdek bileşeni lazerlerden oluşur.
Lazer vericiyi doğrudan modüle edin
1. Kompozisyon
Doğrudan modülasyonlu optik vericinin bileşimi, çekirdek bileşen DFB lazer bileşenlerine ek olarak, güç kaynağı, bir lazer önyargı devresi, lazer yavaş başlatma devresi, aşırı yük koruma devresi ve sürücü koruma devresi, güç kontrolü ve soğutma kontrol devresi, ışık içerir. algılama devresi, Bozulma dengeleme devresi, fotodetektör (PIN) çipi (optik güç algılama ve otomatik güç kontrolü için), yarı iletken buzdolabı ve iki yönlü otomatik sıcaklık kontrolü (ATC) için termistör vb.
2. Çalışma süreci
Optik vericinin giriş sinyali TV radyo frekansı (RF) sinyalidir. Ön uçta, birden fazla RF sinyali bir çoklayıcı tarafından tek bir sinyal halinde karıştırılır ve ardından optik vericinin girişine gönderilir. Bir ön amplifikatör tarafından güçlendirildikten sonra elektronik olarak kontrol edilen zayıflama, distorsiyon telafisi ve otomatik güç seviyesi kontrolü yapılır. , Ve ardından elektrik/optik modülasyonu gerçekleştirmek için lazer çipini sürün ve elektrik sinyalini optik modülasyon sinyaline dönüştürün. Çıkış ucuna bir optik yalıtkan eklenmesi, optik kablodan yansıyan ışık dalgasının lazer üzerindeki etkisini büyük ölçüde azaltabilir. Optik sinyal, optik hareketli bağlantı yoluyla optik kabloya gönderilir ve optik sinyal, optik kablo aracılığıyla her optik noktaya iletilir.
Lazerin iletim gücünün ve doğrusal olmayan distorsiyonunun öngerilim akımına (IO) bağlı olduğu görülebilir, bu nedenle optik verici, doğrusal olmayan indeksin ve iletim çıkışı.
Lazerin sıcaklığı arttığında eşik artacak, doymuş çıkış ışık yoğunluğu azalacak ve PI eğrisinin doğrusal aralığı azalacaktır (yani 2 öz dinamik aralık azalacaktır). Optik vericinin her zaman normal şekilde çalışmasını sağlamak için lazerin sabit bir sıcaklıkta (genellikle 25 °C) çalıştığından emin olunmalıdır.dereceC). Optik vericinin iki yönlü otomatik sıcaklık kontrolü (ATC) için kullanılan yarı iletken soğutucu ve termistörün 25°C sabit sıcaklıkta çalışması garanti edilir.dereceC.
Optik vericide bir mikroişlemci bulunur ve lazerin en iyi çalışma durumu verileri çipte saklanır. Lazer yavaş başlatılabilir ve lazeri korumak için RF TV sürücü akımının bağlantısı otomatik olarak kesilebilir. Optik vericinin ön panelindeki çeşitli anahtarlar bir mikroişlemci tarafından kontrol edilir.
Sıcaklık değişiklikleri ve cihazın yaşlanması, lazer eşik akımında ve fotoelektrik dönüşüm verimliliğinde değişikliklere neden olacaktır. Lazerin optik çıkış gücünü doğru bir şekilde kontrol etmek istiyorsanız, bunu iki açıdan çözmelisiniz: Birincisi, lazerin öngerilim akımını, eşiği otomatik olarak takip edecek şekilde kontrol etmektir. Akımın değişmesi, lazerin her zaman en iyi sapma durumunda çalışmasını sağlar; ikincisi, elektriksel ve optik dönüşüm verimliliğindeki değişimi otomatik olarak takip etmek için lazer modülasyon akımının genliğini kontrol etmektir. Otomatik güç kontrolü, lazerin doğru optik güç çıkışı yapmasını sağlamak için yukarıdaki iki görevi tamamlar.
Dışarıdan modüle edilmiş optik verici
Harici modüle edilmiş optik verici, harici modülatör, lazer, lazer kontrol devresi, modülasyon kontrol devresi, mikroişlemci, ön bozulma devresi, fotodetektör, RF sinyal zayıflatıcı, amplifikatör, güç kaynağı vb.'den oluşur.
3. Doğrudan modülasyonlu ve harici modülasyonlu optik vericilerin karşılaştırılması
Doğrudan modülasyon vericileri çoğunlukla DFB lazerler için kullanılır. DFB lazerleri iyi bir doğrusallığa sahiptir ve daha iyi CTB ve CSO değerleri elde edebilirön distorsiyon devrelerinin telafisi olmadan. Ancak doğrudan modülasyon nedeniyle ek frekans modülasyonu vardır ve doğrusal olmayan bozulma göstergelerinin (özellikle CSO değerinin) çok yüksek olması zordur.
DFB vericisi istikrarlı bir performansa, basit bir yapıya ve düşük bir fiyata sahiptir, bu nedenle yaygın olarak kullanılmaktadır.
Doğrudan modülasyonlu optik vericinin gücü genellikle 18nw dahilinde çok büyük değildir, bu nedenle iletim mesafesi sınırlıdır ve genellikle yerel dağıtım ağlarında ve ilçe düzeyinde optik kablo iletim ağlarında kullanılır. Bu tür optik verici çoğunlukla 1310nm fiber optik ağlarda kullanılır ve 1310nm optik fiber zayıflaması 0,35db/km'dir, dolayısıyla maksimum iletim mesafesi 35 kilometreyi aşmaz.
Harici olarak modüle edilmiş optik verici: yüksek çıkış gücü, 2'ye kadar×20mw veya daha fazla (iki çıkış), düşük gürültü ve LD'ye benzer ek frekans modülasyonu ve fiber dağılım özelliklerinin birleşiminden kaynaklanan CSO distorsiyonu yok. Bu nedenle büyük ölçekli kablolu sistemlerin uzun mesafeli iletiminde sıklıkla kullanılır. Dışarıdan modüle edilen optik vericiler genellikle YAG lazerlerini kullanır. YAG lazerleri harici olarak modüle edildikten sonra doğrusallık çok zayıftır ve bunu telafi etmek için ön distorsiyon devrelerinin kullanılması gerekir. Daha az dispersiyonu nedeniyle YAG optik vericisi, çoğunlukla 1550nm optik fiber ağlarında kullanılan 1550nm dalga boyundaki optik fiber için çok uygundur. YAG ışığı, amplifikasyon ve röle için kullanılabilen 1550nm fiber optik ağda iletilir. 1550nm optik fiberin zayıflaması küçüktür (0,25db/km), dolayısıyla YAG optik vericisi ultra uzun mesafeli iletim için kullanılabilir. Harici olarak modüle edilmiş optik verici, 1310nm fiber optik ağda kullanılır ve iletim mesafesi, doğrudan modüle edilmiş optik vericinin iletim mesafesinden daha hızlı olan 50 kilometreye ulaşabilir. Bununla birlikte, harici olarak modüle edilen optik vericiler pahalıdır ve kısa mesafeli iletim için fiber optik ağlar, nadiren harici olarak modüle edilen optik vericileri kullanır.
4. Optik vericinin teknik göstergeleri
Optik vericinin teknik göstergeleri, optik vericinin seçiminin temelini oluşturur ve optik vericinin iyi performans parametreleri, tüm kablolu televizyon sisteminin iyi teknik göstergelerini doğrudan etkiler.
5. Optik vericinin seçimi
Kablolu TV teknisyenlerinin optik vericilerin bileşimini, çalışma prensibini ve performans parametrelerini anlaması ve bunlara hakim olması çok önemlidir, çünkü optik vericiler ancak temel çalışma prensiplerine ve teknik performans göstergelerine hakim olunarak optik vericiler etkili ve makul bir şekilde kullanılabilir. İyi günlük bakım.
Şu anda birçok yerli ve yabancı optik verici üreticisi bulunmaktadır. Daha fazla optik verici türü vardır ve performans göstergeleri ve bağımsız fiyatlar da oldukça farklıdır. Makul seçim, fiber optik ağın kalitesinin sağlanması ve ağ yapım maliyetinin azaltılması açısından büyük fayda sağlar. Yüksek performans-fiyat oranı, güvenilir kalite güvence sistemi ve iyi satış sonrası servis garantisi, optik ekipmanın tercihidir
