Разработка фотоприемного устройства волоконно-оптической системы передачи информации (ВОСПИ) (стр. 2 из 11)
свою очередь управляет мощностью излучателя. Прием во всех случаях осуществляется с помощью фотоэлектрических полупроводниковых приемников излучения, преобразующих энергию колебаний оптического диапазона в электрическую энергию. Электрический сигнал усиливается до необходимого уровня усилителем низкой частоты.
При разработке радиооптических преобразователей, используемых в аналоговых ВОСПИ, являющихся оптическими линиями связи между аналоговым фотоусилителем (АФУ) и входом приемника ДЦВ диапазона, необходимо выполнить два основных требования:
1. При введении оптической линии между АФУ и приемником, электрическая пороговая чувствительность всей системы не должна ухудшаться, то есть отношение сигнал/шум должно оставаться прежним.
2. Динамический диапазон изменения передаваемого полезного радиосигнала не должно быть меньше 60 дБ. для КВ диапазона и не меньше 40-45 дБ. для ДЦВ диапазона.
Для удовлетворения этих требований всей ВОСПИ необходимо обеспечить их выполнение каждым элементом ВОСПИ: УМ, лазерным излучателем, ВОК, ФПУ.
В аналоговой ВОСПИ между АФУ и радиоприемником используются два радиооптических преобразователя: передающий радиооптический преобразователь, расположенный непосредственно в АФУ и выполняющий прямое радиооптическое преобразование сигнала, приемный радиооптический преобразователь, находящийся на приемном конце ВОСПИ перед входом радиоприемника и осуществляющий обратные преобразования оптического сигнала в радиосигнал.
В качестве прямого радиооптического преобразователя выступает усилитель-модулятор, возбуждаемый от радиосигнала с АФУ и модулирующий этим усиленным радиосигналом ток лазерного излучателя.
Лазерные модули для ВОЛС:
Лазерные модули с оптическим волокном изготавливаются на основе импортных MQWInGaAsP/InP Фабри Перо лазерных диодов. выпускаются в неохлаждаемом исполнении, а также в
корпусе DIL– 14 со встроенном элементом Пельтье и в корпусе типа “оптическая розетка”. Технические характеристики приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2. Технические характеристики.
| Параметр | LFO-14-i* | LFO-17-i* | LFO-17m-i* | LFO-18-i* |
| Мощность излучения, мВт | 1.0 | 2.0 | 1.0 | 1.0 |
| Длина волны излучения, нм | 1310 | 1310 | 850 | 1550 |
| Тип оптического волокна | SM | MM | MM | SM |
| Тип разъема* | FC/PC | FC/PC | FC/PC | FC/PC |
* - тип разъема может быть изменен по согласованию с заказчиком.
LFO-xx-ip – 4-pin неохлаждаемый
LFO-xx-ir – “оптическая розетка
LFO-xx-i – DIL-14 с элементом Пельтье
Радиооптический преобразователь, осуществляющий обратное преобразование оптического сигнала в радиосигнал, состоит из фотодиода и усилителя, то есть представляет из себя Фотоприемное устройство (ФПУ).
Фотоприемные модули для ВОЛС:
Фотоприемные модули серий PD-1375-ip/irдля спектрального диапазона 1100..1650 нм. изготавливаются на основе импортных InGaAsPIN – фотодиодов. Выпускаются в неохлаждаемом исполнении, а также в корпусе типа “оптическая розетка” для стыковки с одномодовым волокном, оконцованным разъемом “FC/PC”.
Описание, оптические и электрические характеристики фотоприемного модуля PD-1375-irприведены в конце этого пункта в таблице 1.3., а на рисунке 1.2. приведены схемы электрических соединений.
1.1.2 Потери и искажения ВОСПИ.
Волоконно-оптические линии связи, используемые для передачи информации, не должны ухудшать характеристики электрических сигналов, то есть должны удовлетворять заданному динамическому и частотному диапазонам. Для удовлетворения всей ВОСПИ необходимо обеспечить их выполнение каждым элементам
ВОСПИ:
· усилителем модулятором
· лазерным излучателем (ИЛПН)
· оптическим кабелем
· фотоприемным устройством
Потери оптической мощности волоконно-оптических системах передачи происходят в основном на неоднородностях оптического волокна и соединениях. Кроме них существуют различные виды допусков на ухудшение характеристик.
Рассмотрим их влияние на параметры ВОСПИ:
· Обычно между полупроводниковым лазером и разъемом ВОК ставится оптический изолятор, ослабляющий отраженный от торца волокна сигнал. Помимо этого ослабления он вносит затухание и в прямом направлении. Величина этого затухания около 1 дБ;
· С течением времени происходит деградация лазерного диода и выходная оптическая мощность снижается. Чтобы система не прекратила свое нормальное функционирование, должен быть оставлен запас на величину этого снижения. В среднем для полупроводникового лазера она составляет 0,8 дБ.
· В приемнике также происходит деградация параметров, запас на нее 0,7 дБ.
· Как известно в оптическом волокне существует дисперсия – зависимость фазовой скорости распространения волны, от какого либо параметра (в общем случае).
Рассмотрим дисперсные характеристики одномодового волокна, как наиболее оптимального по параметру погонного затухания.
В одномодовом волокне существует два вида дисперсии: волноводная и материальная – зависимость фазовой скорости моды от частоты при распространении колебаний в материале. Суммарная дисперсия такого одномодового волокна определяется как сумма двух видов дисперсий:
δτΣ = δτв + δτм
Величина этих составляющих имеет одинаковый порядок, а функциональная зависимость от длины волны у них имеет разный знак. В результате на некоторой частоте сумма этих двух величин дает ноль – дисперсия отсутствует.
График изменения дисперсии в зависимости от длины волны представлен на рис.1.3
Рис. 1.3
Исходя из графика в данной системе, выбрана длина волны
1,3 мкм. Величина дисперсии в связи с разбросом спектральных параметров волокна, обычно равна 2-5 нс/м.км. В соответствии с этим ощутимого ослабления сигнала из-за полной дисперсии не ожидается.
· Для запаса на возможное ухудшение проводящих свойств волоконно-оптического кабеля вследствие старения отводится величина 1 дБ.
· На оптический дистанционный контроль вводится запас 0,2 дБ
· Потери на переходных соединителях оконечного оборудования оцениваются величиной 3 дБ.
· Кроме отражения от входного торца оптического волокна существует отражение от всех разъемных соединений, что вносит в оптический сигнал дополнительные шумы. И соответствует эквивалентные уменьшения мощности сигнала на 0,8 дБ.
· Прочие, неучтенные потери принимаются равными 3 дБ.
Выходная оптическая мощность лазера с оптическим изолятором составляет 3 дБ. Эти параметры участвуют в составлении запаса мощности ВОСПИ.
Разрабатываемая ВОСПИ должна обеспечить передачу электрического сигнала без или с допустимыми уровнями искажений. К основным искажения, которые могут возникнуть в аналоговой ВОСПИ, относятся нелинейные и линейные искажения.
Нелинейные искажения в наших условиях приводят к ухудшению отношения сигнал/шум, то есть к ухудшению чувствительности, а также к появлению ложных сигналов приема.
Линейные искажения приводят также к ухудшению отношения сигнал/шум. Наиболее опасными искажениями являются нелинейные, которыми и будет определяться динамический диапазон
ВОСПИ, особенно интермодуляционные искажения, создающие помехи с частотами ( mfi+ nfj). Поэтому выбор структуры ВОСПИ, схематических решений составляющих узлов будет направляться на обеспечение минимизации собственных шумов и нелинейных искажений всей ВРСПИ. Очень велики требования к ВОК.
1.1.3 Искажения сигналов в одномодовой аналоговой
ВОСПИ.
Структура построения ВОСПИ в этом случае соответствует варианту: лазерный излучатель одномодовой ВОК.
При этой структуре возникновения искажений заключается в том, что при возбуждении одномодового волокна одномодовым, особенно одночастотным лазером, режим работы такого лазера
очень сильно зависит от величины отраженного от неоднородности волокна (оптические разъемы, соединения,
оптическая площадка фотодиода на приемном конце) оптического сигнала.
Этот отраженный оптический сигнал приводит к появлению дополнительного шума излучения лазера, перескоку мод лазера, релаксационному режиму работы, что в конечном итоге проявляется увеличении нелинейности ватт/амперной характеристике лазера.
При коротких длинах ВОСПИ ,что характерно для нашего случая и малом затухании оптического сигнала в волокне, эти искажения оказываются очень чувствительными.
Допускается мощность обратного оптического сигнала, поступающего на выход лазера должна быть Робр. ≤(0,3÷1,0)% от мощности излучения лазера. В этом случае режим работы лазера не нарушается и не возникает дополнительных шумов и нелинейных искажений.
Искажения в тракте распространения оптического сигнала и режим работы лазерного излучателя сильно зависят от условия эксплуатации ВОК. Если при эксплуатации происходят механические колебания вращения кабеля то это приводит к изменению затухания оптического сигнала из-за появления местной неоднородности и, следовательно, к изменению интенсивности обратного отраженного оптического сигнала, приводящего к изменению режимы работы лазера. Для устранения этого влияния лазерные излучатели должны выполняться с оптическим изолятором на выходе с разверткой Дразв.≥30÷40 дБ. по оптической мощности.
1.1.4. Экспериментальные наблюдения и измерения искажений сигналов в аналоговых ВОСПИ.
Экспериментальные исследования искажений сигнала производились двухмодовым и одномодовым методами. В качестве регистрирующей аппаратуры использовался осциллограф, селективный микровольтметр В6-10, а также измеритель радиопомех SMV-8,5.