- •1.1 Характеристика диапазона электромагнитных волн для оптической связи
- •1.2 Характеристика физических сред для передачи оптических сигналов
- •Устранение “водяного” пика
- •1.3 Характеристики материалов для изготовления источников и приемников оптического излучения и волноводов
- •1.4 Структурная схема оптической системы передачи
- •2.1 Мультиплексирование плезиохронное pdh
- •2.2 Мультиплексирование синхронное sdh
- •2.3 Мультиплексирование асинхронное atm
- •2.4 Мультиплексирование отн
- •2.5 Мультиплексирование Ethernet
- •2.5.1 Ethernet стандарта EoT itu-t g.8010 в оптической системе передачи
- •2.5.2 Схемы мультиплексирования Ethernet
- •3.1 Требования к излучателям
- •3.2 Светоизлучающие диоды. Конструкции, принцип действия, основные электрические и оптические характеристики
- •3.2.1 Конструкции светодиодов для оптической связи
- •3.2.2 Принцип действия светодиодов
- •3.2.3 Основные характеристики светодиодов
- •3.3 Лазеры. Конструкции, принцип действия, основные электрические и оптические характеристики
- •3.3.1 Определение лазера
- •3.3.2 Определение резонатора для лазера
- •3.3.3 Конструкции и принцип действия полупроводниковых лазеров
- •3.3.4 Классы лазерных устройств для систем оптической связи
- •3.4 Согласование источников оптического излучения с физическими средами
- •3.4.1 Соединение источника с волокном
- •3.4.2 Линзовые соединения
- •3.4.3 Вывод излучения в атмосферу
- •3.4.4 Перестройка частоты излучения лазера
- •4.1. Определение модуляции и классификация видов
- •4.2. Прямая модуляция
- •4.2.1 Модуляционные характеристики светоизлучающего диода
- •4.2.2 Модуляционные характеристики полупроводникового лазера
- •4.2.3 Шумы модуляции лазера
- •4.2.4 Схемотехнические решения для прямой модуляции излучения сид и ппл
- •4.2.5 Светодиодные, лазерные и интегральные передающие оптические модули
- •4.3. Внешняя модуляция оптического излучения
- •4.3.1 Электрооптическая модуляция
- •4.3.2 Электроабсорбционная модуляция
- •4.3.3 Модулятор Маха – Зендера
- •4.3.4 Акустооптическая модуляция
- •4.4. Сравнительная характеристика прямой и внешней модуляции
- •5.1 Определение фотодетектора. Виды фотодетекторов. Требования к фотодетекторам
- •5.2 Фотодиоды конструкции p-I-n. Принцип действия, основные характеристики
- •5.3 Лавинный фотодиод. Конструкция, принцип действия, основные характеристики. Преимущества лфд
- •5.4 Фотодиоды конструкции tap
- •5.5 Шумы фотодиодов. Эквивалентная шумовая схема фотодиода
- •6.1 Методы фотодетектирования (прямое детектирование и детектирование с преобразованем). Требования к фотоприемным устройствам
- •6.2 Фотоприемные устройства с прямым детектированием
- •6.3 Фотоприемные устройства детектирования с преобразованием
- •6.4 Усилители фотоприемных устройств. Электрическая и оптическая полоса пропускания
- •6.5 Оценка соотношения сигнал/шум на выходе фотоприемного устройства
- •6.6 Особенности построения фотоприёмных устройств при использовании модуляции nrz-dpsk
- •7.1 Принцип оптического усиления. Классификация и назначение усилителей
- •7.2. Полупроводниковые оптические усилители. Конструкции, принцип действия, основные характеристики
- •7.3 Волоконно-оптические усилители на основе редкоземельных элементов. Конструкция, принцип действия, основные характеристики
- •7.4 Оптические усилители на основе эффекта рассеяния
- •8.1 Способы построения линейных трактов оптических систем передачи
- •8.2 Требования к линейным сигналам одноволновых оптических систем передачи
- •8.3 Линейные коды оптических систем передачи. Классификация кодов и их характеристики
- •8.4 Алгоритмы формирования сигналов в линейных кодах восп
- •8.4.1 Алгоритм формирования скремблированного линейного сигнала
- •8.4.2 Алгоритмы формирования линейных сигналов в классе кодов 1в2в
- •8.4.3.Алгоритмы формирования линейных сигналов в классе кодов nBmB
- •8.5 Проектирование линейных одноволновых трактов восп. Ограничения длины регенерационного участка
- •8.6 Требования к линейным трактам систем с многоволновой передачей
- •8.7 Проектирование линейных трактов многоволновой передачи. Ограничение длины участка регенерации и ретрансляции
- •8.9 Упреждающая коррекция ошибок в оптических системах передачи
- •9.1 Оптические разъемные соединители (коннекторы)
- •9.2 Соединительные розетки и адаптеры
- •9.3 Оптические аттенюаторы
- •9.4 Оптические кроссы
- •9.5 Оптические ответвители (разветвители)
- •9.6 Оптические изоляторы (вентили)
- •9.7 Оптические фильтры, мультиплексоры и демультиплексоры
- •9.8 Оптические циркуляторы
- •9.9 Компенсаторы дисперсии
- •9.10 Преобразователи длин волн
- •9.11 Оптические коммутаторы и маршрутизаторы
- •9.12 Фотонные кристаллы
- •10.1 Определение оптического солитона
- •10.2 Нелинейные оптические эффекты в стекловолокне и существование солитонов
- •10.3 Принципы построения солитонных волоконно-оптических систем передачи
6.2 Фотоприемные устройства с прямым детектированием
На рисунке 6.3 представлена структурная схема ФПУ с прямым детектированием.
Рисунок 6.3 Структурная схема ФПУ с прямым детектированием
Через согласующий элемент (СЭ) оптический сигнал подается на фотодетектор (ФД). ФД преобразует оптический сигнал в электрический. ФД представляет собой ЛФД или p-i-n фотодиод. ФД должен иметь максимальную чувствительность на рабочей длине волны. Предварительный усилитель (ПУс) усиливает электрический сигнал. При этом обеспечивается максимальное соотношение сигнал/шум. В состав ПУс может входить противошумовой корректор К, который срезает шумы за пределами полосы частот сигнала. Главный усилитель (ГУс) обеспечивает усиление, необходимое для работы последующих устройств, например, регенератора электрического сигнала. Фильтр-корректор (ФК) корректирует (выравнивает) амплитудную частотную характеристику линейного тракта, компенсируя искажения, вносимые линией и входной цепью ФПУ. Схема автоматической регулировки усиления (АРУ) обеспечивает требуемый динамический диапазон входных сигналов. Это достигается подстройкой коэффициента умножения ЛФД и регулировкой усилителя Гус.
ФПУ включается в качестве составной части в интегральный приемный модуль. На рисунке 6.4 представлен пример такого включения в модуль PGR 60310 [68].
Рисунок 6.4 Интегральный приемный модуль
Таблица 6.1 Технические характеристики приемного модуля
6.3 Фотоприемные устройства детектирования с преобразованием
ФПУ детектирования с преобразованием получили название когерентных устройств, работающих на принципе гетеродинирования принимаемого сигнала. В радиотехнике известен способ приема, при котором сигнал с несущей частоты переносится на удобную для обработки промежуточную частоту. Внесение энергии гетеродина (вспомогательного генератора) в преобразованный сигнал позволяет увеличить его уровень по отношению к собственным шумам приемника. В оптике гетеродинирование позволяет осуществить модовую селекцию, которая проявляется лишь на совпадающих в пространстве модах. Это устраняет фоновую засветку и снижает влияние спонтанного излучения лазера на передаче, работающего в режиме с начальным смещением в области порога генерации.
На рисунке 6.5 представлена структурная схема ФПУ с преобразованием [11].
Рисунок 6.5 Структурная схема ФПУ с преобразованием
Излучение опорного оптического генератора (ООГ), длина волны которого идентична длине волны передаваемого сигнала (для гомодинного приема) или отличается от нее на величину промежуточной частоты для радиочастотного диапазона (гетеродинный прием), складывается с оптическим сигналом в оптическом гибридном соединителе (ОГС) и подается на вход схемы ФПУ. В ООГ используется перестраиваемый по частоте одномодовый узкополосный лазер. Перестройки опорного генератора необходимы для подстройки частоты под частоту передатчика и контроллера поляризации (УПК и АПЧ). Предварительный оптический усилитель (ПОУ) позволяет поднять уровень мощности сигналов. Между сигналом передатчика и гетеродина возникают биения, которые детектируются в ФД. С выхода ФД сигнал поступает на предварительный усилитель (ПУс) с малыми собственными шумами. На выходе сборки ФПУ появляется электрический (видеосигнал) или радиочастотный сигнал. Основное усиление сигнала происходит в главном усилителе радиочастоты или видеоусилителе. Полоса пропускания ГУс для радиочастот примерно равна удвоенной полосе частот сигнала. Дальнейшая обработка радиосигнала происходит в демодуляторе (ДМ). Электрический сигнал с выхода демодулятора может быть направлен в регенератор электрического сигнала (видеосигнала).
Смысл преобразования с гетеродинированием рассматривается на примере простейших соотношений.
Преобразуемый сигнал
(6.1) где А(t) – информационный сигнал, с –частота оптической несущей передачи, с - фаза оптической несущей передачи.
Сигнал гетеродина
(6.2)
где В – амплитуда сигнала гетеродина, г - частота гетеродина, г - фаза гетеродина.
После сложения в ОГС и ПОУ результирующее колебание
(6.3)
где К – коэффициент усиления ПОУ.
Из (6.3) нетрудно заметить, что
(6.4)
Если считать, что произошла точная настройка частоты с = г , поляризации излучений и фаз с = г , то можно получить после фотодетектирования
(6.5)
что характеризует идеальный гомодинный прием в ФПУ.
В завершение необходимо отметить, что системы передачи с гетеродинированием пока не получили широкого применения из-за сложности схем приемников и необходимости фиксации поляризации излучения передачи и приема. Это возможно только в волоконных линиях с фиксированной поляризацией (оптические волокна PANDA) [25]. Однако, как показано в некоторых публикациях, гетеродинные методы приема имеют существенные преимущества перед прямым детектированием в оптических системах и позволяют повысить чувствительность приемников на порядок и исключить влияние собственных шумов приемников на качество принятых сигналов. Это преимущество может быть использовано в следующем поколении волоконно-оптических и атмосферных систем передачи [6, 81].