6.5 Оценка соотношения сигнал/шум на выходе фотоприемного устройства

Оценка соотношения сигнал/шум на выходе ФПУ принципиально важна для прямого детектирования, т.к. позволяет выявить порог чувствительности ФПУ, отвечающий определенному качеству передачи информации. Это качество может быть выражено как соотношение сигнал/шум (в дБ) или представлено коэффициентом ошибок (вероятность неправильно принятых двоичных символов из общего числа переданных в единицу времени).

Подробное исследование соотношения сигнал/шум для схем ФПУ с ТИУ и ИУ проведено в [8, 11, 14].

Для схемы с интегрирующим усилителем получено соотношение:

(6.19)

где U_У – шум усилителя (для входной цепи),  - шум усилителя (для движения носителей), К – постоянная Больцмана, Т – температура по Кельвину, F – коэффициент шума ЛФД, G – коэффициент усиления ЛФД, R_Э и С_Э – эквивалентные сопротивление и емкость входной цепи ФПУ, f_C – полоса частот сигнала, е – заряд электрона,  - фототок.

Соотношение (6.19) показывает, что реальным путем достижения требуемой величины с/ш может быть выбор оптимального G, при котором рядом составляющих шума можно пренебречь.

Для схемы с трансимпедансным усилителем получено отличное от (6.19) соотношение:

(6.20)

В соотношении (6.20) появляется значение R_ОС, которое может определить изменение в составляющих шума.

Из соотношений (6.19) и (6.20) можно получить условия реализации идеального фотоприемного устройства и определить квантовый предел детектирования.

Если предположить, что G >> 1, тогда соотношение (6.19) и (6.20) можно свести к следующему:

(6.21)

для идеального прибора ЛФД (F =1):

(6.22)

Тогда требуемая величина фототока для выполнения соотношения сигнал/шум составит

(6.23)

Для реального ФПУ с учетом шумов лавинного фотодиода и соотношений (5.5), (5.6) можно получить минимальную мощность оптического сигнала на входе ФД:

(6.24)

 

6.6 Особенности построения фотоприёмных устройств при использовании модуляции nrz-dpsk

Модуляция вида NRZ-DPSK для высокоскоростных систем 10 и 40Гбит/с признана высокоэффективной с точки зрения использования спектра и помехоустойчивости (рисунок 6.14). При этом для построения приёмника необходимо использование двух фотодетекторов и дифференциального усилителя (рисунок 6.15). Оптический сигнал разделяется в интерферометре фазового демодулятора для подачи на фотодетекторы (рисунок 6.16), где в одном из выходов производится задержка передачи на один временной такт. Приведённый пример интерферометра имеет определённую температурную устойчивость на длине задержки (L+Сt), где С – температурный коэффициент, t – изменение температуры. На выходе дифференциальной схемы демодулятора восстанавливается электрический импульсный сигнал (рисунок 6.17).

Рисунок 6.14 Сравнительная оценка эффективности модуляции NRZ-DPSK(с дифференциальной фазовой модуляцией) и NRZ-OOK(с передачей одной боковой полосы частот и несущей)

Рисунок 6.15 Особенность построения приёмника ВОСП с внешней модуляцией вида NRZ-DPSK

Рисунок 6.16 Построение и конструкция интерферометра фазового демодулятора

Рисунок 6.17 Восстановление электрического сигнала на выходе балансного фотодетектора

7. Оптические усилители для оптических систем передачи

Основными ограничивающими факторами в волоконно-оптических системах передачи являются затухание, дисперсия и нелинейные оптические эффекты. В предлагаемой главе рассматриваются устройства – оптические усилители, которые компенсируют потери оптической мощности, возникающие в световодах, соединителях, пассивных разветвителях и т. д.

Оптический усилитель – устройство, обеспечивающее увеличение мощности оптического излучения.