Фотоприёмные устройства оптических систем передачи.

 

Вопросы:

1. Чем отличается прямое фотодетектирование от фотодетектирования с преобразованием?

Ответ: При прямом фотодетектировании оптический сигнал направляется на фотодетектор и на выходе ФПУ фиксируется электрический сигнал:

	ФПУ

Оптический

Сигнал                                                               Электрический

                                                                                    Сигнал

 

Электросигнал образуется в виде изменяющегося электрического тока, который усиливается каскадом усилителя с малым собственным шумом.

При детектировании с преобразованием оптический сигнал направляется на фотодетектор вместе с сигналом опорного оптического генератора (ООГ), который должен быть согласован с генератором – передатчиком. На выходе ФПУ фиксируется электрический сигнал или сигнал радиочастоты, содержащий информационный сигнал:

 

ФПУ

Электросигнал

                                                                              Оптический

                                                                                       Сигнал

	ООГ

 

2. Какие функциональные блоки входят в схему фотоприёмного устройства (ФПУ) с прямым детектированием?

 

Ответ:

 

 

Через согласующий элемент (СЭ) оптический сигнал подаётся на фотодетектор (ФД). ФД преобразует оптический сигнал в электрический. ФД представляет собой ЛФД или p-i-n фотодиод. Предварительный усилитель (ПУс) усиливает электрический сигнал. В состав Пус может входить противошумовой корректор К, который срезает шумы за пределами полосы частот. Главный усилитель Гус обеспечивает усиление, необходимое для работы последующих устройств. Фильтр-корректор ФК корректирует амплитудную частотную характеристику линейного тракта, компенсируя искажения. Схема автоматической регулировки усиления АРУ обеспечивает требуемый динамический диапазон входных сигналов.

3. Какие виды предварительных усилителей применяются в фотоприёмных устройствах?

Ответ: В сборках фотоприёмных устройств в качестве предварительного усилителя применяются 2 типа усилителей: интегрирующий и трансимпедансный.

Упрощённая схема интегрирующего усилителя:

 

 

Входная цепь интегрирующего усилителя выполняется с использованием затвора полевого транзистора. Достоинства схемы с интегрирующим усилителем:

· Благодаря коррекции может быть получена любая полоса пропускания;

· Малые шумы;

· Простота схемы реализации;

· Интегрируемость схемы фотодиода и усилителя.

Схема трансимпедансного усилителя отличается наличием отрицательной обратной связи:

 

 

Достоинства:

· Большой динамический диапазон входных сигналов;

· Простота регулировки полосы частот усиления без дополнительных корректоров;

· Простота настройки схемы.

6. Как соотносятся между собой электрическая и оптическая полосы пропускания ФПУ?

Ответ:

С точки зрения согласования волоконно-оптической линии с фотоприёмным устройством важно знать о соотношении полосы пропускания линии и ФПУ, т.е. оптической и электрической полос. Полоса пропускания оптическая оценивается по уменьшению входной мощности на 3 дБ:

 

;

 

Полоса пропускания электрическая оценивается по уменьшению величины фототока на 3 дБ:

 

;

 

Т.о. можно сравнить:

 

 

Уменьшение величины фототока в 2 раза соответствует 6 дБ, а уменьшение величины мощности составит 3 дБ.

10. Чем отличается гомодинный приём сигнала от гетеродинного в ФПУ с преобразованием?

Ответ: При гомодинном детектировании частота несущей оптического сигнала совпадает с частотой ООГ и на выходе ФПУ выделяется информационный электрический сигнал. При гетеродинном детектировании частота несущей отличается от частоты ООГ. Разность этих частот представляет радиочастотный сигнал, модулированный информационным сигналом. Отметим, что системы передачи с гетеродинированием пока не получили широкого применения из-за сложности схем приёмников и необходимости фиксации поляризации излучения передачи и приёма. Но эти методы приёма позволяют повысить чувствительность приёмников на порядок и исключить влияние собственных шумов приёмников.

Задача №5:

Определить полосу пропускания и отношение сигнал/шум для фотоприёмного устройства, содержащего трансимпедансный усилитель и фотодетектор. Дано:

 

Тип ФД	Rэ, кОм	Сэ, ПФ	nвн	М	Fш	Т	Дш	Кус
ЛФД	120	4,2	0,65	10	4	315	4	180

 

Рпер= -3 дБм; L= 40 км; а= 0,4 дБ/км;

Решение:

Полоса частот усилителя ФПУ с ТИУ ограничена полосой пропускания усилителя и находится из соотношения:

 

;

 

Фототок детектора создаётся падающей оптической мощностью и зависит от типа фотодетектора:

 

Для вычисления основных шумов ФПУ, а это квантовый и тепловой шумы, воспользуемся соотношениями:

 

;

 

Отношение сигнал/шум вычислим из соотношения:

 

;