Прямая модуляция по интенсивности в полосе спектра модулирующего сигнала

 

Кроме необходимости получения большого отношения сигнал-шум, использование прямой модуляции по интенсивности для аналоговой пе­редачи ограничено двумя другими факторами. Один из них — это мо­дальный шум, появляющийся при использовании лазерных источников излучения. Другой — это ограниченная линей­ность характеристик источника излучения, которая особенно важна для частотного объединения каналов вследствие того, что перекрестная модуляция вызывает межканальные помехи. Кроме того, передача сиг­налов цветного телевидения чувствительна к малым величинам фазовых искажении. Некоторые способы увеличения линейности оптического передатчика уже были рассмотрены. Они включают предварительное искажение электрического сигнала и использование электронной пря­мой и обратной связи. Проблема предварительного искажения переда­ваемого сигнала состоит в том, что, как только оно введено, его будет нелегко изменить для подстройки характеристик источника излучения, изменяющихся во время эксплуатации. Однако легко можно добиться значительного улучшения линейности другим способом. Существенное уменьшение второй и третьей гармоник нелинейных искажений можно получить, используя простую цепь обратной связи, показанную на рис2. Однако задержка сигнала в петле обратной связи является недостатком, и если требуется получить хорошую фазовую характерис­тику) нужны широкополосные усилители. Еще лучшая компенсация нелинейности источника излучения была получена с помощью схемы прямой связи с двумя идентичными светодиодами, приведенной на рис.3. Каждый СД, будучи некомпенсированным, давал снижение

Рис. 2. Структурная схема простого устройства для осуществления обратной связи по свету

 

 

Рис.3. Структурная схема устройства коррекции нелинейности характеристик излучателя, реализующая управление вперед. [Взято из статьи J. Straus and I. О. Szentesi. Linearisation of optical transmitters by a quasifeediorward compen­sation technique.—Efs. Letts. 13, 158—9, (17 Mar. 1977).]

уровня второй и третьей гармоник до - 35 и —55 дБ по отношению к основной гармонике, а работая с цепью прямой связи, снижал их до — 70 дБ.

Для расчета ожидаемого отношения сигнал-шум сначала опреде­лим коэффициент модуляции оптического сигнала, модулируемого по интенсивности

 

где Ф₀ — уровень оптической мощности при отсутствии модуля­ции, аФ—максимальное отклонение мгновенной мощности от Фц. Очевидно, что

0 <: т < 1, но кроме этого значение т ограничено на практике максимально допустимым уровнем искажений. Ток сигнала, генерируемый фотодетектором,

где /о — ток, создаваемый немодулированной несущей, а Я — чув­ствительность фотодетектора. Тогда отношение сигнал-шум на входе приемника определяется уравнениями (14.4.10) или (14.5.14), где вели­чину / в слагаемом в знаменателя следует заменить на /о. В этом слу­чае оно представляет собой отношение максимального значения сигна­ла к среднеквадратичному значению шума.

Мы можем объединить слагаемые а, б, г и д в одно I ^*_ш, которое представляет собой полный шум цепи. Таким образом,

 

Рис. 4. Зависимость отношения сиг­нал/шум от уровня принимаемой опти­ческой мощности

На рис. 4 изображена за­висимость К. от Фо для случая т = 0,5, R= 0,5 А/Вт, F ==- 1 и <¦ = 5 МГц, а величина (I ^*ш)² играет роль параметра. Из рис.4 следует, что шум малошумящих систем даже в случае применения p-i-n - фотодиодов ограничен пре­дельным уровнем квантового шума.

Ранее была рассмотрена передача телевизионных сигналов с помо­щью модуляции по интенсивности в полосе спектра модулирующего сигнала для замкнутой телевизионной системы (CCTV), применяемой для контроля за работой железной дороги (Японская национальная же­лезная дорога и фирма Мицубиси). Были использованы лазерный диод на InGaAsP/InP, работающий на длине волны 1,29 мкм, многомодовое градиентное волокно, а также/?-1-п-фотодиод на InGaAsP/InP. Цепи обратной связи и предварительного искажения сигнала улучшили ли­нейность источника излучения, так что удалось получить коэффициент модуляции выше 0,5. Затухание в линии длиной 16,5 км с семью разъ­емами составляло 27,3 дБ. Мощность вводимого в волокно оптическо­го сигнала составляла — 7 дБм, а уровень принимаемой мощности — 34,3 дБм обеспечивал отношение сигнал-шум, равное 42,3 дБ, что было вполне удовлетворительно. Поскольку ширина полосы пропуска­ния волокна не являлась ограничением, для снижения до минимума мо­дального шума можно было использовать широкополосный лазерный источник, работающий в режиме многих продольных мод.