Выбор типа источника излучения и фотоприемника, их параметры
Выбор типа источника излучения. Общие требования к источникам излучения ВОСП следующие: λ излучения источника должна совпадать с одним из минимумов спектральных потерь ОВ; конструкция источника должна обеспечивать достаточно высокую мощность выходного излучения и эффективный ввод его в ОВ; источник должен иметь высокую надежность и большой срок службы; габаритные размеры, масса и потребляемая мощность должны быть минимальными; простота технологии должна обеспечивать невысокую стоимость и высокую воспроизводимость характеристик. В высокоскоростных ВОСП значительные требования предъявляются и к динамическим характеристикам источников света. Удобнее всего использовать оптические излучатели, допускающие прямую модуляцию интенсивности, частоты или фазы излучения без существенных изменений других параметров (модового состава, диаграммы направленности и т.д.). Источниками излучения в оптических передатчиках с прямой модуляцией являются полупроводниковые светоизлучающие диоды (СИД) или лазеры. Передатчики на основе светодиодов используются совместно с многомодовым волокном в низкоскоростных системах передачи информации на короткие расстояния. Основными недостатками светодиодов являются малая скорость передачи информации, малая выходная мощность, широкая полоса спектра и большая расходимость излучения. В зависимости от скорости передачи (В) и энергетического потенцила (Э), которые берутся из табл. 2.1, выбираем пару источника излучения и фотодиода.
Таблица 2.1 Параметры СИД и ЛД
SMF – стандартное одномодовое волокно, MMF – многомодовое волокно, NZDSF – волокно со смещенной ненулевой дисперсией
Рис. 2.5. Зависимость энергетического потенциала между передающим и приемным модулями для различного сочетания источников излучения и фотодиодов от скорости передачи.
В системах связи со скоростью менее 2,5 Гбит/с используются простейшие лазеры с резонатором Фабри – Перо и прямой модуляцией (рис. 2.6.). При скоростях передачи информации В = 2,5 Гбит/с и выше необходимо использовать лазеры с распределенной обратной связью (DFB), в которых обеспечивается эффективная селекция мод и сужение спектра излучения (рис.2.7).
Рис.2.6 Полупроводниковый лазер с резонатором Фабри – Перо и спектр его излучения
Рис. 2.7. Полупроводниковый лазер с распределенной обратной связью ( DFB ) и спектр его излучения В сетях связи возможно широкое использование лазеров с вертикальным резонатором ( VCSEL ) (рис.2.8).
Рис.2.8. Полупроводниковый лазер с вертикальным резонатором и поверхностным излучением ( VCSEL )
Достоинство VCSEL: возможность массового производства и тестирования , что ведет к значительному снижению их стоимости. Преимущества: узкая полоса излучения, высокое время наработки на отказ, круглая форма сечения луча. Но доступная мощность излучения не превышает 7 мВт на диод в многомодовом режиме, поэтому для увеличения выходной мощности применяют несколько излучателей, работающих синхронно. При проектировании оптической системы передачи на 10 Гбит/с и λ=1550 нм в качестве источника лучше использовать DFB лазер фирмы Nel - NLK3C8CAKB потому, что: работает в необходимом оптическом диапазоне и обеспечивает в нем мощность 1 дБм данный тип лазера имеет узкий спектр излучения (λ<0.1нм); имеет высокий уровень подавления боковых мод (35дБ); г) максимальная скорость передачи 10 Гбит/с; данный тип лазера имеет интегрированный в корпус электро–абсорбционный модулятор, что дает выигрыш в комбинации лазер + модулятор по цене и делает систему более компактной;
Таблица 2.2 Сравнение лазерных модулей
Выбор фотодетектора. Наиболее распространены в ВОСП два типа фотодетекторов: pin-фотодиод и лавинный фотодиод (APD). Pin : выделяют pin-фотодиоды на основе кремния и InGaAs. Чувствительность выражается в А/Вт или В/Вт и является мерой электрической мощности, которую можно ожидать на выходе фотодиода, отданной определенной, падающей на вход, световой мощностью сигнала. Для фотодиодов чувствительность отклика R связана с длиной волны светового потока λ и квантовой эффективностью η, той частью падающих фотонов, которые производят пары электрон – дырка: (А/Вт), где λ– в нм.
Рис. 2.9. Зависимость чувствительности от длины волны для кремниевых фотодиодов Как видно из рисунков, кремниевые фотодиоды могут использоваться в диапазоне коротких волн (850 нм), тогда как фотодиоды типа InGaAs – в диапазонах волн 1310 и 1550 нм.
Рис. 2.10. Зависимость чувствительности от длины волны для фотодиодов типа InGaAs
APD фотодиод представляет из себя pin диод с усилением. В его структуре присутствует дополнительная область усиления, приложив напряжение к которой можно добиться эффекта ударной ионизации. Эта усилительная зона достаточно велика, чтобы обеспечить полезное усиление порядка 100 (дБ) для кремниевых APD и 10-40 для германиевых и InGaAs APD. У APD фотодиодов есть и недостатки – они характеризуются коэффициентом избыточного шума (F), т.е. вместе с усилением они вносят в сигнал дополнительный шум. Чувствительность приемников оптического излучения. Важная рабочая характеристика ВОСП, определяющая качество связи - это коэффициент ошибок (BER). Его значение равно отношению числа ошибочно интерпретированных символов к общему числу переданных символов. Причина возникновения ошибок – наличие шумов. В реальных системах связи значения фототока, соответствующие и 1, и 0, флуктуируют во времени из-за наличия шумов. Такие временные флуктуации тока могут привести к ошибочной интерпретации информационного символа. Природу возникновения ошибок в двоичных цифровых системах связи с амплитудной модуляцией поясняет рис. 2.11.
Рис.2.11. Электрический информационный сигнал с шумом на входе схемы сравнения Уровень нуля I0, уровень единицы I1, уровень сравнения ID, длительность такта tD (слева) и распределения вероятностей измеренных значений тока сигнала для 1 и 0 (справа). Закрашенные области показывают вероятности ошибок: Р(1/0) – вероятность интерпретации 0 как 1; Р(0/1) – вероятность интерпретации 1 как 0. Из-за наличия шумов измеренное значение тока отличается от его точного значения. Разброс измеренных значений тока при передаче логической 1 и 0 описывается соответствующими функциями F1(I) и F0(I) распределения вероятностей. На рис. 2.11, справа, графики функций F1(I) и F0(I) показаны соответственно верхней и нижней кривыми. Как видно из рисунка, графики этих функций пересекают прямую, соответствующую уровню напряжения сравнения ID. Это означает, что существует некоторая, обычно весьма малая, но отличная от 0 вероятность неправильной интерпретации принятого сигнала. Вероятность Р (1/0) ошибочной интерпретации 0 как 1 определяется площадью под частью функции распределения F0(I), отсекаемой уровнем тока сравнения ID. Аналогично вероятность Р (0/1) ошибочной интерпретации 1 как 0 определяется площадью под частью функции распределения F1(I), отсекаемой уровнем тока сравнения ID. При равной вероятности передачи 0 и 1 коэффициент ошибок определяется простым выражением: В предположении гауссовского распределения шума с нулевыми средними значениями интенсивности и со среднеквадратичными отклонениями , для 1 и 0 соответственно коэффициент ошибки определяется выражением: , где – показатель качества принимаемого сигнала. Для нормальной работы ВОСП требуется, чтобы шум не превышал некоторого заданного значения. При фиксированной скорости передачи информации и пренебрежении шумами самого светового сигнала шумы фотоприемника можно считать постоянными и не зависящими от мощности света. В этом случае Кош уменьшается при увеличении амплитуды полезного сигнала и увеличивается при его уменьшении. Минимальное значение средней мощности оптического излучения, необходимое для передачи сигналов с заданным BER, называется чувствительностью оптического приемника. В цифровых системах голосовой связи максимально допустимое значение коэффициента ошибок обычно принимается равным 10–9. С увеличением скорости передачи информации чувствительность ухудшается (т.е. возрастает) в линейных единицах приблизительно пропорционально скорости B [бит/с]. Чувствительность современных цифровых высокоскоростных приемников на основе pin-фотодиодов определяется тепловыми шумами трансимпедансного усилителя (рис. 2.12).
Рис.2.12. Зависимость чувствительности типичного цифрового оптического приемника на основе pin – фотодиода и квантовый предел чувствительности оптических приемников В отсутствии шумов чувствительность фотоприемника определяется квантовыми свойствами светового излучения и называется квантовым пределом чувствительности. При высоких скоростях, таких как 2.5 Гбит/с и 10 Гбит/с, улучшение чувствительности APD приемников может оказаться значительным. Для InGaAs/InP APD, предназначенных для систем ВОСП с большой длиной волны, можно получить улучшение по крайней мере в 7 дБ по сравнению с pin приемниками на скорости 2.5 Гбит/с и 5 – 6 дБ на скорости 10 Гбит/с. Однако, при проектировании высокоскоростной системы передачи я сделал выбор в пользу InGaAs pin диода. Это обусловлено следующими факторами: а) pin диоды имеют большую наработку на отказ (может быть в 10 раз больше чем у APD); б) pin диоды менее чувствительны к изменению температуры и более просты в обращении; в) pin диоды значительно дешевле APD (по данным Farnell.com pin диоды в 10 – 20 раз дешевле APD);
Популярное: Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (381)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |