Bagaimana Pemancar Optik dikembangkan dan bekerja
Pemanfaatan gelombang cahaya untuk mengirimkan sinyal televisi dan informasi data merupakan ilmu pengetahuan dan teknologi baru yang dikembangkan pada akhir abad ke-20. Kemunculannya telah memampukan dunia'Industri informasi berkembang pesat. Sekarang teknologi transmisi serat optik berkembang dengan kecepatan melebihi manusia'imajinasi. Kecepatan transmisi optiknya 100 kali lebih tinggi dibandingkan 10 tahun lalu, dan diperkirakan akan meningkat sekitar 100 kali lipat dalam pengembangan di masa depan. Dengan terus berkembangnya teknologi transmisi serat optik, multiplexing, demultiplexing, routing, dan switching dapat dilakukan dalam domain optik. Jaringan dapat menggunakan sumber daya bandwidth serat optik yang besar untuk meningkatkan kapasitas jaringan dan mewujudkan transmisi berbagai layanan yang "transparan".
Sistem transmisi optik terutama terdiri dari pemancar optik, penerima optik, pemisah optik, kabel serat optik, dan komponen lainnya.
I. Prinsip dasar transmisi serat optik dari sinyal optik
Transmisi optik adalah teknologi yang mentransmisikan dalam bentuk sinyal optik antara pengirim dan penerima. Proses kerja transmisi optik sinyal TV dilakukan antara pemancar optik, serat optik, dan penerima optik; pemancar optik di ruang komputer pusat mengubah sinyal masukan TV RF menjadi sinyal optik, yang terdiri dari konverter listrik/optik (Transduser Optik Listrik (E/O) selesai, dan sinyal optik yang dikonversi diterima oleh alat penerima pemandu transmisi serat optik (penerima optik), dan penerima optik mengubah sinyal optik yang diperoleh dari serat optik menjadi sinyal listrik. Oleh karena itu, prinsip dasar sinyal transmisi optik adalah keseluruhan proses listrik/optik dan optik/. konversi listrik, yang disebut juga tautan optik.
Metode transmisi optik saat ini menggunakan modulasi intensitas cahaya. Misalnya, perangkat pemancar cahaya berbasis laser memancarkan apa yang disebut cahaya koheren dengan fase yang sama. Oleh karena itu, metode modulasi yang mengubah intensitas cahaya keseluruhan diadopsi. Ia menggunakan perubahan linier daya optik keluaran yang sesuai dengan perubahan arus sinyal masukan konverter listrik/optik. ciri.
Pada Transduser Optik-Listrik (O/E), arus keluaran sebanding dengan intensitas sinyal optik masukan. Oleh karena itu, bentuk gelombang arus keluaran dari konverter optik/listrik serupa dengan bentuk gelombang arus masukan dari konverter listrik/optik, sehingga mencapai tujuan transmisi sinyal.
Jadi, bagaimana serat optik memandu sinyal optik? Saat ini, serat optik yang digunakan dalam sistem televisi kabel adalah serat optik berbentuk silinder, yang terdiri dari silinder serat optik dan kelongsongnya serta merupakan bahan kaca kuarsa. Kelongsong berperan untuk menutup rapat cahaya dalam serat optik, melindungi inti, dan meningkatkan kekuatan serat optik itu sendiri. Peran inti serat adalah untuk mengirimkan sinyal optik. Meskipun inti dan kelongsongnya terbuat dari bahan kaca kuarsa, terdapat perbedaan komposisi doping keduanya selama produksi, yang menyebabkan indeks bias berbeda (inti adalah 1,463~ 1,467, dan kelongsongnya adalah 1,45~1,46), tentunya juga terkait dengan perbedaan bahan yang digunakan. Ketika sumber cahaya yang dipancarkan oleh laser memasuki inti serat, ketika cahaya memasuki antarmuka kelongsong, selama sudut datang lebih besar dari sudut kritis, pantulan total akan terjadi di inti, dan cahaya tidak akan bocor ke dalam cladding. Sinyal optik di dalam inti akan terus merambat tanpa gangguan hingga diarahkan ke penerima optik. Proses ini merupakan prinsip dasar transmisi sinyal optik pada serat optik.
II. Distorsi dalam transmisi optik
Ketika cahaya ditransmisikan melalui serat optik, beberapa distorsi juga akan terjadi. Alasan terjadinya distorsi adalah sebagai berikut:
(1) Dalam sistem transmisi serat optik, karena nonlinier karakteristik konversi listrik/optik laser semikonduktor, sinyal optik keluaran tidak sesuai dengan perubahan arus eksitasi, sehingga mengakibatkan distorsi, yang disebut distorsi modulasi. Nilai indeks modulasi M tidak boleh terlalu besar. Penting untuk memilih pemancar optik dengan kinerja tinggi dan teknologi pemrosesan pra-distorsi yang kuat. Teknologi pemrosesan pra-distorsi menggunakan desain buatan untuk menghasilkan pra-distorsi guna meningkatkan linearitas modulasi, sehingga menghilangkan dan mengurangi sistem transmisi serat optik. Tujuan CSO dan CTB.
(2) Dalam sistem transmisi optik, karena penguat RF penggerak dan penguat RF penerima memiliki kemungkinan distorsi yang kecil, fotodioda PIN linier dapat mengabaikan sedikit distorsi karena level sinyal tidak terlalu tinggi. Alasan utamanya adalah Distorsi karakteristik modulasi laser semikonduktor dan dispersi serat.
(3) Ketika laser memodulasi intensitas cahaya, panjang gelombang cahaya akan berubah, dan modulasi frekuensi tambahan akan muncul, yang akan memperluas frekuensi sinyal dan menyebabkan efek kicauan, yang terutama bermanifestasi sebagai distorsi CSO.
(4) Karakteristik dispersi serat optik akan menyebabkan perbedaan penundaan kelompok pada panjang gelombang yang berbeda, yang mengakibatkan distorsi yang disebabkan oleh waktu kedatangan yang tidak konsisten di terminal, terutama distorsi CSO.
Distorsi yang dihasilkan dalam sistem transmisi serat optik sebagian besar adalah distorsi CSO, dan tingkat distorsi CTB jauh lebih kecil daripada distorsi CSO. Untuk memastikan kualitas transmisi sistem dan membuat rasio pembawa terhadap kebisingan dan kinerja distorsi sistem dalam kisaran yang wajar, langkah-langkah yang diambil adalah menggunakan indikator CNR secara umum untuk menyeimbangkan indikator CSO dan CTB. Jika Anda menambah atau mengurangi nilai CNR sebesar 1dB, maka CSO akan memburuk atau meningkat sebesar 1dB, dan indeks CTB akan memburuk atau meningkat sebesar 2dB.
AKU AKU AKU. Prinsip kerja pemancar optik
Perangkat optik terpenting dalam pemancar optik adalah laser semikonduktor. Faktanya, ini adalah dioda laser (LD). Tentunya ada pula yang tidak menggunakan dioda laser melainkan menggunakan dioda pemancar cahaya semikonduktor (Light Emitting Diode, LED). dari.
Pemancar optik 1310nm umumnya mengadopsi mode modulasi langsung (modulasi amplitudo sideband sisa, mode VSB-AM). Fungsinya untuk mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik, yang dapat dicapai dengan mengubah catu daya laser yang disuntikkan melalui sirkuit eksternal. Sirkuit bias yang disetelnya dapat memberikan catu daya bias terbaik untuk laser. Laser akan memiliki keluaran daya yang berbeda ketika arus biasnya berbeda. Untuk memastikan keluaran daya optik yang stabil, rangkaian kontrol otomatis untuk daya optik dan suhu laser harus dirancang, seperti penggunaan mikrokomputer untuk mencapai kondisi kerja terbaik dari kontrol otomatis pemancar optik.
Laser banyak digunakan sebagai osilator optik (yaitu perangkat pemancar cahaya), yang mengandalkan interaksi antara keadaan energi bahan media laser dan cahaya.
Agar laser dapat bekerja, harus ada sejumlah arus tertentu. Ada hubungan tertentu antara besarnya arus dan intensitas cahaya. Ketika arus ditingkatkan, intensitas cahaya meningkat tajam. Ini menandakan bahwa laser sudah mulai bekerja. Hal ini membuat laser bekerja. Arus tersebut disebut arus ambang batas. Semakin kecil ukurannya, semakin baik, karena laser sudah dapat bekerja. Jika arus ambang batas terus meningkat maka akan terbentuk zona saturasi keluaran. Ketika arus zona saturasi mencapai nilai tertentu, sinyal akan ditransmisikan. Dalam hal daya yang dibutuhkan untuk transmisi serat optik, daya keluaran beberapa megawatt di wilayah linier dapat memenuhi kebutuhan transmisi sinyal dan informasi jarak jauh. Selain besarnya intensitas cahaya, kualitas transmisi cahaya juga berkaitan dengan masalah seperti spektrum dan noise.
Spektrum multi-panjang gelombang tidak cocok untuk transmisi sinyal analog berkualitas tinggi. Meski bekerja dalam mode tunggal, spektrum emisinya memiliki lebar. Semakin sempit lebarnya, semakin murni gelombang cahayanya dan semakin koheren terhadap waktu. Yaitu gelombang cahaya dengan koherensi yang baik. Gelombang cahaya dengan koherensi yang baik tidak memerlukan lensa dan perangkat lain untuk menyatukannya menjadi titik kecil, dan lebih cocok untuk kejadian serat optik.
IV. Prinsip kerja penerima optik
Komponen utama penerima optik adalah fotodetektor, yaitu fotodioda sensitivitas tinggi (PIN). Fotodioda menggunakan efek fotolistrik semikonduktor untuk menyelesaikan deteksi sinyal optik sehingga sinyal optik dikembalikan ke sinyal TV RF, dan kemudian sinyal RF Setelah amplifikasi dan kontrol level AGC, sinyal RF yang memenuhi syarat dikeluarkan untuk distribusi jaringan.
Teknologi utama penerima optik adalah C/N, C/CTB, dan C/CSO. Ketiga indikator teknis ini semuanya ditentukan oleh kinerja modul konversi fotolistrik. Dalam hal masukan daya optik yang sama, tingkat RF keluaran konversi berbeda. Ketika efisiensi konversi modul fotolistrik tinggi, daya keluarannya pun tinggi, indeks nilai C/N yang dibawanya baik, dan sebaliknya indeks nilai C/N menjadi lebih buruk. Kedua indikator teknis C/CSO dan C/CTB ditentukan oleh linearitas modul fotolistrik. Modul fotolistrik berkualitas tinggi memungkinkan rentang daya penerimaan yang lebih luas di bawah indikator C/CSO dan C/CTB yang sama.
V. Prospek pengembangan perangkat optik
Dengan pembaruan berkelanjutan teknologi transmisi serat optik dalam jaringan broadband dan peningkatan berkelanjutan pada layanan multi-fungsi, persyaratan karakteristik transmisi perangkat optik dan serat optik semakin tinggi. Era serat optik menggantikan kabel tembaga akhirnya tiba. Dengan munculnya era informasi, prospek pengembangan teknologi transmisi optik sangat luas.
Pemilihan dan penggunaan pemancar optik
Pemancar optik adalah peralatan inti dari sistem transmisi kabel optik. Fungsinya adalah untuk memodulasi input sinyal listrik televisi kabel frekuensi radio secara optik ke pemancar optik untuk mencapai konversi listrik dan optik (E/O), dan untuk mengirimkan sinyal optik yang berkelanjutan, stabil, dan andal ke sistem kabel optik. Jenis pemancar optik yang ada di pasaran saat ini: menurut metode modulasinya yang berbeda, pemancar tersebut dibagi menjadi dua jenis: pemancar optik termodulasi langsung dan pemancar optik termodulasi eksternal. Pemancar optik termodulasi langsung sebagian besar digunakan dalam sistem serat optik 1310nm, dan pemancar optik termodulasi eksternal sebagian besar digunakan dalam sistem serat optik 1550nm. Terlepas dari apakah itu pemancar optik yang dimodulasi langsung atau dimodulasi secara eksternal, komponen intinya terdiri dari laser.
Langsung memodulasi pemancar laser
1. Komposisi
Komposisi pemancar optik modulasi langsung, selain komponen inti komponen laser DFB, terdapat catu daya, rangkaian bias laser, rangkaian start lambat laser, rangkaian proteksi beban berlebih dan rangkaian proteksi penggerak, rangkaian kendali daya dan kendali pendinginan, lampu sirkuit deteksi, sirkuit kompensasi distorsi, chip fotodetektor (PIN) (untuk deteksi daya optik dan kontrol daya otomatis), lemari es semikonduktor dan termistor untuk kontrol suhu otomatis (ATC) dua arah, dll.
2. Proses kerja
Sinyal input pemancar optik adalah sinyal frekuensi radio TV (RF). Di ujung depan, beberapa sinyal RF dicampur menjadi satu sinyal oleh multiplexer dan kemudian dikirim ke input pemancar optik. Setelah diperkuat oleh preamplifier, atenuasi dikontrol secara elektronik, kompensasi distorsi, dan kontrol level daya otomatis. , Dan kemudian menggerakkan chip laser untuk melakukan modulasi listrik/optik, dan mengubah sinyal listrik menjadi sinyal modulasi optik. Menambahkan isolator optik ke ujung keluaran dapat sangat mengurangi pengaruh gelombang cahaya yang dipantulkan dari kabel optik pada laser. Sinyal optik dikirim ke kabel optik melalui sambungan optik yang dapat digerakkan, dan sinyal optik ditransmisikan ke setiap titik optik melalui kabel optik.
Terlihat bahwa daya transmisi dan distorsi nonlinier laser bergantung pada arus bias (IO), sehingga pemancar optik dilengkapi dengan rangkaian bias dan rangkaian kompensasi distorsi laser untuk menjamin kestabilan indeks nonlinier dan arus bias. keluaran transmisi.
Ketika suhu laser meningkat, ambang batas akan meningkat, intensitas cahaya keluaran jenuh akan menurun, dan rentang linier kurva PI akan menurun (yaitu, rentang dinamis diri 2 akan menurun). Untuk memastikan pemancar optik selalu bekerja normal, harus dipastikan laser bekerja pada suhu konstan (umumnya 25derajatC). Pendingin semikonduktor dan termistor yang digunakan untuk kontrol suhu otomatis (ATC) dua arah pada pemancar optik dijamin bekerja pada suhu konstan 25derajatC.
Ada mikroprosesor di pemancar optik, dan data status kerja terbaik dari laser disimpan dalam chip. Laser dapat dimulai dengan lambat dan arus drive TV RF dapat diputuskan secara otomatis untuk melindungi laser. Berbagai sakelar di panel depan pemancar optik dikendalikan oleh mikroprosesor.
Perubahan suhu dan penuaan perangkat akan menyebabkan perubahan arus ambang laser dan efisiensi konversi fotolistrik. Jika Anda ingin mengontrol daya keluaran optik laser secara akurat, Anda harus menyelesaikannya dari dua aspek: pertama adalah mengontrol arus bias laser sehingga secara otomatis melacak ambang batas. Perubahan arus memastikan bahwa laser selalu bekerja dalam kondisi bias terbaik; yang kedua adalah mengontrol amplitudo arus modulasi laser untuk secara otomatis mengikuti perubahan efisiensi konversi listrik dan optik. Kontrol daya otomatis menyelesaikan dua tugas di atas untuk memastikan bahwa laser menghasilkan daya optik yang akurat.
Pemancar optik yang dimodulasi secara eksternal
Pemancar optik termodulasi eksternal terdiri dari modulator eksternal, laser, rangkaian kontrol laser, rangkaian kontrol modulasi, mikroprosesor, rangkaian pra-distorsi, fotodetektor, attenuator sinyal RF, amplifier, catu daya, dll.
3. Perbandingan pemancar optik modulasi langsung dan modulasi eksternal
Pemancar modulasi langsung sebagian besar digunakan untuk laser DFB. Laser DFB memiliki linearitas yang baik dan dapat memperoleh nilai CTB dan CSO yang lebih baiktanpa kompensasi sirkuit pra-distorsi. Namun karena modulasi langsung, terdapat tambahan modulasi frekuensi dan indikator distorsi nonlinier (terutama nilai CSO) sulit untuk menjadi sangat tinggi.
Pemancar DFB memiliki kinerja yang stabil, struktur sederhana, dan harga murah, sehingga banyak digunakan.
Kekuatan pemancar optik modulasi langsung umumnya tidak terlalu besar, dalam 18nw, oleh karena itu jarak transmisinya terbatas, dan umumnya digunakan pada jaringan distribusi lokal dan jaringan transmisi kabel optik tingkat kota. Pemancar optik jenis ini banyak digunakan pada jaringan serat optik 1310nm, dan redaman serat optik 1310nm adalah 0,35db/km, sehingga jarak transmisi maksimum tidak melebihi 35 kilometer.
Pemancar optik termodulasi eksternal: daya keluaran tinggi, hingga 2×20mw atau lebih (dua output), noise rendah, dan tidak ada distorsi cso yang disebabkan oleh kombinasi modulasi frekuensi tambahan dan karakteristik dispersi serat yang mirip dengan LD. Oleh karena itu, sering digunakan dalam transmisi jarak jauh pada sistem kabel skala besar. Pemancar optik yang dimodulasi secara eksternal umumnya menggunakan laser YAG. Setelah laser YAG dimodulasi secara eksternal, linearitasnya sangat buruk, dan sirkuit pra-distorsi harus digunakan untuk mengimbanginya. Karena dispersinya yang lebih sedikit, pemancar optik YAG sangat cocok untuk serat optik dengan panjang gelombang 1550nm, sebagian besar digunakan pada jaringan serat optik 1550nm. Cahaya YAG ditransmisikan dalam jaringan serat optik 1550nm, yang dapat digunakan untuk amplifikasi dan relai. Serat optik 1550nm memiliki redaman yang kecil (0,25db/km), sehingga pemancar optik YAG dapat digunakan untuk transmisi jarak sangat jauh. Pemancar optik termodulasi eksternal digunakan dalam jaringan serat optik 1310nm, dan jarak transmisi dapat mencapai 50 kilometer, yang juga lebih cepat daripada jarak transmisi pemancar optik termodulasi langsung. Namun, pemancar optik yang dimodulasi secara eksternal mahal, dan jaringan serat optik untuk transmisi jarak pendek jarang menggunakan pemancar optik yang dimodulasi secara eksternal.
4. Indikator teknis pemancar optik
Indikator teknis pemancar optik adalah dasar pemilihan pemancar optik, dan parameter kinerja pemancar optik yang baik secara langsung mempengaruhi indikator teknis yang baik dari keseluruhan sistem televisi kabel.
5. Pemilihan pemancar optik
Sangat penting bagi teknisi TV kabel untuk memahami dan menguasai komposisi, prinsip kerja, dan parameter kinerja pemancar optik, karena hanya dengan menguasai prinsip kerja dasar dan indikator kinerja teknis pemancar optik, pemancar optik dapat digunakan secara efektif dan wajar. Perawatan harian yang baik.
Saat ini, ada banyak produsen pemancar optik asing dan dalam negeri. Ada lebih banyak jenis pemancar optik, dan indikator kinerja serta harga yang berdiri sendiri juga sangat berbeda. Pemilihan yang masuk akal sangat bermanfaat untuk memastikan kualitas jaringan serat optik dan mengurangi biaya pembangunan jaringan. Rasio kinerja-harga yang tinggi, sistem jaminan kualitas yang andal, dan jaminan layanan purna jual yang baik adalah pilihan peralatan optik
