Дипломная работа: Разработка блока управления фотоприёмником для волоконно-оптических систем передачи информации

5. Фотодиод

6. Усилитель

Рисунок 1.1 – Структурная схема ВОСПИ

Передающие оптические модули РОМ-3155 выпускаются на основе импортных MQWInGaAsP/InP Фабри Перо лазерных диодов, интегрированных со схемой управления с дифференциальным PECL– входом. Модули имеют TTL – вход включения лазерного излучения и выход аварийного состояния лазерного диода (открытый коллектор). Предназначены для работы в цифровых волоконно-оптических линиях связи со скоростью передачи информации 2..155 Мбит/с. Технические характеристики приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 – Технические характеристики передатчиков

Параметр	РОМ – 3155
Длина волны излучения, нм	1290..1330
Скорость передачи, Мбит/с.	2..155
Мощность излучения, дБм	-3..0
Тип оптического волокна	одномодовое
Тип разъема	FC/PC
Тип корпуса	DIL – 14
Напряжение питания, В	4,75.. 5,25

При передаче на большие расстояния, когда отношение сигнал/шум на выходе приемника становится недостаточным, в тракт включают ретрансляторы. Для передачи сигнала обычно используют световые импульсы. При этом применяют два вида модуляции: аналоговая, при которой информация передается изменением амплитуды, ширины или положения импульсов и цифровая – с кодированием информации комбинацией группы импульсов.

В данном дипломном проекте разрабатывается ФПУ для ВОСПИ, использующей аналоговую модуляцию. При аналоговой передаче, информационный сигнал модулирует поднесущую частоту, как правило, СВЧ диапазона, которая в свою очередь управляет мощностью излучателя. Прием во всех случаях осуществляется с помощью фотоэлектрических полупроводниковых приемников излучения, преобразующих энергию колебаний оптического диапазона в электрическую энергию. Электрический сигнал усиливается до необходимого уровня усилителем низкой частоты.

При разработке радиооптических преобразователей, используемых в аналоговых ВОСПИ, являющихся оптическими линиями связи между аналоговым фотоусилителем (АФУ) и входом приемника ДЦВ диапазона, необходимо выполнить два основных требования:

– при введении оптической линии между АФУ и приемником, электрическая пороговая чувствительность всей системы не должна ухудшаться, то есть отношение сигнал/шум должно оставаться прежним;

– динамический диапазон изменения передаваемого полезного радиосигнала не должен быть меньше 60 дБ для КВ диапазона и не меньше 40–45 дБ для ДЦВ диапазона.

Для удовлетворения этих требований всей ВОСПИ, необходимо обеспечить их выполнение каждым элементом ВОСПИ: УМ, лазерным излучателем, ВОК, ФПУ.

В аналоговой ВОСПИ между АФУ и радиоприемником используются два радиооптических преобразователя: передающий радиооптический преобразователь, расположенный непосредственно в АФУ и выполняющий прямое радиооптическое преобразование сигнала; приемный радиооптический преобразователь, находящийся на приемном конце ВОСПИ перед входом радиоприемника и осуществляющий обратные преобразования оптического сигнала в радиосигнал.

В качестве прямого радиооптического преобразователя выступает усилитель-модулятор, возбуждаемый от радиосигнала с АФУ и модулирующий этим усиленным радиосигналом ток лазерного излучателя.

Лазерные модули для ВОЛС

Лазерные модули с оптическим волокном изготавливаются на основе импортных MQWInGaAsP/InP Фабри Перо лазерных диодов. Выпускаются в неохлаждаемом исполнении, а также в корпусе DIL – 14 со встроенном элементом Пельтье и в корпусе типа «оптическая розетка». Технические характеристики приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2 – Технические характеристики.

Параметр	LFO-14-i	LFO-17-i	LFO-17m-i	LFO-18-i
Мощность излучения, мВт	1.0	2.0	1.0	1.0
Длина волны излучения, нм	1310	1310	850	1550
Тип оптического волокна	SM	MM	MM	SM
Тип разъема	FC/PC	FC/PC	FC/PC	FC/PC

Радиооптический преобразователь, осуществляющий обратное преобразование оптического сигнала в радиосигнал, состоит из фотодиода и усилителя, то есть представляет из себя фотоприемное устройство.

Фотоприемные модули для ВОЛС

Фотоприемные модули серий PD-1375-ip/ir для спектрального диапазона 1100..1650 нм изготавливаются на основе импортных InGaAsPIN – фотодиодов. Выпускаются в неохлаждаемом исполнении, а также в корпусе типа «оптическая розетка» для стыковки с одномодовым волокном, оконцованным разъемом «FC/PC».

1.2 Потери и искажения ВОСПИ

Волоконно-оптические линии связи, используемые для передачи информации, не должны ухудшать характеристики электрических сигналов, то есть должны удовлетворять заданному динамическому и частотному диапазонам. Для удовлетворения всей ВОСПИ необходимо обеспечить их выполнение каждым элементам ВОСПИ: усилителем – модулятором; лазерным излучателем; оптическим кабелем; фотоприемным устройством

Потери оптической мощности в волоконно-оптических системах передачи происходят в основном на неоднородностях оптического волокна и соединениях. Кроме них существуют различные виды допусков на ухудшение характеристик.

Рассмотрим их влияние на параметры ВОСПИ:

– обычно между полупроводниковым лазером и разъемом ВОК ставится оптический изолятор, ослабляющий отраженный от торца волокна сигнал. Помимо этого ослабления он вносит затухание и в прямом направлении. Величина этого затухания около 1 дБ;

– с течением времени происходит деградация лазерного диода и выходная оптическая мощность снижается. Чтобы система не прекратила свое нормальное функционирование, должен быть оставлен запас на величину этого снижения. В среднем для полупроводникового лазера она составляет 0,8 дБ;

– как известно в оптическом волокне существует дисперсия – зависимость фазовой скорости распространения волны, от какого либо параметра (в общем случае).

Рассмотрим дисперсные характеристики одномодового волокна, как наиболее оптимального по параметру погонного затухания.

В одномодовом волокне существует два вида дисперсии: волноводная и материальная – зависимость фазовой скорости моды от частоты при распространении колебаний в материале. Суммарная дисперсия такого одномодового волокна определяется как сумма двух видов дисперсий:

δτΣ = δτB + δτм