Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

Лекция 11-1ldquo; ПЕРЕДАЮЩИЕ МОДУЛИ ВОЦСП rdquo; Источники излучений оптического сигнала в ВО ЦСП

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2016-06-09


Лекция 11/1 “ ПЕРЕДАЮЩИЕ МОДУЛИ  ВОЦСП ”

  1.  Источники излучений оптического сигнала в ВО ЦСП
  2.  Структурная схема ОПД и принцип его работы

1. ИСТОЧНИКИ  ИЗЛУЧЕНИЙ  ОПТИЧЕСКОГО  СИГНАЛА  в  ВО ЦСП.

Основными отличительным признаком ВО ЦСП от аналогичных (по канальной емкости) электрических кабельных ЦСП является наличие ОПД и ОПМ.

Основным элементом ОПД является источник оптического излучения. Он должен излучать оптический сигнал на заданной длине волны, обеспечивать высокий КПД ввода оптического сигнала в ОВ; иметь малые габариты, массу и потребляемую мощность; отличаться простотой, надежностью и долговечностью.

Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют источники оптического излучения, построенные на основе полупроводниковых структур. Поэтому в ВО ЦСП практически используются два типа источников: светоизлучающие диоды (СИД) и лазерные диоды (ЛД), или инжекционные лазеры (ИЛ).

Принцип их действия основан на использовании явления оптического излучения, которое возникает в полупроводнике под воздействием внешнего электромагнитного поля. При прямом напряжении смещения, приложенном к р-n переходу, электроны инжектируют из n-области в р-область. Происходит рекомбинация носителей (электронов и дырок). В результате освобождается энергия, которая излучается в виде квантов света – фотонов. Энергия фотона, выделенная в результате рекомбинации, пропорциональна постоянной Планка:

Eф= h · ƒ = h · с/λ, или λ = h · c/ Eф = 1,24/ Eф,         (*)

где Eф – энергия фотона [эВ] (1эВ=1,6 · 10-19Дж); h – постоянная Планка,

h = 6,626 · 10-34Дж · с; ƒ – частота [Гц]; с = 3 · 108 м/с – скорость света в вакууме; λдлина волны оптического излучения [мкм].

Во всяком полупроводнике зона проводимости, имеющая некоторую концентрацию n – свободных электронов, отделена от валентной зоны, имеющей такую же концентрация р – свободных дырок, энергетическим зазором запрещенной зоны Eд [эВ], как показано на рис.

У разных полупроводников запрещенная зона имеет разное значение и при ее преодолении излучаются оптические волны разной длины. Первым из всех полупроводников наиболее проверенным и хорошо обработанным технологически был арсенид галия (Ga As). Именно этот материал был первым применен в 80-х годах при разработке источников излучения для оптической связи. У него Eд = 1,42 эВ, излучаемый оптический сигнал в соответствии с формулой (*) имеет длину волны λ = 1,24/1,42  0,87 мкм.

Длина волны оптического излучения может быть увеличена  или уменьшена путем добавления к некоторому основному полупроводнику различных примесей в разных концентрациях. Современные источники излучения работают на основе подложки из фосфида  индия InP и четверного соединения арсенид – фосфид галлия и индия InGaAsP. Ширина запрещенной зоны у них меняется от 1,35 эВ до 0,74 эВ, что позволяет перекрыть диапазон длин волн 0,92…1,67 мкм, т.е. получить источники излучения λ1 = 1,24/0,95 ≈ 1,3 мкм;  λ2 = 1,24/0,8 = 1,55 мкм.

Принципиальное различие между СИД и ИЛ состоит в том, что в первых происходит спонтанная (самопроизвольная) рекомбинация носителей.

Излучение на выходе СИД является некогерентным и слабонаправленным. Время перехода всех электронов с одного энергетического уровня на другой разное. Происходит наложение излучения, возникают оптические волны с неодинаковой амплитудой и фазой. Вследствие этого наблюдается неоднородность и по частоте. Ширина спектра излучения ∆λ составляет десятки нм, как показано на рис.

Инжекционные лазеры являются когерентными (точнее квазикогерентными) источниками оптического излучения, в которых происходит направленное излучение фотонов. Оно получается путем использования оптического резонатора, напр. Фабри – Перро, который формирует остронаправленное излучение. Ширина спектра излучения не превышает единицы нм (рис.).

Кроме указанных параметров: длина волны излучения λ = 0,85; 1,3 и 1,55 мкм и ширина спектра излучения ∆λ = 30…100 нм для СИД и ∆λ = 3…10 нм для ИЛ, источники оптического излучения характеризуются следующими параметрами.

  1.  Выходная мощность – десятые доли мВт для СИД и единицы мВт для ИЛ.
  2.  КПД при вводе оптического излучения в ОВ – не более 10% для СИД и

60-80% для ИЛ.

3.  Ширина полосы модулирующего сигнала – не более 200 МГц для СИД и

единицы ГГц для ИЛ.

4.  Срок службы – до 109 часов у СИД и до 106 часов у ИЛ.

5.  Минимальные геометрические размеры – для ИЛ: объем полупроводника

примерно равен 1мм3. К нему подведены металлические проводники

(электроды). Излучение происходит из запрещенной зоны толщиной

0,15…0,2 мкм.

6.  Низкая стоимость, экономичность питания, возможность массового

производства.

Параметры некоторых серийных образцов источников оптического излучения приведены в табл.

      Параметры

Тип

излучателя

λ, мкм

Р изл, мВт

Iнак, мА

fмод, МГц

Траб, час

t0C

λ0,5, мкм

СИД ЗЛ-124

ИЛПН-206

ИЛПН-216

0,85

1,3

1,3;1,55

4,0

1,0

3,0

100

100

40

50

150

3000

105

104

105

-40…+60

-50…+60

-60…+50

0,06

0,004

0,006

Выбор источника излучения определяется типом используемой ВО ЦСП.

Достоинства ИЛ: малые массогабаритные  параметры; высокий КПД; узкополосность и направленность  излучения; возможность модуляции широко – полосным сигналом; допускает непосредственную модуляцию простым изменением тока возбуждения (накачки).

Недостатки ИЛ: большой ток накачки и дефекты полупроводниковых структур ограничивают срок службы; имеет нестабильные оптические параметры: в результате старения полупроводника и изменения температуры возникают колебания мощности излучения. Используя специальную обратную связь и термостатирование, мощность излучения стабилизируют, но это удорожает ОПД, усложняет его и снижает надежность.

Анализ работы ИЛ показывает, что они могут применяться и успешно применяются в ВО ЦСП средней и большой дальности (зоновая и магистральная сеть) и средней и большой канальной емкости (480 каналов ОЦК и более).

СИД: проще, дешевле, более долговечны, надежны и стабильны. Хотя полная мощность излучения может достигать несколько мВт, из-за большой расходимости  излучения удается ввести в ОВ не более 10%. Это ограничивает область применения СИД.

2. СТРУКТУРНАЯ  СХЕМА  ОПД  и  ПРИНЦИП  его  РАБОТЫ

В современных ВО ЦСП используются ОПД с непосредственной модуляцией излучаемого сигнала по интенсивности. Последовательность видеоимпульсов ЦГС через модулятор подается на источник оптического сигнала и управляет его излучением. В качестве излучателя применяются только ИЛ.

ОПД состоит из оптической и электронной частей. Оптическими элементами являются ИЛ и фотодиод обратной связи, которые помещаются в термостат. К электронным устройствам относятся: модулятор (формирователь импульсов тока накачки - ФИТН); автоматический регулятор тока смещения (АРТС), или стабилизатор средней мощности оптического излучения; устройства контроля, индикации и блокировки. Структурная схема ОПД приведена на рис.

Она работает следующим образом. ЦГС с оборудования временного мультиплексирования данной ЦСП (ОПМ, ОВМ и т.д.) в виде последовательности единиц и нулей со скважностью 2, т.е. в формате RZ (Return Zero)-с возрастом к нулю) через схему блокировки поступает на ФИТН и формирователь опорного напряжения (ФОН).

Типичная ваттамперная характеристика ИЛ приведена на рис.

 

При малом токе (участок а) излучение определяется спонтанными переходами и ИЛ подобен СИД. В области кривой б возрастает доля индуцированного излучения. При токах выше порога (Iпор) излучение ИЛ становится индуцированным (участок в).

Если ИЛ вводить в режим индуцированного излучения непосредственно импульсами тока накачки (Iнак), то это приводит к осцилляциям выходных импульсов ИЛ и к их значительной задержке tз, как показано на рис.

Это увеличивает также спектральный состав излучения – рис.

Для устранения этих недостатков во всех ИЛ используется прямое смещение BAX путем введения постоянного тока смещения – рис. Тогда величина рабочего тока ИЛ равна сумме: Iр = Iнак+Iсмещ, которая должна быть несколько больше Iпор, но меньше той, при которой возбуждаются спектральные составляющие высших порядков. При этом удается получить выходную мощность  ИЛ почти без ее релаксационных колебаний и с уменьшением задержки, как показано на рис.,

а излучение – со стабильной узкой спектральной линией – рис.

Но это еще не все. Остается проблемой зависимость Iпор = φ (t0C) – при увеличении температуры на 40…500С (от 200С до 60…700С) ток Iпор возрастает вдвое. Это приводит к резкому увеличению мощности излучения и расширению его спектрального состава. Поэтому во всех ОПД лазер помещают в термостат, а Iсмещ с помощью обратной связи поддерживается постоянным, т.е. вводится система автоматической регулировки тока смещения (АРТС).Она обеспечивает стабилизацию параметров ИЛ, в частности, средней мощности излучения ,минимизирует постоянную составляющую оптического сигнала.

Но вернемся, после сделанных отступлений, к работе схемы ОПД. В ФИТН последовательность ЦГС преобразуется в импульсы тока накачки Iнак с заданной амплитудой для управления мощностью излучения ИЛ. С выхода ФИТН импульсы тока Iнак проходят через ИЛ, в котором и выполняется преобразование электрического сигнала в оптическое излучение.

Оптический сигнал на выходе ИЛ представляет собой последовательность “радиоимпульсов” с частотой заполнения, соответствующей длине волны излучения. Электрическому импульсу передаваемого ЦГС соответствует импульс оптического излучения на выходе ИЛ, т.е. “1” выходного ЦЛС.

Нулю в составе ЦГС соответствует отсутствие излучения на выходе ИЛ. Другими словами, в ОПД происходит модуляция источника оптического излучения по интенсивности. Для эффективного ввода излучения лазера в ОВ необходимо, чтобы излучающая поверхность ИЛ была уменьшена до размеров сердцевины ОВ (50 мкм для МОВ и 7…10 мкм для ООВ). Поэтому для ввода излучения используются специальные согласующие устройства, которые позволяют довести эффективность ввода излучения ИЛ до 70…80% (без СУ – 20…30%).

АРТС состоит из  формирователя опорного напряжения ФОН, компаратора и регулятора тока смещения. Сигнал с выхода ФОН подается на вход компаратора, а на его второй вход через ФД обратной связи поступает часть мощности оптического излучения. Разностный сигнал с выхода компаратора управляет работой  РТС, который автоматически изменяет ток Iсмещ и поддерживает постоянной среднюю мощность оптического излучения ИЛ.

При отсутствии входного сигнала ФИТН через устройство контроля блокируется, сигнал в виде логической  “1”  подается на устройство сигнализации, загорается светодиод “Авария входного сигнала”. Предусмотрена также сигнализация об аварии излучателя оптического сигнала.




1.  Психологическая сущность структура и цели процесса обучения
2. Шварц Е
3. Система обучения безопасности и пропаганда охраны труда
4. РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук Запоріжжя ~ Ди
5. РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ПРАВОСУДИЯ РОСТОВСКИЙ ФИЛИАЛ КАФЕДРА ЯЗЫКОЗНАНИЯ И ИНОСТРАННЫХ ЯЗЫКОВ
6. го капла. Какими источниками финансирования должны быть покрыты внеоборотные активы- собственный капита.
7. реферате я ставлю себе целью рассказать и привести сравнительные данные показывающие весь ужас голода 19321933
8. Більшисть політологів визнають що політична партяї ~ це добровільна спілка яка заснована на ідеологічні.
9. Концептуальное проектирование 2
10. Информационно-структурная модель технологической процедуры определение содержания бериллия в природной воде
11. Исследование вынужденных колебаний в последовательном контуре
12. Реферат Научный руководитель Анохина С
13. з курсу УПРАВЛІННЯ РЕСУРСАМИ ТА ВИТРАТАМИ для студентів економічних спеціальностей денної форми на
14. Лекции - Офтальмология (Офтальмологический паспорт студента)
15. Правовые основы банкротства тесно связана с Гражданским правом Арбитражнопроцессуальным а также частич
16. Nicolaus Copernicus
17. Реферат- Оптимизация управления малыми компаниями
18. і Офіційні опоненти Доктор ветеринарних наук професор Кривутенко Олександр Іванович Одеський сі
19. Я хотел бы выразить свое восхищение и благодарность великолепному учителю1
20. Менеджмент эволюциясы Текс