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. Требование безопти на высоте
2. Госты
3. по молочным ходам 2 по лимфатическим щелям и сосудам 3 по кровеносным сосудам
4. СФИНКС. Отдел по издательской деятельности
5. И подвиг таких святых исполинов духовных вождей народа вероятно можно назвать самым трудным из всех подви
6. А разве есть у них будущееСтолько вместе пережили перестрадали и както обидно если они разойдутсяНо вед
7. Поведінка самців щурів лінії Вістар при різних світлових режимах
8. Почему IBM ClearCase и ClearQuest лучше других средств
9.  Понятие и сущность логистики ее функции и глобальные задачи Логистика ~ искусство рассуждать вычислять
10. Проектирование локальной сети офисного центра
11. тематичний аналіз А В Т О Р Е Ф Е Р А Т дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізиком.html
12. Оценка конкурентоспособности продукции по цене продажи
13. Тема- Налогообложение строительных организаций Выполнила студентка гр
14. ФИЛОСОФИЯ 3 кредита на 20122013 учебный год Зарождение философии- где Веды ~ это- 4 составные ч
15. Барлы~ы б~рімен байланысты барлы~ы ~шін т~леу керек барлы~ын ~айда болсын жіберу керек таби~атты~
16. Обязательное социальное страхование на случай временной нетрудоспособности и в связи с материнством си
17. тема высшего образования Италия Германии и Австрии на современном этапе Сроки проведения- с 3 по 10 февраля 20
18. Рождества Христова на территории городского поселения поселок Калашниково Лихославльского района
19. Статья Отчуждение как необходимый момент общественных отношений
20. УТВЕРЖДАЮ Руководитель отделения Чонгарское Колледжа Градостроительства и Сервиса 38