Основные компоненты о.волоконно-оптическая связьсистемы показаны на рисунке 1-1. В основном он состоит из трех частей: передачи, приема и базовой системы передачи по оптоволоконному кабелю, которая служит обобщенным каналом.
(Рис. 1-1. Основные компоненты волоконно-оптической системы связи)
Основные компоненты волоконно-оптической системы связи
△Классификация волоконно-оптических систем связи
(1) Секция передачи: В этой секции источник информации преобразует пользовательскую информацию в необработанный электрический сигнал, называемый сигналом основной полосы частот. Оптический передатчик преобразует сигнал основной полосы частот в сигнал, пригодный для передачи по каналу. Если требуется модуляция, выходной сигнал называется модулированным сигналом. Для улучшения качества передачи этот аналоговый сигнал обычно преобразуется в частотно--модулированный (FM), импульсный-частотно-модулированный (PFM) или широтно-импульсно-модулированный (PWM) сигнал, и, наконец, этот модулированный сигнал подается на вход оптического передатчика.
Будь то цифровая или аналоговая система, электрический сигнал, несущий информацию, поступающую на оптический передатчик, преобразуется в оптический сигнал посредством модуляции.
(2) Оптическая несущая передается на принимающую сторону по оптоволоконным линиям, где оптический приемник преобразует оптический сигнал в электрический сигнал. Электрический приемник действует обратно по отношению к электрическому передатчику; он преобразует полученный электрический сигнал в сигнал основной полосы частот, который затем используется приемником информации для восстановления пользовательской информации.
Во всей системе связи технология и оборудование, используемые в оптоволоконной связи, такие же, как и в кабельной связи, для сегментов электрического сигнала до оптического передатчика и после оптического приемника. Единственное отличие состоит в том, что базовая система передачи по оптоволоконному кабелю, состоящая из оптического передатчика, волоконно-оптических линий и оптического приемника, заменяет кабельную передачу.
(3) Базовая оптоволоконная система передачи. Согласно рисунку 1-1 базовую оптоволоконную систему передачи можно разделить на три части: оптический передатчик, оптоволоконную линию и оптический приемник. Функция оптического передатчика заключается в преобразовании электрического сигнала, поступающего из передающей секции, в оптический сигнал и использовании технологии объединения для максимальной подачи оптического сигнала в оптоволоконную линию. Основным оборудованием оптического передатчика является источник света, а также драйвер и модулятор. Производительность оптического передатчика в основном зависит от характеристик источника света. Требования к источнику света: достаточно высокая выходная оптическая мощность, достаточно высокая частота модуляции, как можно меньшие ширина спектральной линии и угол расходимости луча, стабильная выходная мощность и длина волны, длительный срок службы устройства. В настоящее время широко используемые источники света включают полупроводниковые светоизлучающие-диоды (LED) и полупроводниковые лазерные диоды (или лазеры, LD), а также динамические-лазеры с распределенной обратной связью (DFB) с очень малой спектральной шириной линии. В некоторых случаях также используются твердотельные-лазеры. Функция оптоволоконной линии заключается в передаче оптического сигнала от оптического передатчика к оптическому приемнику с наименьшими возможными искажениями и затуханиями. Волоконно-оптическая линия состоит из оптических волокон, оптоволоконных соединителей и оптоволоконных вилок. Оптическое волокно является основной частью оптоволоконной линии, а разъемы и вилки являются незаменимыми компонентами. В практической инженерии используются оптические кабели, содержащие несколько оптических волокон. Системы оптоволоконной связи работают на длинах волн, близких к -инфракрасному диапазону, а средой передачи для оптоволоконной связи является кварц, который представляет собой тип диэлектрического волновода и представляет собой цилиндрический корпус с показателями преломления сердцевины и оболочки n₁ и показателем преломления оболочки n₂, и n₁ > n₂. Когда условие полного отражения выполнено, свет может удерживаться и передаваться внутри ядра. Основными характеристиками оптического волокна являются затухание и цветовая дисперсия. Затухание выражается в дБ/км, а оптические волокна имеют три окна с низкими потерями и длинами волн:
λ₀=0.85 мкм (коротковолновый диапазон) λ₀=1.31 мкм (длинноволновый диапазон)
λ₀=1.55 мкм (длинноволновый диапазон)
Цветовая дисперсия оптического волокна вызвана тем, что компоненты с разными частотами в оптическом волокне распространяются с разной скоростью, что приводит к уширению импульса во время передачи. Цветовая дисперсия выражается в единицах пс/(км · нм). Обратная величина номера сигнала, т. е. произведение расстояния с максимальной скоростью передачи данных-, которое может выдержать цветовая дисперсия.
Функция оптического приемника заключается в преобразовании сигналов оптического волокна в электрические сигналы с достаточно высоким соотношением-сигнал/-шум. Основным компонентом приемника является фотодетектор, а также усилители, фильтры и сопутствующие схемы. Сердцем фотодетектора является светоприемный-элемент. Требование к фотодетектору — высокая скорость отклика, низкий темновой ток и высокая скорость отклика. В настоящее время фотодетекторами, обычно используемыми в оптоволоконной связи, являются PIN-фотодиоды на основе полупроводникового PN-перехода- (PIN-PD) и лавинные фотодиоды (APD).
Важнейшим характеристическим параметром оптического приемника является его чувствительность. Чувствительность — комплексный показатель качества оптического приёмника; он отражает способность приемника принимать слабые оптические сигналы при настройке на оптимальное состояние. Чувствительность в первую очередь зависит от шумов фотодиодов и усилителей, входящих в состав оптического приемника, а также от скорости передачи, параметров оптического передатчика и дисперсии оптоволоконной линии. Он также тесно связан с требуемым для системы коэффициентом ошибок по битам или отношением-сигнала к-шуму. Следовательно, чувствительность также является важным показателем качества волоконно-оптической системы связи.
