Источники оптического излучения

Оптический передатчик ВОСП реализуется в виде единого передающего оптического модуля (ПОМ) - электронно-оптического преобразователя, осуществляющего преобразование электрических сигналов в оптические соответствующей длины волны.

Обобщенная структурная схема ПОМ приведена на рис. 7.12, где приняты следующие обозначения:

Рис. 7.12. Обобщенная структурная схема оптического передатчика

ФМС - формирователь модулирующего сигнала, осуществляющий преобразование сигнала, поступающего с выхода оборудования сопряжения, к виду, обеспечивающему оптимальный режим работы оптического модулятора или источника оптического излучения;

МОИ - модулятор оптического излучения, в котором осуществляется модуляция одного из параметров оптического излучения (интенсивности, частоты, фазы, поляризации и др.);

ИОИ - источник оптического излучения;

ОР - оптический разветвитель, обеспечивающий отвод оптического сигнала на СРРИОИ - стабилизатор режима работы источника оптического излучения;

ЛОС - линейный оптический сигнал (модулированное оптическое излучение, передаваемое по оптическому кабелю);

СВД - схема встроенной диагностики, предназначенная для контроля работоспособности ПОМ; СУ и ОС - согласующее устройство и оптический соединитель, обеспечивающие ввод сигнала в оптический кабель;

ОВ - оптическое волокно.

Основным блоком, определяющим качество функционирования ПОМ, является источник оптического излучения.

К источникам оптического излучения предъявляются следующие требования:

- длина волны оптического излучения должна совпадать с одним из окон прозрачности оптического волокна;

- достаточно большая мощность выходного излучения и эффективность его ввода в оптическое волокно;

- возможность модуляции оптического излучения различными способами;

- достаточно большой срок службы;

- минимальное потребление электрической энергии;

- минимальные габариты и вес;

- простота технологии производства, обеспечивающая невысокую стоимость и высокую воспроизводимость параметров и характеристик.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют источники оптического излучения на основе светоизлучающих диодов (СИД) и полупроводниковых лазерных диодов (ЛД).

Основными параметрами источника оптического излучения являются:

1) длина волны λ₀, мкм, соответствующая одному из минимумов спектральной характеристики затухания оптического волокна;

2) ширина спектра Δλ, нм;

3) мощность W, мВт, или абсолютный уровень мощности р, дБм;

4) ток возбуждения источника оптического излучения I _в мА, под которым понимается минимальное значение тока, обеспечивающее устойчивое излучение;

5) эффективность излучения, т.е. коэффициент полезного действия (КПД) источника оптического излучения, под которым понимается отношение вида

100% (7.3)

где W ₀ - мощность оптического излучения; W _пот - мощность, потребляемая источником оптического излучения от внешнего источника электрической энергии;

6) время нарастания импульса t _нар, за которое его амплитуда возрастает от 0,1 до 0,9 своего номинального значения;

7) максимальная скорость передачи информации С, Мбит/с, или частота модуляции F _мод, МГц;

8) шумы источников оптического излучения.

Основными характеристиками источников оптического излучения являются:

1) ватт-амперная характеристика , описывающая зависимость мощности оптического излучения W ₀ от тока возбуждения (или инжекции - ); примерные ватт-амперные характеристики СИД и ЛД приведены на рис. 7.13;

2) спектральная характеристика излучения при различных величинах тока возбуждения (инжекции), показывающая зависимость относительной мощности оптического излучения от длины волны, здесь W ₀ -мощность излучения на номинальной длине волны λ₀ и W - на текущей длине волны в пределах соответствующего окна прозрачности оптического волокна; типичная спектральная характеристика источников приведена на рис. 7.14;

Рис. 7.13. Ватт-амперная характеристика источника оптического излучения

Рис. 7.14. Спектральная характеристика источника оптического излучения

3) диаграмма направленности, представляющая собой пространственную характеристику излучения. После выхода света из источника начинается расширение светового пучка, и только часть его попадает в оптическое волокно. Чем уже диаграмма направленности, тем большая часть света может попасть в волокно.

На рис. 7.15 представлены типичные диаграммы направленности для светоизлучающих и лазерных диодов. Диаграмма направленности лазерного диода ближе к эллиптической форме, а светоизлучающего диода - к сферической. Когда диаметр источника излучения d _и не соответствует диаметру сердцевины волокна d _в, потери излучения могут быть определены из следующего выражения:

Рис. 7.15. Диаграмма направленности источников оптического излучения: а - светоизлучающий диод; б - лазерный диод

Если апертура NA _и источника больше, чем NA _в волокна, то потери А _а, вызванные этим рассогласованием, равны

(7.4)

Потери будут отсутствовать, если диаметр и апертура волокна больше диаметра и апертуры источника излучения.

Рассмотрим, например, источник оптического излучения с выходным диаметром пучка d _и = 100 мкм и апертурой NA _и = 0,3 и подключенное к нему волокно с диаметром d _в = 62,5 мкм и NA _в= 0,275. Потери из-за рассогласования параметров волокна и источника излучения будут равны

и

Общие потери составляют А _п = 4,08 + 0,76 = 4,84 дБ. Если выходная мощность источника излучения составляет 1 мВт, то только 0,328 мВт попадет в волокно.

Дата добавления: 2015-08-26