Разработка структурной схемы передающей части ВОСП

Передающие оптические модули (ПОМ), применяемые в волоконно-оптических системах, предназначены для преобразования электрических сигналов в оптические, которые должны быть введены в волокно с минимальными потерями. Производятся разнообразные ПОМ, отличающиеся конструкцией и типом источника излучения. Одни работают на небольших скоростях в линиях с максимальной длиной до нескольких метров, другие передают сотни мегабит в секунду на расстояния в несколько десятков километров.

В состав оптического передающего модуля, как правило, входят источник оптического излучения, согласующее оптическое устройство, электронные схемы модуляции и стабилизации режимов работы источника излучения.

Главным элементом ПОМ является источник излучения. Он должен излучать на длине волны, соответствующей одному из окон прозрачности оптического волокна, обеспечивать достаточно высокую мощность излучения и эффективный ввод его в оптоволокно, иметь высокое быстродействие, позволяющее осуществлять высокоскоростную модуляцию, отличаться простотой, надежностью и малыми габаритами.

Существуют два различных источника света, широко используемых сегодня

на практике: светоизлучающий диод — СИД (LED) и лазерный диод — ЛД (LD).

Этот источник соединяется с детектором светового сигнала на удаленном конце через одно из оптических волокон (волоконно-оптическая среда передачи) в волоконно-оптическом кабеле (другие волокна используются для других целей, в том числе и для резервирования). Оптические волокна внутри кабеля могут быть как одномодовыми, так и многомодовыми.

Оба источника относятся к устройствам со сравнительно низким уровнем выходной мощности, лежащим в диапазоне от –10 дБм до +6 дБм. Они используют модуляцию по интенсивности. Физические размеры волокна (диаметр его сердцевины) определяют какого оно типа. Существуют как экономические, так и эксплуатационные соображения, которые могут определять, какой тип волокна нужно использовать для конкретного проекта.

Также важными являются схема модуляции и схема стабилизации (для ПОМ с лазерными диодами).

Основными характеристиками ПОМ являются мощность излучения, ширина спектральной полосы, срок службы, напряжение в цепи питания, пиковое значение длины волны излучения и диапазон рабочих температур.

Так как по заданию необходимо спроектировать линейный тракт с одномодовым оптическим волокном, то источником излучения должен быть лазерный диод. Для них существуют различные схемы включения, которые сложнее схем включения с СИД: схема, стабилизирующая среднюю мощность излучения; схема стабилзации смещения вблизи порога; схема регулировки тока смещения и тока накачки и другие.

Принцип работы схемы, стабилизирующей среднюю мощность, основан на поддержании средней мощности излучения путем регулировки тока смещения (I _см) лазера. Однако с ростом температуры характеристика лазерного диода смещается. При этом возрастает пороговый ток и практически не изменяется наклон рабочего участка. Другим дестабилизирующим фактором является деградация параметров лазерного диода при его старении, которая приводит к изменению наклона рабочего участка. При этом для поддержания постоянства разности пиковой и остаточной мощностей требуется регулировать импульсный ток накачки. Также в этой схеме при пропадании сигнала возможна подача на вход лазера тока, значение которого выше допустимого [2].

В схеме регулировки тока смещения и тока накачки необходим быстродействующий фотодетектор обратной связи и широкополосный усилитель, а две цепи регулировок делают схему менее устойчивой [2].

Этих недостатков лишена схема стабилизации смещения вблизи порога, поэтому в данной работе будет использоваться именно она. Схема приведена на рисунке 2.1 [2].

В этой схеме первый интегратор (Инт1) определяет среднее значение входного сигнала. Второй интегратор (Инт2) определяет среднее значение сигнала, снятого с оптического детектора. Разность напряжений, полученная на выходе операционного усилителя, поступает на регулируемый генератор тока (РГТ), который поддерживает ток смещения лазера в предпороговом режиме.

Рисунок 2.1 – Структурная схема ПОМ со стабилизацией смещения

вблизи порога

Достоинства:

• простота;

• не требует быстродействующего фотодетектора обратной связи;

• при пропадании входного сигнала схема излучает мощность,

соответствующую предпороговому режиму;

• устойчивость схемы;

• используется при любых кодах и форматах кода;

• отсутствуют скачки оптической мощности при пропадании сигнала

на входе.

Недостатки:

• не регулируется импульсная мощность.