Comment l'émetteur optique est développé et fonctionne
L'utilisation des ondes lumineuses pour transmettre des signaux de télévision et des données est une nouvelle science et technologie développée à la fin du 20e siècle. Son apparition a permis au monde'L'industrie de l'information doit se développer rapidement. Aujourd'hui, la technologie de transmission par fibre optique se développe à une vitesse qui dépasse celle des humains.'l'imagination. Sa vitesse de transmission optique est 100 fois supérieure à celle d'il y a 10 ans et on estime qu'elle augmentera d'environ 100 fois au cours des développements futurs. Avec le développement continu de la technologie de transmission par fibre optique, le multiplexage, le démultiplexage, le routage et la commutation peuvent être effectués dans le domaine optique. Le réseau peut utiliser les énormes ressources de bande passante de la fibre optique pour augmenter la capacité du réseau et réaliser la transmission « transparente » de plusieurs services.
Le système de transmission optique est principalement composé d'émetteurs optiques, de récepteurs optiques, de séparateurs optiques, de câbles à fibres optiques et d'autres composants.
I. Un principe de base de la transmission par fibre optique de signaux optiques
La transmission optique est une technologie qui transmet sous forme de signaux optiques entre l'émetteur et le récepteur. Le processus de travail de transmission optique des signaux TV est effectué entre l'émetteur optique, la fibre optique et le récepteur optique ; l'émetteur optique dans la salle informatique centrale convertit le signal TV RF d'entrée en un signal optique, composé d'un convertisseur électrique/optique (le transducteur électrique-optique (E/O) est terminé et le signal optique converti est reçu par le dispositif de réception de guide de transmission par fibre optique (récepteur optique), et le récepteur optique convertit le signal optique obtenu à partir de la fibre optique en un signal électrique. Par conséquent, le principe de base du signal de transmission optique est l'ensemble du processus électrique/optique et optique/. conversion électrique, également appelée liaison optique.
La méthode de transmission optique actuelle utilise la modulation de l'intensité lumineuse. Par exemple, un dispositif émetteur de lumière laser émet une lumière dite cohérente avec la même phase. Par conséquent, une méthode de modulation qui modifie l’intensité lumineuse globale est adoptée. Il utilise la variation linéaire de la puissance optique de sortie correspondant à la variation du courant du signal d'entrée du convertisseur électrique/optique. caractéristiques.
Dans le transducteur optique-électrique (O/E), le courant de sortie est proportionnel à l'intensité du signal optique d'entrée. La forme d'onde du courant de sortie du convertisseur optique/électrique est donc similaire à la forme d'onde du courant d'entrée du convertisseur électrique/optique, atteignant ainsi l'objectif de transmission du signal.
Alors, comment la fibre optique guide-t-elle le signal optique ? À l'heure actuelle, la fibre optique utilisée dans le système de télévision par câble est une fibre optique cylindrique composée d'un cylindre de fibre optique et d'une gaine et constituée d'un matériau en verre de quartz. Le revêtement joue le rôle d'enfermer étroitement la lumière dans la fibre optique, de protéger le cœur et d'améliorer la résistance de la fibre optique elle-même. Le rôle du cœur de fibre est de transmettre des signaux optiques. Bien que le noyau et la gaine soient tous deux constitués de matériaux en verre de quartz, il existe des différences dans la composition dopante des deux pendant la production, ce qui conduit à des indices de réfraction différents (le noyau est de 1,463 à 1,467 et la gaine est de 1,45 à 1,46). bien sûr, cela est également lié aux différents matériaux utilisés. Lorsque la source de lumière émise par le laser pénètre dans le cœur de la fibre, lorsque la lumière pénètre dans l'interface de la gaine, tant que l'angle incident est supérieur à l'angle critique, la réflexion totale se produira dans le cœur et la lumière ne coulera pas dans le revêtement. Le signal optique dans le noyau continuera à se propager sans interruption jusqu'à ce qu'il soit dirigé vers le récepteur optique. Ce processus constitue le principe de base de la transmission du signal optique dans la fibre optique.
II. Distorsion dans la transmission optique
Lorsque la lumière est transmise dans une fibre optique, une certaine distorsion se produit également. Les raisons de la distorsion sont les suivantes :
(1) Dans le système de transmission à fibre optique, en raison de la non-linéarité des caractéristiques de conversion électrique/optique du laser à semi-conducteur, le signal optique de sortie est incompatible avec la modification du courant d'excitation, ce qui entraîne une distorsion appelée distorsion de modulation. La valeur de l'indice de modulation M ne doit pas être trop grande. Il est nécessaire de choisir un émetteur optique doté de hautes performances et d'une forte technologie de traitement de pré-distorsion. La technologie de traitement de pré-distorsion utilise une conception artificielle pour générer une pré-distorsion afin d'améliorer la linéarité de la modulation, de manière à éliminer et à réduire le système de transmission par fibre optique. Le but du CSO et du CTB.
(2) Dans le système de transmission optique, étant donné que l'amplificateur RF de commande et l'amplificateur RF de réception ont peu de risque de distorsion, la photodiode PIN linéaire peut ignorer la légère distorsion car le niveau du signal n'est pas trop élevé. La raison principale est la distorsion des caractéristiques de modulation du laser à semi-conducteur et la dispersion des fibres.
(3) Lorsque le laser module l'intensité de la lumière, la longueur d'onde de la lumière change et une modulation de fréquence supplémentaire apparaît, ce qui élargit la fréquence du signal et provoque un effet chirp, qui se manifeste principalement par une distorsion CSO.
(4) Les caractéristiques de dispersion de la fibre optique entraîneront des différences dans le retard de groupe des différentes longueurs d'onde, entraînant une distorsion causée par des temps d'arrivée incohérents au terminal, principalement une distorsion CSO.
La distorsion produite dans le système de transmission par fibre optique est principalement une distorsion CSO, et le degré de distorsion CTB est bien inférieur à la distorsion CSO. Afin de garantir la qualité de transmission du système et de maintenir le rapport porteuse/bruit et les performances de distorsion du système dans une plage raisonnable, les mesures prises sont générales : utilisez les indicateurs CNR pour équilibrer les indicateurs CSO et CTB. Si vous augmentez ou diminuez la valeur CNR de 1 dB, alors le CSO se détériorera ou s'améliorera de 1 dB et l'indice CTB se détériorera ou s'améliorera de 2 dB.
III. Principes de fonctionnement de l'émetteur optique
Le dispositif optique le plus important de l’émetteur optique est le laser à semi-conducteur. En fait, il s'agit d'une diode laser (LD). Bien entendu, certains n'utilisent pas de diodes laser mais utilisent des diodes électroluminescentes à semi-conducteur (Light Emitting Diode, LED). de.
L'émetteur optique 1310 nm adopte généralement le mode de modulation directe (modulation d'amplitude de bande latérale résiduelle, mode VSB-AM). Sa fonction est de convertir les signaux électriques en signaux optiques, ce qui peut être réalisé en modifiant l'alimentation du laser injecté via un circuit externe. Le circuit de polarisation qu'il définit peut fournir la meilleure alimentation de polarisation pour le laser. Le laser aura une puissance de sortie différente lorsque le courant de polarisation est différent. Pour assurer une sortie stable de puissance optique, un circuit de contrôle automatique de la puissance optique et de la température du laser doit être conçu, tel que l'utilisation de micro-ordinateurs pour obtenir le meilleur état de fonctionnement du contrôle automatique de l'émetteur optique.
Les lasers sont largement utilisés comme oscillateurs optiques (c'est-à-dire dispositifs électroluminescents), qui reposent sur l'interaction entre l'état énergétique du matériau du support laser et la lumière.
Pour que le laser fonctionne, il doit y avoir une certaine quantité de courant. Il existe une certaine relation entre la taille de ce courant et l'intensité lumineuse. Lorsque le courant augmente, l’intensité lumineuse augmente fortement. Cela indique que le laser a commencé à fonctionner. Cela fait fonctionner le laser. Le courant est appelé courant de seuil. Plus il est petit, mieux c'est, car cela a déjà permis au laser de fonctionner. Si le courant de seuil continue d'augmenter, la zone de saturation de sortie se formera. Lorsque le courant de zone de saturation atteint une certaine valeur, le signal sera transmis. En termes de puissance requise pour la transmission par fibre optique, la puissance de sortie de plusieurs mégawatts dans la région linéaire peut répondre aux exigences de transmission longue distance de signaux et d'informations. Outre l’intensité lumineuse, la qualité de transmission de la lumière est également liée à des problèmes tels que le spectre et le bruit.
Le spectre multi-longueurs d'onde n'est pas adapté à la transmission de signaux analogiques de haute qualité. Même s'il fonctionne en monomode, son spectre d'émission est large. Plus la largeur est étroite, plus l’onde lumineuse devient pure et plus elle devient cohérente dans le temps. Ce sont des ondes lumineuses avec une bonne cohérence. L'onde lumineuse avec une bonne cohérence n'a pas besoin de lentilles ni d'autres dispositifs pour la faire converger vers un petit point, et elle est plus adaptée à l'incidence des fibres optiques.
IV. Principes de fonctionnement du récepteur optique
Le composant principal du récepteur optique est le photodétecteur, c'est-à-dire la photodiode haute sensibilité (PIN). La photodiode utilise l'effet photoélectrique du semi-conducteur pour compléter la détection du signal optique afin que le signal optique soit restauré au signal RF TV, puis au signal RF. Après amplification et contrôle du niveau AGC, le signal RF qualifié est émis pour le distribution en réseau.
Les principales technologies de récepteurs optiques sont C/N, C/CTB et C/CSO. Ces trois indicateurs techniques sont tous déterminés par les performances du module de conversion photoélectrique. Dans le cas d'une même entrée de puissance optique, le niveau RF de la sortie de conversion est différent. Lorsque l'efficacité de conversion du module photoélectrique est élevée, sa puissance de sortie. Même si le niveau est élevé, l'indice de valeur C/N qu'il apporte est bon, et vice versa, l'indice de valeur C/N se détériore. Les deux indicateurs techniques C/CSO et C/CTB sont déterminés par la linéarité du module photoélectrique. Les modules photoélectriques de haute qualité permettent une plage de puissance de réception plus large sous les mêmes indicateurs C/CSO et C/CTB.
V. Perspectives de développement des dispositifs optiques
Avec la mise à jour continue de la technologie de transmission par fibre optique dans les réseaux à large bande et l'amélioration continue des services multifonctionnels, les exigences relatives aux caractéristiques de transmission des dispositifs optiques et des fibres optiques sont de plus en plus élevées. L’ère des fibres optiques remplaçant les fils de cuivre arrive enfin. Sur les traces de l'ère de l'information Avec l'avènement, les perspectives de développement de la technologie de transmission optique sont très larges.
Sélection et utilisation de l'émetteur optique
L'émetteur optique est l'équipement de base du système de transmission par câble optique. Sa fonction est de moduler optiquement l'entrée du signal électrique de télévision par câble radiofréquence vers l'émetteur optique pour réaliser une conversion électrique et optique (E/O) et d'envoyer des signaux optiques continus, stables et fiables au système de câble optique. Les types d'émetteurs optiques actuellement sur le marché : selon leurs différentes méthodes de modulation, ils sont divisés en deux types : les émetteurs optiques à modulation directe et les émetteurs optiques à modulation externe. Les émetteurs optiques directement modulés sont principalement utilisés dans les systèmes à fibre optique de 1 310 nm, et les émetteurs optiques à modulation externe sont principalement utilisés dans les systèmes à fibre optique de 1 550 nm. Qu'il s'agisse d'un émetteur optique à modulation directe ou externe, son composant principal est composé de lasers.
Modulez directement l'émetteur laser
1.Composition
La composition de l'émetteur optique à modulation directe, en plus des composants laser DFB du composant principal, comprend une alimentation électrique, un circuit de polarisation laser, un circuit de démarrage lent du laser, un circuit de protection contre les surcharges et un circuit de protection d'entraînement, un circuit de contrôle de puissance et de refroidissement, une lumière. circuit de détection, circuit de compensation de distorsion, puce photodétecteur (PIN) (pour la détection de puissance optique et le contrôle automatique de la puissance), réfrigérateur à semi-conducteurs et thermistance pour le contrôle automatique bidirectionnel de la température (ATC), etc.
2. Processus de travail
Le signal d’entrée de l’émetteur optique est le signal radiofréquence (RF) du téléviseur. À l'avant, plusieurs signaux RF sont mélangés en un seul signal par un multiplexeur puis envoyés à l'entrée de l'émetteur optique. Après avoir été amplifié par un préamplificateur, il s'agit d'une atténuation, d'une compensation de distorsion et d'un contrôle automatique du niveau de puissance contrôlés électroniquement. , Puis pilotez la puce laser pour effectuer une modulation électrique/optique et convertissez le signal électrique en un signal de modulation optique. L'ajout d'un isolateur optique à l'extrémité de sortie peut réduire considérablement l'influence de l'onde lumineuse réfléchie par le câble optique sur le laser. Le signal optique est envoyé au câble optique via le joint mobile optique, et le signal optique est transmis à chaque point optique via le câble optique.
On peut voir que la puissance d'émission et la distorsion non linéaire du laser dépendent du courant de polarisation (IO), de sorte que l'émetteur optique est équipé du circuit de polarisation et du circuit de compensation de distorsion du laser pour assurer la stabilité de l'indice non linéaire et du sortie de transmission.
Lorsque la température du laser augmente, le seuil augmente, l'intensité lumineuse de sortie saturée diminue et la plage linéaire de la courbe PI diminue (c'est-à-dire que la plage 2 auto-dynamique diminue). Afin de garantir que l'émetteur optique fonctionne toujours normalement, il faut s'assurer que le laser fonctionne à une température constante (généralement 25degréC). Le refroidisseur à semi-conducteur et la thermistance utilisés pour le contrôle automatique bidirectionnel de la température (ATC) de l'émetteur optique sont garantis pour fonctionner à une température constante de 25degréC.
Il y a un microprocesseur dans l'émetteur optique et les meilleures données sur l'état de fonctionnement du laser sont stockées dans la puce. Le laser peut démarrer lentement et le courant du lecteur RF TV peut être automatiquement déconnecté pour protéger le laser. Les différents interrupteurs en face avant de l'émetteur optique sont contrôlés par un microprocesseur.
Les changements de température et le vieillissement de l'appareil entraîneront des modifications du courant de seuil du laser et de l'efficacité de la conversion photoélectrique. Si vous souhaitez contrôler avec précision la puissance de sortie optique du laser, vous devez résoudre ce problème sous deux aspects : l'un consiste à contrôler le courant de polarisation du laser afin qu'il suive automatiquement le seuil. Le changement de courant garantit que le laser fonctionne toujours dans le meilleur état de polarisation ; la seconde consiste à contrôler l’amplitude du courant de modulation laser pour suivre automatiquement l’évolution de l’efficacité de conversion électrique et optique. Le contrôle automatique de la puissance accomplit les deux tâches ci-dessus pour garantir que le laser délivre une puissance optique précise.
Émetteur optique modulé extérieurement
L'émetteur optique modulé extérieurement est composé d'un modulateur externe, d'un laser, d'un circuit de contrôle laser, d'un circuit de contrôle de modulation, d'un microprocesseur, d'un circuit de pré-distorsion, d'un photodétecteur, d'un atténuateur de signal RF, d'un amplificateur, d'une alimentation, etc.
3. Comparaison des émetteurs optiques à modulation directe et à modulation externe
Les émetteurs à modulation directe sont principalement utilisés pour les lasers DFB. Les lasers DFB ont une bonne linéarité et peuvent obtenir de meilleures valeurs CTB et CSOsans compensation des circuits de pré-distorsion. Cependant, en raison de la modulation directe, il existe une modulation de fréquence supplémentaire et les indicateurs de distorsion non linéaire (en particulier la valeur CSO) peuvent difficilement être très élevés.
L'émetteur DFB a des performances stables, une structure simple et un prix bas, il est donc largement utilisé.
La puissance de l'émetteur optique à modulation directe n'est généralement pas trop grande, dans les limites de 18 nw, par conséquent, la distance de transmission est limitée et il est généralement utilisé dans les réseaux de distribution locaux et les réseaux de transmission par câble optique au niveau des communes. Ce type d'émetteur optique est principalement utilisé dans les réseaux de fibre optique de 1310nm, et l'atténuation de la fibre optique de 1310 nm est de 0,35 dB/km, de sorte que la distance de transmission maximale ne dépasse pas 35 kilomètres.
Émetteur optique modulé extérieurement : puissance de sortie élevée, jusqu'à 2×20mw ou plus (deux sorties), faible bruit et aucune distorsion cso causée par la combinaison de caractéristiques de modulation de fréquence supplémentaires et de dispersion de fibre similaires à celles du LD. Par conséquent, il est souvent utilisé dans la transmission longue distance de systèmes filaires à grande échelle. Les émetteurs optiques modulés extérieurement utilisent généralement des lasers YAG. Une fois les lasers YAG modulés en externe, la linéarité est très mauvaise et des circuits de pré-distorsion doivent être utilisés pour compenser. En raison de sa moindre dispersion, l'émetteur optique YAG est très approprié pour la fibre optique d'une longueur d'onde de 1 550 nm, principalement utilisée dans les réseaux de fibre optique de 1 550 nm. La lumière YAG est transmise dans le réseau de fibre optique 1550 nm, qui peut être utilisé pour l'amplification et le relais. La fibre optique 1550 nm a une faible atténuation (0,25 dB/km), de sorte que l'émetteur optique YAG peut être utilisé pour une transmission ultra longue distance. L'émetteur optique modulé extérieurement est utilisé dans le réseau de fibre optique 1310 nm, et la distance de transmission peut atteindre 50 kilomètres, ce qui est également plus rapide que la distance de transmission de l'émetteur optique à modulation directe. Cependant, les émetteurs optiques modulés en externe sont coûteux et les réseaux de fibres optiques pour la transmission à courte distance utilisent rarement des émetteurs optiques modulés en externe.
4. Les indicateurs techniques de l'émetteur optique
Les indicateurs techniques de l'émetteur optique constituent la base de la sélection de l'émetteur optique, et les bons paramètres de performance de l'émetteur optique affectent directement les bons indicateurs techniques de l'ensemble du système de télévision par câble.
5. Le choix de l'émetteur optique
Il est très important que les techniciens de télévision par câble comprennent et maîtrisent la composition, le principe de fonctionnement et les paramètres de performance des émetteurs optiques, car ce n'est qu'en maîtrisant les principes de fonctionnement de base et les indicateurs de performance techniques des émetteurs optiques que les émetteurs optiques peuvent être utilisés de manière efficace et raisonnable. Bon entretien quotidien.
À l'heure actuelle, il existe de nombreux fabricants étrangers et nationaux d'émetteurs optiques. Il existe plusieurs types d'émetteurs optiques, et les indicateurs de performance et les prix autonomes sont également très différents. Une sélection raisonnable présente un grand avantage pour garantir la qualité du réseau de fibre optique et réduire le coût de construction du réseau. Un rapport performance-prix élevé, un système d'assurance qualité fiable et une bonne garantie de service après-vente sont le choix de l'équipement optique
