Волоконно-оптические системы передачи
Источники оптического излучения для ВОСП. Требования, предъявляемые к источникам. Классификация. Характеристики.
Источник оптического излучения преобразует электрическую энергию возбуждения в энергию оптического излучения заданного спектрального состава и пространственного распределения.
Требования к источникам излучения:
1. Совместимость с оптической средой передачи, т. е. длина волны излучения должна соответствовать окнам прозрачности ОВ.
2. Высокая мощность излучения и эффективный ввод излучения в волокно.
3. Узкая спектральная полоса излучения и высокое быстродействие при модуляции.
4. Длительный срок службы (не менее 105 часов).
5. Устойчивость источника к перегрузкам и изменению параметров окружающей среды.
6. Высокая технологичность производства и миниатюрность исполнения.
Указанным требованиям удовлетворяют полупроводниковые источники излучения.
Классификация:
· Светоизлучающие диоды – СИДы, используемые в связи, излучают свет в близкой ИК области. Они недороги, по сравнению с большинством лазеров.
· Лазерные диоды обычно используются для линий связи большой длины или при большой скорости передачи (выше 155 Мбит/с).
Характеристики источников излучения (рисунки в раздатке):
1. Ватт - амперная характеристика (ВтАХ, ВАХ) – это зависимость мощности излучения от тока инжекции или накачки.
Диаграмма направленности излучения показывает распределение мощности в пространстве. Направленность является важной характеристикой для волоконно-оптических приложений. После выхода света из источника начинается расширение светового пучка, и только малая его часть в действительности попадает в волокно. Чем уже световой пучок, тем большая часть света может попасть в волокно. Хорошие источники должны иметь малые диаметры выходных пучков свет.
3. Спектральная характеристика - зависимость относительной мощности излучения от длины волны. По спектральной характеристике на уровне 0,5 от максимальной мощности (Pumax) определяется ширина спектра излучения источника (Dl).
4. Быстродействие источника - определяет время преобразования электрического сигнала в оптический сигнал. На выходе источника импульс считается преобразованным, если его мощность достигла значения 0,9 Pumax. Быстродействие характеризуется через время нарастания tн – это время в течение, которого амплитуда импульса изменяется от уровня 0,1 до 0,9 от максимальной мощности (Pumax).
5. Время деградации определяется уменьшением излучаемой мощности в два раза при одном и том же токе накачки. Так как ЛД работают при более высоких плотностях тока накачки, это приводит к более быстрой деградации полупроводникового слоя.
6. Стабильность параметров во времени:
· СИД: По мере эксплуатации источника излучения его характеристики постепенно ухудшаются – падает мощность излучения, и, в конце концов, он выходит из строя. Это связано с деградацией полупроводникового слоя d. Надёжность полупроводникового излучателя определяется средней наработкой на отказ. Наработка на отказ СИД составляет105-106ч.
ЛД: Сначала лазерные диоды обладали значительно меньшей надёжностью, чем СИД, так как они требовали бóльших токов накачки. Затем удалось значительно повысить надёжность ЛД и приблизить их к СИД по времени наработки на отказ, которое составляет 104-105ч.
Лазерные диоды. Принцип действия. Конструкция. Характеристики лазерных диодов.
Лазер – прибор, генерирующий оптическое когерентное излучение на основе эффекта вынужденного или стимулированного излучения.
Принцип действия лазерного диода основан на возникновении инверсии населенности (преобладания частиц с большими энергетическими уровнями) в области полупроводникового p-n перехода в процессе инжекции (увеличения концентрации) носителей электрического заряда: электронов или дырок.
Кристалл полупроводника в лазерном диоде выполнен в виде тонкой прямоугольной пластинки, являющейся, по сути, оптическим волноводом. Чтобы из пластины сделать полупроводниковый электронный компонент – его легируют с двух сторон таким образом, чтобы с одной стороны получилась n-область, а с другой – p-область.
Торцевые стороны пластины очень тщательно полируются, чтобы получился оптический резонатор. В результате даже один фотон света, попавший внутрь пластины и имеющий направление движение, перпендикулярное этим отполированным торцам, будет многократно отражаться и создавать все больше и больше новых фотонов. И как только количество вновь созданных фотонов, которые также движутся перпендикулярно отполированным сторонам пластины, превысит количество новых фотонов, которые поодиноко вылетают из нее (теряются) – начнется генерация лазерного луча.
Лазерный луч на выходе из пластины достаточно тонок, но он сразу же начинает расходиться (рассеиваться). Чтобы собрать его снова производители лазерных диодов используют специальные собирающие линзы (рисунок в раздатке).
Характеристики ЛД
1)Ватт - амперная характеристика (ВтАХ, ВАХ) – это зависимость мощности излучения от тока инжекции или накачки.
2) Диаграмма направленности излучения показывает распределение мощности в пространстве (Для ЛД в параллельной и перпендикулярной 
=20-30° 
=30-60 °).
3)Спектральная характеристика- зависимость относительной мощности излучения от длины волны. По спектральной характеристике на уровне 0,5 от максимальной мощности (Pumax) определяется ширина спектра излучения источника.