مبدأ عمل الوحدة البصرية

كجزء مهم من اتصالات الألياف الضوئية ، تعتبر الوحدات الضوئية أجهزة إلكترونية ضوئية تحقق وظائف التحويل الكهروضوئي والتحويل الكهروضوئي في عملية نقل الإشارات الضوئية.
تعمل الوحدة الضوئية في الطبقة المادية لنموذج OSI وهي أحد المكونات الأساسية في نظام اتصالات الألياف الضوئية.وهي تتألف بشكل أساسي من أجهزة إلكترونية ضوئية (أجهزة إرسال بصرية ، وأجهزة استقبال بصرية) ، ودوائر وظيفية ، وواجهات بصرية.وتتمثل وظيفتها الرئيسية في تحقيق وظائف التحويل الكهروضوئي والتحويل الكهروضوئي في اتصالات الألياف الضوئية.يظهر مبدأ عمل الوحدة البصرية في الرسم التخطيطي لمبدأ العمل للوحدة البصرية.

تقوم واجهة الإرسال بإدخال إشارة كهربائية بمعدل رمز معين ، وبعد معالجتها بواسطة شريحة المحرك الداخلية ، تنبعث الإشارة الضوئية المعدلة للمعدل المقابل بواسطة ليزر أشباه الموصلات الدافعة (LD) أو الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED).بعد الإرسال عبر الألياف الضوئية ، تنقل واجهة الاستقبال الإشارة الضوئية ويتم تحويلها إلى إشارة كهربائية بواسطة الصمام الثنائي للكاشف الضوئي ، ويتم إخراج إشارة كهربائية لمعدل الشفرة المقابل بعد المرور عبر مضخم أولي.
ما هي مؤشرات الأداء الرئيسية للوحدة البصرية
كيف يتم قياس مؤشر أداء الوحدة الضوئية؟يمكننا فهم مؤشرات الأداء للوحدات البصرية من الجوانب التالية.
الارسال للوحدة الضوئية
متوسط ​​قدرة الإرسال الضوئية
يشير متوسط ​​القدرة الضوئية المرسلة إلى خرج الطاقة الضوئية بواسطة مصدر الضوء في نهاية الإرسال للوحدة الضوئية في ظل ظروف العمل العادية ، والتي يمكن فهمها على أنها شدة الضوء.ترتبط القدرة الضوئية المرسلة بنسبة "1" في إشارة البيانات المرسلة.كلما زادت "1" ، زادت القوة الضوئية.عندما يرسل جهاز الإرسال إشارة تسلسل شبه عشوائي ، يمثل "1" و "0" نصف كل إشارة تقريبًا.في هذا الوقت ، تكون الطاقة التي تم الحصول عليها عن طريق الاختبار هي متوسط ​​القدرة الضوئية المرسلة ، وتكون الوحدة W أو mW أو dBm.من بينها ، W أو mW هي وحدة خطية ، و dBm هي وحدة لوغاريتمية.في الاتصال ، نستخدم عادةً dBm لتمثيل الطاقة الضوئية.
نسبة الانقراض
تشير نسبة الانقراض إلى القيمة الدنيا لنسبة متوسط ​​القدرة الضوئية لليزر عند إرسال جميع رموز "1" إلى متوسط ​​الطاقة الضوئية المنبعثة عندما تنبعث جميع "الرموز 0" في ظل ظروف تعديل كاملة ، وتكون الوحدة ديسيبل .كما هو مبين في الشكل 1-3 ، عندما نقوم بتحويل إشارة كهربائية إلى إشارة ضوئية ، فإن الليزر الموجود في الجزء المرسل من الوحدة الضوئية يحولها إلى إشارة ضوئية وفقًا لمعدل ترميز الإشارة الكهربائية المدخلة.متوسط ​​الطاقة الضوئية عندما تمثل جميع رموز "1" متوسط ​​طاقة الضوء المنبعث من الليزر ، ومتوسط ​​الطاقة الضوئية عندما تمثل جميع رموز "0" متوسط ​​طاقة الليزر الذي لا ينبعث منه ضوء ، وتمثل نسبة الانقراض القدرة للتمييز بين 0 و 1 إشارات ، لذلك يمكن اعتبار نسبة الانقراض مقياسًا لكفاءة تشغيل الليزر.تتراوح القيم الدنيا النموذجية لنسبة الانقراض من 8.2 ديسيبل إلى 10 ديسيبل.
الطول الموجي المركزي للإشارة الضوئية
في طيف الإرسال ، الطول الموجي المقابل لنقطة منتصف المقطع الخطي الذي يربط قيم الاتساع القصوى بمقدار 50.سيكون للأنواع المختلفة من الليزر أو نوعين من الليزر من نفس النوع أطوال موجية مركزية مختلفة بسبب العملية والإنتاج وأسباب أخرى.حتى الليزر نفسه قد يكون له أطوال موجية مركزية مختلفة في ظل ظروف مختلفة.بشكل عام ، توفر الشركات المصنعة للأجهزة البصرية والوحدات النمطية الضوئية للمستخدمين معلمة ، أي الطول الموجي المركزي (مثل 850 نانومتر) ، وهذه المعلمة هي عمومًا نطاق.في الوقت الحاضر ، هناك ثلاثة أطوال موجية مركزية للوحدات البصرية شائعة الاستخدام: نطاق 850 نانومتر ، ونطاق 1310 نانومتر ، ونطاق 1550 نانومتر.
لماذا يتم تعريفه في هذه النطاقات الثلاثة؟يرتبط هذا بفقدان وسيط نقل الألياف الضوئية للإشارة الضوئية.من خلال البحث والتجارب المستمرة ، وجد أن فقدان الألياف يتناقص عادة مع طول الطول الموجي.تكون الخسارة عند 850 نانومتر أقل ، وتصبح الخسارة عند 900 ~ 1300 نانومتر أعلى ؛بينما عند 1310 نانومتر ، يصبح أقل ، والخسارة عند 1550 نانومتر هي الأدنى ، والخسارة فوق 1650 نانومتر تميل إلى الزيادة.لذا فإن 850 نانومتر هي ما يسمى بالنافذة ذات الطول الموجي القصير ، و 1310 نانومتر و 1550 نانومتر هي النوافذ ذات الطول الموجي الطويل.
وحدة استقبال بصرية
الطاقة الضوئية الزائدة
تُعرف أيضًا باسم الطاقة الضوئية المشبعة ، وهي تشير إلى الحد الأقصى لمتوسط ​​الطاقة الضوئية التي يمكن أن تتلقاها المكونات الطرفية المستقبلة في ظل معدل خطأ معين في البت (BER = 10-12) للوحدة الضوئية.الوحدة ديسيبل.
وتجدر الإشارة إلى أن جهاز الكشف الضوئي سيظهر ظاهرة تشبع التيار الضوئي تحت إشعاع ضوئي قوي.عند حدوث هذه الظاهرة ، يحتاج الكاشف إلى فترة زمنية معينة للتعافي.في هذا الوقت ، تنخفض حساسية الاستقبال ، وقد يساء تقدير الإشارة المستقبلة.تسبب أخطاء التعليمات البرمجية.ببساطة ، إذا تجاوزت الطاقة الضوئية للإدخال هذه الطاقة الضوئية الزائدة ، فقد تتسبب في تلف الجهاز.أثناء الاستخدام والتشغيل ، حاول تجنب التعرض القوي للضوء لمنع تجاوز الطاقة الضوئية الزائدة.
المتلقي حساسية
تشير حساسية الاستلام إلى الحد الأدنى لمتوسط ​​القدرة الضوئية للإدخال التي يمكن أن تتلقاها المكونات الطرفية المستقبلة في ظل حالة معدل خطأ بت معين (BER = 10-12) للوحدة الضوئية.إذا كانت الطاقة الضوئية للإرسال تشير إلى شدة الضوء عند نهاية الإرسال ، فإن حساسية الاستقبال تشير إلى شدة الضوء التي يمكن اكتشافها بواسطة الوحدة الضوئية.الوحدة ديسيبل.
بشكل عام ، كلما ارتفع المعدل ، زادت حساسية الاستقبال ، أي كلما زاد الحد الأدنى من الطاقة الضوئية المستلمة ، زادت متطلبات المكونات الطرفية المستقبلة للوحدة الضوئية.
استقبل الطاقة الضوئية
تشير الطاقة الضوئية المستلمة إلى متوسط ​​نطاق القدرة الضوئية الذي يمكن أن تتلقاه المكونات الطرفية المستقبلة في ظل حالة معدل خطأ بت معين (BER = 10-12) للوحدة الضوئية.الوحدة ديسيبل.الحد الأعلى للطاقة الضوئية المستقبلة هو القدرة الضوئية الزائدة ، والحد الأدنى هو القيمة القصوى لحساسية الاستقبال.
بشكل عام ، عندما تكون الطاقة الضوئية المستقبلة أقل من حساسية الاستقبال ، فقد لا يتم استقبال الإشارة بشكل طبيعي لأن الطاقة الضوئية ضعيفة للغاية.عندما تكون الطاقة الضوئية المستقبلة أكبر من القدرة الضوئية الزائدة ، فقد لا يتم استقبال الإشارات بشكل طبيعي بسبب أخطاء البتات.
مؤشر الأداء الشامل
سرعة الواجهة
الحد الأقصى لمعدل الإشارة الكهربائية للإرسال الخالي من الأخطاء الذي يمكن أن تحمله الأجهزة البصرية ، ينص معيار Ethernet على: 125 ميجابت / ثانية ، 1.25 جيجابت / ثانية ، 10.3125 جيجابت / ثانية ، 41.25 جيجابت / ثانية.
مسافة الإرسال
إن مسافة نقل الوحدات الضوئية محدودة بشكل أساسي بسبب الفقد والتشتت.الفقد هو فقدان الطاقة الضوئية بسبب امتصاص وانتشار وتسرب الوسط عندما ينتقل الضوء في الألياف الضوئية.يتم تبديد هذا الجزء من الطاقة بمعدل معين مع زيادة مسافة النقل.يرجع التشتت بشكل أساسي إلى حقيقة أن الموجات الكهرومغناطيسية ذات الأطوال الموجية المختلفة تنتشر بسرعات مختلفة في نفس الوسط ، مما يؤدي إلى وصول مكونات الطول الموجي المختلفة للإشارة الضوئية إلى الطرف المستقبل في أوقات مختلفة بسبب تراكم مسافات الإرسال ، مما يؤدي إلى حدوث نبضة التوسيع ، مما يجعل من المستحيل تمييز قيمة الإشارات.
فيما يتعلق بالتشتت المحدود للوحدة الضوئية ، فإن المسافة المحدودة أكبر بكثير من المسافة المحدودة للخسارة ، لذلك يمكن تجاهلها.يمكن تقدير حد الخسارة وفقًا للصيغة: مسافة الخسارة المحدودة = (القدرة الضوئية المرسلة - حساسية الاستقبال) / توهين الألياف.يرتبط توهين الألياف الضوئية ارتباطًا وثيقًا بالألياف الضوئية المحددة الفعلية.