اصل کار ماژول نوری

به عنوان بخش مهمی از ارتباطات فیبر نوری، ماژول های نوری دستگاه های اپتوالکترونیکی هستند که عملکردهای تبدیل فوتوالکتریک و تبدیل الکترواپتیکی را در فرآیند انتقال سیگنال نوری درک می کنند.
ماژول نوری در لایه فیزیکی مدل OSI کار می کند و یکی از اجزای اصلی در سیستم ارتباطی فیبر نوری است.عمدتاً از وسایل الکترونیک نوری (فرستنده های نوری، گیرنده های نوری)، مدارهای عملکردی و رابط های نوری تشکیل شده است.عملکرد اصلی آن تحقق تبدیل فوتوالکتریک و توابع تبدیل الکترواپتیکی در ارتباطات فیبر نوری است.اصل کار ماژول نوری در نمودار اصل کار ماژول نوری نشان داده شده است.

رابط ارسال یک سیگنال الکتریکی با نرخ کد مشخصی را وارد می کند و پس از پردازش توسط تراشه راننده داخلی، سیگنال نوری مدوله شده نرخ مربوطه توسط لیزر نیمه هادی محرک (LD) یا دیود ساطع نور (LED) ساطع می شود.پس از انتقال از طریق فیبر نوری، رابط گیرنده سیگنال نوری را ارسال می کند و توسط یک دیود آشکارساز نوری به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود و یک سیگنال الکتریکی با نرخ کد مربوطه پس از عبور از یک پیش تقویت کننده خروجی می شود.
شاخص های کلیدی عملکرد ماژول نوری چیست؟
چگونه شاخص عملکرد ماژول نوری را اندازه گیری کنیم؟ما می توانیم شاخص های عملکرد ماژول های نوری را از جنبه های زیر درک کنیم.
فرستنده ماژول نوری
میانگین توان نوری انتقال
میانگین توان نوری ارسالی به توان نوری خروجی توسط منبع نور در انتهای فرستنده ماژول نوری در شرایط کاری عادی اشاره دارد که می تواند به عنوان شدت نور درک شود.توان نوری ارسالی مربوط به نسبت "1" در سیگنال داده ارسالی است.هر چه "1" بیشتر باشد، قدرت نوری بیشتر است.هنگامی که فرستنده یک سیگنال توالی شبه تصادفی ارسال می کند، "1" و "0" تقریباً نیمی از هر کدام را تشکیل می دهند.در این زمان، توان به دست آمده توسط آزمایش، میانگین توان نوری ارسالی است و واحد W یا mW یا dBm است.در میان آنها، W یا mW یک واحد خطی است، و dBm یک واحد لگاریتمی است.در ارتباطات، ما معمولا از dBm برای نمایش توان نوری استفاده می کنیم.
نسبت انقراض
نسبت خاموشی به حداقل مقدار نسبت میانگین توان نوری لیزر هنگام انتشار همه کدهای "1" به میانگین توان نوری ساطع شده زمانی که همه کدهای "0" تحت شرایط مدولاسیون کامل گسیل می شوند، اشاره دارد و واحد dB است. .همانطور که در شکل 1-3 نشان داده شده است، وقتی سیگنال الکتریکی را به سیگنال نوری تبدیل می کنیم، لیزر در قسمت فرستنده ماژول نوری آن را با توجه به نرخ کد سیگنال الکتریکی ورودی به سیگنال نوری تبدیل می کند.میانگین توان نوری زمانی که همه کدهای "1" نشان دهنده توان متوسط ​​نور ساطع کننده لیزر هستند، میانگین توان نوری زمانی که همه کدهای "0" نشان دهنده میانگین توان لیزری است که نور ساطع نمی کند، و نسبت خاموشی نشان دهنده توانایی است. برای تمایز بین سیگنال های 0 و 1، بنابراین نسبت خاموشی را می توان به عنوان معیاری برای بازده عملیات لیزر در نظر گرفت.حداقل مقادیر معمولی برای نسبت انقراض از 8.2dB تا 10dB متغیر است.
طول موج مرکزی سیگنال نوری
در طیف انتشار، طول موج مربوط به نقطه میانی بخش خطی است که مقادیر حداکثر دامنه 50 ℅ را به هم متصل می کند.انواع مختلف لیزر یا دو لیزر از یک نوع به دلیل فرآیند، تولید و دلایل دیگر، طول موج های مرکز متفاوتی خواهند داشت.حتی یک لیزر ممکن است در شرایط مختلف دارای طول موج های مرکزی متفاوت باشد.به طور کلی، سازندگان دستگاه‌های نوری و ماژول‌های نوری یک پارامتر، یعنی طول موج مرکزی (مانند 850 نانومتر) را در اختیار کاربران قرار می‌دهند و این پارامتر عموماً یک محدوده است.در حال حاضر، به طور عمده سه طول موج مرکزی از ماژول های نوری رایج وجود دارد: باند 850 نانومتر، باند 1310 نانومتر و باند 1550 نانومتر.
چرا در این سه باند تعریف شده است؟این به از دست دادن رسانه انتقال فیبر نوری سیگنال نوری مربوط می شود.از طریق تحقیقات و آزمایشات مداوم، مشخص شد که از دست دادن فیبر معمولاً با طول موج کاهش می یابد.تلفات در 850 نانومتر کمتر است و تلفات در 900 ~ 1300 نانومتر بیشتر می شود.در حالی که در 1310 نانومتر، کمتر می شود، و تلفات در 1550 نانومتر کمترین است، و تلفات بالای 1650 نانومتر تمایل به افزایش دارد.بنابراین 850 نانومتر به اصطلاح پنجره با طول موج کوتاه است و 1310 نانومتر و 1550 نانومتر پنجره های با طول موج بلند هستند.
گیرنده ماژول نوری
توان نوری اضافه بار
همچنین به عنوان توان نوری اشباع شده شناخته می شود، به حداکثر توان نوری متوسط ​​ورودی اطلاق می شود که اجزای انتهای گیرنده می توانند تحت شرایط نرخ خطای بیت معین (BER=10-12) ماژول نوری دریافت کنند.واحد dBm است.
لازم به ذکر است که آشکارساز نوری پدیده اشباع جریان نوری را تحت تابش نور قوی ظاهر می کند.هنگامی که این پدیده رخ می دهد، آشکارساز به مدت زمان معینی برای بازیابی نیاز دارد.در این زمان، حساسیت دریافت کاهش می یابد و سیگنال دریافتی ممکن است اشتباه ارزیابی شود.باعث ایجاد خطا در کدبه بیان ساده، اگر توان نوری ورودی از این توان نوری اضافه بار بیشتر شود، ممکن است به تجهیزات آسیب برساند.در طول استفاده و کار، سعی کنید از قرار گرفتن در معرض نور شدید جلوگیری کنید تا از بیش از حد بار نوری بیش از حد جلوگیری کنید.
حساسیت گیرنده
حساسیت دریافتی به حداقل میانگین توان نوری ورودی اطلاق می شود که اجزای انتهای گیرنده می توانند تحت شرایط نرخ خطای بیت معین (BER=10-12) ماژول نوری دریافت کنند.اگر توان نوری ارسالی به شدت نور در انتهای ارسال اشاره داشته باشد، آنگاه حساسیت دریافت به شدت نوری اشاره دارد که توسط ماژول نوری قابل تشخیص است.واحد dBm است.
به طور کلی، هرچه این نرخ بالاتر باشد، حساسیت دریافتی بدتر است، یعنی هرچه حداقل توان نوری دریافتی بیشتر باشد، الزامات برای اجزای انتهایی دریافت کننده ماژول نوری بالاتر است.
توان نوری دریافت کرد
توان نوری دریافتی به محدوده توان نوری متوسطی اطلاق می شود که اجزای انتهایی گیرنده می توانند تحت شرایط نرخ خطای بیت معین (BER=10-12) ماژول نوری دریافت کنند.واحد dBm است.حد بالایی توان نوری دریافتی توان نوری اضافه بار و حد پایینی حداکثر مقدار حساسیت دریافتی است.
به طور کلی، زمانی که توان نوری دریافتی کمتر از حساسیت دریافت کننده باشد، سیگنال ممکن است به طور معمول دریافت نشود زیرا قدرت نوری بسیار ضعیف است.وقتی توان نوری دریافتی بیشتر از توان نوری اضافه بار باشد، ممکن است سیگنال ها به دلیل خطاهای بیتی به طور معمول دریافت نشوند.
شاخص عملکرد جامع
سرعت رابط
حداکثر نرخ سیگنال الکتریکی انتقال بدون خطا که دستگاه‌های نوری می‌توانند حمل کنند، استاندارد اترنت: 125 مگابیت بر ثانیه، 1.25 گیگابیت بر ثانیه، 10.3125 گیگابیت در ثانیه، 41.25 گیگابیت بر ثانیه.
فاصله انتقال
فاصله انتقال ماژول های نوری عمدتاً توسط از دست دادن و پراکندگی محدود می شود.اتلاف عبارت است از اتلاف انرژی نور به دلیل جذب، پراکندگی و نشت محیط هنگام انتقال نور در فیبر نوری.این بخش از انرژی با افزایش فاصله انتقال با سرعت معینی تلف می شود.پراکندگی عمدتاً به این دلیل است که امواج الکترومغناطیسی با طول‌موج‌های مختلف با سرعت‌های متفاوتی در یک محیط پخش می‌شوند و در نتیجه اجزای طول موج متفاوت سیگنال نوری به دلیل تجمع فواصل انتقال در زمان‌های مختلف به انتهای گیرنده می‌رسند و در نتیجه پالس ایجاد می‌شود. گسترش، که تشخیص ارزش سیگنال را غیرممکن می کند.
از نظر پراکندگی محدود ماژول نوری، فاصله محدود به مراتب بیشتر از فاصله محدود از دست دادن است، بنابراین می توان آن را نادیده گرفت.حد تلفات را می توان بر اساس فرمول تخمین زد: فاصله محدود اتلاف = (قدرت نوری ارسالی - حساسیت دریافت) / تضعیف فیبر.تضعیف فیبر نوری به شدت با فیبر نوری انتخاب شده واقعی مرتبط است.