עקרון העבודה של המודול האופטי

כחלק חשוב בתקשורת סיבים אופטיים, מודולים אופטיים הם מכשירים אופטו-אלקטרוניים המממשים את הפונקציות של המרה פוטו-אלקטרית והמרה אלקטרו-אופטית בתהליך של העברת אותות אופטי.
המודול האופטי פועל בשכבה הפיזית של דגם ה-OSI והוא אחד ממרכיבי הליבה במערכת התקשורת של סיבים אופטיים.הוא מורכב בעיקר ממכשירים אופטיים (משדרים אופטיים, מקלטים אופטיים), מעגלים פונקציונליים וממשקים אופטיים.תפקידו העיקרי הוא לממש את פונקציות ההמרה הפוטואלקטרית וההמרה האלקטרו-אופטית בתקשורת סיבים אופטיים.עקרון העבודה של המודול האופטי מוצג בתרשים עקרון העבודה של המודול האופטי.

ממשק השליחה מכניס אות חשמלי עם קצב קוד מסוים, ולאחר שעובד על ידי שבב הנהג הפנימי, האות האופטי המאופנן של הקצב המתאים נפלט על ידי הלייזר המוליך למחצה (LD) או דיודה פולטת אור (LED).לאחר שידור דרך הסיב האופטי, ממשק הקליטה משדר את האות האופטי. הוא מומר לאות חשמלי על ידי דיודת photodetector, ואות חשמלי בקצב קוד מתאים יוצא לאחר מעבר דרך קדם מגבר.
מהם מדדי הביצועים העיקריים של המודול האופטי
כיצד למדוד את מדד הביצועים של המודול האופטי?אנו יכולים להבין את מדדי הביצועים של מודולים אופטיים מההיבטים הבאים.
משדר של מודול אופטי
כוח שידור אופטי ממוצע
ההספק האופטי הממוצע המועבר מתייחס לתפוקת הכוח האופטי ממקור האור בקצה המשדר של המודול האופטי בתנאי עבודה רגילים, שניתן להבין כעוצמת האור.ההספק האופטי המשודר קשור לפרופורציה של "1" באות הנתונים המועברים.ככל שיותר "1 אינץ', כך הכוח האופטי גדול יותר.כאשר המשדר שולח אות רצף פסאודו אקראי, "1" ו-"0" מהווים בערך חצי כל אחד.בשלב זה, ההספק המתקבל בבדיקה הוא ההספק האופטי הממוצע המשודר, והיחידה היא W או mW או dBm.ביניהם, W או mW היא יחידה לינארית, ו-dBm היא יחידה לוגריתמית.בתקשורת, אנו משתמשים בדרך כלל ב-dBm כדי לייצג כוח אופטי.
יחס הכחדה
יחס ההכחדה מתייחס לערך המינימלי של היחס בין ההספק האופטי הממוצע של הלייזר בעת פליטת כל קודי "1" להספק האופטי הממוצע הנפלט כאשר כל קודי "0" נפלטים בתנאי אפנון מלא, והיחידה היא dB .כפי שמוצג באיור 1-3, כאשר אנו ממירים אות חשמלי לאות אופטי, הלייזר בחלק המשדר של המודול האופטי ממיר אותו לאות אופטי בהתאם לקצב הקוד של האות החשמלי המבוא.ההספק האופטי הממוצע כאשר כל קודי "1" מייצגים את ההספק הממוצע של הלייזר הפולט אור, ההספק האופטי הממוצע כאשר כל קודי "0" מייצגים את ההספק הממוצע של הלייזר שאינו פולט אור, ויחס ההכחדה מייצג את היכולת כדי להבחין בין אותות 0 ל-1, כך שניתן להתייחס ליחס ההכחדה כמדד ליעילות פעולת הלייזר.ערכי מינימום אופייניים ליחס ההכחדה נעים בין 8.2dB ל-10dB.
אורך הגל המרכזי של האות האופטי
בספקטרום הפליטה, אורך הגל המתאים לנקודת האמצע של קטע הקו המחבר את ערכי המשרעת המקסימלית של 50℅.סוגים שונים של לייזרים או שני לייזרים מאותו סוג יהיו בעלי אורכי גל מרכזיים שונים עקב תהליך, ייצור וסיבות אחרות.אפילו לאותו לייזר עשויים להיות אורכי גל מרכזיים שונים בתנאים שונים.בדרך כלל, יצרנים של מכשירים אופטיים ומודולים אופטיים מספקים למשתמשים פרמטר, כלומר אורך הגל המרכזי (כגון 850nm), ופרמטר זה הוא בדרך כלל טווח.כיום, ישנם בעיקר שלושה אורכי גל מרכזיים של מודולים אופטיים נפוצים: פס 850nm, פס 1310nm ו-1550nm פס.
למה זה מוגדר בשלוש הלהקות האלה?זה קשור לאובדן של אמצעי השידור של סיב אופטי של האות האופטי.באמצעות מחקר וניסויים מתמשכים, נמצא כי איבוד הסיבים פוחת בדרך כלל עם אורך אורך הגל.ההפסד ב-850nm קטן, וההפסד ב-900 ~ 1300nm הופך גבוה יותר;בעוד שב-1310nm הוא הופך נמוך יותר, וההפסד ב-1550nm הוא הנמוך ביותר, וההפסד מעל 1650nm נוטה לגדול.אז 850nm הוא מה שנקרא חלון אורך גל קצר, ו-1310nm ו-1550nm הם חלונות באורך גל ארוך.
מקלט של מודול אופטי
עומס יתר על כוח אופטי
הידוע גם בשם הספק אופטי רווי, הוא מתייחס להספק האופטי הממוצע המרבי שרכיבי הקצה המקבלים יכולים לקבל בתנאי שיעור שגיאות סיביות מסוים (BER=10-12) של המודול האופטי.היחידה היא dBm.
יש לציין כי הפוטו-גלאי יופיע תופעת הרוויה של photocurrent תחת קרינת אור חזקה.כאשר תופעה זו מתרחשת, הגלאי זקוק לפרק זמן מסוים כדי להתאושש.בשלב זה, רגישות הקליטה יורדת, והאות המתקבל עשוי להיות מוערך לא נכון.לגרום לשגיאות קוד.במילים פשוטות, אם ההספק האופטי המבוא חורג מהספק האופטי של עומס יתר זה, זה עלול לגרום נזק לציוד.במהלך השימוש וההפעלה, נסה להימנע מחשיפה לאור חזקה כדי למנוע חריגה מהכוח האופטי של עומס יתר.
רגישות מקלט
רגישות קליטה מתייחסת להספק האופטי המינימלי הממוצע שרכיבי הקצה המקבלים יכולים לקבל בתנאי של שיעור שגיאות סיביות מסוים (BER=10-12) של המודול האופטי.אם עוצמת השידור האופטית מתייחסת לעוצמת האור בקצה השליחה, אזי רגישות הקליטה מתייחסת לעוצמת האור שניתן לזהות על ידי המודול האופטי.היחידה היא dBm.
באופן כללי, ככל שהקצב גבוה יותר, רגישות הקליטה גרועה יותר, כלומר ככל שההספק האופטי המינימלי המתקבל גדול יותר, כך הדרישות לרכיבי הקצה המקבלים של המודול האופטי גבוהות יותר.
קיבל כוח אופטי
ההספק האופטי המתקבל מתייחס לטווח ההספק האופטי הממוצע שרכיבי הקצה המקבלים יכולים לקבל בתנאי של שיעור שגיאות סיביות מסוים (BER=10-12) של המודול האופטי.היחידה היא dBm.הגבול העליון של ההספק האופטי המתקבל הוא ההספק האופטי של עומס יתר, והגבול התחתון הוא הערך המרבי של רגישות הקליטה.
באופן כללי, כאשר ההספק האופטי המתקבל נמוך יותר מרגישות הקליטה, ייתכן שהאות לא יתקבל כרגיל מכיוון שההספק האופטי חלש מדי.כאשר ההספק האופטי המתקבל גדול מהספק האופטי של עומס יתר, ייתכן שאותות לא יתקבלו כרגיל בגלל שגיאות סיביות.
אינדקס ביצועים מקיף
מהירות ממשק
קצב האות החשמלי המרבי של שידור ללא שגיאות שמכשירים אופטיים יכולים לשאת, קובע תקן Ethernet: 125Mbit/s, 1.25Gbit/s, 10.3125Gbit/s, 41.25Gbit/s.
מרחק שידור
מרחק השידור של מודולים אופטיים מוגבל בעיקר על ידי אובדן ופיזור.אובדן הוא אובדן אנרגיית האור עקב הקליטה, הפיזור והדליפה של המדיום כאשר אור מועבר בסיב האופטי.חלק זה של האנרגיה מתפזר בקצב מסוים ככל שמרחק השידור גדל.הפיזור נובע בעיקר מהעובדה שגלים אלקטרומגנטיים באורכי גל שונים מתפשטים במהירויות שונות באותו מדיום, וכתוצאה מכך רכיבי אורך גל שונים של האות האופטי מגיעים לקצה המקבל בזמנים שונים עקב הצטברות מרחקי שידור, וכתוצאה מכך דופק. הרחבה, מה שלא מאפשר להבחין בערך האותות.
במונחים של פיזור מוגבל של המודול האופטי, המרחק המוגבל גדול בהרבה מהמרחק המוגבל של האובדן, כך שניתן להתעלם ממנו.ניתן להעריך את מגבלת האובדן לפי הנוסחה: מרחק מוגבל אובדן = (הספק אופטי משודר – רגישות קליטה) / הנחתת סיבים.הנחתה של הסיב האופטי קשורה מאוד לסיב האופטי שנבחר בפועל.