Jako ważny element komunikacji światłowodowej, moduły optyczne są urządzeniami optoelektronicznymi realizującymi funkcje konwersji fotoelektrycznej i elektrooptycznej w procesie transmisji sygnału optycznego.
Moduł optyczny działa w warstwie fizycznej modelu OSI i jest jednym z podstawowych elementów systemu komunikacji światłowodowej.Składa się głównie z urządzeń optoelektronicznych (nadajników optycznych, odbiorników optycznych), obwodów funkcjonalnych i interfejsów optycznych.Jego główną funkcją jest realizacja funkcji konwersji fotoelektrycznej i konwersji elektrooptycznej w komunikacji światłowodowej.Zasada działania modułu optycznego jest pokazana na schemacie zasady działania modułu optycznego.
Interfejs wysyłający wprowadza sygnał elektryczny z określoną szybkością kodowania, a po przetworzeniu przez wewnętrzny układ sterownika modulowany sygnał optyczny o odpowiedniej szybkości jest emitowany przez napędzający laser półprzewodnikowy (LD) lub diodę elektroluminescencyjną (LED).Po transmisji światłowodem interfejs odbiorczy przesyła sygnał optyczny, który jest przetwarzany na sygnał elektryczny przez diodę fotodetektora, a po przejściu przez przedwzmacniacz wyprowadzany jest sygnał elektryczny o odpowiednim współczynniku kodowania.
Jakie są kluczowe wskaźniki wydajności modułu optycznego
Jak zmierzyć wskaźnik wydajności modułu optycznego?Możemy zrozumieć wskaźniki wydajności modułów optycznych z następujących aspektów.
Nadajnik modułu optycznego
Średnia moc optyczna nadawania
Średnia przesyłana moc optyczna odnosi się do mocy optycznej emitowanej przez źródło światła na końcu nadawczym modułu optycznego w normalnych warunkach pracy, co można rozumieć jako intensywność światła.Przesyłana moc optyczna jest związana z proporcją „1” w przesyłanym sygnale danych.Im więcej „1”, tym większa moc optyczna.Gdy nadajnik wysyła sygnał sekwencji pseudolosowej, „1” i „0” stanowią z grubsza połowę każdego z nich.W tym momencie moc uzyskana w teście jest średnią przesyłaną mocą optyczną, a jednostką jest W lub mW lub dBm.Wśród nich W lub mW jest jednostką liniową, a dBm jest jednostką logarytmiczną.W komunikacji zwykle używamy dBm do reprezentowania mocy optycznej.
Współczynnik ekstynkcji
Współczynnik ekstynkcji odnosi się do minimalnej wartości stosunku średniej mocy optycznej lasera podczas emisji wszystkich kodów „1” do średniej mocy optycznej emitowanej, gdy wszystkie kody „0” są emitowane w warunkach pełnej modulacji, a jednostką jest dB .Jak pokazano na rysunku 1-3, kiedy przekształcamy sygnał elektryczny na sygnał optyczny, laser w części nadawczej modułu optycznego przekształca go na sygnał optyczny zgodnie ze współczynnikiem kodowania wejściowego sygnału elektrycznego.Średnia moc optyczna, gdy wszystkie kody „1” reprezentują średnią moc lasera emitującego światło, średnia moc optyczna, gdy wszystkie kody „0” reprezentują średnią moc lasera, który nie emituje światła, a współczynnik ekstynkcji reprezentuje zdolność rozróżnienia między sygnałami 0 i 1, więc współczynnik ekstynkcji można uznać za miarę sprawności działania lasera.Typowe minimalne wartości współczynnika tłumienia mieszczą się w zakresie od 8,2 dB do 10 dB.
Środkowa długość fali sygnału optycznego
W widmie emisyjnym długość fali odpowiadająca punktowi środkowemu odcinka linii łączącego maksymalne wartości amplitudy 50℅.Różne typy laserów lub dwa lasery tego samego typu będą miały różne środkowe długości fal ze względu na proces, produkcję i inne przyczyny.Nawet ten sam laser może mieć różne środkowe długości fal w różnych warunkach.Ogólnie rzecz biorąc, producenci urządzeń optycznych i modułów optycznych dostarczają użytkownikom parametr, to znaczy środkową długość fali (taką jak 850 nm), a parametr ten jest ogólnie zakresem.Obecnie istnieją głównie trzy centralne długości fal powszechnie stosowanych modułów optycznych: pasmo 850 nm, pasmo 1310 nm i pasmo 1550 nm.
Dlaczego jest zdefiniowany w tych trzech pasmach?Jest to związane z utratą światłowodowego medium transmisyjnego sygnału optycznego.Dzięki ciągłym badaniom i eksperymentom stwierdzono, że utrata włókien zwykle zmniejsza się wraz z długością fali.Strata przy 850 nm jest mniejsza, a strata przy 900 ~ 1300 nm staje się wyższa;podczas gdy przy 1310 nm staje się niższy, a strata przy 1550 nm jest najniższa, a strata powyżej 1650 nm ma tendencję do wzrostu.Tak więc 850nm to tak zwane okno o krótkiej długości fali, a 1310nm i 1550nm to okno o dużej długości fali.
Odbiornik modułu optycznego
Przeciążenie mocy optycznej
Nazywana również nasyconą mocą optyczną, odnosi się do maksymalnej wejściowej średniej mocy optycznej, jaką odbiorcze komponenty końcowe mogą otrzymać przy określonym współczynniku błędów bitowych (BER=10-12) modułu optycznego.Jednostką jest dBm.
Należy zauważyć, że fotodetektor pojawi się zjawisko nasycenia fotoprądem przy silnym napromieniowaniu światłem.Gdy wystąpi to zjawisko, detektor potrzebuje pewnego czasu na regenerację.W tym czasie czułość odbioru maleje, a odbierany sygnał może być błędnie oceniany.powodować błędy w kodzie.Mówiąc prościej, jeśli wejściowa moc optyczna przekroczy tę przeciążoną moc optyczną, może to spowodować uszkodzenie sprzętu.Podczas użytkowania i obsługi staraj się unikać silnego naświetlania, aby zapobiec przekroczeniu mocy optycznej przeciążenia.
Czułość odbiornika
Czułość odbioru odnosi się do minimalnej średniej wejściowej mocy optycznej, którą odbiorcze komponenty końcowe mogą odbierać pod warunkiem określonej bitowej stopy błędów (BER=10-12) modułu optycznego.Jeżeli moc optyczna nadawania odnosi się do natężenia światła na końcu wysyłającym, to czułość odbioru odnosi się do natężenia światła, które może być wykryte przez moduł optyczny.Jednostką jest dBm.
Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa szybkość, tym gorsza czułość odbioru, to znaczy im większa minimalna odbierana moc optyczna, tym wyższe wymagania dotyczące końcowych elementów odbiorczych modułu optycznego.
Otrzymana moc optyczna
Odbierana moc optyczna odnosi się do średniego zakresu mocy optycznej, który odbiorcze elementy końcowe mogą odbierać pod warunkiem określonej bitowej stopy błędów (BER=10-12) modułu optycznego.Jednostką jest dBm.Górna granica odbieranej mocy optycznej to moc optyczna przeciążenia, a dolna granica to maksymalna wartość czułości odbioru.
Ogólnie rzecz biorąc, gdy odbierana moc optyczna jest niższa niż czułość odbioru, sygnał może nie być odbierany normalnie, ponieważ moc optyczna jest zbyt słaba.Gdy odbierana moc optyczna jest większa niż moc optyczna przeciążenia, sygnały mogą nie być odbierane normalnie z powodu błędów bitowych.
Kompleksowy indeks wydajności
szybkość interfejsu
Maksymalna prędkość sygnału elektrycznego bezbłędnej transmisji, jaką mogą przenosić urządzenia optyczne, określa standard Ethernet: 125Mbit/s, 1,25Gbit/s, 10,3125Gbit/s, 41,25Gbit/s.
Odległość transmisji
Odległość transmisji modułów optycznych jest ograniczona głównie stratami i dyspersją.Utrata to utrata energii świetlnej spowodowana absorpcją, rozproszeniem i wyciekiem w ośrodku, gdy światło jest przesyłane w światłowodzie.Ta część energii jest rozpraszana z określoną szybkością wraz ze wzrostem odległości transmisji.Dyspersja wynika głównie z faktu, że fale elektromagnetyczne o różnych długościach fal rozchodzą się z różnymi prędkościami w tym samym ośrodku, co powoduje, że składowe sygnału optycznego o różnych długościach fali docierają do końca odbiorczego w różnym czasie ze względu na kumulację odległości transmisji, co skutkuje poszerzenie, które uniemożliwia rozróżnienie wartości sygnałów.
Jeśli chodzi o ograniczoną dyspersję modułu optycznego, ograniczona odległość jest znacznie większa niż ograniczona odległość utraty, więc można ją zignorować.Granicę strat można oszacować według wzoru: odległość ograniczona strata = (transmitowana moc optyczna – czułość odbioru) / tłumienie światłowodu.Tłumienie światłowodu jest silnie związane z aktualnie wybranym światłowodem.
Czas postu: 27-04-2023