Kot pomemben del komunikacije z optičnimi vlakni so optični moduli optoelektronske naprave, ki uresničujejo funkcije fotoelektrične pretvorbe in elektrooptične pretvorbe v procesu prenosa optičnega signala.
Optični modul deluje na fizični ravni modela OSI in je ena od osrednjih komponent v komunikacijskem sistemu z optičnimi vlakni.V glavnem je sestavljen iz optoelektronskih naprav (optični oddajniki, optični sprejemniki), funkcijskih vezij in optičnih vmesnikov.Njegova glavna naloga je uresničiti funkcije fotoelektrične pretvorbe in elektrooptične pretvorbe v komunikaciji z optičnimi vlakni.Princip delovanja optičnega modula je prikazan v diagramu principa delovanja optičnega modula.
Vmesnik za pošiljanje vnaša električni signal z določeno kodno hitrostjo in potem, ko ga notranji gonilniški čip obdela, moduliran optični signal ustrezne hitrosti oddaja pogonski polprevodniški laser (LD) ali svetleča dioda (LED).Po prenosu skozi optično vlakno sprejemni vmesnik oddaja optični signal. Fotodetektorska dioda ga pretvori v električni signal, električni signal z ustrezno kodno hitrostjo pa se odda po prehodu skozi predojačevalnik.
Kateri so ključni kazalci delovanja optičnega modula
Kako izmeriti indeks zmogljivosti optičnega modula?Kazalnike delovanja optičnih modulov lahko razumemo z naslednjih vidikov.
Oddajnik optičnega modula
Povprečna oddajna optična moč
Povprečna oddana optična moč se nanaša na izhodno optično moč vira svetlobe na oddajnem koncu optičnega modula v običajnih delovnih pogojih, kar je mogoče razumeti kot jakost svetlobe.Oddana optična moč je povezana z deležem "1" v oddanem podatkovnem signalu.Več kot je »1«, večja je optična moč.Ko oddajnik pošlje signal psevdonaključnega zaporedja, sta »1« in »0« približno polovica vsakega.V tem času je moč, dobljena s preskusom, povprečna oddana optična moč, enota pa W ali mW ali dBm.Med njimi je W ali mW linearna enota, dBm pa logaritemska enota.V komunikaciji običajno uporabljamo dBm za predstavitev optične moči.
Razmerje izumrtja
Ekstinkcijsko razmerje se nanaša na najmanjšo vrednost razmerja med povprečno optično močjo laserja pri oddajanju vseh kod »1« in povprečno oddano optično močjo, ko so vse kode »0« oddane v pogojih polne modulacije, enota pa je dB .Kot je prikazano na sliki 1-3, ko pretvorimo električni signal v optični signal, ga laser v oddajnem delu optičnega modula pretvori v optični signal glede na kodno hitrost vhodnega električnega signala.Povprečna optična moč, ko vse kode »1« predstavljajo povprečno moč laserja, ki oddaja svetlobo, povprečna optična moč, ko vse kode »0« predstavljajo povprečno moč laserja, ki ne oddaja svetlobe, in ekstinkcijsko razmerje predstavlja sposobnost za razlikovanje med signaloma 0 in 1, tako da je razmerje ekstinkcije mogoče obravnavati kot merilo učinkovitosti delovanja laserja.Običajne minimalne vrednosti za ekstinkcijsko razmerje so od 8,2 dB do 10 dB.
Središčna valovna dolžina optičnega signala
V emisijskem spektru je valovna dolžina, ki ustreza sredini črte, ki povezuje največje vrednosti amplitude 50℅.Različni tipi laserjev ali dva laserja istega tipa bodo imeli različni središčni valovni dolžini zaradi postopka, proizvodnje in drugih razlogov.Celo isti laser ima lahko različne središčne valovne dolžine pod različnimi pogoji.Na splošno proizvajalci optičnih naprav in optičnih modulov uporabnikom zagotovijo parameter, to je središčno valovno dolžino (kot je 850 nm), ta parameter pa je na splošno obseg.Trenutno obstajajo predvsem tri osrednje valovne dolžine pogosto uporabljenih optičnih modulov: pas 850 nm, pas 1310 nm in pas 1550 nm.
Zakaj je opredeljen v teh treh pasovih?To je povezano z izgubo optičnega medija za prenos optičnega signala.Z nenehnimi raziskavami in poskusi je bilo ugotovljeno, da se izguba vlaken običajno zmanjšuje z dolžino valovne dolžine.Izguba pri 850 nm je manjša, izguba pri 900 ~ 1300 nm pa postane večja;medtem ko pri 1310 nm postane nižja, izguba pri 1550 nm pa je najmanjša, izguba nad 1650 nm pa se povečuje.Torej je 850 nm tako imenovano okno kratke valovne dolžine, 1310 nm in 1550 nm pa sta okni dolge valovne dolžine.
Sprejemnik optičnega modula
Preobremenitev optične moči
Znan tudi kot nasičena optična moč, se nanaša na največjo vhodno povprečno optično moč, ki jo lahko prejmejo sprejemne končne komponente pod določeno stopnjo bitne napake (BER=10-12) pogojem optičnega modula.Enota je dBm.
Upoštevati je treba, da se bo fotodetektor pod močnim svetlobnim obsevanjem pojavil kot pojav nasičenosti s fototokom.Ko pride do tega pojava, potrebuje detektor določen čas, da si opomore.V tem času se sprejemna občutljivost zmanjša in sprejeti signal je lahko napačno ocenjen.povzročajo napake kode.Preprosto povedano, če vhodna optična moč preseže to optično moč preobremenitve, lahko povzroči poškodbe opreme.Med uporabo in delovanjem se poskušajte izogibati močni svetlobi, da preprečite prekoračitev optične moči preobremenitve.
Občutljivost sprejemnika
Sprejemna občutljivost se nanaša na najmanjšo povprečno vhodno optično moč, ki jo sprejemne končne komponente lahko sprejmejo pod pogojem določene stopnje bitnih napak (BER=10-12) optičnega modula.Če se oddajna optična moč nanaša na jakost svetlobe na oddajnem koncu, potem se sprejemna občutljivost nanaša na jakost svetlobe, ki jo lahko zazna optični modul.Enota je dBm.
Na splošno velja, da višja kot je stopnja, slabša je sprejemna občutljivost, to je, večja kot je najmanjša sprejeta optična moč, višje so zahteve za sprejemne končne komponente optičnega modula.
Prejeta optična moč
Prejeta optična moč se nanaša na povprečno območje optične moči, ki jo lahko sprejemne končne komponente sprejmejo pod pogojem določene stopnje bitnih napak (BER=10-12) optičnega modula.Enota je dBm.Zgornja meja sprejete optične moči je optična moč preobremenitve, spodnja meja pa največja vrednost sprejemne občutljivosti.
Na splošno, ko je sprejeta optična moč nižja od sprejemne občutljivosti, signal morda ne bo sprejet normalno, ker je optična moč prešibka.Ko je sprejeta optična moč večja od optične moči preobremenitve, signali morda ne bodo sprejeti normalno zaradi bitnih napak.
Celovit indeks uspešnosti
hitrost vmesnika
Največjo hitrost električnega signala prenosa brez napak, ki ga lahko prenašajo optične naprave, standard Ethernet določa: 125Mbit/s, 1,25Gbit/s, 10,3125Gbit/s, 41,25Gbit/s.
Oddajna razdalja
Razdalja prenosa optičnih modulov je omejena predvsem z izgubo in disperzijo.Izguba je izguba svetlobne energije zaradi absorpcije, sipanja in uhajanja medija, ko se svetloba prenaša v optičnem vlaknu.Ta del energije se razprši z določeno hitrostjo, ko se razdalja prenosa poveča.Disperzija je predvsem posledica dejstva, da se elektromagnetni valovi različnih valovnih dolžin širijo z različnimi hitrostmi v istem mediju, kar ima za posledico komponente različnih valovnih dolžin optičnega signala, ki prispejo na sprejemni konec ob različnih časih zaradi kopičenja razdalj prenosa, kar povzroči impulz razširitev, ki onemogoča razlikovanje vrednosti signalov.
V smislu omejene razpršenosti optičnega modula je omejena razdalja veliko večja od omejene razdalje izgube, zato jo je mogoče prezreti.Mejo izgube je mogoče oceniti po formuli: omejena razdalja izgube = (oddana optična moč – sprejemna občutljivost) / slabljenje vlakna.Slabljenje optičnega vlakna je močno povezano z dejanskim izbranim optičnim vlaknom.
Čas objave: 27. aprila 2023