หลักการทำงานของโมดูลออปติคัล

ในฐานะที่เป็นส่วนสำคัญของการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง โมดูลออปติคัลเป็นอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ตระหนักถึงการทำงานของการแปลงโฟโตอิเล็กทริกและการแปลงอิเล็กโทร-ออปติคัลในกระบวนการส่งสัญญาณออปติคอล
โมดูลออปติคัลทำงานที่ชั้นทางกายภาพของแบบจำลอง OSI และเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักในระบบการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงประกอบด้วยอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์เป็นหลัก (ตัวส่งแสง ตัวรับแสง) วงจรการทำงาน และส่วนต่อประสานแสงหน้าที่หลักของมันคือการตระหนักถึงการแปลงโฟโตอิเล็กทริกและการแปลงด้วยแสงไฟฟ้าในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงหลักการทำงานของโมดูลออปติคัลแสดงไว้ในไดอะแกรมหลักการทำงานของโมดูลออปติคัล

อินเทอร์เฟซการส่งจะป้อนสัญญาณไฟฟ้าด้วยอัตรารหัสที่แน่นอน และหลังจากประมวลผลโดยชิปไดรเวอร์ภายในแล้ว สัญญาณแสงที่มอดูเลตของอัตราที่สอดคล้องกันจะถูกปล่อยออกมาโดยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สำหรับการขับ (LD) หรือไดโอดเปล่งแสง (LED)หลังจากการส่งผ่านใยแก้วนำแสง อินเทอร์เฟซรับส่งสัญญาณแสง มันถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยไดโอดตรวจจับแสง และสัญญาณไฟฟ้าของอัตรารหัสที่สอดคล้องกันจะถูกส่งออกหลังจากผ่านปรีแอมป์
อะไรคือตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักของโมดูลออปติคัล
จะวัดดัชนีประสิทธิภาพของโมดูลออปติคอลได้อย่างไร?เราสามารถทำความเข้าใจตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของโมดูลออปติคัลได้จากประเด็นต่อไปนี้
เครื่องส่งสัญญาณของโมดูลออปติคัล
กำลังส่งแสงเฉลี่ย
กำลังแสงที่ส่งผ่านโดยเฉลี่ยหมายถึงกำลังแสงที่ส่งออกโดยแหล่งกำเนิดแสงที่ปลายการส่งสัญญาณของโมดูลออปติคัลภายใต้สภาวะการทำงานปกติ ซึ่งสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นความเข้มของแสงกำลังแสงที่ส่งเกี่ยวข้องกับสัดส่วนของ "1" ในสัญญาณข้อมูลที่ส่งยิ่ง “1” มาก พลังงานแสงก็ยิ่งมากขึ้นเมื่อเครื่องส่งสัญญาณส่งสัญญาณลำดับสุ่มหลอก "1" และ "0" คิดอย่างคร่าว ๆ อย่างละครึ่งในขณะนี้ กำลังไฟฟ้าที่ได้รับจากการทดสอบคือกำลังแสงที่ส่งโดยเฉลี่ย และมีหน่วยเป็น W หรือ mW หรือ dBmในหมู่พวกเขา W หรือ mW เป็นหน่วยเชิงเส้น และ dBm เป็นหน่วยลอการิทึมในการสื่อสาร เรามักจะใช้ dBm เพื่อแสดงพลังงานแสง
อัตราส่วนการสูญพันธุ์
อัตราส่วนการสูญเสียหมายถึงค่าต่ำสุดของอัตราส่วนกำลังแสงเฉลี่ยของเลเซอร์เมื่อปล่อยรหัส "1" ทั้งหมดไปยังกำลังแสงเฉลี่ยที่ปล่อยออกมาเมื่อรหัส "0" ทั้งหมดถูกปล่อยออกมาภายใต้สภาวะการมอดูเลตเต็มรูปแบบ และหน่วยคือ dB .ดังแสดงในรูปที่ 1-3 เมื่อเราแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสง เลเซอร์ในส่วนส่งสัญญาณของโมดูลแสงจะแปลงเป็นสัญญาณแสงตามอัตรารหัสของสัญญาณไฟฟ้าอินพุตกำลังแสงเฉลี่ยเมื่อรหัส "1" ทั้งหมดแสดงถึงกำลังเฉลี่ยของเลเซอร์ที่เปล่งแสง กำลังแสงเฉลี่ยเมื่อรหัส "0" ทั้งหมดแสดงกำลังเฉลี่ยของเลเซอร์ที่ไม่ปล่อยแสง และอัตราส่วนการสูญเสียแสดงถึงความสามารถ เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างสัญญาณ 0 และ 1 ดังนั้นอัตราส่วนการสูญเสียจึงถือเป็นการวัดประสิทธิภาพการทำงานของเลเซอร์ค่าต่ำสุดโดยทั่วไปสำหรับอัตราส่วนการสูญพันธุ์อยู่ในช่วงตั้งแต่ 8.2dB ถึง 10dB
ความยาวคลื่นศูนย์กลางของสัญญาณแสง
ในสเปกตรัมการปล่อย ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับจุดกึ่งกลางของส่วนของเส้นที่เชื่อมต่อค่าแอมพลิจูดสูงสุด 50℅เลเซอร์ประเภทต่างๆ หรือเลเซอร์ประเภทเดียวกันสองตัวจะมีความยาวคลื่นตรงกลางที่แตกต่างกันเนื่องจากกระบวนการ การผลิต และเหตุผลอื่นๆแม้แต่เลเซอร์ชนิดเดียวกันก็อาจมีความยาวคลื่นตรงกลางต่างกันภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกันโดยทั่วไป ผู้ผลิตอุปกรณ์ออปติกและโมดูลออปติคัลจะกำหนดพารามิเตอร์ให้กับผู้ใช้ ซึ่งก็คือความยาวคลื่นตรงกลาง (เช่น 850 นาโนเมตร) และพารามิเตอร์นี้มักเป็นช่วงในปัจจุบัน โมดูลออปติคัลที่ใช้กันโดยทั่วไปมีความยาวคลื่นกลางสามช่วง: แบนด์ 850nm, แบนด์ 1310nm และแบนด์ 1550nm
ทำไมถึงกำหนดเป็นสามวงนี้?สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการสูญเสียสื่อการส่งผ่านใยแก้วนำแสงของสัญญาณแสงจากการวิจัยและทดลองอย่างต่อเนื่องพบว่าการสูญเสียเส้นใยมักจะลดลงตามความยาวของคลื่นการสูญเสียที่ 850nm จะน้อยลง และการสูญเสียที่ 900 ~ 1300nm จะสูงขึ้นในขณะที่ 1310nm จะลดลง และการสูญเสียที่ 1550nm จะต่ำที่สุด และการสูญเสียที่สูงกว่า 1650nm มีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นดังนั้น 850nm จึงเรียกว่าหน้าต่างความยาวคลื่นสั้น และ 1310nm และ 1550nm เป็นหน้าต่างความยาวคลื่นยาว
ตัวรับของโมดูลออปติคัล
กำลังไฟเกินพิกัด
เรียกอีกอย่างว่าพลังงานออปติคอลอิ่มตัว ซึ่งหมายถึงกำลังออปติคัลเฉลี่ยอินพุตสูงสุดที่ส่วนประกอบปลายรับสามารถรับได้ภายใต้เงื่อนไขอัตราข้อผิดพลาดบิต (BER=10-12) ของโมดูลออปติคัลหน่วยเป็น dBm
ควรสังเกตว่าตัวตรวจจับแสงจะปรากฏปรากฏการณ์ความอิ่มตัวของกระแสแสงภายใต้การฉายรังสีที่มีแสงจ้าเมื่อปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้น ตัวตรวจจับต้องใช้เวลาระยะหนึ่งในการกู้คืนในเวลานี้ ความไวในการรับจะลดลง และสัญญาณที่ได้รับอาจผิดพลาดทำให้เกิดข้อผิดพลาดของรหัสพูดง่ายๆ ก็คือ หากพลังงานออปติคัลอินพุตเกินกำลังออปติคัลที่โอเวอร์โหลดนี้ อาจทำให้อุปกรณ์เสียหายได้ระหว่างการใช้งานและการทำงาน พยายามหลีกเลี่ยงการสัมผัสแสงจ้าเพื่อป้องกันไม่ให้กำลังแสงเกินพิกัด
ความไวของตัวรับสัญญาณ
ความไวในการรับหมายถึงพลังงานออปติคัลอินพุตเฉลี่ยขั้นต่ำที่ส่วนประกอบปลายทางการรับสามารถรับได้ภายใต้เงื่อนไขของอัตราข้อผิดพลาดบิต (BER=10-12) ของโมดูลออปติคัลหากพลังงานแสงที่ส่งหมายถึงความเข้มของแสงที่ปลายส่ง ความไวในการรับจะหมายถึงความเข้มของแสงที่โมดูลออปติกตรวจจับได้หน่วยเป็น dBm
โดยทั่วไป ยิ่งอัตราสูง ความไวในการรับก็จะยิ่งแย่ลง กล่าวคือ ยิ่งได้รับพลังงานออปติกขั้นต่ำมากเท่าใด ข้อกำหนดสำหรับส่วนประกอบปลายรับของโมดูลออปติคัลก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น
ได้รับพลังงานแสง
กำลังแสงที่ได้รับหมายถึงช่วงกำลังแสงเฉลี่ยที่ส่วนประกอบปลายรับสามารถรับได้ภายใต้เงื่อนไขของอัตราข้อผิดพลาดบิต (BER=10-12) ของโมดูลออปติคัลหน่วยเป็น dBmขีดจำกัดสูงสุดของพลังงานแสงที่ได้รับคือพลังงานแสงที่มากเกินไป และขีดจำกัดล่างคือค่าสูงสุดของความไวในการรับ
โดยทั่วไป เมื่อกำลังแสงที่ได้รับต่ำกว่าความไวในการรับ สัญญาณอาจไม่ได้รับตามปกติเนื่องจากกำลังแสงอ่อนเกินไปเมื่อพลังงานแสงที่ได้รับมากกว่าพลังงานแสงที่โอเวอร์โหลด สัญญาณอาจไม่ได้รับตามปกติเนื่องจากข้อผิดพลาดบิต
ดัชนีประสิทธิภาพที่ครอบคลุม
ความเร็วอินเทอร์เฟซ
อัตราสัญญาณไฟฟ้าสูงสุดของการส่งข้อมูลโดยปราศจากข้อผิดพลาดที่อุปกรณ์ออปติกสามารถพกพาได้ มาตรฐานอีเทอร์เน็ตกำหนด: 125Mbit/s, 1.25Gbit/s, 10.3125Gbit/s, 41.25Gbit/s
ระยะการส่ง
ระยะการส่งข้อมูลของโมดูลออปติคัลถูกจำกัดโดยการสูญเสียและการกระจายเป็นหลักการสูญเสียคือการสูญเสียพลังงานแสงเนื่องจากการดูดกลืน การกระเจิง และการรั่วของตัวกลางเมื่อแสงถูกส่งผ่านใยแก้วนำแสงพลังงานส่วนนี้จะกระจายออกไปในอัตราที่แน่นอนเมื่อระยะการส่งเพิ่มขึ้นการกระจายตัวมีสาเหตุหลักมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างกันแพร่กระจายด้วยความเร็วต่างกันในตัวกลางเดียวกัน ส่งผลให้ส่วนประกอบของสัญญาณแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันมาถึงปลายทางในเวลาที่ต่างกัน เนื่องจากการสะสมของระยะการส่งข้อมูล ส่งผลให้เกิดพัลส์ กว้างขึ้นซึ่งทำให้ไม่สามารถแยกแยะค่าสัญญาณได้
ในแง่ของการกระจายที่จำกัดของโมดูลออปติคัล ระยะทางที่จำกัดนั้นมากกว่าระยะทางที่จำกัดของการสูญเสีย ดังนั้นจึงสามารถละเว้นได้ขีดจำกัดการสูญเสียสามารถประมาณได้ตามสูตร: ระยะทางจำกัดการสูญเสีย = (พลังงานแสงที่ส่ง – ความไวในการรับ) / การลดทอนของไฟเบอร์การลดทอนของใยแก้วนำแสงมีความสัมพันธ์อย่างมากกับใยแก้วนำแสงที่เลือกจริง