Передающий оптический модуль

Передающие оптоэлектронные модули (ПОМ), применяемые в волоконно–оптических системах, предназначены для преобразования электрических сигналов в оптические. Последние должны быть введены в волокно с минимальными потерями. Производятся разнообразные ПОМ, отличающиеся по конструкции, а так же по типу источника излучения. Одни работают на невысоких скоростях на линиях с максимальной длиной до нескольких метров, другие передают сотни и даже тысячи мегпбит в секунду на расстояния в несколько десятков километров.

В состав оптического передатчика обычно входят источник оптического излучения, согласующее оптическое устройство, электронные схемы модуляции и стабилизации режимов работы источника излучения.

Главным элементом ПОМ является источник излучения. Он должен излучать на длине волны, соответствующей одному из окон прозрачности ОВ; обеспечивать достаточно высокую мощность излучения и эффективный ввод его в ОВ; иметь высокое быстродействие, позволяющее осуществлять высокоскоростную модуляцию; отличаться простотой, надежностью и малыми габаритами.

Приёмный оптический модуль.

Приёмные оптические модули (ПРОМ) являются важными элементами волоконно-оптических систем. Их функция преобразование оптического сигнала, принятого из волокна, в электрический, который обрабатывается далее электронными устройствами.

Основными элементами ПРОМ являются фотоприёмник, преобразующий полученный оптический сигнал в электрический, и каскад электрических усилителей, усиливающих сигнал и преобразующих его в форму, пригодную для обработки.

Фотодетектор, как и источник оптического излучения, должен отвечать определенным требованиям, а именно: обладать высокой чувствительностью и быстродействием, вносить минимальные шумы в приемную систему, отличаться стабильностью рабочих характеристик, иметь небольшие размеры, быть высоконадежным и недорогим.

Полнее всего этим требованиям удовлетворяют полупроводниковые фотодетекторы.

Принцип работы фотоприемника. Среди полупроводниковых фотодетекторов наибольшее применение в ВОСП получили pin-фотодиоды (ФД) и лавинные фотодиоды (ЛФД). В основе работы фотоприёмника лежит явление внутреннего фотоэффекта, при котором в результате поглощения фотонов с энергией, превышающей энергию запрещённой зоны, происходит переход электронов из валентной зоны в зону проводимости (генерация электронно-дырочных пар). Если к полупроводнику приложить напряжение, то появится электрический ток, обусловленный движением электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне.

Эффективная регистрация генерируемых в полупроводнике электронно-дырочных пар обеспечивается путём разделения носителей заряда. Для этого используется полупроводниковая конструкция с р-n-переходом, которая называется фотодиодом.

p-i-n-фотодиод. Отличительной особенностью p-i-n - фотодиода является наличие i-слоя (слаболегированного полупроводника n-типа) между слоями p⁺- и n⁺-типа (+ означает сильное легирование) (рисунок №13).

Такой i-слой называется обеднённым слоем, поскольку в нём нет свободных носителей. Сильное легирование крайних слоев делает их проводящими, поэтому всё напряжение падает на i-слое и в нём создаётся максимальное значение электрического поля. Но поскольку в i-слое нет свободных носителей, то в нём нет и электрического тока.

Рисунок №13 Схема структуры p-i-n – фотодиода

При наличии падающего на i-слой излучения в нём образуются свободные электронно-дырочные пары, которые под воздействием электрического поля быстро разделяются и двигаются в противоположных направлениях к своим электродам, образуя электрический ток. Электрический ток идёт до тех пор, пока образуются электронно-дырочные пары, то есть пока на фотодиод падает свет. Эффективным является воздействие излучения только с i-слоем, поэтому его делают протяжённым, а крайние слои узкими.

Лавинные фотодиоды. Главное отличие ЛФД от обычного фотодиода наличие внутреннего усиления сигнала. Если структура слоев у обычного фотодиода имеет вид p⁺-i-n⁺, то в ЛФД добавляют р-слой (p⁺-i-p-n⁺). Причём профиль распределения легирующих примесей выбирается так, чтобы наибольшее сопротивление, а следовательно, и наибольшую напряжённость электрического поля имел р-слой.

При воздействии света на i-слой образуются электронно-дырочные пары и благодаря небольшому полю происходит направленное движение носителей к соответствующим полюсам (рисунок №14).

Рисунок №14 Схема структуры лавинного фотодиода

10) Топология оптической транспортной сети «Кольцо». Технология повышения надёжности в топологии «Кольцо».

В оптических транспортных сетях широко используется топология «Кольцо» («Ring»). Рассмотрим в качестве примера оптическую транспортную сеть, которая организованна между четырьмя узлами оптической транспортной сети. Для упрощения рисунка не буде показывать оборудование сетей связи общего пользования.

Рисунок №15

В топологии «Кольцо» на каждом узле связи установлен АДМ (промежуточное оборудование). Организация передаваемых цифровых потоков производится следующим образом: Для конкретного узла связи одна и та же информация передаётся и принимается по двум направлениям:

1) По часовой стрелке;

2) Против часовой стрелки.

Передача информации производится по и против часовой стрелки с любого АДМ на любой АДМ.

Приём информации производится из того тракта, который обеспечивает БОЛЕЕ ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО (то есть каждый АДМ непрерывно мониторит коэффициенты ошибок по битам с каждого направления приёма (восток или запад). Выбирают то направление, где коэффициент ошибок меньше, а в случае изменения коэффициента ошибок происходит автоматическое переключение на другое направление приёма. При возникновении одного линейного повреждения оптическая транспортная сеть «Кольцо» автоматически производит переключение направлений приёма информационного потока, соответственно не теряется дорогостоящий трафик. Поэтому на оптических городских транспортных сетях в качестве основной используется топология «Кольцо», а на второстепенных направлениях, где малый объём трафика используется дополнительно к топологии «Кольцо» топологии «Точка–точка» и «Линейная цепь». В результате формируется оптическая транспортная сеть сложной структуры.