2.3. Передающие оптоэлектронные модули

Передающий оптоэлектронный модуль (ПОМ)  изделие оптоэлектроники, предназначенное для преобразования электрических сигналов в оптические. Элементами, выполняющими эти преобразования, являются полупроводниковые источники: ЛД и СИД.

Типичный ПОМ содержит полупроводниковый источник излучения, электронные схемы возбуждения и стабилизации работы излучателя, а также оптический соединитель или отрезок оптического кабеля. Передающий модуль выполняется в виде герметичной конструкции, что повышает надежность и улучшает условия эксплуатации. В зависимости от вида передаваемых сигналов ПОМ могут быть аналоговыми и цифровыми.

Условные обозначения ПОМ представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Группа		Подгруппа		Вид
наименование	обознач.	наименование.	обознач.	наименование	обознач.
Цифровой	Ц	Источник излучения: Лазер СИД	Л С	Без ограничения формата данных С ограничением формата данных	1 2
Аналоговый	А	Лазер СИД	Л С	Для непрерывных сигналов Прочие	1 2

П ример: ПОМ-ЦЛО2-2  передающий оптоэлектронный модуль, цифровой, с лазером в качестве источника излучения, номер разработки 02, с ограничением формата данных.

Основными параметрами передающих оптических модулей цифровых ВОСП являются:

 средняя мощность излучения;

 длина волны;

 ширина спектра излучения;

 время нарастания импульса;

 скорость передачи;

 диапазон рабочих температур;

 напряжение в цепи питания;

 потребляемый ток;

 срок службы.

Большинство ПОМ работает при температуре 10... +60 ⁰ С, но выпускаются модули, работающие в диапазоне температур  40...+70 ⁰ С. Значение длины волны оптического излучателя обычно указывается для температуры + 25 ⁰ С. При повышении температуры длина волны увеличивается.

ПОМ состоит из оптической головки и модулятора, основным назначением которого является модуляция излучаемого света. СИД устанавливается на теплоотводящем радиаторе. Излучение выводится через отрезок оптического волокна. Модулятор смонтирован в общем корпусе с оптической головкой и представляет собой микроэлектронную схему, преобразующую импульсы входного напряжения в импульсы тока в цепи питания СИД.

Структура ПОМ с СИД проще, чем с лазерным диодом. Схема простейшего ПОМ с СИД приведена на рисунке 2.15.

+Е

ОВ

М VT

U_вх

R₁

R₂

Рис.2.15. Схема ПОМ с СИД

Упрощенная структурная схема ПОМ с ЛД приведена на рисунке 2.16.

Схема встроен. Сигнал

диагностики аварии

U_вх Вх. устр-во Формир. имп.

и сх. блокир. тока накачки

СУ

ОВ

ФД

ЛД

Схема Схема Усилитель

термостабилизации регулирования фототока

тока смещения

Рис. 2.16. Схема ПОМ с ЛД

ПОМ с ЛД также состоит из оптической головки и электронной схемы. В оптической головке модуля находятся лазерный диод и фотодиод (как правило, p-i-n диод) обратной связи, детектирующий излучение, выходящее через заднюю грань лазера. Для повышения надежности и улучшения тепловых режимов устанавливаются схемы термостабилизации. Модулятор состоит из входного устройства и формирователя импульсов тока накачки. Входное устройство, наряду с функцией приведения параметров входного сигнала к требуемым значениям, выполняет функцию защиты лазерного диода от бросков тока в момент включения, а также обеспечивает блокировку лазерного диода в случае отсутствия входного сигнала.

Схема регулировки тока смещения обеспечивает стабилизацию средней мощности излучения ЛД.

Схема встроенной диагностики предназначена для контроля состояния ЛД и обеспечивает сигнализацию об окончании ресурса работы. Контроль ведется по току накачки. При значительном возрастании тока накачки формируется сигнал аварии.

Основные характеристики некоторых отечественных промышленных ПОМ приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3.

Тип прибора	Рабочая длина волны, мкм	Средняя выходная мощность, мВт	Скорость передачи, Мбит/с	Ток накачки мА	Примеча- ние
ПОМ4А	0,83	0,1	до 35
ПОМ4Б	1,3	0,75	до 70
ПОМ6	1,271,33	1,5	280 (170)		Одномодовый
ПОМ7	0,80,9	0,1	до 20
ПОМ13 М	1,55	1,5		200
ПОМ14	1,3	2	560	60	Одномодовый
ПОМ140,85	0,820,86	2	140	50
ПОМ18	1,55	1,5	560	60	Одномодовый
ПОМ191	1,3	1	0,1-6 ГГц	60	Аналоговый

В данной лекции были рассмотрены назначение, основные характеристики, структура ПОМ, методы модуляции оптических сигналов, применяемые в современных ВОСП, показаны основные источники излучения, их принцип работы и конструктивные особенности.

Контрольные вопросы

1. Какая длина волны изначально использовалась в волоконной оптике?

а) 1550 нм;

б) 1300 нм;

в) 820 нм;

г) все вышеперечисленные.

2. Мощность излучения каких СИД больше?

а) торцевых;

б) поверхностных;

г) гибридных.

3. Какие вещества используются при изготовлении СИД для работы на длине волны 1300 нм?

а) GaAlAs;

б) GaInAsP;

3) Si;

4) Ge.

4. В чем основное отличие ЛД от СИД?

а) лазер использует вынужденное излучение среды, а не спонтанное;

б) лазер работает на более высокой частоте;

в) мощность излучения лазера больше, чем у СИД;

г) все вышеперечисленные отличия.

5. Время нарастания у ЛД составляет:

а) 5 нс;

б) 10 нс:

в) более 15 нс;

г) менее 1 нс.

6. Время нарастания у СИД составляет:

а) более 20 нс;

б) несколько нс;

г) менее 1 нс;

д) менее 1 мкс.

7. Потери при вводе излучения в волокно отсутствуют когда:

а) диаметр ядра волокна меньше диаметра источника;

б) диаметр ядра волокна больше диаметра источника;

в) диаметр ядра волокна равен диаметру источника.

8. Спектральная ширина лазера составляет:

а) десятки нанометров;

б) единицы нанометров;

в) сотни нанометров.

9. Срок службы ЛД уменьшается при:

а) увеличении тока накачки;

б) увеличении температуры окружающей среды;

в) при увеличении скважности импульсов;

г) во всех вышеперечисленных случаях.

10. При модуляции цифровыми сигналами возникает задержка между скачком тока инжекции и началом излучения. Эту задержку можно уменьшить, если:

а) увеличить ток инжекции;

б) увеличить напряжение на диоде;

в) использовать постоянный ток смещения;

г) во всех вышеперечисленных случаях.

Лекция 3. ПРИЕМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Из анализа структуры ВОСП видно, что неотъемлемой ее частью является приемник.

Приемник ВОСП  это совокупность приемного оптоэлектронного модуля (ПРОМ) с дополнительными устройствами преобразования электрического сигнала.

Если в оптических передатчиках ключевым является один элемент  излучатель, то в оптическом приемнике характеристики определяют три основных фактора: тип фотодетектора, характер связи фотодетектора с усилителем, шумовые свойства усилителя.

Основными требованиями, предъявляемыми к приемникам ВОСП, являются следующие:

 высокая чувствительность на рабочей длине волны;

 высокое быстродействие (малая инерционность);

 низкий уровень собственных шумов;

 стабильность параметров;

 небольшие размеры;

 высокая надежность;

 низкое напряжение питания.

Характеристики оптических приемников в первую очередь определяются типами используемых в них фотодетекторов.