光送信機の開発と動作の仕組み
光波を使用してテレビ信号やデータ情報を送信することは、20 世紀末に開発された新しい科学技術です。その出現が世界を可能にした'情報産業は急速に発展します。今、光ファイバー伝送技術は人を超えたスピードで発展しています'の想像力。光伝送速度は10年前と比べて100倍となっており、今後の開発では約100倍になると予測されています。光ファイバー伝送技術の継続的な発展により、光領域で多重化、逆多重化、ルーティング、スイッチングを実行できるようになりました。ネットワークは、光ファイバーの膨大な帯域幅リソースを使用してネットワーク容量を増加し、複数のサービスの「透過的」伝送を実現できます。
光伝送システムは主に、光送信機、光受信機、光スプリッター、光ファイバーケーブルなどのコンポーネントで構成されています。
I. 光ファイバーによる光信号伝送の基本原理
光伝送は、送信側と受信側の間で光信号の形で伝送する技術です。テレビ信号の光伝送の仕組みは、光送信機、光ファイバー、光受信機の間で行われます。中央コンピュータ室の光送信機は、入力RF TV信号を光信号に変換します。この光信号は、電気/光変換器(電気-光変換器(E/O)が完成し、変換された光信号は、光ファイバ伝送の導波受信装置（光受信器）は、光ファイバから得られる光信号を電気信号に変換するものであり、光伝送信号の基本原理は電気／光、光／のプロセス全体です。電気変換、これも光リンクと呼ばれます。
現在の光伝送方式は光強度変調を利用しています。例えば、レーザーベースの発光デバイスは、同位相のいわゆるコヒーレント光を放射する。そのため、全体の光度を変化させる変調方式が採用されています。電気/光変換器の入力信号電流の変化に対応する出力光パワーの線形変化を利用します。特性。
光電気変換器 (O/E) では、出力電流は入力光信号の強度に比例します。したがって、光／電気変換器の出力電流波形は電気／光変換器の入力電流波形と類似しており、信号伝送の目的を達成することができる。
では、光ファイバーはどのように光信号を導くのでしょうか?現在、ケーブルテレビシステムで使用されている光ファイバは、光ファイバ円筒とクラッドとからなる石英ガラス材料からなる円筒形光ファイバである。クラッドは光ファイバ内に光をしっかりと閉じ込め、コアを保護し、光ファイバ自体の強度を高める役割を果たします。ファイバーコアの役割は光信号を伝送することです。コアとクラッドは両方とも石英ガラス材料でできていますが、製造時に両者のドーピング組成が異なるため、屈折率が異なります（コアは1.463～1.467、クラッドは1.45～1.46）。もちろん、使用されるさまざまな素材にも関係します。レーザーから放射された光源がファイバーのコアに入射するとき、光がクラッドの界面に入射するとき、入射角が臨界角より大きい限り、コア内で全反射が発生し、光は外装材に漏れることはありません。コア内の光信号は、光受信機に送られるまで途切れることなく伝播し続けます。このプロセスは、光ファイバーにおける光信号伝送の基本原理です。
II.光伝送の歪み
光が光ファイバー内を伝送されると、ある程度の歪みも発生します。歪みが生じる理由は次のとおりです。
(1) 光ファイバ伝送システムでは、半導体レーザの電気・光変換特性の非線形性により、出力される光信号が励磁電流の変化に対して不一致となり、変調歪みと呼ばれる歪みが発生します。変調指数 M の値が大きすぎることは許可されません。高性能で強力なプリディストーション処理技術を備えた光送信機を選択する必要があります。プリディストーション処理技術は、人為的な設計を使用してプリディストーションを生成し、変調の線形性を向上させ、光ファイバー伝送システムを削減および削減します。 CSO と CTB の目的。
(2) 光伝送システムでは、駆動 RF アンプや受信 RF アンプは歪みがほとんど発生しないため、リニア PIN フォトダイオードは信号レベルがそれほど高くないため、わずかな歪みは無視できます。その主な原因は、半導体レーザーの変調特性の歪みとファイバーの分散です。
(3) レーザーが光の強度を変調すると、光の波長が変化し、追加の周波数変調が発生して信号周波数が広がり、主に CSO 歪みとして現れるチャープ効果が発生します。
(4) 光ファイバの分散特性により、異なる波長の群遅延に差が生じ、その結果、端末への到着時間が不均一になることによる歪み、主に CSO 歪みが発生します。
光ファイバ伝送システムで発生する歪みは主に CSO 歪みであり、CTB 歪みの程度は CSO 歪みに比べてはるかに小さいです。システムの伝送品質を確保し、システムの搬送波対雑音比と歪み性能を妥当な範囲内にするために、CSO インジケータと CTB インジケータのバランスをとるために CNR インジケータを使用する一般的な対策が講じられます。 CNR 値を 1dB 増減すると、CSO は 1dB 悪化または改善され、CTB インデックスは 2dB 悪化または改善されます。
Ⅲ．光送信機の動作原理
光送信機における最も重要な光デバイスは半導体レーザーです。実は、これはレーザーダイオード（LD）です。もちろん、レーザーダイオードを使用せず、半導体発光ダイオード（Light Emitting Diode、LED）を使用するものもあります。の。
1310nm光送信機は一般に直接変調モード（残留側波帯振幅変調、VSB-AMモード）を採用しています。その機能は電気信号を光信号に変換することであり、これは外部回路を通じて注入されるレーザーの電源を変更することで実現できます。設定されるバイアス回路は、レーザーに最適なバイアス電源を提供します。バイアス電流が異なると、レーザーの出力も異なります。光パワーの安定した出力を確保するには、光送信器の自動制御が最適な状態になるようにマイコンを使用するなど、光パワーとレーザー温度の自動制御回路を設計する必要があります。
レーザーは、レーザー媒体材料のエネルギー状態と光の間の相互作用に依存する光発振器 (つまり、発光デバイス) として広く使用されています。
レーザーが動作するには、一定量の電流が必要です。この電流の大きさと光の強度の間には一定の関係があります。電流が増加すると、光強度は急激に増加します。これは、レーザーが動作し始めたことを示します。これによりレーザーが機能します。この電流は閾値電流と呼ばれます。すでにレーザーが動作できるようになっているため、小さければ小さいほど良いのです。しきい値電流が増加し続けると、出力飽和ゾーンが形成されます。飽和領域電流が特定の値に達すると、信号が送信されます。光ファイバー伝送に必要な電力は、線形領域で数メガワットの出力があれば、信号や情報の長距離伝送の要件を満たすことができます。光の伝送品質は、光の強さだけでなく、スペクトルやノイズなどの問題にも関係します。
多波長スペクトルは、高品質のアナログ信号の伝送には適していません。シングルモードで動作しても、発光スペクトルには幅があります。幅が狭いほど、光波はより純粋になり、より時間コヒーレントになります。それはコヒーレンスが良い光波です。コヒーレンスが良い光波は、小さなスポットに集束するためのレンズやその他のデバイスを必要とせず、光ファイバーの入射に適しています。
IV.光受信機の動作原理
光受信器の主なコンポーネントは光検出器、つまり高感度フォトダイオード (PIN) です。フォトダイオードは半導体の光電効果を利用して光信号の検出を完了し、光信号が RF TV 信号に復元され、RF 信号が増幅および AGC レベル制御された後、適切な RF 信号が出力されます。ネットワーク配信。
光受信機の主な技術はC/N、C/CTB、C/CSOです。これら3つのテクニカル指標は、いずれも光電変換モジュールの性能によって決まります。同じ光パワー入力の場合、変換出力のRFレベルは異なります。光電モジュールの変換効率が高いと、その出力レベルが高くても、それによるC/N値の指標は良好になり、逆にC/N値の指標は悪化します。 C/CSO と C/CTB の 2 つのテクニカル指標は、光電モジュールの直線性によって決まります。高品質の光電モジュールにより、同じ C/CSO および C/CTB インジケータの下でより広い受信電力範囲が可能になります。
V. 光デバイスの開発展望
ブロードバンドネットワークにおける光ファイバ伝送技術の継続的な更新と多機能サービスの継続的な改善に伴い、光デバイスや光ファイバの伝送特性に対する要求はますます高くなっています。銅線に代わる光ファイバーの時代がいよいよ到来します。情報化時代の足音とともに、光伝送技術の発展の見通しは非常に広がっています。
光送信器の選択と使用
光送信器は、光ケーブル伝送システムの中核となる機器です。その機能は、光送信機に入力される無線周波数ケーブル テレビ電気信号を光変調して電気光変換 (E/O) を実現し、連続的で安定した信頼性の高い光信号を光ケーブル システムに送信することです。現在市販されている光送信機の種類：変調方式の違いにより、直接変調型光送信機と外部変調型光送信機の2種類に分けられます。直接変調された光送信機は主に 1310nm 光ファイバー システムで使用され、外部変調された光送信機は主に 1550nm 光ファイバー システムで使用されます。直接変調された光送信機であるか外部変調された光送信機であるかに関係なく、そのコアコンポーネントはレーザーで構成されています。
レーザー送信機を直接変調する
1. 構成
直接変調光送信機の構成は、コアコンポーネントであるDFBレーザーコンポーネントに加えて、電源、レーザーバイアス回路、レーザースロースタート回路、過負荷保護回路およびドライブ保護回路、電力制御および冷却制御回路、光検波回路、歪補償回路、フォトディテクタ（PIN）チップ（光パワー検出、自動パワー制御用）、半導体冷凍機、双方向自動温度制御（ATC）用サーミスターなど
2. 作業工程
光送信機の入力信号は、テレビの無線周波数 (RF) 信号です。フロントエンドでは、複数の RF 信号がマルチプレクサによって 1 つの信号に混合され、光送信機の入力に送信されます。プリアンプで増幅された後、電子制御による減衰、歪み補償、自動パワーレベル制御が行われます。 , そして、レーザーチップを駆動して電気・光変調を行い、電気信号を光変調信号に変換します。出力端に光アイソレータを追加すると、光ケーブルからの反射光波がレーザーに与える影響を大幅に低減できます。光信号は、光可動ジョイントを介して光ケーブルに送られ、光ケーブルを通じて各光点に光信号が伝送される。
レーザーの送信パワーと非線形歪みはバイアス電流 (IO) に依存することがわかります。そのため、光送信機には、非線形インデックスと非線形歪みの安定性を確保するためにレーザーのバイアス回路と歪み補償回路が装備されています。送信出力。
レーザーの温度が上昇すると、しきい値が増加し、飽和出力光強度が減少し、PI 曲線の線形範囲が減少します (つまり、2 セルフ ダイナミック レンジが減少します)。光送信機が常に正常に動作することを保証するには、レーザーが一定の温度 (通常は 255℃) で動作することを確認する必要があります。程度C)。光送信機の双方向自動温度制御（ATC）に使用される半導体クーラーとサーミスターは25℃の一定温度で動作することが保証されています。程度C.
光送信機にはマイクロプロセッサが搭載されており、レーザーの最適な動作状態データがチップ内に保存されます。レーザーをスロースタートさせたり、レーザーを保護するために RF TV の駆動電流を自動的に切断したりすることができます。光送信器のフロントパネルにあるさまざまなスイッチはマイクロプロセッサによって制御されます。
温度変化やデバイスの経年変化により、レーザーのしきい値電流や光電変換効率が変化します。レーザーの光出力パワーを正確に制御したい場合は、2 つの側面から問題を解決する必要があります。1 つは、レーザーがしきい値を自動的に追跡するようにレーザーのバイアス電流を制御することです。電流の変化により、レーザーが常に最適なバイアス状態で動作することが保証されます。 2 つ目は、レーザー変調電流の振幅を制御して、電気および光変換効率の変化に自動的に追従することです。自動パワー制御は上記 2 つのタスクを完了して、レーザーが正確な光パワーを出力することを保証します。
外部変調型光送信機
外部変調光送信器は、外部変調器、レーザ、レーザ制御回路、変調制御回路、マイクロプロセッサ、プリディストーション回路、光検出器、RF信号減衰器、増幅器、電源などで構成されます。
3. 直接変調光送信器と外部変調光送信器の比較
直接変調トランスミッターは主に DFB レーザーに使用されます。 DFB レーザーは優れた直線性を備えており、より優れた CTB および CSO 値を取得できます。プリディストーション回路の補償なし。ただし、直接変調により、追加の周波数変調が発生し、非線形歪み指標 (特に CSO 値) が非常に高くなることは困難です。
DFB送信機は性能が安定しており、構造が簡単で価格も安いため、広く使用されています。
直接変調光送信機の出力は一般に 18nw 以内とそれほど大きくないため、伝送距離が制限され、一般にローカル配信ネットワークや町レベルの光ケーブル伝送ネットワークで使用されます。このタイプの光送信機は主に 1310nm 光ファイバーネットワークで使用され、1310nm 光ファイバーの減衰は 0.35db/km であるため、最大伝送距離は 35 キロメートルを超えません。
外部変調された光送信機: 高出力、最大 2×20mw 以上 (2 出力)、低ノイズ、追加の周波数変調と LD と同様のファイバ分散特性の組み合わせによって引き起こされる cso 歪みがありません。そのため、大規模な有線システムの長距離伝送によく使われます。外部変調された光送信機は通常、YAG レーザーを使用します。 YAG レーザーを外部変調すると、直線性が非常に悪くなるため、補償するためにプリディストーション回路を使用する必要があります。 YAG 光送信機は分散が少ないため、1550nm 光ファイバー ネットワークで主に使用されている 1550nm 波長光ファイバーに非常に適しています。 YAG光は1550nmの光ファイバーネットワークで伝送され、増幅や中継に使用できます。 1550nm光ファイバは減衰が少ない(0.25db/km)ため、YAG光送信器は超長距離伝送に使用できます。外部変調された光送信機は1310nmの光ファイバーネットワークで使用され、伝送距離は50キロメートルに達することができ、これも直接変調された光送信機の伝送距離よりも高速です。しかし、外部変調光送信機は高価であり、短距離伝送用の光ファイバネットワークでは外部変調光送信機が使用されることはほとんどありません。
4. 光送信機のテクニカル指標
光送信機の技術指標は光送信機を選択するための基礎であり、光送信機の優れた性能パラメータはケーブルテレビシステム全体の優れた技術指標に直接影響します。
5. 光送信機の選択
ケーブル TV の技術者にとって、光送信機の構成、動作原理、および性能パラメータを理解し、習得することは非常に重要です。光送信機の基本的な動作原理と技術的性能指標を習得することによってのみ、光送信機を効果的かつ合理的に使用できるからです。日々のメンテナンスもしっかり。
現在、光送信機のメーカーは国内外に数多く存在します。光トランスミッタにはさらに多くの種類があり、性能指標や単体価格も大きく異なります。合理的な選択は、光ファイバー ネットワークの品質を確保し、ネットワーク構築のコストを削減するのに大きなメリットがあります。高い性能と価格の比率、信頼できる品質保証システム、優れたアフターサービス保証が光学機器の選択肢です
