Источники света, используемые в системах оптической связи

Ширина спектра
Лазерные диоды имеют типичную ширину спектра 1 нм при 850 нм и 3 нм при 1300 и 1550 нм, что значительно ниже значений для светодиодов. Поэтому они значительно менее подвержены проблемам хроматической дисперсии.

Ра6очий срок службы

Непрерывно работающие лазерные диоды могут иметь типичный срок службы 105 часов при комнатной температуре, но при больших температурах их показатели ухудшаются быстрее. Срок службы при 70°С имеющихся на рынке лазерных диодов обычно превышает 104 часов.
Модуляция
Цифровая модуляция лазеров использует пороговый ток. На лазер подается смещение ниже порогового тока для выключения пучка для сигнала "0", а для сигнала "1" он быстро включается увеличением тока выше порогового, Аналоговая модуляция использует смещение тока выше порогового так, что работа осуществляется в линейной области кривой "мощность-ток", показанной на рис. 6.6.

Рис. 6.6. Кривые зависимости мощности, тока и температуры лазерного диода

Влияние температуры
Лазерные диоды значительно более чувствительны к температуре, чем светодиоды как показано на рис. 6.6. Пороговый ток возрастает примерно на 1,5% на °С, поэтому при высоких температурах для запуска лазера требуется больший ток. При постоянном токе

С ростом температуры выходная мощность будет падать. Вдобавок, поскольку пороговый ток изменяется с температурой, это влияет на необходимое для модуляции напряжение смещения. Поэтому для практически применяемых передатчиков требуется стабилизация температуры

Конструкции лазеров
Здесь требования сходны с обсуждавшимися для светодиодов, включая герметичную упаковку всех проводов, обеспечение точного выравнивания волокна и чипа лазера, обеспечение необходимого охлаждения или монтирование чипа с термоэлектрическим охладителем. Для активного контроля с обратной связью тока смещения внутри корпуса может быть смонтирован фотодиод (детектор света), контролирующий излучаемую с задней кромки лазера мощность. Для максимизации эффективности сопряжения производителем могут быть установлены волоконные косички. Одна из конфигураций компоновки показана на рис. 6.7. Здесь на желобчатый блок установлена точно выровненная с лазерным диодом косичка. Пользователь может установить на косичку наконечник или непосредственно соединить ее с входящим волокном.

Рис. 6.7. Сборка лазерного диода с внутренней косичкой

Достижения в лазерной технологии
Более обычные "старые" виды лазеров называют излучающими из кромки диодами; они излучают когерентные инфракрасные лучи параллельно кромкам слоев полупроводника. Это было показано выше в разделе 6.3.1.

Новейшей технологией являются диоды, излучающие из поверхности вертикальной полости (vertical cavity surface emitting diodes - VCSEL; произносится "виксел"). Это специализированный лазерный диод, обещающий революционизировать волоконно-оптические системы связи, увеличив неэффективность и скорость передачи данных.

Исследования VCSEL начались в 1993 г., но первые коммерческие разработки появились лишь в 2000 г. Первые устройства работали в диапазоне 850 нм. В 2002 г. был реализован первый VCSEL со скоростью 10 Гбит/с, он работал в диапазонах 850 и 1300 нм.

VCSEL излучает когерентные лучи перпендикулярно границам между слоями полупроводников. До недавнего времени VCSEL работал лишь в диапазоне 850 нм, но последние разработки работают в диапазоне 1300 нм.

У VCSEL по сравнению с излучающими из кромки диодами есть ряд преимуществ. VCSEL дешевле производить в больших количествах, проще тестировать, они более эффективны и требуют меньшего тока для образования данной оптической мощности. VCSEL излучает узкий, более круглый пучок, чем излучающие из кромки диоды. Это облегчает сопряжение с оптическим волокном.

Следующей задачей является производство недорогого и надежного VCSEL, действующего в диапазоне 1550 нм, в котором наименьшее затухание в волокнах.

Модули оптического передатчика
Модули реального передатчика могут включать устройство эффекта Пельтье (Peltier), представляющего собой разновидность термоэлектрического охладителя. Чип лазера устанавливается на охладителе с отслеживающим температуру термистором для контроля процесса охлаждения. Другой подход к стабилизации использует фотодиод, чтобы отслеживать выходную мощность, излучаемую задней поверхностью кромки лазера. Это используется для контроля постоянного тока смещения и стабилизации выходной мощности.

Лазерный диод на рис. 6.8 включает в себя монитор мощности с фотодиодом, измеряющим мощность, излучаемую с задней стороны кромки устройства. Такие устройства могут быть, размещены в стандартных промышленных корпусах с несколькими выводами, таких, как DIP-корпуса. Для лазера, фотодетектора, термоэлектрического охладителя и датчика температуры могут быть выделены свои выводы.

Рис. 6.8. Модуль передатчика лазерного диода

Вопросы безопасности лазеров
Яркость некоторых лазерных пучков и их высокая степень направленности делают их потенциально опасными для человеческого глаза, при работе с ними необходимо предпринять необходимые меры предосторожности. Системы, работающие в диапазонах 1300 и 1550 нм, используют лазеры высокой мощности для линий связи на больших дистанциях. Эти длины волн невидимы человеческому глазу, но могут повредить сетчатку. Были разработаны строгие правила безопасности, регулирующие использование всех видов лазерных устройств. Никакой источник света или освещенное волокно не должны рассматриваться в микроскоп или невооруженным глазом.
Детекторы света
Задачей детектора света является эффективное преобразование небольшого количества световой энергии, полученной из волокна в виде фотонов, в электрические сигналы. Детектор должен быть устройством с низким внутренним шумом, обеспечивающим необходимое усиление для генерирования полезных выходных сигналов из маломощного входного сигнала. В качестве практических детекторов используются два главных вида устройств - p-i-n-диоды и лавинные фотодиоды.

Заключение
Современные источники света, или передатчики, состоят из интегральных схем и лазерных диодов (ЛД) или светоизлучающих диодов (СИД). Их излучение модулируется с помощью отдельных интегральных схем, которые в настоящее время в большинстве своем заменили используемые раньше оптические передатчики, собранные из дискретных электрических компонентов и электрооптических устройств. Согласно текущим прогнозам, ВОЛС будет имеет большое развитие в будущем, в связи с тем, что пропускные способности оптических каналов на порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля, а значит тема выбора оптимального передающего электрического модуля ещё долгое время будет актуальной. В ходе работы над рефератом, мы изучили материалы по следующим вопросам:

Общая схема передающих электрических модулей

Светоизлучающие диоды

Лазерные диоды

Настраиваемые лазеры

Кроме того нами были изучены  основные параметры и характеристики источников светового излучения.

Список использованных источников
1. Болушевский С.В.: Эффективный Интернет: Трюки и эффекты. - СПб.: Питер, 2009

2. Санкт-Петербургский гос. ун-т телекоммуникаций им. М.А. Бонч-Бруевича; отв. ред. Л.А. Медведева; ред. кол.: А.А. Костин и др.: Труды учебных заведений связи. - СПб.: Санкт-Петербургский гос. университет телекоммуника, 2009

3. Санкт-Петербургский гос. ун-т телекоммуникаций им. М.А. Бонч-Бруевича; отв. ред. Л.А. Медведева; ред. кол.: А.А. Костин и др.: Труды учебных заведений связи. - СПб.: Санкт-Петербургский гос. университет телекоммуника, 2009

4. Абилов А.В.: Закономерности развития регионального инфокоммуникационного комплекса. - М.: Горячая линия - Телеком, 2008

5. Санкт-Петербургский гос. ун-т телекоммуникаций М.А. Бонч-Бруевича; отв. ред. Л.А. Медведева; ред. кол.: А.А. Костин и др.: Труды учебных заведений связи. - СПб.: Санкт-Петербургский гос. университет телекоммуникаций, 2008

6. Санкт-Петербургский государственный ун-т телекоммуникации им. проф. М.А. Бонч-Бруевича: Труды учебных заведений связи. - СПб.: Санкт-Петербургский гос. ун-т телекоммуникаций им., 2008