光纖傳輸系統(tǒng)三大要素

光纖傳輸系統(tǒng)三大要素

0井下出氣動(dòng)畫(huà)前高分辨率的鉆井光譜儀能夠?qū)崟r(shí)顯示鉆井情況，并獲得井中油、氣、水和砂的連續(xù)動(dòng)態(tài)圖像。大慶油田測(cè)試分公司基于國(guó)外先進(jìn)成像技術(shù)的基礎(chǔ)上正進(jìn)行1強(qiáng)化光催化器工作原理一個(gè)基本的光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:輸入電信號(hào)既可以是模擬信號(hào)(如視頻信號(hào)、電視信號(hào)),也可以是數(shù)字信號(hào)(如計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)、PCM信號(hào));調(diào)制器將輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合驅(qū)動(dòng)光源器件的電流信號(hào)并用來(lái)驅(qū)動(dòng)光源器件,對(duì)光源器件進(jìn)行直接強(qiáng)度調(diào)制,完成電/光變換的功能;光源輸出的光信號(hào)直接耦合到傳輸光纖中,經(jīng)一定長(zhǎng)度的光纖傳輸后送達(dá)接收端;在接收端,光電檢測(cè)器對(duì)輸入的光信號(hào)進(jìn)行直接檢波,將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào),再經(jīng)過(guò)放大恢復(fù)等電處理過(guò)程,以彌補(bǔ)線路傳輸過(guò)程中帶來(lái)的信號(hào)損傷(如損耗、波形畸變),最后輸出和原始輸入信號(hào)相一致的電信號(hào),從而完成整個(gè)傳送過(guò)程2光機(jī)動(dòng)在光纖傳輸系統(tǒng)中,將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)是由光發(fā)射機(jī)來(lái)完成的。2.1光纖傳輸系統(tǒng)的特點(diǎn)光纖傳輸系統(tǒng)對(duì)光源有如下要求(1)光源發(fā)射的峰值波長(zhǎng),應(yīng)在光纖低損耗窗口之內(nèi)。(2)有足夠高的、穩(wěn)定的輸出光功率,以滿足系統(tǒng)對(duì)光中繼段距離的要求。(3)電光轉(zhuǎn)換效率高,驅(qū)動(dòng)功率低,同時(shí)要求壽命長(zhǎng),可靠性高。(4)單色性和方向性好,以減少光纖的材料色散,提高光源和光纖的耦合效率。(5)易于調(diào)制,響應(yīng)速度快,以利于高速率、大容量數(shù)字信號(hào)的傳輸。(6)強(qiáng)度噪聲要小,以提高模擬調(diào)制系統(tǒng)的信噪比。(7)光強(qiáng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電流線性要好,以保證有足夠多的信道模擬調(diào)制光源而不發(fā)生畸變。(8)體積小,重量輕,便于安裝和使用,也利于光源和光纖的耦合。根據(jù)以上要求,光纖傳輸系統(tǒng)中常用的光源有兩種:LD(LaserDevice,半導(dǎo)體激光器)和LED(Light-EmittingDiode,發(fā)光二極管)。LED由于其發(fā)光功率小、頻帶窄、光譜寬,所以只適用于中短距離、低速率的光纖傳輸系統(tǒng),而LD以其輻射光發(fā)散角小、與光纖耦合效率高、入纖光功率大等特點(diǎn)多被用于高速大容量的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)中。目前常用的激光器為FP(法布里-波羅)激光器,作為光源,其輻射波長(zhǎng)為1310nm,位于光纖的第二個(gè)低損耗窗口,光纖衰減為0.3dB/km～0.35dB/km。2.2led和ld的調(diào)制對(duì)于強(qiáng)度調(diào)制/直接探測(cè)(IM/DD)系統(tǒng),外腔調(diào)制器并不總是需要,實(shí)際上很少使用,因?yàn)榭梢灾苯訉?duì)LED和LD進(jìn)行調(diào)制。本系統(tǒng)中采用直接強(qiáng)度調(diào)制。驅(qū)動(dòng)電路的作用是提供電功率給光源并按照待發(fā)射的電信號(hào)調(diào)制光輸出,提供必需的偏置電流,接收輸入的高速串行電信號(hào),并把該電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流以驅(qū)動(dòng)光源發(fā)光。2.3影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)的因素激光器的波長(zhǎng)特性用中心波長(zhǎng)、光譜寬度以及光譜模數(shù)三個(gè)參數(shù)來(lái)描述。光譜范圍內(nèi)輻射強(qiáng)度最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)叫中心波長(zhǎng)光源的波長(zhǎng)特性主要從以下四個(gè)方面影響系統(tǒng)設(shè)計(jì):(1)中心波長(zhǎng)必須與探測(cè)器相應(yīng)波長(zhǎng)匹配。(2)中心波長(zhǎng)、光譜寬度及其偏差必須和波長(zhǎng)選擇器(即波分復(fù)用和解復(fù)用),以及濾波器選擇特性匹配。(3)中心波長(zhǎng)確定光纖損耗。(4)中心波長(zhǎng)和光譜寬度決定光纖色度色散。對(duì)于大多數(shù)非相干通信/傳輸系統(tǒng),對(duì)光源的選擇,最關(guān)心的是中心波長(zhǎng)對(duì)光纖損耗的影響以及光譜寬度對(duì)光纖材料或帶寬的影響。3光有審查環(huán)境質(zhì)量的檢測(cè)發(fā)射機(jī)發(fā)射的光信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后,不僅幅度衰減了,而且脈沖波形也展寬了,光接收機(jī)的作用就是檢測(cè)經(jīng)過(guò)傳輸?shù)奈⑷豕庑盘?hào)、并放大、整形、再生成原傳輸信號(hào)。它的主要器件是利用光電效應(yīng)把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的光電檢測(cè)器和放大電路。3.1光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)光電檢測(cè)器的要求是靈敏度高、響應(yīng)快、噪聲小、成本低和可靠性好。它的光敏面應(yīng)與光纖芯徑匹配。在光纖傳輸系統(tǒng)中,最常用的光電檢測(cè)器是PIN和雪崩光電二極管APD。其中PIN不僅具有寬頻帶和低噪聲的有點(diǎn),而且具有放大能力強(qiáng)和動(dòng)態(tài)范圍大的優(yōu)點(diǎn),因而得到廣泛的應(yīng)用。而APD是利用載流子在高電場(chǎng)區(qū)的碰撞電離形成雪崩倍增效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的。它在使檢測(cè)靈敏度提高的同時(shí)也引入了較大的隨機(jī)噪聲,目前只在特殊場(chǎng)合使用。3.2u3000酸、堿、gc放大電路包括前置放大器、主放大器和自動(dòng)增益控制電路(AGC)。前置放大器、主放大器的主要作用是將光電變換得到的微弱電信號(hào)放大到一定的電平值,自動(dòng)增益控制電路主要是保證放大器在不同的工作條件下都能有一個(gè)大的電壓輸出范圍。3.3測(cè)器響應(yīng)度光接收機(jī)使用光電二極管,將入射光功率式中,R是光電檢測(cè)器響應(yīng)度。上式是在沒(méi)有考慮噪聲的情況下得到的。然而,即使對(duì)于設(shè)計(jì)制造很好的接收機(jī),當(dāng)入射光功率不便時(shí),兩種基本的噪聲,散粒噪聲和熱噪聲也會(huì)引起光生電流的起伏。4接收端電路組成根據(jù)以上的分析,本系統(tǒng)采用非壓縮單路數(shù)字視頻光纖傳輸方案來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。根據(jù)傳輸系統(tǒng)要達(dá)到的指標(biāo),我們提出如下的設(shè)計(jì)方案,系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。在發(fā)送端,主要由A/D轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字復(fù)接器(完成信道編碼和并/串轉(zhuǎn)換)和光發(fā)射機(jī)(完成電/光轉(zhuǎn)換)組成;在接收端,主要由D/A轉(zhuǎn)換單元,數(shù)字分接器(完成信道解碼和串/并轉(zhuǎn)換)和光接收機(jī)(完成光/電轉(zhuǎn)換)組成。工作原理為:在發(fā)送端,CCD攝像機(jī)輸出的模擬視頻信號(hào)在時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,變成并行數(shù)字信號(hào),輸入到數(shù)字復(fù)接器后變換成適合光纖信道傳輸?shù)慕?jīng)編碼后的串行數(shù)據(jù),再經(jīng)過(guò)光發(fā)射機(jī),轉(zhuǎn)換成光信號(hào)在光纖傳輸。視頻信號(hào)發(fā)送端電路原理框圖,如圖3所示。而在接收端,通過(guò)光接收機(jī)將光纖接收來(lái)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),通過(guò)數(shù)字分接器解碼并轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù),同時(shí)恢復(fù)出時(shí)鐘信號(hào),通過(guò)這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換器,將輸出的并行數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),最后輸出到監(jiān)視器上。視頻信號(hào)接收端電路原理框圖,如圖4所示。5總體的方案設(shè)計(jì)作為成像系統(tǒng)中的重要部分,