електрооптичні перетворювачі
Є два типи приладів, що перетворюють електричний сигнал в світловий, - це світлодіоди і лазерні діоди.
Світлодіоди (LED - Light-Emitting Diode) генерують некогерентного випромінювання (сигнал містить складові з кількох довжин хвиль). Характеристика світлодіода показана на рис. 3.9 [20]. Область спектра генерованого сигналу при довжині хвилі основного сигналу 850 нм і 70 або 120 при довжині хвилі основного сигналу 1300 нм. На малюнку максимальна потужність позначена 1. Типове значення порушуємо максимальної потужності для різних типів діодів різна і знаходиться в межах від 20 до 10 дБ. Некогерентність світлодіодів обмежує їх застосування.
Мал. 3.7. Криві тимчасових затримок і питомої хроматичної дисперсії
Таблиця 3.3. Дисперсія оптичних сигналів в різних оптичних волокнах
оптикоелектричного перетворювачі
Приймач випромінювання повинен перетворити оптичний сигнал в електричний. Оскільки інформаційний сигнал міститься в модульованому світловому потоці, цей потік повинен бути прийнятий у можливій повноті і без спотворень. Так як робоча поверхня приймача набагато більше перетину світловода, втрати при переході випромінювання в приймач будуть набагато менше, ніж при переході від джерела в лінію. Для прийому випромінювання можуть використовуватися фотодіоди - напівпровідникові прилади на основі груп кремнію і германію. У звичайних фотодиодах формується струм, що залежить від інтенсивності падаючого випромінювання, їх відрізняють хороша лінійність і стабільність роботи, малий час відгуку, але вони не забезпечують посилення фотоструму.
Фототранзистори
Ці напівпровідникові прилади також будуються на основі кремнію і германію. Фототранзистори мають високу чутливість і гарне посилення, але через велику бар'єрної ємності час відгуку у них велике, тобто частотні характеристики гірше, ніж у діодів. Гранична частота для кращих зразків досягає 200 МГц.
PIN-фотодіоди
В p-i-n (PIN) фотодиодах між шарами з різною провідністю (p і n) вводиться шар із власною провідністю (i-область), який при подачі зворотної напруги зсуву збіднюється вільними носіями. В результаті поглинання світла будуть утворюватися електрони-носії, які будуть прискорювати сильне електричне поле. PIN-фотодіоди мають більшу, ніж фотодіоди, чутливістю. Їх бар'єрна ємність мала, за рахунок чого забезпечуються хороші частотні характеристики (гранична частота - до 1 ГГц). Для них потрібна невелика напруга зворотного зсуву (менш 5В).
лавинні фотодіоди
Лавинні фотодіоди мають внутрішнім посиленням і відрізняються від p-i-n фотодіодів наявністю ще одного додаткового шару. При високих зворотних напругах зміщення (близько 100 В) в них утворюється сильне прискорює поле. В поле відбувається лавинної розмноження носіїв, що утворюються під впливом світла, тобто посилення фотоструму. Ці прилади характеризуються високою чутливістю, великим посиленням і високою швидкодією, однак, їх використання ускладнене складністю, високою вартістю, високими робочими напругами, необхідністю стабілізації напруг і температур і роботою тільки в режимі посилення слабкого сигналу. Характеристики оптичних приймачів наведені в табл. 3.5.
Таблиця 3.5. Характеристики оптичних приймачів
Оптичні з'єднувачі
Одним з критичних місць волоконних систем є зрощування волокон і роз'єми. З огляду на діаметр центральної частини волокна, неважко припустити, до яких наслідків призведе зміщення осей з'єднуваних волокон навіть на кілька мікронів (особливо в одномодовом варіанті, де діаметр центрального ядра менше 10 мікрон) або деформація форми перетину волокон. З'єднувачі для оптичних волокон мають зазвичай конструкцію, показану на рис. 3.11. і виготовляються з кераміки. Втрата світла в соединителе становить 0,2 дБ. Для порівняння: зварювання волокон призводить до втрат не більше 0,001-0,1дБ. Існує також техніка механічного зрощування волокон, яка характеризується втратами близько 10% (splice). Оптичні атенюатори для оптимального узгодження динамічного діапазону 3 Ставлення максимального рівня сигналу, при якому ще не відбувається перевантаження вхідних каскадів приймача до мінімального, що визначається порогом чутливості (зазвичай вираженого в децибелах) оптичного сигналу і інтервалу чутливості вхідного пристрою являють собою тонкі металеві шайби, які збільшують зазор між волокном кабелю і приймачем.
Мал. 3.11. Схема оптичного роз'єму
Мал. 3.12. Схема пасивного оптоволоконного хаба
Крос, призначений для оптичного кабелю, відноситься до кросів високої щільності, тобто кількість підключаються пар на одиницю площі перевищує попередні системи (наприклад, цифрові системи ущільнення). До такого кросу висуваються стандартні вимоги:
- врахування специфіки кроссирования оптоволоконного кабелю;
- надійність і керованість кабельним господарством;
- зручність роботи;
- безпеку для персоналу.
Висока щільність і крихкість (висока ймовірність пошкодження в умовах експлуатації) призводять до нових рішень. Ще одна особливість оптичних кабелів складається в специфіці поширення світла по волокну. При перегині волокна більше захисного радіусу в 30 мм в ньому виникає розсіювання оптичної потужності, і загасання в кабелі значно зростає. Тому крім дбайливої експлуатації з'являється ще одна вимога - геометричного властивості: ні за яких обставин радіус перегину не повинен перевищувати критичний. Відповідно до нових норм і стандартів безпеки OSHA (Occupational Safety and Health Administration - закони про техніку безпеки та гігієну праці США) оптичні кроси повинні забезпечувати максимальний захист очей оператора від можливого лазерного випромінювання при кроссіровкі кабелів. Особливо це важливо для кросів високої щільності. Особливістю кросів високої щільності є принципова неможливість використання вертикальних або фронтальних методів доступу до кабелів. Фронтальні методи не забезпечують повною мірою необхідну щільність кросових з'єднань і не такі вже й безпечні для персоналу. Вертикальний доступ незручний при роботі з окремими волокнами.