De grundläggande komponenterna i ett optisk fiberkommunikationsystemet visas i figur 1-1. Den består huvudsakligen av tre delar: sändning, mottagning och det grundläggande optiska fiberöverföringssystemet som fungerar som en generaliserad kanal.
(Figur 1-1 Grundläggande komponenter i ett optiskt fiberkommunikationssystem)
Grundläggande komponenter i ett optiskt fiberkommunikationssystem
△Klassificering av fiberoptiska kommunikationssystem
(1) Sändningssektion: I det här avsnittet omvandlar informationskällan användarinformation till en rå elektrisk signal, kallad en basbandssignal. Den optiska sändaren omvandlar basbandssignalen till en signal som är lämplig för kanalöverföring. Om modulering krävs kallas utsignalen för en modulerad signal. För att förbättra överföringskvaliteten omvandlas denna analoga basbandssignal vanligtvis till en frekvens-modulerad (FM), puls-frekvensmodulerad (PFM), eller puls-breddmodulerad (PWM) signal, och slutligen matas denna modulerade signal in till den optiska sändaren.
Oavsett om det är ett digitalt eller analogt system, omvandlas den elektriska signalen som bär information som matas in till den optiska sändaren till en optisk signal genom modulering.
(2) Den optiska bärvågen sänds till den mottagande änden via optiska fiberlinjer, där den optiska mottagaren omvandlar den optiska signalen till en elektrisk signal. Den elektriska mottagaren fungerar omvänt till den elektriska sändaren; den omvandlar den mottagna elektriska signalen till en basbandssignal, som sedan används av informationssänkan för att återställa användarinformationen.
I hela kommunikationssystemet är tekniken och utrustningen som används vid optisk fiberkommunikation densamma som vid kabelkommunikation för de elektriska signalsegmenten före den optiska sändaren och efter den optiska mottagaren. Den enda skillnaden är att det grundläggande optiska fiberöverföringssystemet, bestående av en optisk sändare, optiska fiberlinjer och en optisk mottagare, ersätter kabelöverföring.
(3) Grundläggande fiberoptisk överföringssystem Enligt figur 1-1 kan det grundläggande fiberoptiska överföringssystemet delas upp i tre delar: den optiska sändaren, den fiberoptiska linjen och den optiska mottagaren. Funktionen hos den optiska sändaren är att omvandla den elektriska signalinmatningen från sändningssektionen till en optisk signal och använda kombinationsteknik för att injicera den optiska signalen i den fiberoptiska linjen i maximal utsträckning. Kärnutrustningen för den optiska sändaren är ljuskällan, tillsammans med drivrutinen och modulatorn. Den optiska sändarens prestanda beror i grunden på ljuskällans egenskaper. Kraven på ljuskällan är: tillräckligt hög optisk uteffekt, tillräckligt hög moduleringsfrekvens, så liten spektral linjebredd och stråldivergensvinkel som möjligt, stabil uteffekt och våglängd samt lång livslängd på enheten. För närvarande är allmänt använda ljuskällor bland annat halvledarljus-emitterande dioder (LED) och halvledarlaserdioder (eller lasrar, LDs), samt dynamiska-single-mode distributed feedback (DFB) lasrar med mycket små spektrala linjebredder. Fast{16}}lasrar används också i vissa fall. Den fiberoptiska ledningens funktion är att överföra den optiska signalen från den optiska sändaren till den optiska mottagaren med minsta möjliga distorsion och dämpning. Den fiberoptiska linjen består av optiska fibrer, fiberoptiska kontakter och fiberoptiska pluggar. Den optiska fibern är huvuddelen av den fiberoptiska linjen, och kontakterna och pluggarna är oumbärliga komponenter. Inom praktisk teknik används optiska kablar som håller flera optiska fibrer. Optiska fiberkommunikationssystem fungerar vid nära-infraröda våglängder, och transmissionsmediet för optisk fiberkommunikation är kvarts, vilket är en typ av dielektrisk vågledare, är en cylindrisk kropp, med kärna och beklädnadsbrytningsindex på n₁ och beklädnadsbrytningsindex på n₂ och n₁ >. När villkoret för full reflektion är uppfyllt kan ljus begränsas och sändas in i kärnan. De huvudsakliga egenskaperna hos optisk fiber är dämpning och färgspridning. Dämpningen uttrycks i enheten dB/km, och optiska fibrer har tre fönster med låga förluster, med våglängder på:
λ₀=0.85 μm (kort våglängdsband) λ₀=1.31 μm (långt våglängdsband)
λ₀=1.55 μm (långt våglängdsband)
Färgspridningen av optisk fiber orsakas av att komponenter med olika frekvenser i den optiska fibern inte fortplantar sig med samma hastighet, vilket resulterar i pulsbreddning under överföring. Färgspridning uttrycks i enheter ps/(km · nm). Det reciproka av signalnumret, dvs. den maximala bithastighet-avståndsprodukten som färgspridningen kan tolerera.
Den optiska mottagarens funktion är att omvandla optiska fibersignaler till elektriska signaler med tillräckligt högt signal-till-brusförhållande. Huvudkomponenten i mottagaren är fotodetektorn, och det finns också förstärkare, filter och relaterade kretsar. Kärnan i fotodetektorn är det ljus-mottagande elementet. Kravet på fotodetektorn är en hög svarshastighet, låg mörkström och hög svarshastighet. För närvarande är de fotodetektorer som vanligtvis används i optisk fiberkommunikation halvledar-PN-övergångs-baserade PIN-fotodioder (PIN-PD) och lavinfotodioder (APD).
Den viktigaste karakteristiska parametern för en optisk mottagare är dess känslighet. Känslighet är en omfattande indikator på kvaliteten hos en optisk mottagare; den återspeglar mottagarens förmåga att ta emot svaga optiska signaler när den justeras till sitt optimala tillstånd. Känsligheten beror främst på bruset från fotodioderna och förstärkarna som utgör den optiska mottagaren och påverkas även av överföringshastigheten, parametrarna för den optiska sändaren och spridningen av den fiberoptiska linjen. Det är också nära relaterat till systemets erforderliga bitfelsfrekvens eller signal-till-brusförhållande. Därför är känslighet också en viktig indikator på kvaliteten hos ett optiskt fiberkommunikationssystem.
