Μια οπτική μονάδα δεν είναι μια ενιαία οπτοηλεκτρονική συσκευή. Είναι ένα στενά ενσωματωμένο σύστημα μετάδοσης που είναι κατασκευασμένο από ένα μπλοκ μετάδοσης, ένα μπλοκ λήψης, λειτουργικά κυκλώματα,και οπτικές/ηλεκτρικές διεπαφέςΜαζί, αυτά τα στοιχεία μετατρέπουν τα ηλεκτρικά σήματα σε οπτικά σήματα, ανακτούν το εισερχόμενο φως σε ηλεκτρική μορφή και διατηρούν την ακεραιότητα του σήματος σε όλη τη σύνδεση.
Ποια είναι τα κύρια συστατικά μιας οπτικής μονάδας;
Μια οπτική μονάδα είναι μια ηλεκτρο-οπτική συναρμολόγηση δέκτη που κατασκευάζεται γύρω από τέσσερα μπλοκ κορυφής:Τοποθεσία,ΡΟΣΑ,λειτουργικά κυκλώματα, καιοπτικές/ηλεκτρικές διεπαφέςΗ πλευρά μετάδοσης παράγει και διαμορφώνει το φως, η πλευρά λήψης το ανιχνεύει και το αποκαθιστά, η κυκλωτική χειρίζεται την κίνηση, την ενίσχυση, τον έλεγχο και την ψηφιακή διόρθωση,και οι διεπαφές συνδέουν τη μονάδα με το σύστημα οικοδεσπότη και σύνδεση ινών.
Στο επίπεδο της αρχιτεκτονικής, η ενότητα μπορεί να διαιρεθεί σεΔιαδρομή μετάδοσης, αΔρόμος παραλαβής, αΔρόμος ελέγχουΗ πλευρά της μετάδοσης συνήθως ομαδοποιείται κάτω απόΤοποθεσία(οπτική υποσυγκρότηση του πομπού), ενώ η πλευρά λήψης ομαδοποιείται κάτω απόΡΟΣΑ(οπτική υποσύνθεση δέκτη).IC οδηγού,ΤΙΑ,ΔΣΠ, και τομονάδα ελέγχου, ενώ οι οπτικές και ηλεκτρικές διεπαφές συνδέουν τη μονάδα με την ίνα από τη μία πλευρά και την πλακέτα υποδοχής από την άλλη.
Οι βασικές εσωτερικές συσκευές που συζητούνται συνήθως σε μια άποψη επιπέδου συστατικού ενός οπτικού εντύπου είναι οιΔίοδος λέιζερ (LD),Φωτοανιχνευτής (PD),οπτικός κυματοδηγός (WG),οπτικός διαμορφωτής (OM),ενισχυτής διασυνοχής (TIA),IC οδηγού, καιMUX/DEMUXΚάθε μία από αυτές έχει έναν ξεχωριστό ρόλο, αλλά καμία από αυτές δεν καθορίζει από μόνη της την απόδοση του μοντέλου.
| Συστατικό | Όλο το όνομα | Κύρια λειτουργία | Τυπικός ρόλος |
|---|---|---|---|
| Επενδύσεις | Διοδή λέιζερ | Δημιουργεί οπτικό φως φορέα | Μεταφοράς πλευράς |
| ΟΜ | Οπτικός διαμορφωτής | Φορτώνει πληροφορίες στο φως | Μεταφοράς πλευράς |
| WG | Οδηγός κυμάτων | Οδηγεί την οπτική ενέργεια μέσω της συσκευής | Εσωτερική οπτική διαδρομή |
| Κύκλος ελέγχου οδηγού | Ενσωματωμένο κύκλωμα οδηγού | Παρέχει ηλεκτρική κίνηση για το λέιζερ ή τον διαμορφωτή | Διαβιβάζοντας κυκλώματα |
| MUX | Πολλαπλέξερ | Συνδυάζει πολλά κανάλια/μήκη κύματος | Οπτική πλευρικής / παράλληλης μετάδοσης |
| DEMUX | Απομακρυντικό | Διαχωρίζει συνδυασμένα κανάλια/μήκη κύματος | Αποδέχεται πλευρική / παράλληλη οπτική |
| Π.Δ. | Φωτοανιχνευτής | Μετατρέπει το φως που λαμβάνεται σε φωτορεύμα | Από την πλευρά παραλαβής |
| ΤΙΑ | Μεταμόχλευση ενισχυτή | Μετατρέπει το φωτορεύμα σε τάση και το ενισχύει. | Λαμβάνετε κυκλώματα |
| ΔΣΠ | Ψηφιακός επεξεργαστής σήματος | Αντισταθμίζει τις δυσλειτουργίες και αποκαθιστά την ποιότητα του σήματος | Λειτουργικά κυκλώματα |
| MCU / μονάδα ελέγχου | Μικροελεγκτής / λογική ελέγχου | Εποπτεία της εσωτερικής λειτουργίας και διαχείρισης | Οδός ελέγχου |
Πώς λειτουργεί η διαδρομή σήματος του οπτικού μοντέλου
![]()
Από την πλευρά της μετάδοσης, το ηλεκτρικό σήμα εισέρχεται μέσω της ηλεκτρικής διεπαφής, και μετά περνά στο στάδιο του οδηγού.η μονάδα είτε οδηγεί απευθείας ένα λέιζερ είτε χρησιμοποιεί ένα λέιζερ συνεχών κυμάτων μαζί με έναν ξεχωριστό οπτικό διαμορφωτήΤο προκύπτον οπτικό σήμα κατευθύνεται στη συνέχεια στην έξοδο ινών.
Ηλεκτρική είσοδος → διακόπτης IC → λέιζερ και/ή διαμορφωτής → οπτική έξοδος
Από την πλευρά της λήψης, το οπτικό σήμα φτάνει μέσω της διεπαφής των ινών, εισέρχεται στον φωτοανιχνευτή και μετατρέπεται σε φωτοστροφή.Έτσι μεταβιβάζεται στοΤΙΑ, το οποίο το μετατρέπει σε σήμα τάσης-περιοχής κατάλληλο για περαιτέρω επεξεργασία.Η υποενεργοποίηση των κυκλωμάτων αποκαθιστά τα ηλεκτρικά δεδομένα και τα στέλνει μέσω της ηλεκτρικής διεπαφής στην πλευρά του οικοδεσπότη..
Μια πλήρης οπτική μονάδα περιλαμβάνει επίσης ένα στρώμα ελέγχου. Ακόμη και όταν το διάγραμμα σήματος επικεντρώνεται σε LD, PD, MUX, DEMUX ή DSP, μια πρακτική μονάδα εξακολουθεί να χρειάζεται παρακολούθηση, έλεγχο προκατάληψης, διαχείριση κατάστασης,και εποπτεία διεπαφώνΓια το λόγο αυτό, η μονάδα ελέγχου παραμένει μέρος της αρχιτεκτονικής και όχι περιφερειακό πρόσθετο.
Διοτίδες λέιζερ σε οπτικές ενότητες: EEL, FP, DFB, DML, EML και VCSEL
![]()
Η δίοδος λέιζερ είναι η πηγή φωτός της οπτικής μονάδας.Στον σχεδιασμό των μονάδων, ωστόσο, το πιο σημαντικό τεχνικό ερώτημα δεν είναι μόνο το πώς λειτουργεί το λέιζερ, αλλά ποια δομή και προσέγγιση διαμόρφωσης λέιζερ ταιριάζει καλύτερα με την εμβέλεια, την ταχύτητα και την ποιότητα του σήματος..
Μια σημαντική διαρθρωτική διάσπαση είναι μεταξύΛάιζερ εκπομπής ακτίνων από άκρη (EEL)καιΛάιζερ εκπομπής επιφάνειας κάθετης κοιλότητας (VCSEL)Σε ένα EEL, η κοιλότητα συντονισμού σχηματίζεται κατά μήκος του επιπέδου του τσιπ, έτσι ώστε το φως να βγαίνει παράλληλο με το υπόστρωμα.και το φως βγαίνει κάθετο στην επιφάνεια του τσιπΑυτή η διαρθρωτική διαφορά είναι ένας λόγος που τα VCSEL συνδέονται έντονα με πομπούς μικρής εμβέλειας,ενώ οι οικογένειες λέιζερ με βάση το ίνδιο-φωσφίδιο χρησιμοποιούνται συχνότερα όταν αυξάνονται οι απαιτήσεις εμβέλειας και ταχύτητας λωρίδαςΓια παράδειγμα, η επισκόπηση της πλατφόρμας δέκτη-διαβιβαστή της Coherent® τοποθετεί το VCSEL στην ανάπτυξη 1.6T μικρής εμβέλειας και τις λύσεις DML/EML που βασίζονται σε InP στις κατηγορίες μεσαίας και μεγάλης εμβέλειας.
Εντός της οικογένειας EEL, δύο κοινές κατηγορίες είναι:ΕΠκαιDFBΛέιζερ.Fabry-Pérot (FP)Τα λέιζερ είναι παλαιότερα, απλούστερα και συνήθως συνδέονται με χαμηλότερη ταχύτητα και μικρότερη απόσταση μετάδοσης.Διανεμημένη ανατροφοδότηση (DFB)τα λέιζερ προσθέτουν μια δομή πλέγματος για να υποστηρίζουν την έξοδο μονοδιαμήκους τρόπου, καθιστώντας τα καλύτερα κατάλληλα για οπτικές συνδέσεις υψηλότερης ταχύτητας και μεγαλύτερης εμβέλειας.
Μια άλλη σημαντική διαίρεση είναι μεταξύDMLκαιΕΜΛ. ΑΕπενδύσεις σε ηλεκτρονικά ηλεκτρικά συστήματαΤο σύστημα κωδικοποιεί τα δεδομένα με τη διαμόρφωση του ρεύματος ένεσης του λέιζερ.Ο δείκτης διάθλασης της ενεργού περιοχής αλλάζει επίσηςΣτην πράξη, αυτό περιορίζει την απόσταση μετάδοσης, περιορίζει το εύρος ζώνης,και μπορεί να δυσκολέψει τη διατήρηση υψηλού ποσοστού εξαφάνισης σε πιο απαιτητικά σημεία λειτουργίας.
ΈναΛάιζερ ηλεκτροαπορρόφησης (EML)Το EML ενσωματώνει μια λειτουργία διασύνδεσης που μπορεί να διαχωρίσει την οπτική πηγή από τη λειτουργία διαμόρφωσης με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα.Λάζερ DFBμεΜετρητής ηλεκτροαπορρόφησηςΗ τεκμηρίωση EML του Coherent περιγράφει την συσκευή ακριβώς με αυτόν τον τρόπο και την τοποθετεί για υψηλής ταχύτητας μετάδοση PAM4,Ενώ ο ευρύτερος οδικός χάρτης του δέκτη τοποθετεί το EML σε κατηγορίες μεγαλύτερης εμβέλειας από το VCSEL.
Για το λόγο αυτό το πρακτικό χάρτη εμβέλειας στο πλαίσιο αναφοράς έχει νόημα:VCSELείναι τοποθετημένη για συνδέσεις εντός περίπου200 μέτρα,DMLγια περίπου500 m έως 10 km, καιΕΜΛγια40 χλμ. και άνωΤα ακριβή σημεία διακοπής εξαρτώνται πάντοτε από τον σχεδιασμό του συστήματος, αλλά η μηχανική λογική είναι σταθερή: όσο μεγαλύτερη είναι η εμβέλεια, τόσο αυστηρότερη είναι η απαίτηση ακεραιότητας του σήματος.Όσο πιο πολύτιμη είναι η ελεγχόμενη διαμόρφωση και το χαμηλότερο τσιμπ, τόσο.
| Τύπος λέιζερ | Διαρθρωτικά / χαρακτηριστικά διαμόρφωσης | Βασική Δύναμη | Κύριος περιορισμός | Τυπική τοποθέτηση |
|---|---|---|---|---|
| ΕΠ | Λέιζερ εκπομπής άκρων, κοιλότητα Fabry·Pérot | Απλή δομή | Χαμηλότερο ανώτατο όριο επιδόσεων για τις απαιτητικές συνδέσεις | Λιγότερος ρυθμός, μικρότερη εμβέλεια |
| DFB | Λέιζερ εκπομπής άκρων με ανατροφοδότηση σχάρου | Καλύτερος φάκελος ελέγχου | Περισσότερο περίπλοκο από την ΕΠ | Μεγαλύτερη ταχύτητα, μεγαλύτερη εμβέλεια από το FP |
| DML | Το ρεύμα του λέιζερ ρυθμίζεται άμεσα. | Απλούστερη διαδρομή του πομπού | Κριπ, εύρος ζώνης, δείκτης εξαφάνισης και ανταλλαγές εμβέλειας | Σύντομη έως μεσαία απόσταση |
| ΕΜΛ | Δορυφόρος DFB συν διαμορφωτής ηλεκτροαπορρόφησης | Καλύτερη ποιότητα και εμβέλεια σήματος | Πιο περίπλοκη δομή συσκευής | Μεσαίου έως μεγάλου βεληνεκούς |
| VCSEL | Λάιζερ εκπομπής επιφάνειας | Αποδοτική μετάδοση μικρής εμβέλειας | Δεν είναι η προτιμώμενη διαδρομή για συνδέσεις με μακρινές ίνες | Μικρή εμβέλεια, συνήθως σε απόσταση λίγων εκατοντάδων μέτρων |
Οπτικοί Μεταμορφωτές: Πώς φορτώνεται η πληροφορία στο φως
![]()
Ο οπτικός διαμορφωτής είναι η συσκευή που μετατρέπει ένα συνεχές οπτικό φορέα σε ένα σήμα που μεταφέρει δεδομένα.ένταση,φάση, ήπόλωσηΗ λειτουργία αυτή είναι κεντρική για τις σύγχρονες οπτικές μονάδες, επειδή η απόδοση του πομπού καθορίζεται συχνά τόσο από τη μέθοδο διαμόρφωσης όσο και από το ίδιο το λέιζερ.
Μια κοινή διαδρομή πυριτίου χρησιμοποιείεπίδραση διάσπασης στο πλάσμαΣε αυτή την προσέγγιση, μια δομή συνδυασμού PN αλλάζει τη συγκέντρωση φορέα στο εσωτερικό του κυματοδηγού πυριτίου, η οποία αλλάζει τον δείκτη διάθλασης και την απορρόφηση.Η αλλαγή φάσης αυτή μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί σε διαμόρφωση έντασης σε δομές όπως έναΜετρητής παρεμβολών Mach ∆ehnder (MZI/MZM)Μια θεμελιώδης εργασία της Οπτικής περιγράφει ρητά την οπτική διαμόρφωση του πυριτίου ως βασισμένη στο φαινόμενο διάσπασης πλάσματος ελεύθερου φορέα.και πρόσφατη Intel πυριτίου-φωτονική εργασία συνεχίζει να κατασκευάζει υψηλής ταχύτητας ενσωματωμένους πομπούς γύρω από Mach·Zehnder βασισμένες αρχιτεκτονικές για κλιμακώσιμες οπτικές διασυνδέσεις.
Η κύρια έλξη των διαμορφωτών πυριτίου είναι η συμβατότητα διαδικασίας και η πυκνότητα ολοκλήρωσης.Προσανατολισμένη σε CMOSΟι νέες τεχνολογίες, οι οποίες είναι ιδιαίτερα ελκυστικές για τηνσύνδεση κέντρου δεδομένων μικρής εμβέλειας, όπου η ολοκλήρωση, η ισχύς και η κλίμακα συσκευασίας έχουν την ίδια σημασία με την κομψότητα της πρώτης συσκευής.
Μια δεύτερη διαδρομή βασίζεται στηνΗ επίδραση Pockelsσενιοβατικό λιθίου λεπτής επιφάνειας (TFLN)Εδώ, ένα εφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίο αλλάζει τον δείκτη διάθλασης άμεσα.Το νιοβάτη λιθίου λεπτής ταινίας έχει γίνει ιδιαίτερα ελκυστικό επειδή συνδυάζει τα κλασικά ηλεκτρο-οπτικά πλεονεκτήματα του νιοβάτη λιθίου με μια πολύ πιο ολοκληρωμένη πλατφόρμαΜια μελέτη της Nature Communications σχετικά με τους διαμορφωτές νιοβατικού λιθίου λεπτού υλικού υπογραμμίζει ακριβώς τα χαρακτηριστικά που κάνουν αυτή την πλατφόρμα πολύτιμη σε απαιτητικές συνδέσεις:Μεγάλο εύρος ζώνης, χαμηλή τάση κίνησης, χαμηλή απώλεια, συμπαγές αποτύπωμα και χαμηλό τσιριλί. (Φύση)
Μια τρίτη διαδρομή χρησιμοποιεί τηνΚβαντικά περιορισμένο φαινόμενο Stark (QCSE)σεΠολυκβαντικό πηγάδι με βάση το InPΤο πλαίσιο αναφοράς παρουσιάζει αυτή τη διαδρομή ως τον κεντρικό μηχανισμό πίσω από πολλέςΕΜΛΑπό την άποψη της μηχανικής, είναι ελκυστικό επειδή μπορεί ναυψηλή απόδοση,καλή αναλογία εξαφάνισης, καιχαμηλή τάση κίνησης, καθιστώντας το κατάλληλο για1080 χιλιόμετραμετάδοση της τάξης.
| Φυσικός μηχανισμός | Πλατφόρμα υλικών | Λογική διαμόρφωσης | Βασικά χαρακτηριστικά | Τυπική εφαρμογή |
|---|---|---|---|---|
| Εφέ διάσπασης πλάσματος | Σιλικόνη | Η συγκέντρωση φορέα στην διασταύρωση PN αλλάζει τον δείκτη διάθλασης· χρησιμοποιείται συχνά σε δομές MZI/MZM | Υψηλή ολοκλήρωση, προσανατολισμένη στο CMOS, φιλική προς το κόστος· εξακολουθούν να υφίστανται συμβιβασμοί για το εύρος ζώνης και την ισχύ | Διασύνδεση κέντρου δεδομένων μικρής εμβέλειας |
| Η επίδραση Pockels | Νιοβατικό λιθίου λεπτής επιφάνειας | Το ηλεκτρικό πεδίο αλλάζει άμεσα τον δείκτη διάθλασης. | Πολύ γρήγορη ανταπόκριση, χαμηλό τσιρίτσιο, ισχυρή γραμμικότητα, προηγμένες απαιτήσεις κατασκευής | Συνδεδεμένοι σύνδεσμοι, δίκτυα ραχοκοκαλιάς, υψηλής τεχνολογίας οπτική κέντρου δεδομένων |
| Κβαντικά περιορισμένο φαινόμενο Σταρκ | InP πολυκβαντικό πηγάδι | Ηλεκτρικό πεδίο μετατοπίζει την άκρη απορρόφησης για τη διαμόρφωση ηλεκτροαπορρόφησης | Αποτελεσματική, καλή αναλογία εξαφάνισης, χαμηλή τάση κίνησης | Μεσαίας έως μακράς εμβέλειας μετάδοση, σχεδιασμοί που βασίζονται σε EML |
Φωτοανιχνευτές και ΤΙΑ: Πώς τα οπτικά σήματα γίνονται ξανά ηλεκτρικά σήματα
![]()
Στην πλευρά λήψης, η οπτική μονάδα πρέπει να μετατρέπει το εισερχόμενο φως σε χρήσιμες ηλεκτρικές πληροφορίες.Φωτοανιχνευτής (PD)Η εργασία του είναι να απορροφά το εισερχόμενο οπτικό σήμα και να παράγει φορτίους, παράγοντας φωτοστροφή που αντανακλά το λάβαρο φως.
Δύο κοινές οικογένειες ανιχνευτών είναιΦωτοδιαγωγές PINκαιΦωτοδιόδια APD. ΑΠΙΝΟ ανιχνευτής έχει μέτρια ευαισθησία και είναι γενικά κατάλληλος για οπτική επικοινωνία μικρών και μεσαίων αποστάσεων.ΑΕΠΗ τεχνική σημείωση του Hamamatsu εξηγεί ότι τα APD πολλαπλασιάζουν εσωτερικά το φωτοστράτημα, επιτυγχάνουν υψηλότερη ευαισθησία,και μπορεί να παράσχει υψηλότερο S/N από τους φωτοδιόδους PINΑυτός είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο τα APD προτιμούνται συχνά όταν η πλευρά λήψης πρέπει να λειτουργεί με ασθενέστερα σήματα ή να υποστηρίζει μεγαλύτερες συνδέσεις.
Ο ανιχνευτής από μόνος του δεν αρκεί. Μια φωτοδιόδης εκπέμπει ρεύμα, αλλά τα περισσότερα κυκλώματα προς τα κάτω λειτουργούν πιο αποτελεσματικά με σήματα τάσης.ενισχυτής διασυνοχής (TIA)Τόσο το TI όσο και οι αναλογικές συσκευές περιγράφουν τον ρόλο του TIA με τον ίδιο πρακτικό τρόπο:μετατρέπει το ρεύμα φωτοδιόδου σε τάση διατηρώντας ταυτόχρονα το εύρος ζώνης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την υπόλοιπη αλυσίδα δέκτηΣε οπτικές ενότητες, αυτό κάνει το PD και το TIA ένα λειτουργικό ζευγάρι και όχι δύο απομονωμένα μέρη.
| Στοιχείο δέκτη | Κύρια λειτουργία | Σημασία της απόδοσης | Τυπικό πλαίσιο χρήσης |
|---|---|---|---|
| Φωτοδιόδη PIN | Μετατρέπει το φως σε φωτορεύμα | Μέτρια ευαισθησία | Σύνδεσμοι μικρής και μεσαίας εμβέλειας |
| Φωτοδιόδια APD | Μετατρέπει το φως σε φωτορεύμα με εσωτερικό κέρδος | Μεγαλύτερη ευαισθησία, καλύτερη απόδοση αδύναμου σήματος | Μεγαλύτερη εμβέλεια ή χαμηλότερη δέκτη ισχύος |
| ΤΙΑ | Μετατρέπει το φωτορεύμα σε τάση και το ενισχύει | Επιτρέπει τη χρήση της ηλεκτρικής ανάκτησης από την έξοδο PD | Προσωρινό άκρο κυκλώματος δέκτη |
MUX και DEMUX: Γιατί οι οπτικές μονάδες χρειάζονται παράλληλες διαδρομές μετάδοσης
![]()
Μια σύγχρονη οπτική μονάδα κάνει κάτι περισσότερο από το να στέλνει ένα οπτικό ρεύμα μέσω μιας διαδρομής.MUXκαιDEMUXσυσκευές.
Απολλαπλασιαστή (MUX)συνδυάζει πολλαπλά οπτικά κανάλια σε μία έξοδο.αποσυνδυαστικό (DEMUX)Από τη σκοπιά του συστήματος, αυτά τα στοιχεία είναι αυτά που κάνουν το εισερχόμενο συνδυασμένο σήμαΠαράλληλη οπτική μετάδοσηΕίναι πιθανό.
Το πλαίσιο του άρθρου χωρίζει τη πολλαπλασιασμό σε τρεις πρακτικές κατηγορίες.Πολλαπλασιασμός διαίρεσης τρόπουΗ διαδρομή αυτή παρουσιάζεται ως οριακά προσανατολισμένη, με αντιπροσωπευτικές συσκευές όπωςΑΔΚκαιΜΜΙΣυσκευές σύνδεσης.Πολλαπλασιασμός με διαίρεση μήκους κύματοςείναι η κύρια διαδρομή, χρησιμοποιώντας συσκευές όπωςAWG,TFF, καιΕπικαιροποιημένο.Πολλαπλασιασμός πόλωσηςσυνδέεται με συνεκτικές ενότητες και βασίζεται σε συσκευές όπως διαχωριστές/συνδυαστές πόλωσης και περιστροφείς πόλωσης.
Αυτή η κατηγοριοποίηση έχει σημασία γιατί εμποδίζει τις οικογένειες των ενσωματωμένων να αναμιγνύονται μεταξύ τους.και δεν χρειάζεται κάθε σύντομη εμβέλεια datacom μονάδα την ίδια στρατηγική πολλαπλασιασμού ως ένα συνεκτικό μακρινό σχέδιοΤο σχέδιο MUX/DEMUX είναι επομένως ένα πρόβλημα εύρους ζώνης, αλλά και ένα πρόβλημα αρχιτεκτονικής μονάδων.
| Τύπος πολλαπλασιαστή | Αντιπροσωπευτικές συσκευές | Τεχνική τοποθέτηση | Τυπικό πλαίσιο ενότητας |
|---|---|---|---|
| Πολλαπλασιασμός διαίρεσης τρόπου | ADC, MMI | Προοπτική / ερευνητική δραστηριότητα | Προχωρημένες ή αναδυόμενες αρχιτεκτονικές |
| Πολλαπλασιασμός με διαίρεση μήκους κύματος | AWG, TFF, MRR | Συνήθη παράλληλη μεταφορά μήκους κύματος | Οπτικές μονάδες δεδομένων και τηλεπικοινωνιών |
| Πολλαπλασιασμός πόλωσης | Χωρισμός/συνδυασμός πόλωσης, περιστροφέας πόλωσης | Οπτική επεξεργασία ειδικής συνοχής | Συνεκτικές ενότητες |
Τι κάνει το DSP σε μια οπτική μονάδα
ΗΔΣΠΗ διαβίβαση των δεδομένων από την πλευρά της μετάδοσης, συχνά περνά μέσα από μια αλυσίδαΔΑΚΑπό την πλευρά της λήψης, το ανακτημένο αναλογικό σήμα αποστέλλεται μέσω ενόςΑΔΚΑυτά τα βήματα, μαζί με τις δυσλειτουργίες των ινών και τις μη ιδανικές συσκευές, εισάγουν στρεβλώσεις που πρέπει να διορθωθούν εάν η μονάδα θέλει να διατηρήσει χαμηλό ποσοστό σφάλματος bits.
Στα πρακτικά οπτικά συστήματα, το DSP χρησιμοποιείται για εργασίες όπως:προδιαστροφή,Ανάκτηση ρολογιού,αντιστάθμιση διάσπασης,εξίσωση, και μετριασμός του θορύβου ή άλλων όρων δυσλειτουργίας.Η τεχνική εξήγηση του NTT για το DSP του οπτικού δέκτη δηλώνει ότι το DSP από την πλευρά του δέκτη αντισταθμίζει την παραμόρφωση της μορφής κύματος που προκαλείται από χρωματική διασπορά και οπτικά μη γραμμικά αποτελέσματαΑυτό ευθυγραμμίζεται καλά με την προβολή σε επίπεδο μονάδας εδώ:Το DSP είναι το κύκλωμα που βοηθά την οπτική διαδρομή να συμπεριφέρεται σαν ένα αξιόπιστο κανάλι επικοινωνίας αντί για ένα εύθραυστο αναλογικό σύνδεσμο. (Επισκόπηση της NTT)
Σε απλούστερη γλώσσα ενότητας, το DSP είναι αυτό που επιτρέπει στο οπτικό υλικό να λειτουργεί πιο κοντά στο προβλεπόμενο όριο απόδοσης.Η εν λόγω μέθοδος είναι επίσης χρήσιμη για τη βελτίωση της ποιότητας ζωής και της υγείας.ΒΑυπό έλεγχο.
Πώς οι επιλογές των εξαρτημάτων επηρεάζουν την εμβέλεια, το εύρος ζώνης και την εφαρμογή
![]()
Το πιο σημαντικό μάθημα σχεδιασμού είναι ότι ένα οπτικό μοντέλο είναι έναπρόβλημα αρχιτεκτονικής σε επίπεδο συστήματοςΗ εμβέλεια συνδέσμου δεν καθορίζεται από το λέιζερ μόνο. Το εύρος ζώνης δεν καθορίζεται από το MUX μόνο. Η ευαισθησία του δέκτη δεν καθορίζεται από το PD μόνο.Η πραγματική απόδοση προέρχεται από το πώς η πηγή φωτός, η μέθοδος διαμόρφωσης, το μπροστινό άκρο του δέκτη, η αρχιτεκτονική καναλιού και η ψηφιακή στρατηγική αντιστάθμισης συνδυάζονται.
Γιαμετάδοση μικρής απόστασης, η αρχιτεκτονική ευνοεί συχνά συσκευές και πλατφόρμες που είναι καλά κλιμακωτές σε όγκο και ενσωμάτωση, όπωςΔιαδρομές μετάδοσης με βάση το VCSELήδρομολόγια διαμόρφωσης με βάση τη φωτονική του πυριτίουΓια...μεταφορά μεσαίας και μεγάλης εμβέλειας, η αρχιτεκτονική επωφελείται όλο και περισσότεροΔορυφόροι τύπου DFB/EML, ισχυρότερη ευαισθησία του δέκτη όπωςΑνίχνευση με βάση την APD, και πιο εξελιγμένη ψηφιακή διόρθωση.Το υλικό του Coherent για τα δικά του προϊόντα και το χάρτη πορείας αντανακλά την ίδια τάση, τοποθετώντας το VCSEL στην ανάπτυξη μικρής εμβέλειας και το EML με βάση το InP ή τις συναφείς οικογένειες διαμορφωμένων λέιζερ στις κατηγορίες μεσαίας και μεγάλης εμβέλειας..
Για το λόγο αυτό, ο εσωτερικός κατάλογος εξαρτημάτων δεν πρέπει ποτέ να διαβάζεται ως κατάλογος επίπεδων εξαρτημάτων.μέθοδος ολοκλήρωσης, και δομή κόστους.
Γενικές ερωτήσεις
Ποια είναι τα κύρια στοιχεία μιας οπτικής μονάδας;
Τα κύρια στοιχεία είναι:Τοποθεσία,ΡΟΣΑ,λειτουργικά κυκλώματα, καιοπτικές/ηλεκτρικές διεπαφέςΜέσα σε αυτά τα μπλοκ, οι πιο σημαντικές συσκευές είναι οιΔίοδος λέιζερ,οπτικός διαμορφωτής,Φωτοανιχνευτής,ΤΙΑ,IC οδηγού,MUX/DEMUX, και συχνάΔΣΠ.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ TOSA και ROSA σε έναν οπτικό δέκτη;
Τοποθεσίαείναι η οπτική υποσυγκρότηση του πομπού. Διαχειρίζεται τη δημιουργία φωτός και την οπτική έξοδο.ΡΟΣΑΕίναι η οπτική υποσυγκρότηση του δέκτη.
DML vs EML vs VCSEL: ποιο χρησιμοποιείται για οπτικές ενότητες μικρής και μεγάλης εμβέλειας;
Στο πλαίσιο που χρησιμοποιείται εδώ,VCSELΣυνήθως, οι σύνδεσμοι μικρής εμβέλειας200 μέτρα.DMLτοποθετείται στο διάστημα μικρής έως μεσαίας εμβέλειας, περίπου500 m έως 10 km.ΕΜΛΧρησιμοποιείται όταν απαιτείται καλύτερη ποιότητα σήματος και μεγαλύτερη εμβέλεια, συμπεριλαμβανομένων:40 χλμ. και άνω.
Τι κάνει το DSP σε μια οπτική μονάδα;
Το DSP αντισταθμίζει τις δυσλειτουργίες που προκαλούνται από τα στάδια μετατροπής και το οπτικό κανάλι.προδιαστροφή,Ανάκτηση ρολογιού,αντιστάθμιση διάσπασης,εξίσωση, καιΒελτίωση του BER.
Γιατί οι οπτικές μονάδες χρησιμοποιούν MUX και DEMUX;
Επιτρέπει στη μονάδα να συνδυάζει και να διαχωρίζει πολλαπλά οπτικά κανάλια.παράλληλη μετάδοση, ειδικά όταν ο σχεδιασμός χρησιμοποιεί πολλαπλά μήκη κύματος ή άλλες διαστάσεις πολλαπλασιασμού για την αύξηση του εύρους ζώνης.
PIN vs APD φωτοανιχνευτής: ποιο είναι καλύτερο για μεγαλύτερη απόσταση μετάδοσης;
ΑΕΠείναι γενικά καλύτερο όταν η πλευρά λήψης χρειάζεται υψηλότερη ευαισθησία, επειδή παρέχει εσωτερικό κέρδος μέσω πολλαπλασιασμού χιονοστιβάδας.ΠΙΝείναι απλούστερη και λειτουργεί καλά σε πολλές εφαρμογές μικρής και μεσαίας εμβέλειας, αλλά η APD ευνοείται συνήθως όταν πρέπει να ανιχνευθούν ασθενέστερα λαμβανόμενα σήματα.
Μια οπτική μονάδα δεν είναι μια ενιαία οπτοηλεκτρονική συσκευή. Είναι ένα στενά ενσωματωμένο σύστημα μετάδοσης που είναι κατασκευασμένο από ένα μπλοκ μετάδοσης, ένα μπλοκ λήψης, λειτουργικά κυκλώματα,και οπτικές/ηλεκτρικές διεπαφέςΜαζί, αυτά τα στοιχεία μετατρέπουν τα ηλεκτρικά σήματα σε οπτικά σήματα, ανακτούν το εισερχόμενο φως σε ηλεκτρική μορφή και διατηρούν την ακεραιότητα του σήματος σε όλη τη σύνδεση.
Ποια είναι τα κύρια συστατικά μιας οπτικής μονάδας;
Μια οπτική μονάδα είναι μια ηλεκτρο-οπτική συναρμολόγηση δέκτη που κατασκευάζεται γύρω από τέσσερα μπλοκ κορυφής:Τοποθεσία,ΡΟΣΑ,λειτουργικά κυκλώματα, καιοπτικές/ηλεκτρικές διεπαφέςΗ πλευρά μετάδοσης παράγει και διαμορφώνει το φως, η πλευρά λήψης το ανιχνεύει και το αποκαθιστά, η κυκλωτική χειρίζεται την κίνηση, την ενίσχυση, τον έλεγχο και την ψηφιακή διόρθωση,και οι διεπαφές συνδέουν τη μονάδα με το σύστημα οικοδεσπότη και σύνδεση ινών.
Στο επίπεδο της αρχιτεκτονικής, η ενότητα μπορεί να διαιρεθεί σεΔιαδρομή μετάδοσης, αΔρόμος παραλαβής, αΔρόμος ελέγχουΗ πλευρά της μετάδοσης συνήθως ομαδοποιείται κάτω απόΤοποθεσία(οπτική υποσυγκρότηση του πομπού), ενώ η πλευρά λήψης ομαδοποιείται κάτω απόΡΟΣΑ(οπτική υποσύνθεση δέκτη).IC οδηγού,ΤΙΑ,ΔΣΠ, και τομονάδα ελέγχου, ενώ οι οπτικές και ηλεκτρικές διεπαφές συνδέουν τη μονάδα με την ίνα από τη μία πλευρά και την πλακέτα υποδοχής από την άλλη.
Οι βασικές εσωτερικές συσκευές που συζητούνται συνήθως σε μια άποψη επιπέδου συστατικού ενός οπτικού εντύπου είναι οιΔίοδος λέιζερ (LD),Φωτοανιχνευτής (PD),οπτικός κυματοδηγός (WG),οπτικός διαμορφωτής (OM),ενισχυτής διασυνοχής (TIA),IC οδηγού, καιMUX/DEMUXΚάθε μία από αυτές έχει έναν ξεχωριστό ρόλο, αλλά καμία από αυτές δεν καθορίζει από μόνη της την απόδοση του μοντέλου.
| Συστατικό | Όλο το όνομα | Κύρια λειτουργία | Τυπικός ρόλος |
|---|---|---|---|
| Επενδύσεις | Διοδή λέιζερ | Δημιουργεί οπτικό φως φορέα | Μεταφοράς πλευράς |
| ΟΜ | Οπτικός διαμορφωτής | Φορτώνει πληροφορίες στο φως | Μεταφοράς πλευράς |
| WG | Οδηγός κυμάτων | Οδηγεί την οπτική ενέργεια μέσω της συσκευής | Εσωτερική οπτική διαδρομή |
| Κύκλος ελέγχου οδηγού | Ενσωματωμένο κύκλωμα οδηγού | Παρέχει ηλεκτρική κίνηση για το λέιζερ ή τον διαμορφωτή | Διαβιβάζοντας κυκλώματα |
| MUX | Πολλαπλέξερ | Συνδυάζει πολλά κανάλια/μήκη κύματος | Οπτική πλευρικής / παράλληλης μετάδοσης |
| DEMUX | Απομακρυντικό | Διαχωρίζει συνδυασμένα κανάλια/μήκη κύματος | Αποδέχεται πλευρική / παράλληλη οπτική |
| Π.Δ. | Φωτοανιχνευτής | Μετατρέπει το φως που λαμβάνεται σε φωτορεύμα | Από την πλευρά παραλαβής |
| ΤΙΑ | Μεταμόχλευση ενισχυτή | Μετατρέπει το φωτορεύμα σε τάση και το ενισχύει. | Λαμβάνετε κυκλώματα |
| ΔΣΠ | Ψηφιακός επεξεργαστής σήματος | Αντισταθμίζει τις δυσλειτουργίες και αποκαθιστά την ποιότητα του σήματος | Λειτουργικά κυκλώματα |
| MCU / μονάδα ελέγχου | Μικροελεγκτής / λογική ελέγχου | Εποπτεία της εσωτερικής λειτουργίας και διαχείρισης | Οδός ελέγχου |
Πώς λειτουργεί η διαδρομή σήματος του οπτικού μοντέλου
![]()
Από την πλευρά της μετάδοσης, το ηλεκτρικό σήμα εισέρχεται μέσω της ηλεκτρικής διεπαφής, και μετά περνά στο στάδιο του οδηγού.η μονάδα είτε οδηγεί απευθείας ένα λέιζερ είτε χρησιμοποιεί ένα λέιζερ συνεχών κυμάτων μαζί με έναν ξεχωριστό οπτικό διαμορφωτήΤο προκύπτον οπτικό σήμα κατευθύνεται στη συνέχεια στην έξοδο ινών.
Ηλεκτρική είσοδος → διακόπτης IC → λέιζερ και/ή διαμορφωτής → οπτική έξοδος
Από την πλευρά της λήψης, το οπτικό σήμα φτάνει μέσω της διεπαφής των ινών, εισέρχεται στον φωτοανιχνευτή και μετατρέπεται σε φωτοστροφή.Έτσι μεταβιβάζεται στοΤΙΑ, το οποίο το μετατρέπει σε σήμα τάσης-περιοχής κατάλληλο για περαιτέρω επεξεργασία.Η υποενεργοποίηση των κυκλωμάτων αποκαθιστά τα ηλεκτρικά δεδομένα και τα στέλνει μέσω της ηλεκτρικής διεπαφής στην πλευρά του οικοδεσπότη..
Μια πλήρης οπτική μονάδα περιλαμβάνει επίσης ένα στρώμα ελέγχου. Ακόμη και όταν το διάγραμμα σήματος επικεντρώνεται σε LD, PD, MUX, DEMUX ή DSP, μια πρακτική μονάδα εξακολουθεί να χρειάζεται παρακολούθηση, έλεγχο προκατάληψης, διαχείριση κατάστασης,και εποπτεία διεπαφώνΓια το λόγο αυτό, η μονάδα ελέγχου παραμένει μέρος της αρχιτεκτονικής και όχι περιφερειακό πρόσθετο.
Διοτίδες λέιζερ σε οπτικές ενότητες: EEL, FP, DFB, DML, EML και VCSEL
![]()
Η δίοδος λέιζερ είναι η πηγή φωτός της οπτικής μονάδας.Στον σχεδιασμό των μονάδων, ωστόσο, το πιο σημαντικό τεχνικό ερώτημα δεν είναι μόνο το πώς λειτουργεί το λέιζερ, αλλά ποια δομή και προσέγγιση διαμόρφωσης λέιζερ ταιριάζει καλύτερα με την εμβέλεια, την ταχύτητα και την ποιότητα του σήματος..
Μια σημαντική διαρθρωτική διάσπαση είναι μεταξύΛάιζερ εκπομπής ακτίνων από άκρη (EEL)καιΛάιζερ εκπομπής επιφάνειας κάθετης κοιλότητας (VCSEL)Σε ένα EEL, η κοιλότητα συντονισμού σχηματίζεται κατά μήκος του επιπέδου του τσιπ, έτσι ώστε το φως να βγαίνει παράλληλο με το υπόστρωμα.και το φως βγαίνει κάθετο στην επιφάνεια του τσιπΑυτή η διαρθρωτική διαφορά είναι ένας λόγος που τα VCSEL συνδέονται έντονα με πομπούς μικρής εμβέλειας,ενώ οι οικογένειες λέιζερ με βάση το ίνδιο-φωσφίδιο χρησιμοποιούνται συχνότερα όταν αυξάνονται οι απαιτήσεις εμβέλειας και ταχύτητας λωρίδαςΓια παράδειγμα, η επισκόπηση της πλατφόρμας δέκτη-διαβιβαστή της Coherent® τοποθετεί το VCSEL στην ανάπτυξη 1.6T μικρής εμβέλειας και τις λύσεις DML/EML που βασίζονται σε InP στις κατηγορίες μεσαίας και μεγάλης εμβέλειας.
Εντός της οικογένειας EEL, δύο κοινές κατηγορίες είναι:ΕΠκαιDFBΛέιζερ.Fabry-Pérot (FP)Τα λέιζερ είναι παλαιότερα, απλούστερα και συνήθως συνδέονται με χαμηλότερη ταχύτητα και μικρότερη απόσταση μετάδοσης.Διανεμημένη ανατροφοδότηση (DFB)τα λέιζερ προσθέτουν μια δομή πλέγματος για να υποστηρίζουν την έξοδο μονοδιαμήκους τρόπου, καθιστώντας τα καλύτερα κατάλληλα για οπτικές συνδέσεις υψηλότερης ταχύτητας και μεγαλύτερης εμβέλειας.
Μια άλλη σημαντική διαίρεση είναι μεταξύDMLκαιΕΜΛ. ΑΕπενδύσεις σε ηλεκτρονικά ηλεκτρικά συστήματαΤο σύστημα κωδικοποιεί τα δεδομένα με τη διαμόρφωση του ρεύματος ένεσης του λέιζερ.Ο δείκτης διάθλασης της ενεργού περιοχής αλλάζει επίσηςΣτην πράξη, αυτό περιορίζει την απόσταση μετάδοσης, περιορίζει το εύρος ζώνης,και μπορεί να δυσκολέψει τη διατήρηση υψηλού ποσοστού εξαφάνισης σε πιο απαιτητικά σημεία λειτουργίας.
ΈναΛάιζερ ηλεκτροαπορρόφησης (EML)Το EML ενσωματώνει μια λειτουργία διασύνδεσης που μπορεί να διαχωρίσει την οπτική πηγή από τη λειτουργία διαμόρφωσης με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα.Λάζερ DFBμεΜετρητής ηλεκτροαπορρόφησηςΗ τεκμηρίωση EML του Coherent περιγράφει την συσκευή ακριβώς με αυτόν τον τρόπο και την τοποθετεί για υψηλής ταχύτητας μετάδοση PAM4,Ενώ ο ευρύτερος οδικός χάρτης του δέκτη τοποθετεί το EML σε κατηγορίες μεγαλύτερης εμβέλειας από το VCSEL.
Για το λόγο αυτό το πρακτικό χάρτη εμβέλειας στο πλαίσιο αναφοράς έχει νόημα:VCSELείναι τοποθετημένη για συνδέσεις εντός περίπου200 μέτρα,DMLγια περίπου500 m έως 10 km, καιΕΜΛγια40 χλμ. και άνωΤα ακριβή σημεία διακοπής εξαρτώνται πάντοτε από τον σχεδιασμό του συστήματος, αλλά η μηχανική λογική είναι σταθερή: όσο μεγαλύτερη είναι η εμβέλεια, τόσο αυστηρότερη είναι η απαίτηση ακεραιότητας του σήματος.Όσο πιο πολύτιμη είναι η ελεγχόμενη διαμόρφωση και το χαμηλότερο τσιμπ, τόσο.
| Τύπος λέιζερ | Διαρθρωτικά / χαρακτηριστικά διαμόρφωσης | Βασική Δύναμη | Κύριος περιορισμός | Τυπική τοποθέτηση |
|---|---|---|---|---|
| ΕΠ | Λέιζερ εκπομπής άκρων, κοιλότητα Fabry·Pérot | Απλή δομή | Χαμηλότερο ανώτατο όριο επιδόσεων για τις απαιτητικές συνδέσεις | Λιγότερος ρυθμός, μικρότερη εμβέλεια |
| DFB | Λέιζερ εκπομπής άκρων με ανατροφοδότηση σχάρου | Καλύτερος φάκελος ελέγχου | Περισσότερο περίπλοκο από την ΕΠ | Μεγαλύτερη ταχύτητα, μεγαλύτερη εμβέλεια από το FP |
| DML | Το ρεύμα του λέιζερ ρυθμίζεται άμεσα. | Απλούστερη διαδρομή του πομπού | Κριπ, εύρος ζώνης, δείκτης εξαφάνισης και ανταλλαγές εμβέλειας | Σύντομη έως μεσαία απόσταση |
| ΕΜΛ | Δορυφόρος DFB συν διαμορφωτής ηλεκτροαπορρόφησης | Καλύτερη ποιότητα και εμβέλεια σήματος | Πιο περίπλοκη δομή συσκευής | Μεσαίου έως μεγάλου βεληνεκούς |
| VCSEL | Λάιζερ εκπομπής επιφάνειας | Αποδοτική μετάδοση μικρής εμβέλειας | Δεν είναι η προτιμώμενη διαδρομή για συνδέσεις με μακρινές ίνες | Μικρή εμβέλεια, συνήθως σε απόσταση λίγων εκατοντάδων μέτρων |
Οπτικοί Μεταμορφωτές: Πώς φορτώνεται η πληροφορία στο φως
![]()
Ο οπτικός διαμορφωτής είναι η συσκευή που μετατρέπει ένα συνεχές οπτικό φορέα σε ένα σήμα που μεταφέρει δεδομένα.ένταση,φάση, ήπόλωσηΗ λειτουργία αυτή είναι κεντρική για τις σύγχρονες οπτικές μονάδες, επειδή η απόδοση του πομπού καθορίζεται συχνά τόσο από τη μέθοδο διαμόρφωσης όσο και από το ίδιο το λέιζερ.
Μια κοινή διαδρομή πυριτίου χρησιμοποιείεπίδραση διάσπασης στο πλάσμαΣε αυτή την προσέγγιση, μια δομή συνδυασμού PN αλλάζει τη συγκέντρωση φορέα στο εσωτερικό του κυματοδηγού πυριτίου, η οποία αλλάζει τον δείκτη διάθλασης και την απορρόφηση.Η αλλαγή φάσης αυτή μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί σε διαμόρφωση έντασης σε δομές όπως έναΜετρητής παρεμβολών Mach ∆ehnder (MZI/MZM)Μια θεμελιώδης εργασία της Οπτικής περιγράφει ρητά την οπτική διαμόρφωση του πυριτίου ως βασισμένη στο φαινόμενο διάσπασης πλάσματος ελεύθερου φορέα.και πρόσφατη Intel πυριτίου-φωτονική εργασία συνεχίζει να κατασκευάζει υψηλής ταχύτητας ενσωματωμένους πομπούς γύρω από Mach·Zehnder βασισμένες αρχιτεκτονικές για κλιμακώσιμες οπτικές διασυνδέσεις.
Η κύρια έλξη των διαμορφωτών πυριτίου είναι η συμβατότητα διαδικασίας και η πυκνότητα ολοκλήρωσης.Προσανατολισμένη σε CMOSΟι νέες τεχνολογίες, οι οποίες είναι ιδιαίτερα ελκυστικές για τηνσύνδεση κέντρου δεδομένων μικρής εμβέλειας, όπου η ολοκλήρωση, η ισχύς και η κλίμακα συσκευασίας έχουν την ίδια σημασία με την κομψότητα της πρώτης συσκευής.
Μια δεύτερη διαδρομή βασίζεται στηνΗ επίδραση Pockelsσενιοβατικό λιθίου λεπτής επιφάνειας (TFLN)Εδώ, ένα εφαρμοσμένο ηλεκτρικό πεδίο αλλάζει τον δείκτη διάθλασης άμεσα.Το νιοβάτη λιθίου λεπτής ταινίας έχει γίνει ιδιαίτερα ελκυστικό επειδή συνδυάζει τα κλασικά ηλεκτρο-οπτικά πλεονεκτήματα του νιοβάτη λιθίου με μια πολύ πιο ολοκληρωμένη πλατφόρμαΜια μελέτη της Nature Communications σχετικά με τους διαμορφωτές νιοβατικού λιθίου λεπτού υλικού υπογραμμίζει ακριβώς τα χαρακτηριστικά που κάνουν αυτή την πλατφόρμα πολύτιμη σε απαιτητικές συνδέσεις:Μεγάλο εύρος ζώνης, χαμηλή τάση κίνησης, χαμηλή απώλεια, συμπαγές αποτύπωμα και χαμηλό τσιριλί. (Φύση)
Μια τρίτη διαδρομή χρησιμοποιεί τηνΚβαντικά περιορισμένο φαινόμενο Stark (QCSE)σεΠολυκβαντικό πηγάδι με βάση το InPΤο πλαίσιο αναφοράς παρουσιάζει αυτή τη διαδρομή ως τον κεντρικό μηχανισμό πίσω από πολλέςΕΜΛΑπό την άποψη της μηχανικής, είναι ελκυστικό επειδή μπορεί ναυψηλή απόδοση,καλή αναλογία εξαφάνισης, καιχαμηλή τάση κίνησης, καθιστώντας το κατάλληλο για1080 χιλιόμετραμετάδοση της τάξης.
| Φυσικός μηχανισμός | Πλατφόρμα υλικών | Λογική διαμόρφωσης | Βασικά χαρακτηριστικά | Τυπική εφαρμογή |
|---|---|---|---|---|
| Εφέ διάσπασης πλάσματος | Σιλικόνη | Η συγκέντρωση φορέα στην διασταύρωση PN αλλάζει τον δείκτη διάθλασης· χρησιμοποιείται συχνά σε δομές MZI/MZM | Υψηλή ολοκλήρωση, προσανατολισμένη στο CMOS, φιλική προς το κόστος· εξακολουθούν να υφίστανται συμβιβασμοί για το εύρος ζώνης και την ισχύ | Διασύνδεση κέντρου δεδομένων μικρής εμβέλειας |
| Η επίδραση Pockels | Νιοβατικό λιθίου λεπτής επιφάνειας | Το ηλεκτρικό πεδίο αλλάζει άμεσα τον δείκτη διάθλασης. | Πολύ γρήγορη ανταπόκριση, χαμηλό τσιρίτσιο, ισχυρή γραμμικότητα, προηγμένες απαιτήσεις κατασκευής | Συνδεδεμένοι σύνδεσμοι, δίκτυα ραχοκοκαλιάς, υψηλής τεχνολογίας οπτική κέντρου δεδομένων |
| Κβαντικά περιορισμένο φαινόμενο Σταρκ | InP πολυκβαντικό πηγάδι | Ηλεκτρικό πεδίο μετατοπίζει την άκρη απορρόφησης για τη διαμόρφωση ηλεκτροαπορρόφησης | Αποτελεσματική, καλή αναλογία εξαφάνισης, χαμηλή τάση κίνησης | Μεσαίας έως μακράς εμβέλειας μετάδοση, σχεδιασμοί που βασίζονται σε EML |
Φωτοανιχνευτές και ΤΙΑ: Πώς τα οπτικά σήματα γίνονται ξανά ηλεκτρικά σήματα
![]()
Στην πλευρά λήψης, η οπτική μονάδα πρέπει να μετατρέπει το εισερχόμενο φως σε χρήσιμες ηλεκτρικές πληροφορίες.Φωτοανιχνευτής (PD)Η εργασία του είναι να απορροφά το εισερχόμενο οπτικό σήμα και να παράγει φορτίους, παράγοντας φωτοστροφή που αντανακλά το λάβαρο φως.
Δύο κοινές οικογένειες ανιχνευτών είναιΦωτοδιαγωγές PINκαιΦωτοδιόδια APD. ΑΠΙΝΟ ανιχνευτής έχει μέτρια ευαισθησία και είναι γενικά κατάλληλος για οπτική επικοινωνία μικρών και μεσαίων αποστάσεων.ΑΕΠΗ τεχνική σημείωση του Hamamatsu εξηγεί ότι τα APD πολλαπλασιάζουν εσωτερικά το φωτοστράτημα, επιτυγχάνουν υψηλότερη ευαισθησία,και μπορεί να παράσχει υψηλότερο S/N από τους φωτοδιόδους PINΑυτός είναι ακριβώς ο λόγος για τον οποίο τα APD προτιμούνται συχνά όταν η πλευρά λήψης πρέπει να λειτουργεί με ασθενέστερα σήματα ή να υποστηρίζει μεγαλύτερες συνδέσεις.
Ο ανιχνευτής από μόνος του δεν αρκεί. Μια φωτοδιόδης εκπέμπει ρεύμα, αλλά τα περισσότερα κυκλώματα προς τα κάτω λειτουργούν πιο αποτελεσματικά με σήματα τάσης.ενισχυτής διασυνοχής (TIA)Τόσο το TI όσο και οι αναλογικές συσκευές περιγράφουν τον ρόλο του TIA με τον ίδιο πρακτικό τρόπο:μετατρέπει το ρεύμα φωτοδιόδου σε τάση διατηρώντας ταυτόχρονα το εύρος ζώνης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την υπόλοιπη αλυσίδα δέκτηΣε οπτικές ενότητες, αυτό κάνει το PD και το TIA ένα λειτουργικό ζευγάρι και όχι δύο απομονωμένα μέρη.
| Στοιχείο δέκτη | Κύρια λειτουργία | Σημασία της απόδοσης | Τυπικό πλαίσιο χρήσης |
|---|---|---|---|
| Φωτοδιόδη PIN | Μετατρέπει το φως σε φωτορεύμα | Μέτρια ευαισθησία | Σύνδεσμοι μικρής και μεσαίας εμβέλειας |
| Φωτοδιόδια APD | Μετατρέπει το φως σε φωτορεύμα με εσωτερικό κέρδος | Μεγαλύτερη ευαισθησία, καλύτερη απόδοση αδύναμου σήματος | Μεγαλύτερη εμβέλεια ή χαμηλότερη δέκτη ισχύος |
| ΤΙΑ | Μετατρέπει το φωτορεύμα σε τάση και το ενισχύει | Επιτρέπει τη χρήση της ηλεκτρικής ανάκτησης από την έξοδο PD | Προσωρινό άκρο κυκλώματος δέκτη |
MUX και DEMUX: Γιατί οι οπτικές μονάδες χρειάζονται παράλληλες διαδρομές μετάδοσης
![]()
Μια σύγχρονη οπτική μονάδα κάνει κάτι περισσότερο από το να στέλνει ένα οπτικό ρεύμα μέσω μιας διαδρομής.MUXκαιDEMUXσυσκευές.
Απολλαπλασιαστή (MUX)συνδυάζει πολλαπλά οπτικά κανάλια σε μία έξοδο.αποσυνδυαστικό (DEMUX)Από τη σκοπιά του συστήματος, αυτά τα στοιχεία είναι αυτά που κάνουν το εισερχόμενο συνδυασμένο σήμαΠαράλληλη οπτική μετάδοσηΕίναι πιθανό.
Το πλαίσιο του άρθρου χωρίζει τη πολλαπλασιασμό σε τρεις πρακτικές κατηγορίες.Πολλαπλασιασμός διαίρεσης τρόπουΗ διαδρομή αυτή παρουσιάζεται ως οριακά προσανατολισμένη, με αντιπροσωπευτικές συσκευές όπωςΑΔΚκαιΜΜΙΣυσκευές σύνδεσης.Πολλαπλασιασμός με διαίρεση μήκους κύματοςείναι η κύρια διαδρομή, χρησιμοποιώντας συσκευές όπωςAWG,TFF, καιΕπικαιροποιημένο.Πολλαπλασιασμός πόλωσηςσυνδέεται με συνεκτικές ενότητες και βασίζεται σε συσκευές όπως διαχωριστές/συνδυαστές πόλωσης και περιστροφείς πόλωσης.
Αυτή η κατηγοριοποίηση έχει σημασία γιατί εμποδίζει τις οικογένειες των ενσωματωμένων να αναμιγνύονται μεταξύ τους.και δεν χρειάζεται κάθε σύντομη εμβέλεια datacom μονάδα την ίδια στρατηγική πολλαπλασιασμού ως ένα συνεκτικό μακρινό σχέδιοΤο σχέδιο MUX/DEMUX είναι επομένως ένα πρόβλημα εύρους ζώνης, αλλά και ένα πρόβλημα αρχιτεκτονικής μονάδων.
| Τύπος πολλαπλασιαστή | Αντιπροσωπευτικές συσκευές | Τεχνική τοποθέτηση | Τυπικό πλαίσιο ενότητας |
|---|---|---|---|
| Πολλαπλασιασμός διαίρεσης τρόπου | ADC, MMI | Προοπτική / ερευνητική δραστηριότητα | Προχωρημένες ή αναδυόμενες αρχιτεκτονικές |
| Πολλαπλασιασμός με διαίρεση μήκους κύματος | AWG, TFF, MRR | Συνήθη παράλληλη μεταφορά μήκους κύματος | Οπτικές μονάδες δεδομένων και τηλεπικοινωνιών |
| Πολλαπλασιασμός πόλωσης | Χωρισμός/συνδυασμός πόλωσης, περιστροφέας πόλωσης | Οπτική επεξεργασία ειδικής συνοχής | Συνεκτικές ενότητες |
Τι κάνει το DSP σε μια οπτική μονάδα
ΗΔΣΠΗ διαβίβαση των δεδομένων από την πλευρά της μετάδοσης, συχνά περνά μέσα από μια αλυσίδαΔΑΚΑπό την πλευρά της λήψης, το ανακτημένο αναλογικό σήμα αποστέλλεται μέσω ενόςΑΔΚΑυτά τα βήματα, μαζί με τις δυσλειτουργίες των ινών και τις μη ιδανικές συσκευές, εισάγουν στρεβλώσεις που πρέπει να διορθωθούν εάν η μονάδα θέλει να διατηρήσει χαμηλό ποσοστό σφάλματος bits.
Στα πρακτικά οπτικά συστήματα, το DSP χρησιμοποιείται για εργασίες όπως:προδιαστροφή,Ανάκτηση ρολογιού,αντιστάθμιση διάσπασης,εξίσωση, και μετριασμός του θορύβου ή άλλων όρων δυσλειτουργίας.Η τεχνική εξήγηση του NTT για το DSP του οπτικού δέκτη δηλώνει ότι το DSP από την πλευρά του δέκτη αντισταθμίζει την παραμόρφωση της μορφής κύματος που προκαλείται από χρωματική διασπορά και οπτικά μη γραμμικά αποτελέσματαΑυτό ευθυγραμμίζεται καλά με την προβολή σε επίπεδο μονάδας εδώ:Το DSP είναι το κύκλωμα που βοηθά την οπτική διαδρομή να συμπεριφέρεται σαν ένα αξιόπιστο κανάλι επικοινωνίας αντί για ένα εύθραυστο αναλογικό σύνδεσμο. (Επισκόπηση της NTT)
Σε απλούστερη γλώσσα ενότητας, το DSP είναι αυτό που επιτρέπει στο οπτικό υλικό να λειτουργεί πιο κοντά στο προβλεπόμενο όριο απόδοσης.Η εν λόγω μέθοδος είναι επίσης χρήσιμη για τη βελτίωση της ποιότητας ζωής και της υγείας.ΒΑυπό έλεγχο.
Πώς οι επιλογές των εξαρτημάτων επηρεάζουν την εμβέλεια, το εύρος ζώνης και την εφαρμογή
![]()
Το πιο σημαντικό μάθημα σχεδιασμού είναι ότι ένα οπτικό μοντέλο είναι έναπρόβλημα αρχιτεκτονικής σε επίπεδο συστήματοςΗ εμβέλεια συνδέσμου δεν καθορίζεται από το λέιζερ μόνο. Το εύρος ζώνης δεν καθορίζεται από το MUX μόνο. Η ευαισθησία του δέκτη δεν καθορίζεται από το PD μόνο.Η πραγματική απόδοση προέρχεται από το πώς η πηγή φωτός, η μέθοδος διαμόρφωσης, το μπροστινό άκρο του δέκτη, η αρχιτεκτονική καναλιού και η ψηφιακή στρατηγική αντιστάθμισης συνδυάζονται.
Γιαμετάδοση μικρής απόστασης, η αρχιτεκτονική ευνοεί συχνά συσκευές και πλατφόρμες που είναι καλά κλιμακωτές σε όγκο και ενσωμάτωση, όπωςΔιαδρομές μετάδοσης με βάση το VCSELήδρομολόγια διαμόρφωσης με βάση τη φωτονική του πυριτίουΓια...μεταφορά μεσαίας και μεγάλης εμβέλειας, η αρχιτεκτονική επωφελείται όλο και περισσότεροΔορυφόροι τύπου DFB/EML, ισχυρότερη ευαισθησία του δέκτη όπωςΑνίχνευση με βάση την APD, και πιο εξελιγμένη ψηφιακή διόρθωση.Το υλικό του Coherent για τα δικά του προϊόντα και το χάρτη πορείας αντανακλά την ίδια τάση, τοποθετώντας το VCSEL στην ανάπτυξη μικρής εμβέλειας και το EML με βάση το InP ή τις συναφείς οικογένειες διαμορφωμένων λέιζερ στις κατηγορίες μεσαίας και μεγάλης εμβέλειας..
Για το λόγο αυτό, ο εσωτερικός κατάλογος εξαρτημάτων δεν πρέπει ποτέ να διαβάζεται ως κατάλογος επίπεδων εξαρτημάτων.μέθοδος ολοκλήρωσης, και δομή κόστους.
Γενικές ερωτήσεις
Ποια είναι τα κύρια στοιχεία μιας οπτικής μονάδας;
Τα κύρια στοιχεία είναι:Τοποθεσία,ΡΟΣΑ,λειτουργικά κυκλώματα, καιοπτικές/ηλεκτρικές διεπαφέςΜέσα σε αυτά τα μπλοκ, οι πιο σημαντικές συσκευές είναι οιΔίοδος λέιζερ,οπτικός διαμορφωτής,Φωτοανιχνευτής,ΤΙΑ,IC οδηγού,MUX/DEMUX, και συχνάΔΣΠ.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ TOSA και ROSA σε έναν οπτικό δέκτη;
Τοποθεσίαείναι η οπτική υποσυγκρότηση του πομπού. Διαχειρίζεται τη δημιουργία φωτός και την οπτική έξοδο.ΡΟΣΑΕίναι η οπτική υποσυγκρότηση του δέκτη.
DML vs EML vs VCSEL: ποιο χρησιμοποιείται για οπτικές ενότητες μικρής και μεγάλης εμβέλειας;
Στο πλαίσιο που χρησιμοποιείται εδώ,VCSELΣυνήθως, οι σύνδεσμοι μικρής εμβέλειας200 μέτρα.DMLτοποθετείται στο διάστημα μικρής έως μεσαίας εμβέλειας, περίπου500 m έως 10 km.ΕΜΛΧρησιμοποιείται όταν απαιτείται καλύτερη ποιότητα σήματος και μεγαλύτερη εμβέλεια, συμπεριλαμβανομένων:40 χλμ. και άνω.
Τι κάνει το DSP σε μια οπτική μονάδα;
Το DSP αντισταθμίζει τις δυσλειτουργίες που προκαλούνται από τα στάδια μετατροπής και το οπτικό κανάλι.προδιαστροφή,Ανάκτηση ρολογιού,αντιστάθμιση διάσπασης,εξίσωση, καιΒελτίωση του BER.
Γιατί οι οπτικές μονάδες χρησιμοποιούν MUX και DEMUX;
Επιτρέπει στη μονάδα να συνδυάζει και να διαχωρίζει πολλαπλά οπτικά κανάλια.παράλληλη μετάδοση, ειδικά όταν ο σχεδιασμός χρησιμοποιεί πολλαπλά μήκη κύματος ή άλλες διαστάσεις πολλαπλασιασμού για την αύξηση του εύρους ζώνης.
PIN vs APD φωτοανιχνευτής: ποιο είναι καλύτερο για μεγαλύτερη απόσταση μετάδοσης;
ΑΕΠείναι γενικά καλύτερο όταν η πλευρά λήψης χρειάζεται υψηλότερη ευαισθησία, επειδή παρέχει εσωτερικό κέρδος μέσω πολλαπλασιασμού χιονοστιβάδας.ΠΙΝείναι απλούστερη και λειτουργεί καλά σε πολλές εφαρμογές μικρής και μεσαίας εμβέλειας, αλλά η APD ευνοείται συνήθως όταν πρέπει να ανιχνευθούν ασθενέστερα λαμβανόμενα σήματα.