Джерела і приймачі випромінювання

Як джерела випромінювання використовуються світлодіоди і напівпровідникові лазери. Світлодіоди (LED — Light Emited Diode) є некогерентними джерелами, що генерують випромінювання в деякій безперервній області спектру шириною 30-50 нм. Через значну ширину діаграми спрямованості їх застосовують тільки при роботі з багатомодовим волокном. Найдешевші випромінювачі працюють в діапазоні хвиль 850 нм (з них почався волоконний зв'язок). Передача на більш довгих хвилях ефективна, але технологія виготовлення випромінювачів на 1300 нм складніша і вони дорожчі. По конструкції розрізняють світлодіоди з поверхневим і бічним випромінюванням. Останні володіють більш вузькою спрямованістю променя. Через відносно невисоку швидкодію світлодіодів їх застосовують тільки до швидкостей 622 Мбіт/с, де з урахуванням надмірності коду 8В/10В швидкість в лінії складає 777,6 Мбод.

Лазери є когерентними джерелами, що володіють вузькою спектральною шириною випромінювання (1-3 нм, в ідеалі — монохромні). Лазер дає вузьконаправлений промінь, необхідний для одномодового волокна. Довжина хвилі — 1300 або 1550 нм, освоюються і більш довгохвильові діапазони. Швидкодія вище, ніж у світлодіодів. Лазер менш довговічний, ніж світлодіод, і складніший в управлінні. Потужність випромінювання сильно залежить від температури, тому доводиться застосовувати зворотний зв'язок для регулювання струму. Лазерне джерело чутливе до зворотних віддзеркалень: відображенийпромінь, потрапляючи в оптичну резонансну систему лазера, залежно від зсуву фаз може викликати як ослаблення, так і посилення вихідного сигналу. нестабільність рівня сигналу може приводити до непрацездатності з'єднання, тому вимоги до величини зворотних віддзеркалень в лінії для лазерних джерел набагато жорсткіші. Лазерні джерела застосовуються і для роботи з багатомодовим волокном (наприклад, в технології Gigabit Ethernet 1000Base-LX).

Детекторами випромінювання служать фотодіоди. Існує ряд типів фотодіодів, що розрізняються по чутливості і швидкодії. Найпростіші фотодіоди із структурою рn мають низьку чутливість і великий час відгуку. Великою швидкодією володіють діоди із структурою pin, у яких час відгуку вимірюється одиницями наносекунд при прикладеній напрузі від одиниць до десятків вольт. Лавинні діоди володіють максимальною чутливістю, але вимагають додатку напруги в сотні вольт, і їх характеристики сильно залежать від температури. Залежність чутливості фотодіодів від довжини хвилі має явно виражені максимуми на довжинах хвиль, визначуваних матеріалом напівпровідника. Найдешевші кремнієві фотодіоди мають максимальну чутливість в діапазоні 800-900 нм, різко спадаючу вже на 1000 нм. Для більш довгохвильових діапазонів икористовують германій і арсенід індія і галію.

На основі випромінювачів і детекторів випускають готові компоненти — передавачі, приймачі і приймачі-передавачі. Ці компоненти мають зовнішній електричний інтерфейс ТТЛ або ЕСЛ.

Оптичний інтерфейс — коннектор певного типа, якого часто встановлюють на відрізок волокна, приклеєний безпосередньо до кристала випромінювача або детектора.

Передавач (transmitter) є випромінювачем з схемою управління. Основними оптичними параметрами передавача є вихідна потужність, довжина хвилі, спектральна ширина, швидкодія і довговічність. Потужність передавачів указують для конкретних типів волокон (щоб в розрахунках не враховувати діаграму спрямованості, діаметр і апертуру випромінювача). Для одного і того ж передавача в ММ-волокно з великим діаметром серцевини вводиться велика потужність. Швидкодія визначається часом наростання (від 10 до 90 % потужності) і спаду (від 90 до 10 %) сигналу на виході. Довговічність джерела визначає час, за який потужність випромінювання падає на 3 дБ (деградація потужності відбувається через руйнування структури кристала приладу).

Приймач (receiver) — це детектор з підсилювачем-формувачем. Приймач характеризується діапазоном хвиль, що приймаються, чутливістю, динамічним діапазоном і швидкодією (смугою пропускання). Смуга пропускання приймача BW визначається через час відгуку tR, залежний від місткості діода з схемами підключення і опору навантаження:

В W=0,35 /tR.

Чутливість приймача — мінімальна оптична потужність, що він її детектує, — визначається рівнем шумів різного походження і в основному залежить від фотодіода. Динамічний діапазон — різниця між максимальною і мінімальною потужністю, що він її детектує (в децибелах). Рівень максимальної потужності, при якій ще не відбувається насичення приймача, визначається як фотодіодом, так і підсилювачем. Для детектування сигналу з рівнем помилок не вище заданого рівня BER (Bit Errors Ratio — відносна кількість помилкових біт) потужність сигналу, що приймається, повинна лежати в межах динамічного діапазону. Так, наприклад, для приймачів з чутливістю -33 дБм і динамічним діапазоном 20 дБ допустимо рівень сигналу від -33 до -13 дБм. Більш високі частоти передачі вимагають більш високого рівня сигналу на вході приймача. Приймач розрізняє рівні сигналів щодо деякого порогового значення. Для розширення динамічного діапазону пороговий рівень визначається динамічно по усередненому значенню вхідного сигналу. В більшості схем кодування рівень потужності оптичного сигналу залежить від передаваної інформації (потужність тим більше, чим довше вихідний сигнал знаходиться в активному стані). З погляду прийому інформації вигідніше схеми кодування, у яких значення максимальної і мінімальної потужності розрізняються якомога менше. Для таких схем кодування легше забезпечити великий динамічний діапазон з безпомилковим прийомом інформації.

Оскільки в мережах завжди використовується двонаправлений зв'язок, випускають і трансівери (transceiver) — поєднання передавача і приймача із злагодженими параметрами. Для трансіверів, окрім вищенаведених параметрів передавача і приймача, застосовуване поняття бюджету потужності