Оптоволоконные передатчики

Передатчик оптоволоконного сигнала представляет собой электронно-оптический преобразователь стандартного видеосигнала (изменяющегося во времени напряжения) в изменение мощности светового излучения, пригодного для передачи по оптоволоконным кабелям. Преобразование это должно производиться эффективно и точно. Для этого излучение световых либо лазерных диодов модулируется по мощности видеосигналом; лазерные диоды применяются для передачи изображений на дальние дистанции, а светодиоды — в обычных системах видео-наблюденик. Принципиальная схема передатчика изображена.

Светодиод — полупроводниковый прибор, изготавливаемый из арсенида галлия (GaAs) либо подобного по свойствам материала и преобразующий электрический ток в свет. Излучение светодиодов находится в довольно узком диапазоне частот спектра, т.е. близко к монохромному; при этом они излучают весьма узконаправленный пучок лучей.

Лазерные диоды имеют более сфокусированный луч и обеспечивают большую мощность излучения, а светодиоды, в свою очередь, более надёжны, дёшевы и просты в использовании. Поэтому лазерные диоды применяются лишь там, где требуется передача сверхширокополосного сигнала на весьма существенные расстояния.

Основные требования к светодиодному источнику света:

1. Высокая скорость работы, определяющая ограничения полосы пропускания сигнала. 2. Достаточная мощность, чтобы обеспечить приемлемое соотношение сигнал/шум на стороне приёмника. 3. Длина волны излучения, соответствующая оптимальной для данного типа оптоволокна.

Помимо перечисленного, качественный светодиод при стыковке с кабелем должен обеспечивать попадание в сердцевину передающего оптоволокна максимального количества света и потому должен иметь минимально возможный угол расхождения конуса излучения; при этом поперечное сечение конуса в месте его контакта с оптоволокном должно быть как можно меньшим.

Модуляция оптического сигнала

В системах видеонаблюдения и контроля все электрические видеосигналы, поступающий от камер, должен быть трансформирован в модулированный поток световых лучей. Мощность излучения при амплитудной модуляции является переменной величиной, а при частотной модуляции — константой. Амплитудной модуляции лучше всего поддается излучение диодов с длиной волны 850 нм: их выходная мощность почти линейно зависит от силы тока.

Характеристики излучения светодиода зависят от состава полупроводникового материала, применяемого в нём. Пик излучаемого спектра диодов на арсениде галлия наблюдается на длине волны около 940 нм, что является неприемлемым для большинства световодов, имеющих на этой длине волны высокий коэффициент потерь. Добавки алюминия к арсениду галлия позволяют сдвинуть пик в сторону видимого света — между 800 и 900 нм, причём точная длина волны зависит от процентного содержания алюминия в рабочем слое. В качестве альтернативных используются длины волн 1060, 1300 и 1550 нм, на которых в световодах наблюдается ещё меньше затухания и рассеяния — поэтому применяются они при необходимости передачи сигнала на особо дальние расстояния. «Заставить» арсенидо-галлиевый светодиод излучать такие волны могут дозированные добавки индия.