Рис. 2. Структурная схема простого устройства для осуществления обратной связи по свету

Рис.3. Структурная схема устройства коррекции нелинейности характеристик излучателя, реализующая управление вперед. [Взято из статьи J. Straus and I. О. Szentesi. Linearisation of optical transmitters by a quasifeediorward compen­sation technique.—Efs. Letts. 13, 158—9, (17 Mar. 1977).]

уровня второй и третьей гармоник до - 35 и —55 дБ по отношению к основной гармонике, а работая с цепью прямой связи, снижал их до — 70 дБ.

Для расчета ожидаемого отношения сигнал-шум сначала опреде­лим коэффициент модуляции оптического сигнала, модулируемого по интенсивности

где Ф0 — уровень оптической мощности при отсутствии модуля­ции, аФ—максимальное отклонение мгновенной мощности от Фц. Очевидно, что

0 <: т < 1, но кроме этого значение т ограничено на практике максимально допустимым уровнем искажений. Ток сигнала, генерируемый фотодетектором,

где /о — ток, создаваемый немодулированной несущей, а Я — чув­ствительность фотодетектора. Тогда отношение сигнал-шум на входе приемника определяется уравнениями (14.4.10) или (14.5.14), где вели­чину / в слагаемом в знаменателя следует заменить на /о. В этом слу­чае оно представляет собой отношение максимального значения сигна­ла к среднеквадратичному значению шума.

Мы можем объединить слагаемые а, б, г и д в одно I*ш, которое представляет собой полный шум цепи. Таким образом,

Рис. 4. Зависимость отношения сиг­нал/шум от уровня принимаемой опти­ческой мощности

На рис. 4 изображена за­висимость К. от Фо для случая т = 0,5, R= 0,5 А/Вт, F ==- 1 и <¦ = 5 МГц, а величина (I*ш)2 играет роль параметра. Из рис.4 следует, что шум малошумящих систем даже в случае применения p-i-n - фотодиодов ограничен пре­дельным уровнем квантового шума.

Ранее была рассмотрена передача телевизионных сигналов с помо­щью модуляции по интенсивности в полосе спектра модулирующего сигнала для замкнутой телевизионной системы (CCTV), применяемой для контроля за работой железной дороги (Японская национальная же­лезная дорога и фирма Мицубиси). Были использованы лазерный диод на InGaAsP/InP, работающий на длине волны 1,29 мкм, многомодовое градиентное волокно, а также/?-1-п-фотодиод на InGaAsP/InP. Цепи обратной связи и предварительного искажения сигнала улучшили ли­нейность источника излучения, так что удалось получить коэффициент модуляции выше 0,5. Затухание в линии длиной 16,5 км с семью разъ­емами составляло 27,3 дБ. Мощность вводимого в волокно оптическо­го сигнала составляла — 7 дБм, а уровень принимаемой мощности — 34,3 дБм обеспечивал отношение сигнал-шум, равное 42,3 дБ, что было вполне удовлетворительно. Поскольку ширина полосы пропуска­ния волокна не являлась ограничением, для снижения до минимума мо­дального шума можно было использовать широкополосный лазерный источник, работающий в режиме многих продольных мод.

3. Использование частотно-модулированной поднесущей

Модуляция частоты повторения импуль­сов оптического источника излучения дает возможность легко реализо­вать аналоговую оптическую систему передачи данных на звуковых частотах. Разумеется, этот метод используется как в канализирован­ных, так и неканализированных системах связи. Его можно распро­странить на передачу видеосигналов, используя более высокую часто­ту повторения импульсов поднесущен. Сообщалось об оптических сис­темах, успешно осуществляющих передачу информации при частоте повторения импульсов в несколько сот мегагерц. В данном случае мож­но получить высокое отношение сигнал-шум при меньшей мощности принимаемого оптического сигнала по сравнению с модуляцией по ин­тенсивности в полосе спектра модулирующего сигнала. Кроме того, требуется меньшая полоса пропускания канала для передачи любого сигнала по сравнению с системами связи, использующими ИКМ, ха­рактеристики которых ограничены дисперсией, а не затуханием опти­ческого волокна. Системы с частотно-импульсной модуляцией имеют лучшие характеристики, поскольку она дает возможность менять тре­бования к ширине полосы пропускания канала при различном отноше­нии сигнал-шум. Можно также использовать частотное разделение ка­налов, если нет ограничения ширины полосы пропускания системы, обусловленного дисперсией. Результирующая линейность канала зави­сит от линейностей модулирующих и демодулирующих схем. Как пра­вило, нужно применять лазерные источники излучения, работающие на длине волны 0,85 мкм, поскольку дисперсия материала ограничива­ет дальность связи. При использовании многомодовых волокон в та­ком случае серьезной проблемой становится модальный шум. Это про­тиворечие можно разрешить, используя в качестве источника излуче­ния либо светодиод на 1,3 мкм, и в этом случае дисперсия не будет про­блемой, либо одномодовые волокна.

Подробный анализ каналов связи с ЧИМ затруднителен, поскольку она связана с нелинейными процессами. Кроме того, существует не­сколько различных видов используемой модуляции (модуляция им­пульсной последовательности по частоте или фазе; сохранение по­стоянными либо длительности импульса, либо рабочего цикла при из­менении частоты или фазы; частотная или фазовая модуляция синусо­идальной поднесущей), а также различные способы осуществления мо­дуляции и демодуляции. Поэтому здесь не делается попытка количест­венно оценить ожидаемые шумовые характеристики оптической линии с ЧИМ. Достаточно сказать, что они аналогичны характеристикам обычных радиоканалов с частотной модуляцией, которые описаны в большинстве учебников по связи. Заметим, что ве­личина К, определяемая выражениями характеризует отношение мощности несущего колебания к мощности шума в полосе пропускания канала. Использование широкополосной частотной модуляции, при которой девиация частоты в большой степени сопоставима с шириной спектра сигнала, приводит к значительному уменьшению требуемого отношения сигнал-шум, при условии, что от­ношение мощности несущей к мощности шума превышает некоторое пороговое значение, достаточное для того, чтобы обеспечить надежную регенерацию импульса.

В ряде экспериментальных систем было обнаружено, что для высо­кокачественного приема телевизионных изображений (требуемое от­ношение сигнал-шум » 55 дБ) необходимо, чтобы уровень мощности