Спектральная ширина

Как бьшо показано в главе 6 при обсуждении молекулярной дисперсии, излучение с различными длинами волн имеет отличающиеся скорости распространения в волокне. Эта дисперсия ограничивает ширину рабочей полосы пропускания. Как лазеры, так и диоды не являются идеально монохромными, они излучают в некотором конечном диапазоне длин волн. Этот диапазон известен как спектральная ширина источника. Он определяется 50% уровнем мопщости относительно максимума, соответствующего центральной длине волны. Например, если источник имеет центральную длину волны 820 нм и спектральную ширину 30 нм, то его выходное излучение занимает диапазон от 805 до 835 нм.

На длине волны 850 нм молекулярная дисперсия примерно равна 0.1 нс/км на один нанометр спектральной ширины источника. Использование СИД со спектральной шириной 30 нм приводит к 3 не дисперсии на расстоянии 1 км.

На рис. 8.9 видно, что спектральная ширина лазера существенно уже по сравнению со спектральной шириной светоизлучающего диода. Спектральная ширина лазера составляет от 2 до 5 нм, в то время как аналогичная характеристика СИД составляет десятки нанометров. Как правило, спектральная ширина не сказывается на качестве линии длиной в несколько километров, работающей на частотах до 100 МГц. Спектральная ширина является критическим параметром для высокоскоростных протяженных одномодовых оптических систем. В этом случае спектральная ширина ограничивает скорость передачи информации. Напомним, что ширина полосы пропускания одномодового волокна определяется величиной дисперсии и измеряется в пикосекундах на километр и на нанометр спектральной ширины источника (псек/км/нм).

0 7S

Длина волны (нм}

Рис. 8.9. Типичная спектральная характеристика (рисунок предоставлен АМР 1псофога1е(])

Поскольку спектральная ширина лазерного источника является лимити-руюш;ей характеристикой для высокоскоростных протяженных одномодовых оптических линий, то в последнее время много усилий бьшо направлено на создание монохромных лазерных диодов, пригодных для таких систем. Такого рода устройства имеют усовершенствованную структуру, усиливающую излучение на центральной длине волны и подавляющую излучение на боковых длинах волн. Можно привести два примера подобных устройств: лазеры с распределенной положительной обрсопной связью и лазфы с пространственно синхронизированной генерацией (С ). В лазере с распределенной положительной обратной связью используется встроенная дифракционная решетка, позволяющая усиливать фотоны (испытывающие полное отражение на обоих зеркалах резонатора) только на резонансной длине волны. Таким образом, вынужденное излучение становится монохромным. В лазере используется лазерный диод, кристалл которого разделен на две секции малым зазором. Каждая секция работает независимо, при этом излучения от каждой секции интерферируют между собой, что приводит к подавлению одних длин волн и к усилению сигнала на других длинах волн.

Скорость

Скорость включения и выключения источника должна быть достаточно высокой, чтобы соответствовать требованиям ширины рабочей полосы пропускания оптической системы. Скорость источника определяется временем нарастания и спада сигнала. Лазеры имеют время нарастания менее 1 не, в то время как время нарастания СИД - несколько наносекунд. Зависимость ширины рабочей полосы от времени нарастания определяется приближенной оценкой

где время нарастания, выраженное в наносекундах, приводит к значениям ширины полосы пропускания в гигагерцах. Например, время нарастания в 1 не позволяет работать в полосе 350 МГЦ, а в 5 не - 70 МГц.

Длительность эксплуатации

Гарантируемое время эксплуатационной службы источника измеряется миллионами часов. После этого выходная мощность источника начинает уменьшаться из-за увеличивающегося числа дефектов в кристаллической структуре полупроводникового кристалла. Гарантируемое время службы источника определяется уровнем 50% (3 дБ) уменьшения выходной мощности. Считается, что СИД, имеющий первоначальную выходную мощность 1 мВт, заканчивает свою службу при уровне мощности в 500 мкВт.

Простота использования

Лазер имеет лучшие оптические характеристики по сравнению с СИД но он сложнее, дороже и менее надежен в эксплуатации. Срок эксплуатаци

онной службы лазеров, по сравнению с СИД, меньше. Они требуют более сложного управляющего оборудования. Например, выходная мощность лазера может заметно изменяться при колебаниях температуры. Поддержание выходной мощности лазера в заданном температурном диапазоне требует специального оборудования, регулирующего силу управляющего тока, например, установки фотодиода на заднем зеркале резонатора. При этом ток от фотодиода зависит от мощности падающего на него излучения. Вариации тока фотодиода через контур обратной связи влияют на величину управляющего тока.

Эпоксидная

Окно стеклянной линзы

Кристалл

Диод Барра

Сгаклянное окно Микролинза

Керамичесш подкладка КЗ ВеО

-ГолоекаТОб Кристалл CtVl

И-Соединение т PIA

Рис. 8.10. При подключении следует обеспечить максимальную передачу энергии в волокно (рисунок предоставлен АМР Incorporated)