2 4Й7Б

где к- постоянная Больцмана (1.38 х 10 Дж/К), Т- абсолютная температура по шкале Кельвина, В - ширина частотной полосы приемника и rl -сопротивление нагрузки. Рассмотрим 510-Ом нагрузку, работающую при абсолютной температуре 298 К. Предположим ширину полосы в 10 МГц. Тепловой шум равен

2 ЛкТВ

(4) (1.38 X 10 ) (298) (10 X ю) 510

= 3.23 X 10 = 1.79 X 10* = 18нА

Тепловой и дробный шум в приемнике возникают независимо от поступающей оптической мопщости. Они определяются структурой материи. Они могут быть уменьшены при улучшении устройства детектора, но избавиться от них полностью невозможно. 1Ьобой сигнал - оптический, электрический, или голосовой - обязательно существует совместно с шумом. После приема, на стадии следующей после детектирования, происходит усиление сигнала совместно с шумом. Таким образом, сигнал должен быть существенно сильнее шума. Если амплитуда сигнала равна амплитуде шума, то это следствие неадекватного детектирования. При адекватном детектировании амплитуда сигнала должна минимум в два раза превосходить амплитуду шума.

Отношение сигнал/шум

Отношение сигнал/шум (SNR) - общепринятый способ выражения качества сигнала в системе. Это просто отношение средней энергии сигнала к

SNR= I

В децибелах SNR равно

SNR = 10 logio ()

средней энергии шумов различной природы.

Если сигнал имеет мощность 50 мкВт, а мощность шума равна 50 нВт, то данное отношение равно 1000, или 30 дБ.

Большие значения SNR соответствуют ситуации, когда сигнал существенно превосходит шум. Мощность сигнала зависит от мощности поступающего оптического сигнала. В различных случах требуютс различные значения SNR. Отношение сигнал/шум для телефонных линий меньше аналогичного параметра для телевизионного сигнала, поскольку даже достаточно высокий уровень шумов на телефонной линии может остаться незамеченным. Также можно принимать большие звуковые искажения по сравнению с приемом

телевизионного сигнала. Более того, передаваемый в эфир телевизионный сигнал имеет более высокое значение отношения сигнал/шум, чем телевизионный сигнал, принимаемым дома. Почему? На передаваемый в эфире сигнал накладывается шум. Поэтому необходимо, чтобы даже после передачи и приема отношение сигнал/шум оставалось достаточно высоким и обеспечивало качественную телевизионную картинку.

Отношение бит/ошибка

Дня цифровых систем существует аналог SNR, который шзывается отношение бит/ошибка (BER). Данный параметр является отношением правильно переданной информации, выраженной в брггах, к неправильно переданной инфоршции. Огаошение 10 означает, что при передаче одного миллиарда бит инфоршции бьша допущена одна ошибка Подобно SNR требования к величине отношения бргг/ошибка зависят от области применения. Требования к цифровой телефонии ниже, чем к цифровым компьютерным данным, они соотносятся как 10 к 10. Несколько ошибочно переданных 6ргг не вызовут катастрофы на телефонной линии. В то же время несколько неправильных бит информации в компьютерных данных могут существенно изменить финансовые данные или данные об оценках студентов и привести к неправильной работе программы.

Параметры BER и SNR связаны. Лучшее SNR подразумевает лучшее отношение BER. Параметр BER зависит также от формата кодирования данных и устройства приемника. Существует техника детектирования и исправления ошибочных битов. Невозможно представить простую формулу, позволяющую вьфажать одно отношение через другое, поскольку их соотношение определяется множеством факторов, таких как устройство контура и схема коррекции ошибочных битов. В некоторой системе значению SNR = 22 дБ соответствует значение BER, равное 10В то же время значению SNR = 17 дБ соответствует BER = 10В другом устройстве 10 BER может достигаться npHSNR = 18 дБ.

Характеристики детекторов

Здесь приводятся характеристики детекторов, представляющие интерес с точки зрения использования в волоконной оптике. К ним относятся чувствительность прибора по отношению к поступающей оптической мощности и скорость его срабатывания. Поскольку детекторы pin-типа наиболее распространены, остановимся именно на их анализе.

Чувствительность

Чувствительностью называется отношение выходного тока к оптической энергии, она выражается в амперах/ватт. Оптическая энергия производит ток. Типичное значение чувствительности фотодиода составляет от 0.4 до 0.6 А/Вт. Чувствительность 0.6 А/Вт означает, что поступающая оптическая мощность 50 мкВт производит ток в 30 мкА:

Id = бОмкВ X О.бЛ/Вт = ЗОмкА

где Id - ток диода.

Для лавинных фотодиодов типичное значение чувствительности составляет 75 А/Вт. При этом та же оптическая мощность 50 мкВт производит ток силой в 3.75 мА.

Id = 50мкВ x 75А/Вт = 3750мкА = 3.75мА

Чувствительность изменяется в зависимости от длины волны, поэтому она задается либо при длине волны, соответствующей максимуму чувствительности, либо при длине волны, представляющей интерес, такой как 850 нм или 1300 нм. Кремний является наиболее распространенным материалом, используемым в детекторах в диапазоне длин волн от 800 до 900 нм. Его пиковая чувствительность составляет 0.7 А/Вт при 900 нм. При длине волны 850 нм чувствительность близка к своему максимальному значению. В оптических системах, работающих на пластиковых волокнах, обьгано используется излучение видимого диапазона с длиной волны 650 нм. При этом чувствительность фотодиода далека от максимума и составляет от 0.3 до 0.4 А/Вт.

Кремниевые фотодиоды не вполне пригодны для более длинноволнового диапазона 1300 нм и 1550 нм. В этом диапазоне используются германий (Ge) и индий-галлий-арсенид (InGaAs). Фотодиод рт-типа на основе InGaAs имеет достаточно широкую область высокой чувствительности. Данный материал не образует ярко выраженный пик на кривой чувствительности, как кремний. В диапазоне от 900 до 1650 нм его чувствительность не опускается ниже 0.5 А/Вт, что позволяет использовать его как для длины волны 1300 нм, так и для 1550 нм. На рис. 9.4 представлены типичные кривые чувствительности для различных фотодиодов.

.е-

.2-.1-

Германий

I шо тоо воо воо t 1100 1 mo 13001 wo I leoo i7oo 600 1000 1S00

Длина волны (нм)

Рис. 9,4. Чувствительность