Os componentes básicos de um ocomunicação de fibra ópticasistema são mostrados na Figura 1-1. Consiste principalmente em três partes: transmissão, recepção e sistema básico de transmissão de fibra óptica que serve como canal generalizado.
(Figura 1-1 Componentes básicos de um sistema de comunicação de fibra óptica)
Componentes Básicos de um Sistema de Comunicação de Fibra Óptica
△Classificação de sistemas de comunicação de fibra óptica
(1) Seção de Transmissão: Nesta seção, a fonte de informação converte as informações do usuário em um sinal elétrico bruto, denominado sinal de banda base. O transmissor óptico converte o sinal de banda base em um sinal adequado para transmissão de canal. Se for necessária modulação, o sinal de saída é chamado de sinal modulado. Para melhorar a qualidade da transmissão, esse sinal analógico de banda base geralmente é convertido em um sinal de frequência-modulado (FM), de pulso-modulado em frequência (PFM) ou de pulso-modulado em largura (PWM) e, finalmente, esse sinal modulado é inserido no transmissor óptico.
Quer se trate de um sistema digital ou analógico, o sinal elétrico que transporta as informações de entrada para o transmissor óptico é convertido em um sinal óptico por meio de modulação.
(2) A onda portadora óptica é transmitida para a extremidade receptora através de linhas de fibra óptica, onde o receptor óptico converte o sinal óptico em um sinal elétrico. O receptor elétrico funciona inversamente ao transmissor elétrico; ele converte o sinal elétrico recebido em um sinal de banda base, que é então usado pelo coletor de informações para recuperar as informações do usuário.
Em todo o sistema de comunicação, a tecnologia e os equipamentos utilizados na comunicação por fibra óptica são os mesmos da comunicação por cabo para os segmentos de sinal elétrico antes do transmissor óptico e depois do receptor óptico. A única diferença é que o sistema básico de transmissão por fibra óptica, composto por um transmissor óptico, linhas de fibra óptica e um receptor óptico, substitui a transmissão por cabo.
(3) Sistema básico de transmissão de fibra óptica De acordo com a Figura 1-1, o sistema básico de transmissão de fibra óptica pode ser subdividido em três partes: o transmissor óptico, a linha de fibra óptica e o receptor óptico. A função do transmissor óptico é converter a entrada do sinal elétrico da seção de transmissão em um sinal óptico e usar tecnologia de combinação para injetar o sinal óptico na linha de fibra óptica ao máximo. O equipamento principal do transmissor óptico é a fonte de luz, juntamente com o driver e o modulador. O desempenho do transmissor óptico depende basicamente das características da fonte de luz. Os requisitos para a fonte de luz são: potência óptica de saída suficientemente alta, frequência de modulação suficientemente alta, largura de linha espectral e ângulo de divergência de feixe tão pequenos quanto possível, potência de saída e comprimento de onda estáveis e longa vida útil do dispositivo. Atualmente, as fontes de luz amplamente utilizadas incluem diodos emissores de luz (LEDs) semicondutores e diodos laser semicondutores (ou lasers, LDs), bem como lasers dinâmicos de feedback distribuído (DFB) de modo único-com larguras de linha espectrais muito pequenas. Lasers-de estado sólido também são usados em alguns casos. A função da linha de fibra óptica é transmitir o sinal óptico do transmissor óptico para o receptor óptico com a menor distorção e atenuação possível. A linha de fibra óptica consiste em fibras ópticas, conectores de fibra óptica e plugues de fibra óptica. A fibra óptica é o corpo principal da linha de fibra óptica, e os conectores e plugues são componentes indispensáveis. Na engenharia prática, são usados cabos ópticos que suportam múltiplas fibras ópticas. Os sistemas de comunicação de fibra óptica operam em comprimentos de onda próximos ao-infravermelho, e o meio de transmissão para comunicação de fibra óptica é o quartzo, que é um tipo de guia de ondas dielétrico, é um corpo cilíndrico, com índices de refração de núcleo e revestimento de n₁ e índice de refração de revestimento de n₂, e n₁ > n₂. Quando a condição de reflexão total é satisfeita, a luz pode ser confinada e transmitida dentro do núcleo. As principais características da fibra óptica são a atenuação e a dispersão de cores. A atenuação é expressa na unidade de dB/km, e as fibras ópticas possuem três janelas de baixa perda, com comprimentos de onda de:
λ₀=0.85 μm (banda de comprimento de onda curto) λ₀=1.31 μm (banda de comprimento de onda longo)
λ₀=1.55 μm (banda de comprimento de onda longo)
A dispersão de cores da fibra óptica é causada pelo fato de componentes com frequências diferentes na fibra óptica não se propagarem na mesma velocidade, resultando no alargamento do pulso durante a transmissão. A dispersão de cores é expressa em unidades de ps/(km · nm). O recíproco do número do sinal, ou seja, a taxa de bits máxima-produto de distância que a dispersão de cores pode tolerar.
A função do receptor óptico é converter sinais de fibra óptica em sinais elétricos com relação sinal-para{1}}ruído suficientemente alta. O principal componente do receptor é o fotodetector, e também existem amplificadores, filtros e circuitos relacionados. O núcleo do fotodetector é o elemento receptor-de luz. O requisito para o fotodetector é uma alta taxa de resposta, baixa corrente escura e alta velocidade de resposta. Atualmente, os fotodetectores comumente usados na comunicação de fibra óptica são fotodiodos PIN baseados em junção PN semicondutora (PIN-PD) e fotodiodos de avalanche (APD).
O parâmetro característico mais importante de um receptor óptico é a sua sensibilidade. A sensibilidade é um indicador abrangente da qualidade de um receptor óptico; reflete a capacidade do receptor de receber sinais ópticos fracos quando ajustado ao seu estado ideal. A sensibilidade depende principalmente do ruído dos fotodiodos e amplificadores que compõem o receptor óptico e também é afetada pela taxa de transmissão, pelos parâmetros do transmissor óptico e pela dispersão da linha de fibra óptica. Ele também está intimamente relacionado à taxa de erro de bit exigida pelo sistema ou à relação sinal-para{4}}ruído. Portanto, a sensibilidade também é um importante indicador da qualidade de um sistema de comunicação por fibra óptica.
