Aké sú praktické využitie diód v komunikačnom zariadení z optických vlákien?

一, Hnačka zdroja svetla a emisia ľahkého signálu
1. Elektro optická konverzia polovodičových laserových diód (LDS)
Semiconductor laserové diódy (LDS) dosahujú elektro - optickú konverziu injekciou prúdu a sú základným zdrojom svetla optickej komunikácie. Jeho pracovný princíp je založený na stimulovanom žiarení. Keď prúd presahuje prahovú hodnotu, páry elektrónových otvorov rekombínske a uvoľňované fotóny, ktoré tvoria koherentný laserový výstup. LD má tieto technické vlastnosti:
Úzka spektrálna šírka čiary: Typická spektrálna šírka 1 - 5nm, účinne potláčanie rozšírenia impulzov spôsobené disperziou vlákien, podporujúce vysokorýchlostný prenos nad 10 Gbps.
Vysoká účinnosť spojenia: Prostredníctvom priameho spojenia alebo zaostrenia šošoviek môže účinnosť spojenia medzi LD a vláknami dosiahnuť 90%, čím sa zabezpečí účinné vstrekovanie optickej energie.
Prahová charakteristika: Na zníženie oneskorenia zriadenia nosiča a zlepšenie miery modulácie sa vyžaduje predpätie prúdu. Napríklad lasery DFB majú zvyčajne prahový prúd 10-30 mA pri vlnovej dĺžke 1550 Nm.
2. Integrovaný návrh laserových diódových komponentov
Moderné komponenty LD integrujú opto izolátory, monitorovanie fotodiód (PDS), termistory (RTS) a termoelektrické chladiče (TEC) za vzniku uzavretého - riadiaci systém slučky:
Optický izolátor: zabraňuje odrážaniu svetla interferujúceho s LD a znižuje hluk.
Monitorovanie PD: Monitorovanie výstupného výkonu LD v reálnom čase, spätná väzba k obvodu automatického riadenia výkonu (APC), aby sa zabezpečila výstupná stabilita.
Regulácia teploty TEC: Udržiava prevádzkovú teplotu LD prostredníctvom Peltierovho efektu, kompenzuje teplotný posun prahového prúdu (typická hodnota: prahový prúd sa zvyšuje o 1-2 krát medzi 20 a 50 stupňami).
2, detekcia a príjem optického signálu
1. Fotoelektrická konverzia fotodiód pinov
Pittodiódy pritiahajú fotóny pomocou spätnej skreslenej vyčerpania vrstvy, vytvárajú páry elektrónových otvorov a vytvárajú fotokrúd. Medzi jeho základné výhody patrí:
Nízky hluk: Typická hodnota tmavého prúdu<1nA, suitable for detecting weak light signals.
Široká spektrálna odpoveď: Silikon - PIN diódy pokrývajú 400 - 1100nm rozsah vlnových dĺžiek, zatiaľ čo diódy na báze Indium gallium (Ingaas) sa dajú rozšíriť až do 1650nm.
Vysoká rýchlosť: Keď je kapacita križovatky menšia ako 1pf, šírka pásma môže dosiahnuť úroveň GHz a podporovať rýchlosti viac ako 40 Gbps.
2. Mechanizmus zisku lavínovej fotodiódy (APD)
APD dosahuje zisk interného prúdu (M =10-100) prostredníctvom násobenia lavíny Carrier Avalanche pod vysokým elektrickým poľom, čo výrazne zlepšuje citlivosť na príjem:
Výhoda citlivosti: pri 10 ^ - 12 W Optický výkon, signál - k pomeru k-šum (SNR) APD je o 10-20 dB vyšší ako signál PIN diódy.
Hluk - vypnuté: Proces multiplikácie zavádza nadbytočný šum a je potrebné optimalizovať rovnováhu medzi násobením faktora M a šumom. Napríklad Ingaas APD má typický prebytočný šumový faktor F =2-3 pri vlnovej dĺžke 1550nm.
3. Priemyselné aplikácie kremíkových fotodiód (SI PD)
Ako príklad vezmeme S1223-01 SI PD, jeho technické parametre zahŕňajú:
High sensitivity: quantum efficiency>90%, vhodné pre prostredie s nízkym svetlom.
Široký dynamický rozsah: lineárna odozva pokrývajúca optický výkon od -40dbm do 0dbm.
Stabilita: Dlhodobý pracovný posun<0.5%/year, meeting industrial grade reliability requirements.
3, riadenie systému a potlačenie hluku
1. Správa výkonu diód regulátora napätia
V obvode ovládača LD poskytuje dióda regulátora napätia (napríklad ZMM3V3) presné referenčné napätie 3,3 V na zabezpečenie stability zdroja prúdu:
Nízky únik prúdu: Reverzný únik prúd<2 μ A @ 1V, reducing power consumption.
Vysoká presnosť: Odchýlka hodnoty regulácie napätia je nižšia ako ± 1%, čím sa zabezpečuje konzistentnosť výstupného výkonu LD.
2. Ochrana prepätia prechodnej supresie diódy (TVS)
Diódy TVS (ako napríklad SMF10CA) sa používajú na absorbovanie energie a ochranu LDS pred špičkami napätia:
Rýchla odpoveď: Čas odozvy<1ns, clamp voltage<17V.
Vytrvalosť vysokej energie: Vrcholový impulzový výkon až do 200 W@10/1000 μs.
3. Rektifikácia a ochrana Schottských diód
V obvodoch Bias LD poskytujú Schottky diódy nízky pokles napätia (< 0.7V@5A )Characteristics of high-speed switch:
Nízka strata: znižuje ohrev obvodu a zlepšuje účinnosť.
Čas spätného vymáhania:<10ns, suitable for high-frequency modulation.
https://www.trsemicon.com/transistor/npn {{2bl.