Компоненты ВОЛС компании "Afonics Fibreoptics"

В современных условиях бурного развития информационных технологий при создании телекоммуникационных сетей широко используют волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Применение оптического волокна для передачи данных имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным способом передачи по кабелям с медными проводами, а порой оказывается, что связь можно установить только на основе оптоволоконных соединений.

Изначально техника ВОЛС создавалась как средство связи с повышенной пропускной способностью, и это качество оптических линий с успехом реализовано.

Одним из случаев применения ВОЛС является защита данных при передаче в пространстве с повышенным уровнем электромагнитного излучения. Например, на производстве рядом с силовыми электроустановками кодовое соединение абонентов может оказаться совершенно неработоспособным. Сбой будет весьма вероятным, если линии передачи на основе коаксиального кабеля или кабеля на основе витых пар разместить вдоль силовых кабелей в одном кабельном канале. Напротив, прокладка в этих условиях оптоволоконного кабеля позволяет исключить влияние помех от силовых кабелей на линии передачи информации.

Другой пример эффективного применения оптического волокна - исключение нежелательного электромагнитного излучения от линии передачи информации. Это свойство оптоволокна обеспечивает надежную защиту данных от посторонних и отсутствие влияния нескольких линий передачи данных друг на друга.

Английская компания "Afonics Fibreoptics Limited", изготавливающая широкий спектр компонентов ВОЛС, по праву занимает сегодня лидирующие позиции в мире. Высокое качество своей продукции компания обеспечивает за счёт использования организационно-технических принципов стандарта ISO 9001: 2000. Согласно объявленной политике в области качества в фирме непрерывно совершенствуются технологии изготовления и контроля выпускаемых изделий.

Номенклатура изделий "Afonics Fibreoptics" охватывает большую часть техники ВОЛС:

• оптоволоконные кабели с разъёмами - длиной от 0,5 м до нескольких километров;
• излучающие элементы (светодиоды, лазерные диоды различных типов);
• приёмные элементы (фотодиоды, PIN-диоды);
• трансиверы (оптические приёмопередатчики);
• устройства мультиплексирования в одном кабеле двух каналов связи с разными длинами волн (WDM); элементы двунаправленного действия, подключающие к одному концу кабеля лазерный диод и фотодиод (BiDi); излучающие элементы двойного действия, подключающие к одному концу кабеля два излучающих диода с разными длинами волн (combiners);
• модули преобразования последовательного интерфейса в параллельный.

Рассмотрим далее основные технические характеристики компонентов этих групп.

Оптоволоконные кабели

Одним из важных показателей оптического волновода, влияющим на возможную сферу применения (например, в локальной связи или магистральной), служит зависимость между его длиной и шириной полосы передаваемых частот. Неизбежная дисперсия светового импульса приводит к ограничению полосы частот. В таблице показаны параметры используемых в оптической связи типовых кабелей.

Таблица

Примечание:

*) Числовая апертура кабеля определяется по формуле
NA = sina = ( n_вол² - n_обол² )^1/2, где a - критический угол оптического волновода; n_вол и n_обол - коэффициенты преломления, соответственно, материалов волокна и оболочки кабеля.

Компания "Afonics Fibreoptics" предлагает кабели трёх типов:

• стеклянный одномодовый 9/125 наружного диаметра 0,9, 1,6 или 3 мм, снабжённый разъёмами типов FC/PC, FC/APC, SC/PC, SC/APC, ST/PC, LC/PC, LC/APC;
• стеклянный многомодовый 62,5/125 диаметра 0,9, 1,6 или 3 мм, с установленными разъёмами типов FC/PC, SC/PC, ST/PC, LC/PC;
• стеклянный многомодовый 50/125 диаметра 0,9 или 3 мм, с разъёмами типов FC/PC, SC/PC, ST/PC, LC/PC.

Кабели всех этих типов изготавливаются одинарными (для симплексной связи) и двойными (для дуплексной). По индивидуальной заявке потребителю продадут отрезок кабеля точно отмеренной длины, а на концах установят разъёмы не только одинаковых, но и различных типов.

Излучающие элементы

Две основные группы компонентов - светодиоды (light-emitting diodes - LEDs) и полупроводниковые лазеры - служат оптическими излучателями. В последнее время налажено производство лазеров VCSEL (Vertical Cavity Surface-Emitting Laser) с улучшенным соотношением цена/качество. Разнообразие предлагаемых излучающих элементов достаточно для создания, например, синхронных оптических сетей SONET уровня ОС-3 (со скоростью передачи 155 Мбит/с), ОС-12 (622 Мбит/с) или ОС-48 (2,488 Гбит/с).

Среди светодиодов имеются компоненты с различной диаграммой направленности излучения - с узкой диаграммой (edge-emitting LED - ELED), предназначенные для тонкого волокна 9/125, и с широкой (surface-emitting LED - SLED).

Характеристики светодиодов можно рассмотреть на двух примерах. SLED типа DXP0019 имеет длину волны ? = 850 нм, оптическую мощность 90 мкВт, прямой ток 60 мА, тип кабеля 62,5/125, разъёмы FC/PC, SC/PC, ST/PC и LC/PC. Внешний вид этого элемента показан на рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид светодиода SLED DXP0019

Другой пример - диод ELED типа EXP0015, имеющий длину волны излучения 1300 нм, предназначен для стыковки с кабелем 9/125 внешним диаметром 0,9 мм. Оптическая мощность диода не менее 15 мкВт; ширина спектра 60 нм; полоса частот передачи данных 200 МГц. Светодиод герметично закреплён в корпусе и соединён с отрезком кабеля длиной не менее 1 м, на конце которого установлен разъём ST/PC. Рабочая температура диода находится в диапазоне от -10 до +65 °С. Внешний вид компонента показан на рис. 2.

Рис. 2. Эскиз ELED-светодиода EXP0015

Лазерные диоды также представим на примере двух образцов.

Например, компонент LXR0106 - лазерный диод Фабри-Перо (FP) в герметичном корпусе LC TOSA со встроенным фотодиодом для контроля оптической мощности. Длина волны излучения l = 1310 нм, материал кристалла InAlGaAs. Этот высоконадёжный лазер предназначен для скоростей передачи до 2,488 Гбит/с в локальных сетях. Диапазон рабочих температур от -40 до +85 °С. Лазерный диод показан на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид лазерного диода LXR0106

Лазерный VCSEL-диод типа VXR0015, работающий на волне 850 нм, предназначен для кабеля 50/125. Выходная оптическая мощность более 200 мкВт, её контролируют с помощью встроенного фотодиода; ширина спектра 0,5 нм; скорость передачи данных 1,25 Гбит/с. Светодиод герметично закреплён в корпусе для монтажа на печатную плату и снабжён разъёмом ST. Рабочая температура от 0 до +70 °С. Этот диод показан крайним справа на рис. 4.

Рис. 4. Лазерные диоды в корпусах с разъёмами типов ST, LC, FC и SC

Приёмные элементы

В этой группе рассмотрим характеристики трёх различных компонентов.

Кремниевый PIN-фотодиод диапазона волн 850 нм обеспечивает скорость приёма данных до 1,25 Гбит/с. Его чувствительность не менее 0,25 А/Вт; максимальный темновой ток 0,1 нА; ёмкость не более 1,6 пФ. Диод герметично установлен в корпусе для монтажа на печатную плату, соединён с метровым отрезком кабеля 50/125, наружного диаметра 0,9 мм, с разъёмом FC/PC на конце. Рабочий температурный диапазон составляет от -40 до +85 °С. Внешний вид аналогичен показанному выше светодиоду EXP0015.

К числу более сложных устройств можно отнести PIN-фотодиод с усилителем, например, TXP0041. Материал диода - InGaAs; диапазон волн от 1270 до 1560 нм; скорость приёма информации от 100 бит/с до 1,25 Гбит/с. Прибор обладает дифференциальной чувствительностью более 5 мВ/мкВт; оптическая чувствительность составляет 26 дБм. Усилитель питается постоянным напряжением от 3,3 до 5 В, имеет эффективную автоматическую регулировку усиления, а также два выхода сигнала - прямой и инверсный. Корпус компонента такой же, как у EXP0015, для монтажа на плату. Здесь применены кабель 9/125 диаметром 0,9 мм и разъём FC/PC. Диапазон рабочих температур от -40 до +85 °С.

Ещё одну категорию приёмных элементов образуют лавинные фотодиоды, предназначенные для высокоскоростной связи в сетях передачи данных, в кабельном телевидении и т.п. К примеру, диод AXP0018, изготовленный из материала InGaAs, позволяет принимть информацию со скоростью до 2,5 Гбит/с. Его чувствительность очень велика - не менее 6А/Вт при ? = 1300 нм; темновой ток не более 10 нА; ёмкость - менее 0,5 пФ. Этот диод находится в герметичном корпусе для монтажа на печатную плату, соединённом с кабелем 9/125 наружным диаметром 0,9 мм. На конце кабеля смонтирован разъём FC/PC. Диапазон рабочих температур от -40 до +85 °С.

Продолжение статьи следует.

к.т.н. Николай Щирица

Статьи по: ARM PIC AVR MSP430, DSP, RF компоненты, Преобразование и коммутация речевых сигналов, Аналоговая техника, ADC, DAC, PLD, FPGA, MOSFET, IGBT, Дискретные полупрoводниковые приборы. Sensor, Проектирование и технология, LCD, LCM, LED. Оптоэлектроника и ВОЛС, Дистрибуция электронных компонентов, Оборудование и измерительная техника, Пассивные элементы и коммутационные устройства, Системы идентификации и защиты информации, Корпуса, Печатные платы