في أدلة الوحدات الضوئية عالية السرعة ، نركز عادةً على ER و OMA المتعلقين بـ DML أو EML. إذن ماذا يقصدون؟ ما هي العلاقة بين المؤشرين؟ ما هي قيمهم المناسبة؟ كيف تختبرهم؟ دعنا نتحدث عن ER و OMA بهذه الأسئلة.
- التعريف والحساب
تشير نسبة الانقراض ER إلى نسبة قوى الضوء عند إرسال الإشارة بمستوى عالٍ ومنخفض ، وهي:
فورمولا 1)
ومع ذلك ، فإن ما يظهر عادة في الدليل هو شكله اللوغاريتمي ، أي ERdB = 10 * log10 (ER). إذا كانت القدرة البصرية P1 و P0 لإرسال "1" و "0" كلاهما بوحدة dBm ، فإن نسبة الانقراض اللوغاريتمي تساوي الفرق بين القوتين ، أي ERdB) = P1 (dBm) -P0 (dBm).
يشير OMA ، سعة التعديل البصري ، إلى الاختلاف في القدرة الضوئية بين المستوى العالي والمستوى المنخفض بعد تعديل الإشارة الضوئية ، وهي:
فورمولا 2)
من الواضح أن كل من ER و OMA يمثلان الفرق في القدرة الضوئية بين الإشارات عالية المستوى ومنخفضة المستوى ، لكن ER تمثل فرقًا نسبيًا ، بينما يمثل OMA فرقًا مطلقًا.
- المعاني والتحول
فلماذا تعتبر ER و OMA مهمين؟
كلما زاد تمييز القدرة البصرية بين "1" و "0" ، كان من الأسهل التمييز بين "1" و "0" عند الطرف المستقبل ، وسيكون معدل خطأ البتات (BER) أصغر. في الواقع ، من السهل إثبات ذلك من الناحية النظرية.
يظهر تعريف عامل الجودة Q بالصيغة التالية:
فورمولا 3)
البسط هو الفرق بين القوى الضوئية للمستويات العالية والمنخفضة ، أي OMA ، والمقام هو مجموع الانحرافات المعيارية للمستويات العالية والمنخفضة ، والتي تمثل في الواقع حجم الضوضاء. بالنسبة لمستقبلات PIN محدودة الضوضاء ، تتوافق المستويات العالية والمنخفضة مع نفس الضوضاء. وبالتالي ، بالنسبة إلى جهاز استقبال معين ، يتم تحديد عامل Q فقط بواسطة OMA. هناك علاقة وظيفية بين Q و BER ، وهي:
فورمولا 4)
لذلك ، فإن اختلاف القوى الضوئية بين المستويات العالية والمنخفضة يعكس بشكل مباشر أداء الوحدة الضوئية. إذن ، هل هناك علاقة بين هذين المؤشرين لقياس الفرق في القدرة الضوئية؟
من أجل تحديد العلاقة بين الاختلاف النسبي والاختلاف المطلق ، من الضروري تقديم كمية وسيطة كمرجع. هذا المقدار هو متوسط الطاقة الضوئية Pave المستخدمة بشكل شائع. يتم تعريفه على أنه:
فورمولا 5)
بدمج الصيغ (1) و (2) و (3) ، بعد الاستبدال المتغير ، يمكننا بسهولة الحصول على العلاقة بين OMA و ER باستخدام الكمية الوسيطة Pave.
فورمولا 6)
فورمولا 7)
والعلاقة بين P1 و P0 و ER و Pave.
فورمولا 8)
فورمولا 9)
من (3) ~ (7) ، يمكننا أن نعرف أن اثنين فقط من الكميات الخمسة P1 و P0 و Pave و ER و OMA مستقلتان ، ويمكننا الحصول على القيم الأخرى إذا تم إعطاء أي من القيمتين أعلاه. بناءً على ذلك ، في التحليل التالي ، سنختار Pave و ER لمزيد من التحليل. بالطبع ، لا يزال هناك فرق بين ER و OMA. بعد تخفيف الإشارة الضوئية ، تظل ER دون تغيير ، لكن OMA يتناقص وفقًا لمعامل توهين الإشارة ، والعكس صحيح بعد التضخيم البصري.
يمكن إظهار ER و OMA بوضوح في مخطط العين. كلما زاد حجم ER و OMA ، كانت الفتحة في الرسم البياني أفضل.
الشكل 1 مثال على OMA في رسم تخطيطي للعين
- السعر والقيمة الفعلية لـ ER
التحليل أعلاه هو فقط من منظور حساسية المستقبل (أو BER). تعد ER أو OMA الأكبر حجمًا جيدًا لتحسين BER. يمكن حساب ذلك أيضًا أنه عندما تكون ER لانهائية ، فإن تكلفة الطاقة المقدمة بواسطة ER المحدود هي:
فورمولا 10)
من الصيغة أعلاه ، يمكن ملاحظة أنه بالنسبة لـ ER بحوالي 6 ديسيبل (مثل DML) ، تكون عقوبة الطاقة المقدمة حوالي 2 ديسيبل ، وبالنسبة لـ ER بحوالي 9 ديسيبل (مثل EML) ، عقوبة الطاقة المقدمة حوالي 1 ديسيبل. وهذا يفسر أيضًا سبب أداء EML عادةً بشكل أفضل من DML ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن EML به نسبة انقراض أعلى. بالنسبة للوحدات النمطية المباشرة ، هل كلما زادت نسبة الانقراض كان ذلك أفضل؟
دعونا نرى كيفية تحسين نسبة الانقراض لـ DML أولاً. بحكم التعريف ، هو زيادة الاختلاف النسبي بين القوى الضوئية لليزر على و off. الطريقة الأكثر مباشرة هي زيادة سعة جهد القيادة وزيادة الفرق بين المستوى العالي والمستوى المنخفض. لكن هذا يجلب مشكلتين.
من ناحية ، ستؤدي زيادة سعة الجهد الدافع بسهولة إلى التغيير المتناوب لكثافة الناقل في DML ، مما يؤدي إلى تغيير معامل الانكسار للمنطقة النشطة ، وسوف ينجرف الطول الموجي لليزر ، و سوف ينجرف التيار بسبب الطول الموجي لليزر ، المعروف باسم غرد. النتيجة النهائية هي أن الطول الموجي للإشارة الضوئية منخفضة المستوى طويل ، والطول الموجي للإشارة الضوئية عالية المستوى قصير. تختلف سرعة إرسال الاثنين في الألياف ، مما يتسبب في تمدد عرض النطاق الترددي للمجال الزمني للإشارة ، مما يؤدي إلى التداخل بين الرموز (ISI). لذلك ، قد يؤدي ارتفاع ER أيضًا إلى زيادة عقوبة الزقزقة لـ DML.
من ناحية أخرى ، يستغرق تحويل الليزر من طاقة منخفضة (P0) إلى خرج طاقة عالي (P1) وقتًا ، وهو مرتبط بوقت عبور الناقل. عندما يصبح فرق الطاقة أكبر ، سيزداد وقت العبور ، وبالتالي تقليل عرض النطاق الترددي للتضمين. لذلك ، عادةً ما تكون ER الخاصة بـ DML عالي السرعة أصغر.
ما هو حجم ER في الواقع؟ يعتمد ذلك على تحيز DC في DML. كما هو مبين في الشكل 2 ، من أجل تقليل التأخير الكهروضوئي وتذبذب الاسترخاء وتأثير النمط في DML عالي السرعة ، تكون نقطة انحياز DML عادةً قريبة من قيمة العتبة ، مما يعني أنه عند إرسال "0" ، فإن الليزر ينبعث الضوء أيضًا ، أي أن P0 ليس 0 ، مما يقلل من ER.
الشكل 2 الشكل XNUMX. منحنى مميز نموذجي PI لليزر أشباه الموصلات
بالنسبة للمستقبل ، هناك زيادة في القدرة الضوئية PRth ، أي عندما يتجاوز متوسط القدرة الضوئية المستقبلة هذه القيمة ، يكون المستقبل مشبعًا ولا يمكنه العمل بشكل طبيعي. لذلك ، يجب ألا يتجاوز P1 2PRth-P0 أثناء التشغيل العادي ، وبالتالي فإن الحد الأقصى لنسبة الانقراض هو ER max = 2PRth / P0-1.
يوضح الشكل 3 العلاقة بين عقوبة القوة و ER محسوبة بالصيغة (8). لقد وجد أنه عندما تتجاوز ER 20 ديسيبل ، لا يوجد تأثير أساسي على الأداء. بعد تجاوز 15 ديسيبل ، يكون لتحسين ER تأثير ضئيل على تحسين الأداء. لذلك ، قد يؤدي ارتفاع مستوى ER إلى زيادة استهلاك الطاقة.
بالنسبة لإشارات 25G NZR ، فإن ER الخاص بـ DML التجاري عادة ما يكون 4 ~ 6 ديسيبل ، بينما ER لـ EML هو 8 ~ 10 ديسيبل.
الشكل 3 عقوبة القوة بسبب نسبة الانقراض المحدود
4. وحدة بصرية واختبار ER
لنتحدث عن كيفية اختبار ER. في الواقع ، من السهل حلمة ER ، لكن الوحدة الضوئية بأكملها تحتاج إلى اختبار كثيرًا ، كما هو موضح في الشكل 4.
الشكل 4 رسم تخطيطي لعناصر الاختبار الرئيسية للوحدة البصرية قصيرة المدى
في نهاية الإرسال ، يوجد اختباران رئيسيان ، 1 هو مخطط العين الكهربائي لإشارة الإدخال للتأكد من أن جودة إشارة الإدخال جيدة بما فيه الكفاية. 2 هو اختبار جودة الإشارة الضوئية المعدلة ، مثل مخطط العين البصري و ER و OMA. عادة ما يتم استخدام أداة رسم تخطيطي للعين مع منفذ بصري ، وتسمى أيضًا محلل الاتصالات الرقمية (DCA). إذا لم يكن هناك منفذ بصري ، فاستخدم جهاز كشف ضوئي ذي عرض نطاق ترددي كبير (PD) لتحويله إلى كهرباء ثم انظر إلى مخطط العين الكهربائي. يمكن لأداة مخطط العين قياس مخطط العين وعرض OMA و ER و Pave وغيرها من المعلمات. يمكننا فقط قراءتها مباشرة. ومع ذلك ، فإنه يعتمد أيضًا على هامش مخطط العين البصري المرسل من خلال قالب مخطط العين للمعدل المقابل. كما هو مبين في الشكل أدناه ، يجب ألا تسقط عينات إشارة في المنطقة الرمادية للقناع.
الشكل 5 مثال على قناع مخطط العين
يختلف الاختبار عند الطرف المستلم عن الاختبار عند الطرف المرسل. بشكل عام ، من الضروري اختبار إشارة سيئة ، تسمى أيضًا اختبار الإجهاد ، لتقييم الحالة الأسوأ. يجب أيضًا اختبار الإشارة الكهربائية التي يخرجها المستقبل أخيرًا ، بما في ذلك مخطط العين ، و BER ، والارتعاش ، وتحمل قدرة تتبع الارتعاش.
من الناحية العملية ، يعد اختبار الوحدات الضوئية عملية معقدة للغاية. بالنسبة للنماذج المختلفة ، والمعدلات المختلفة ، والمعايير المختلفة ، فإن مؤشرات الاختبار وطرقه ليست متطابقة تمامًا ، ويجب علينا اتباع معايير وإجراءات اختبار مختلفة.