מבוא

מקלטים אופטיים הם מרכיבים בסיסיים במערכות תקשורת פס רחב מודרני.הם להמיר אותות אופטיים המבוצעים על ידי סיבים אותות חשמליים שניתן לעבד על ידי חומרה אלקטרונית.היכולת של מקלט אופטי כדי לשחזר אות על פני מגוון רחב של תדרים ישירות מגדיר את המערכת & #8217; היכולת, שיעור נתונים, וביצועים כלליים. כמו דרישות פס רחב להמשיך להסלים עם יישומים כגון 5G backul, חיבורי ענן, ותגובה גבוהה של שיטות עיצוב, זה נעשה שימוש בתדירות גבוהה של שיטות פעולה.

מימון של תגובה תדירות בקבלנים אופטיים

Defining Frequency Response ו- Bandwidth

תגובת התדירות של מקלט אופטי מתארת כיצד האות החשמלי פלט amplitude משתנה יחסית לכוח אופטי קלט כתפקוד של תדירות המודולציה.ב המקלט פס רחב אידיאלי, התגובה תהיה שטוחה לאורך כל טווח התדירות של עניין, כלומר כל רכיבי תדירות של האות הם amplified באותה מידה.ב בפועל, עם זאת, כל מקלט יש רוחב פס סופי נקבע על ידי phototector שלה, מגבר, שלבים כפולים, ומדיקפים יותר (a) הוא 3B מאפשר את רוחב פס גבוה יותר.

The Bode Plot ו- 3-dB Bandwidth

מהנדסים בדרך כלל לדמיין תגובה תדירות באמצעות העלילה Bode: גרף של רווח המקלט (ב DB) מול תדירות (על סולם גליריתמי) העלילה מגלה את רווח ה ⁇ הנמוך של המקלט, הפינה העליונה 3-DB, וכל פיסת שיא או רול-off בתבנית קצה שלו. A היטב תוכנן מקלט רחב יפגין תגובה חלקה, שטוחה קרוב DC עד לנקודה גבוהה יותר של מקלט זה הוא מושפעת על ידי גודל חשמלי גבוה יותר.

מדוע תוצאות תגובה תדירות במערכות Broadband

אותות אינטגרטיביות ומשמעת

במערכת פס רחב, אות מורכב מרכיבים רבים של תדרים הנושאים מידע.אם תגובת התדר של המקלט אינה שטוחה, חלקים שונים של האות הם מוגדלים או מלוטשים ללא אחידות.עיוות תלוי בתדר זה מתבטא כהתערבות בין-symbol (ISI) וג'ייטר, שיעור טרור מעט גבוה (מ) ביצועים, למשל, אם תצוגות המתפרסמים מפלטים במהירות גבוהה של תגובה דיגיטלית, הופכת לדרגה גבוהה יותר של לחץ דם גבוה יותר, שמירה על פני רמת אבטחה גבוהה יותר, ואפקטים של לחץ דם מתוחה.

השפעה על שיעורי נתונים ותבניות Modulation

רוחב הפס הנדרש של סולם מקלט אופטי עם שיעור הנתונים ואת המורכבות של המודולציה.עבור פשוט על-off מפתח (OOK) ב 10 Gbps, המקלט בדרך כלל צריך רוחב פס 3-B של לפחות 7-8 GHz כדי למנוע עיוותים יתר.עוד פורמטים מתקדמים יותר כגון הדופק-ampude Modulation (PA-D) או quature ampude Modulation (Q) תגובה רחבה יותר, כמו גם קצב CART) ל-R.

המונחים: shape Frequency Response

צילום: Photodetector Physics and Materials

(הציור הוא האלמנט הפעיל הראשון במקלט ולעתים קרובות הגבול הדומיננטי רוחב פס.P-i-n photodiodes ו avalanche photodiodes (APDs) שניהם מציגים זמן תגובה סופי נשלט על ידי זמן המעבר ו- capacitance. חומרים עם ניידות גבוהה - כגון Indium Gallium aenide (InGaAs) המשמש ליד גלאי-Fred-Frecare-Fericertineer - אך במהירות גבוהה יותר מאשר אזורי ג's-CDC.

Transimpedance Amplifier (TIA)

לאחר שהצילום נוצר, רוחב הפס הטרנס-אימפריאליסטי (TIA) ממיר אותו לאות מתח תוך שמירה על תנופה נמוכה של קלט.TIA מושפע מהערך של התנגדות משוב, המוצר הנטוע של המגבר (EUR), והקפיראטים הטפילטיים ב-TIA כולל את ה-Trapvateance (ה-Trapvatepvalance) של TIA, אך עלולים לסבול ממגבלות מהירות גבוהה יותר מ-CDC (אך) אך ורק מ-Credance) אך מ-Credance (מחדשת-CDC) אך מ-Creditectance) מ-Creditectdance (מחדשת-Credance) מ-C) מ-Creditiftend) מ-Creditectance (מחדשתמחדשתמחדשת-Credance) מ-Credance (מחדשהתמחדשת) מ-Creditectance (מחדשת-Fsytic capacitend) מ-Fretraiftend) מ-Credance (מחדשהת-Credance) מקודמתפשטות (מחדשנית (מ

Capacitance Parasitic Capacitance and Inductance

גם כאשר photodetector ו-TIA הם במהירות אישית, החיבורים ביניהם מציגים קפיצות parasitic ו inductances כי degrade תגובה לתדירות גבוהה.איגרות, החבילה מובילה, עקבות PCB, ו- Solder כל לתרום לאפקט סינון נמוך או דיסקרטיות אורגניות הוא קריטי: כמה פירוטאות של קיבולת רחוב יכול לרדת 3B במהירות על ידי שימוש ב-Tritrade-receer.

אריזה ואופטימית

הנתיב האופטי מהסיבים לפוטפטקטור משפיע גם על תגובת תדירות.השמצה בין הליבה הסיבים לבין האזור הפעיל הגלאי גורם לאי התאמה בשדה השדה, ויכול להציג אובדן תלוי בתדר אם יעילות ההפיכה משתנה עם אורך גל או זווית. Lens ו-Samssed סיבים עזרה, אך הם מוסיפים מורכבות.בנוסף, השתקפות אופטית בחזרה לתוך הסיבים יכולה ליצור רעשים בין-פרומטריים כי הם ביטויים כמו סקירות נגד ⁇ 1Freptic.

גורמי איכות הסביבה ומבצע

השפעות טמפרטורה

התגובה התדירות של מקלטים אופטיים אינה סטטית; זה משתנה עם טמפרטורה.שינויים בטמפרטורה מסוימת משפיעים על ה-Sgap ונשאות נושאת של חומרים מוליכים למחצה, שינוי התגובה של photodetector ו- capacitance. TIAs יש גם עלייה תלויה טמפרטורה ורוחב הפס. עבור סביבות חיצוניות או לא מבוקרות - אופייניות סיבים אל בית (FT) או רדיו מרחוק (RR) לעתים קרובות לטמפרטורה יעילה) על פני רוחב פסטה (R) יכול לשלב ייצוב של מתחים).

ביסאס וולטאז וכוח אספקה

המתח ההטיה החל photodiode או APD משפיע על רוחב האזור של הדהמה שלה ובכך את קיבול הרוח ואת רוחב הפס שלו.טי הפוכה גבוהה יותר להפחית את קפיאנטנס הצומת ומשפר תגובה גבוהה, אבל זה גם מגביר את עוצמת השדה החשמלי, אשר יכול להעלות אותות נוכחיים והפיכה ב APDs. in a רחב מקלטים, נמוך, היצע גבוה היטב מבודד כי הוא לעתים קרובות כוח המניעה של לחץ דם, כמו גם יכול להיות מסוגל למנוע את הפחתת עוצמת הפחתת עוצמת הפחתת עוצמת הפחתת עוצמת הפחתת עוצמת הפחתת עוצמת הפחתת עוצמת הפחתת עוצמת הירכיים, באופן דומה.

שיטות מדידה ואפיון

מדדי אנליייזר

השיטה הנפוצה ביותר למדידת תגובת תדר אופטי הוא השימוש של מנתח רשת וקטור (VNA) בשילוב עם מודולטור אופטי. A גורף של אותות חשמליים סינוסאידים מניע מודולטור חיצוני (למשל, Lithium niobate Mach-Zehnder) כדי לכפות מודולציה אופטית קטנה של אותות תחת בדיקה זה בחזרה לרמה אלקטרונית, אשר לעתים קרובות יש צורך בתדירות גבוהה של Vultz) באמצעות אפקט Vulator (S) עם גודל של photo-Side) הוא קרוב ל-Stradator (האפקטים) עם אפקט אופטימסלולארי) עם גודל של ה-S) של ה-Squaretance) כדי לכפות את ה-Squaretance הוא קרוב ל-Stradator (Squaretial photo-Strad) עם אפקט Vulator (Strad) על ידי מספר רכיבי Vulator) עם אפקט Vulator (מחדשהאפקטיבי) על ידי מספר רכיבי Vulator (מחדשהטווח Vultz) על ידי מספר רכיבי Vulator על ידי שימוש בתדירות גבוהה של photo-Strad) כדי לכפות מודולציה של photo-S) כדי לכפות מודולציה מוגבלת של photo-Strad) כדי לכפות מודולציה

שיטת Heterodyne

(ב) למקלטים עם רוחב פס גבוה מאוד (מעל 100 GHz), טכניקת הטרודין האופטית היא אלטרנטיבה חשובה. שני לייזרים צר-linewidth מכוונים לאורכי גל שונים; הפתק שלהם משמיע אותות חשמליים בתדר ההבדל.על ידי סחף לייזר אחד בעוד השני מוחזק קבוע, התגובה של המקלט ניתן למפות מעל טווח תדר רחב.

תגובה שגויה ו-Time-Domain Analysis

תגובה מהירה יכולה גם להיות מפורצת תגובה אימפולסי זמן באמצעות שינוי Fourier. a Short Optal הדופק (picoII או FemtoII) מוזרק לתוך המקלט, ואת פלט הגלום נתפס עם דיאגרמה מהירה במהירות גבוהה של דגימה אוקטילוסקופ (למשל, שינוי אוטומטי של התגובה האימפולס נותן את הפונקציה העברת תדירות-דומיין.

אסטרטגיות עיצוב עבור אופטימיזציה של תגובה תדירות

טכניקת שיפור בנדווי

כמה מעגלים להתנצלות קיימים כדי להרחיב את רוחב הפס של המקלט מעבר למה שקוד משותף פשוט יכול להשיג. Peaking inducators ממוקמים בסדרה עם משוב התנגדות או לטעון כדי ליצור אפס מהדהד אשר מבטל את הקוטב. Shunt שיא, סדרה שיא שיא, ורשתות T-coil הם דוגמאות ידועות. גישה אחרת היא השימוש של מפיץ, שבו מספר רב של רווחים משולבים עם שלבים רוחב פסים כל כך גבוה של מערכת הפעלה מחדש של קוד פתוח.

אופטימיזציה רעש ו-SNR Trade-Offs

רוחב פס בלתי נמנע מגביר את הרעש המשולב הכולל בפלט, אשר יכול לחדד את יחס האות-ל-אין (SNR) ולהגדיל את ה- BER.המספר הרעש של המקלט מוגדר בעיקר על ידי הדחיסות הנוכחית של TIA לרעש מועדף של הספקטרום הנוכחי של הספקטרום (Spertral צפיפות הנוכחית) אבל מדדי קצה מתקדמים אינם בוחרים עמידות משוב אשר מאוזנת את דרישות רוחב הפס עם רעש תרמי.

שוויון ופיצול דיגיטלי

כאשר רוחב פס אנלוגי לא ניתן להרחיב עוד בשל מגבלות פיזיות, השוויון הדיגיטלי יכול להציל אותות מחוסנים.במקבלים קוהרנטיים, עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) אלגוריתמים - כגון הזנת החלטות (DFE) ומזינים ליניאריים-השווה (FFE) - יכול לפצות על ההשפעה הנמוכה של המקלט על ידי הגדלת רכיבי סיבולת גבוהה.

המונחים: Specific

גילוי ישיר מול קבלנים

(הופנה מהדף ; ; ; ; ; ; ⁇ ⁇ ) , קל יותר ויקרה פחות אבל יש מגבלות חד-צדדיות חד-פעמיות בשל זיהוי ריבועים, רוחב הפס שלהם נקבע לחלוטין על ידי photodetector ו amplifier; התגובה התדירות היא בעצם התגובה הבסיסית של מקלטים קוהרנט, לעומת זאת, מפעילה תגובה מקומית של מפונקציה והימנעות מגובה של מדרגה ראשונה.

טכנולוגיות מתפתחות: סיליקון Photonics ו-Avalanche Photodiodes

פוטוניקה של הסיליקון צוברת מתחנן עבור תאימות CMOS, אבל מודולים מבוססי המוביל ו photodetecators פוטו-יופן הגרמני סבלו היסטורית מפס רוחב פס מוגבל.ההתפתחויות האחרונות ב- Ge-on-Si p-i-n photodiodes עכשיו להראות 3-DB רוחב פסים מתקדמים יותר מ -50 GHz חומרים הנדסיים רחבים כמו גרפן ומעבר dichalcoides זהב (D) למרות שעדיין מפותחים, הם מקיפים את דרישות , 000 רחבות, אך ורקמות, 000.

מסקנה

התגובה התדירות של מקלט אופטי היא מכריעה של ביצועי המערכת ביישומים פס רחב.מחומר photodetector ו-TIA עיצוב אריזה וגורמים סביבתיים, כל אלמנט תורם רוחב הפס הכולל והחטומיות. Measuring את התגובה במדויק - בין אם עם VNA, טכניקת הדופק heterodyne, או שיטת הדופק של הזמן-domain - מספק את הנתונים הדרושים למערכת סימולציה וביצועים תמידיים.