Analytisches Fasermodul in der optischen Kabelübertragung

Die passiven optischen Netzwerke (PON) erfreuen sich heutzutage aufgrund der steigenden Nachfrage von Unternehmen und Verbrauchern nach Ethernet-Bandbreite einem großen Aufschwung. Der Ausbau des Netzwerks ist möglich, wenn die Gesamtbetriebskosten niedriger sind als die von den Kunden erzielten Umsätze.

 

In solchen PON-Systemen sind optische Burst-Mode-Transceiver wesentliche Komponenten. Sie werden durch die Integration von Transceiver-Schaltkreisen, optischen Geräten und Modultechnologien konstruiert. Die Konfiguration eines typischen optischen Transceivers basiert auf einer optischen Unterbaugruppe (OSA). Die Sender- und Empfängermodule heißen TOSA bzw. ROSA. Ein TOSA enthält eine Halbleiterlaserdiode (LD), während ein ROSA eine Fotodiode (PD), eine optische Linse, einen Vorverstärker und passive elektrische Teile enthält.

 

Sie sind in einem kleinen Formfaktor mit einigen integrierten optischen Unterbaugruppen konzipiert, die für Netzwerke mit hoher Dichte geeignet sind. Die wichtigsten Kostenkomponenten eines Transceiver-Moduls sind die optische Sender-Unterbaugruppe (TOSA), die einen elektrischen Strom umwandelt, und die optische Empfänger-Unterbaugruppe (ROSA). Allerdings gibt es in einem BiDi-Transceiver (Bi-Directional) eine Komponente namens „BOSA“ (Bi Directional Optical Sub-Assemblies), die die Rolle von TOSA und ROSA übernimmt, jedoch mit einem anderen Prinzip.

 

In einem PON-System wird eine Glasfaser für die bidirektionale Übertragung verwendet, um die Netzwerkkosten durch den Einsatz von optischem Wellenlängenmultiplex (WDM) zu senken. Für die bidirektionale Übertragung kommt ein WDM-Filter zum Einsatz: Er lässt gesendete optische Signale durch und reflektiert empfangene optische Signale. Das optische bidirektionale Modul (BIDI) besteht aus einem TOSA, einem ROSA und einem WDM-Filter, es lässt übertragene optische Signale durch und reflektiert empfangene optische Signale.

 

TOSA-Struktur

Der TOSA besteht aus einer Laserdiode, einer optischen Schnittstelle, einer Monitor-Fotodiode, einem Metall- und/oder Kunststoffgehäuse und einer elektrischen Schnittstelle. Abhängig von der erforderlichen Funktionalität und Anwendung können auch andere Komponenten vorhanden sein, darunter Filterelemente und Isolatoren. Es wird verwendet, um ein Signal in ein optisches Signal umzuwandeln, das in eine optische Faser eingekoppelt wird.

 

Der Sender besteht hauptsächlich aus einem LD und seiner Treiberschaltung mit automatischer Optik

Leistungssteuerschaltung (APC). Fabry-Pérot-LDs (FP-LDs) und Distributed-Feedback-LDs (DFB-LDs) werden häufig in optischen Übertragungssystemen verwendet. FP-LDs sind kostengünstig und werden häufig in ONUs verwendet. Andererseits sollte die LD des OLT eine schmalere Wellenlänge für das optische Signal bereitstellen als die der ONU. Die standardisierte Zuweisung optischer Wellenlängen in einem PON-System erfolgt im Upstream um die Zentralfrequenz 1310 nm und für Downstream-Daten um die Zentralfrequenz 1490 nm und für Videodaten im Downstream um 1540 nm. Um diese Genauigkeit für den OLT-Sender zu erreichen, haben wir einen DFB-LD verwendet, der ein schmales optisches Wellenlängenspektrum liefern kann.

 

ROSA-Struktur

Der ROSA besteht aus einer Fotodiode, einer optischen Schnittstelle, einem Metall- und/oder Kunststoffgehäuse und einer elektrischen Schnittstelle. Abhängig von der erforderlichen Funktionalität und Anwendung können auch andere Komponenten vorhanden sein, einschließlich Verstärker. Es dient dazu, ein optisches Signal von einer Faser zu empfangen und es wieder in ein elektrisches Signal umzuwandeln.

 

Der Empfänger besteht aus einem PD, der ein empfangenes optisches Signal in ein elektrisches Stromsignal umwandelt, und Verstärkern. Die Verstärker formen Eingangssignale um, die durch die Übertragung über große Entfernungen beeinträchtigt werden. Die Verstärkerschaltung besteht aus einem Vorverstärker und einem Nachverstärker. Der Vorverstärker wandelt ein Stromsignal in ein Spannungssignal um und verstärkt das umgewandelte Signal. Der Nachverstärker gleicht das Ausgangssignal des Vorverstärkers auf einen Amplitudenpegel aus, der für die Eingabe in die folgende digitale Schaltung geeignet ist. PD und Vorverstärker sind in einem ROSA-Modul zusammengebaut, da der Vorverstärker sehr empfindlich auf die Montagebedingungen reagiert. Das ROSA-Modul vereinfacht die Handhabung des optischen Moduls und sorgt für eine bessere Leistung.

 

BOSA-Struktur

Der BOSA besteht aus einem TOSA-, einem ROSA- und einem WDM-Filter, sodass er mithilfe der bidirektionalen Technologie zwei Wellenlängen auf jeder Faser unterstützen kann. Der wertvollste Vorteil von BiDi-Transceivern ist die erhebliche Einsparung von Glasfaserkosten.

 

Transceiver-Baugruppe

Ein steckbares Small-Form-Factor-Chassis (SFP), das an einem elektrischen Substrat befestigt und von diesem gelöst werden kann. Es enthält ein optisches BIDI-Modul mit TOSA und ROSA in Metalldose, einen LD-Treiber-IC und einen Nachverstärker-IC.

 

Ein optischer Burst-Mode-Transceiver für PON-Systeme der Gigabit-pro-Sekunde-Klasse. Der Einsatz verschiedener optischer und elektrischer Modultechniken zusammen mit unseren entwickelten Empfänger-ICs ermöglichte es uns, mit einer kostengünstigen PIN-Fotodiode eine hohe Leistung zu erzielen. Der Transceiver ist auf einem kleinen SFP-Chassis aufgebaut. Es erreichte eine Empfindlichkeit von –29,7 dBm und eine optische Ausgangsleistung von mehr als +5 dBm. Dieser optische Transceiver wird es uns ermöglichen, die Kosten von PON-Systemen der Gigabit-pro-Sekunde-Klasse zu senken.