3. Для ОЭП (табл. 6.1, строка 3) приняты обозначения: Ро вх – среднее во времени значение мощности оптического сигнала на входе; Ri(А/Вт) = DIвых(А)/DРо вх (Вт), ri(дБ) = 20lg[Ri(А/Вт)/1 А/Вт] – дифференциальный токовый отклик (с учетом эффективности вывода света из ОВ), равный приращению тока DIвых на выходном полюсе, вызванному приращением оптической мощности DРо вых на его входном полюсе; Uвых, Iвых и Pэ вых – соответственно напряжение, ток и мощность электрического сигнала на выходе; Rн – сопротивление нагрузки.

Дифференциальный вольтовый отклик оценивает эффективность преобразования ОЭП оптической мощности в электрическое напряжение Ru(В/Вт) = DUвых(В)/DРо вх(Вт), ru(дБ) = 20lg[Ru(В/Вт)/1 В/Вт], где DUвых – приращение напряжения на выходе, вызванное приращением оптической мощности DРо вх на входе. Вольтовой отклик можно выразить через токовый отклик ru(дБ) = ri(дБ) + 2rн(дБ), где rн(дБ) = 10lg[Rн(Ом)/1 Ом]. Целесообразность введения этого параметра продиктована тем, что на выходе ОЭП обычно измеряется напряжение, а не ток сигнала. Для ОЭП формально может быть введен коэффициент передачи мощности (с преобразованием спектра) Кр оэп = Рэ вых(Вт)/Ро вх(Вт) = Ru(Вт/А)Iвых(А), т.е. пропорциональна выходному электрическому, а значит и входному оптическому сигналу.

4. ЭЭП – сигнальный процессор (табл. 6.1, строка 4) характеризуется коэффициентом усиления мощности Кр = Рэ вых(Вт)/Рэ вх(Вт), kр(дБ) = 10lgКр, где Рэ вх и Рэ вых – средние значения мощности электрического сигнала на входе и выходе соответственно. Если эти мощности выражены в единицах дБм, то kр(дБ) = рэ вых(дБм) – рэ вх(дБм).

Таблица 6.1 – Функциональные схемы и расчетные соотношения для компонентов ВОЛП.

Тип	Функциональная схема	Расчетное соотношение
1. ЭОП		Электрический полюс: Рэ вх (Вт) = Rи(Ом), pэ вх (дБм) = 2pо вых (дБм) – rр(дБ) + rи(дБ) – 30 дБ Оптический полюс: Ро вых (Вт) = Івх(А)Rр(Вт/А), pо вых (дБм) = [pэ вх (дБм) + rр (дБ) – rи(дБ) + 30 дБ]/2
2. ООП		Оптические полюса: Ко = Ро вых(Вт)/Ро вх(Вт), kо(дБ) = ро вых(дБм) – ро вх(дБм),
3. ОЭП		Оптический полюс: pо вх (дБм) = [pэ вых (дБм) – ri(дБ) – rн(дБ) + 30 дБ]/2 Электрический полюс: Iвых (А) = Ро вх (Вт)Rі(А/Вт), Ро вх (Вт), Рэ вых (Вт) = (А)Rн(Ом), pэ вых (дБм) = 2pо вх (дБм) + ri(дБ) + rн(дБ) – 30 дБ
4. ЭЭП		Электрические полюса: Кр = Рэ вых(Вт)/Рэ вх(Вт), kр(дБ) = 10lgКр, Кi = Iвых(А)/Iвх(А), ki(дБ) = 20lgКi, kр(дБ) = 2ki(дБ) + 10lg(Rн/Rи).

Обычно ЭЭП устанавливают за ОЭП для усиления электрического сигнала, поэтому всегда Кр > 1 (kр > 0 дБ). Если он работает в режиме усиления фототоков, то коэффициент передачи по току Кi = Iвых(А)/Iвх(А), ki(дБ) = 20lgКi, где Iвх и Iвых – сила тока сигнала на входе и выходе ЭЭП соответственно. Справедливо соотношение kр(дБ) = 2ki(дБ) + 10lg(Rн/Rи). Очевидно, что значение kр(дБ) растет с увеличением Rн/Rи.

Используем формулы табл. 6.1 для анализа ВОЛП «из точки в точку».

Сигнально-энергетические соотношения

Для симплексной линии передачи со структурной схемой на рис. 6.1 справедливы следующие соотношения:

коэффициент передачи тока

Кi = Iвых/Iвх = RрКоRi; (6.1)

коэффициент передачи мощности

Кэ р = Рэ вых/Рэ вх = (Iвых/Iвх)2(Rн/Rи) = (RрКоRi)2(Rн/Rи); (6.2)

передаточное сопротивление

Rп = Uвых/Iвх = RрКоRiRн = RрКоRu, Ом. (6.3)

Соотношения (6.1) – (6.3) для расчета параметров ВОЛП в относительных единицах полученные с учетом формул табл. 6.1, сведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2 – Соотношения для расчета сигнально-энергетических параметров ВОЛП

Шумовые параметры

ЭОП на основе лазерного диода (ЛД) характеризуют относительной интенсивностью шума RIN*(1/Гц) = или в относительных единицах

rin(дБ) = 10lg() = ро ш (дБм) – 2ро ср (дБм) – 10lgDf(Гц),

где Ро ш – среднеквадратическое значение мощности оптического шума, Вт, Ро ср – среднее значение мощности излучаемой лазером, Вт; Df – ширина полосы частот (Гц) в которой измеряются шум. Уровень электрической мощности шума ЛД в нагрузке ОЭП

рэ ш лд (дБм) = rin(дБ) + 2ро вых ср(дБм) + 10lg[Df(Гц)] + ri(дБ) + 10lg(Rн/Rи).

В ОЭП (с пренебрежимо малым темновым током) шумы имеют тепловой характер и обусловлены резистором нагрузки Rн

Рш т(Вт) = (4kTDf/Rн)Rн = 4kTDf, рш т(дБм)= 10lg[Рш т(Вт)/10–3Вт],

где k = 1,38×10-23 Вт/К – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура, К. Суммарные шумы, создаваемые и ЛД, и резистором нагрузки,

Рш сум(Вт) = Рэ ш лд(Вт) + Ршт(Вт).

Шумы ЭЭП (сигнального процессора), устанавливаемого на выходе ЭОП учитываются коэффициентом шума Кш = ОСШвых/ОСШвх, где ОСШвх, вых – значение отношения сигнал шум (ОСШ) по мощности на входе и выходе усилителя соответственно. В относительных единицах kш(дБ) = 10lg[(ОСШвых/ОСШвх)].