Trasmettitore ottico per frequenza campione
Ho dotato il mio oscillatore al Rubidio di un trasmettitore a 1550 nm per fibra ottica monomodale; l'interfaccia con connettore ottico LC si affianca alle 4 elettriche del segnale sinusoidale a 10 MHz con connettori BNC.
Partendo da un vecchio diodo laser NEC accoppiato con la fibra ho realizzato un semplice trasmettitore ottico che trasformasse il segnale elettrico sinuisoidale in un segnale ottico quadro con un livello di potenza adatto al ricevitore che mi sono fabbricato.
La basetta è realizzata con la solita modalità a montaggio superficiale Manhattan ed è alloggiata all'interno del Rubidio.
Il circuito è molto semplice e realizzato interamente con delle porte CMOS che avevo nel cassetto. La prima sezione è basata sull'immancabile 74HCU04 unbuffered inverter, il primo è polarizzato come amplificatore lineare e converte il segnale sinusoidale in un segnale che è via via squadrato dalle due porte successive; segue un parallelo di tre inverter con ingresso a trigger di Schmitt che costituisce lo stadio di potenza in grado di gestire adeguatamente la modulazione in corrente.
La terna di resistenze connessa fra lo stadio di potenza ed il catodo del laser è quella che consente di passare dalla corrente che si adotterà per lo stato di diodo "spento" (zero logico) a quella di diodo "acceso" (uno logico), i valori dovranno essere calcolati per lo specifico diodo impiegato e per i livelli di potenza scelti per i due stati binari; nello schema i valori per il diodo che ho impiegato e le potenze da me scelte, per un diodo differente occorrerà calcolarle nuovamente.
Nella figura seguente è riportata la tipica caratteristica corrente-potenza di un diodo laser per telecomunicazioni. Si nota una prima zona a pendenza molto bassa in cui il diodo inizia ad erogare potenza ottica ed un ginocchio al di la del quale le curve, parametrizzate dalla temperatura di funzionamento, diventano perfettamente rettilinee, parallele e di pendenza elevata.
Per ottenere un funzionamento in regime lineare, come richiesto per esempio dalle applicazioni per segnali TV in fibra ottica, occorre scegliere un punto di lavoro su cui posizionarsi e di renderlo stabile compensandolo in temperatura; a questo fine nel contenitore del laser è compreso anche un fotodiodo PIN che misura la potenza ottica e questa informazione è utilizzabile da una rete di retroazione che varia la corrente di polarizzazione del laser in funzione della temperatura. La nostra applicazione è di tipo digitale e dovremo modularlo fra due valori di potenza, quello di acceso e quello di spento senza però spegnerlo completamente ma soltanto abbassandone drasticamente il livello di potenza la qual cosa nel ricevitore sarà associata allo zero logico.
Nella figura seguente le connessioni dei terminali del contenitore del laser che ho impiegato, ci sono quattro fili; due per il laser e due per il fotodiodo e l'anodo del laser è collegato al contenitore metallico. L'anodo del laser, collegato al contenitore metallico, impedisce che esso possa essere montato su un sostegno collegato a massa, pertanto deve essere fissato su una piazzola metallica connessa alla +5 V ma a massa per la RF; osservando la foto della basetta si evincono questi accorgimenti costruttivi. Stante l'impiego in modalità digitale e non avendo particolari esigenze di mantenere stabilissima la potenza d'uscita non ho utilizzato il segnale del PIN lasciandone i terminali inutilizzati e semplificando il circuito.
Una volta installata la terna di resistenze bisognerà collaudare il modulatore di corrente (portando a LLA/LLB l'ingresso del 74AC14) e verificare la coerenza con i dati di progetto delle correnti che scorrono nel laser negli stati di acceso e spento e le corrispondenti potenze ottiche erogate.
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