光电耦合的信号传输的基本原理是把电信号通过光电发射器变成光信号,光信号在被光电接收器接收到后转换成相应的电信号,进而完成数据的非接触传输。在理论上,光通信包含自由空间光通信和光纤通信但是无论采用哪种传输系统,实际上都应由发射侧电端机、发射侧光端机、接收侧光端机、接收侧电端机和传输介质这五部分组成。如图1为光纤传输系统原理框图,其中的发射侧电端机主要实现数据采集、数据算法处理以及数据复接等功能;发射侧光端机的功能是把需要发送的数据转换成对应光脉冲信号发射到传输介质中;接收侧光端机是在传输介质中把接收到的光信号转换成电信号;接收侧电端机把光端机转换成的电信号经过放大、滤波以及后续的数据提取和分接;光纤通信通常都是采用半导体激光源产生的红外光信号作为数据发射的载波,传输能力已经达到多通道旋转件数据测试的要求。

由于旋转件利用光纤传输通信存在柔性光纤与旋转件的接头的问题,适用于低转速(1000rpm)场合下,成本较高,功耗极大,这在很大程度上限制其应用范围,但在某些传输速率要求不高的场合下,自由光通信也可以满足要求。LED通信与激光器的激光通信在工作原理上就不一样,LED只要通电就可以发出对应波长的光,可以说是一种自发辐射,而激光器则是诱发辐射型,当粒子能量大小为两个轨道能级之差时,并且粒子进入原子系统引发受激辐射,会产生出一个光子,这个光子与之前的粒子同频率、同相位。激光器由谐振腔、工作物质和激励源三部分构成,其中的工作物质是激光器的核心,是激光器中用来发射激光的物质;激励源是用来给发射激光提供能量的;谐振腔在激光器两端由两块反射镜构成,一块是全部分反射镜,另一块是局部部分反射镜,是激光的输出端。综上所述,激光器相比较于LED的优势是:传输距离长、色散小、调制速率高、与光纤耦合效率高、谱线宽度窄;其缺点是发射半角小、驱动复杂、成本高;而LED的成本低、发射电路简单、发射半角大、温度敏感小,更适合短距离低成本通讯系统的设计。

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