9.2.2. Рассеиваемая мощность

Для того чтобы установить достижимые на практике предельные величины коэффициентов объединения по входу и разветвления по выходу, необходимо проанализировать

чувствительность фотодетектора, ширину полосы пропускания, частоту появления ошибок и передаваемые мощности. Один из путей установления предельных значений состоит в определении частоты появления ошибок, ширины полосы пропускания и коэффициентов объединения по входу и разветвления по выходу для интересующей системы. После этого величина требуемой мощности должна быть сопоставлена с типичными предельными величинами требуемой мощности для близких систем (чтобы убедиться в том, что оценки коэффициентов объединения/разветвления являются корректными). В дополнение к этому необходимая плотность упаковки волокна должна согласовываться с выбранными размерами системы.

Частота появления ошибок, по-видимому, является наиболее легко определяемым параметром, поскольку стандартом для волоконно-оптических систем является одна ошибка на миллиард битов. Чтобы достичь этой частоты появления ошибок при скорости передачи данных в один Гбит/с при условии использования высококачественных лавинных фотодиодов, требуются минимальные мощности сигналов При частоте появления ошибок в 1 Гбит/с этот уровень мощности дает в среднем 300 фотонов на бит (в предположении, что число битов во включенном состоянии равно числу битов в выключенном состоянии). Если произведение коэффициентов объединения по входу и разветвления по выходу составляет 100 миллионов (каждый из коэффициентов составляет около 10 000), то требуется средняя мощность излучателя, равная 6 Вт. В соответствии с указанной выше теоремой снижение необходимой мощности может быть получено при выборе диаметра тонкого волокна менее диаметра активной области фотодетектора. Для волокна с диаметром 75 мкм типичное отношение площадей волокна и фотодетектора может составлять так что принципиально можно достичь снижения средней мощности излучателя до 1 Вт. На практике потери за счет состыковки волокна и неоднородности распределения световой мощности могут потребовать использования несколько больших мощностей излучателя, но влияние этих факторов может быть уменьшено путем соответствующего увеличения величины апертуры передачи света от излучателя до фотодетектора. Так как мощность излучателя в представляет собой практический предел для приемлемых видов излучателей, то теоретически максимальное значение произведения коэффициентов объединения по входу и разветвления по выходу составляет 100 000 000. С точки зрения возможных конструкций ОПЛМ теоретически возможно использование максимум 10000 излучателей, 10 000 фотодетекторов и 100 000 000 межэлементных соединений.

Возможно ли достижение указанных параметров на практике, можно оценить на примере модельного устройства, в

котором мощность в рассеивалась бы на поверхности сферы, имеющей такой диаметр, что дисперсия света в волокне существенно не снижала бы ранее установленную скорость передачи данных в . В случае передачи сигналов по многомодовому волокну с частотой 1 Гбит/с межмодовая дисперсия ограничивает линейный размер системы величиной в Для сферы диаметром в площадь поверхности составляет При этом требуемая скорость отвода тепла равна что не трудно получить на практике. В самом деле, достаточно разумно предположить, что при соответствующей упаковке волокна будет возможно уменьшить диаметр сферы до величины приблизительно в Ограничения, связанные с плотностью упаковки волокна, запрещают дальнейшее сжатие устройства. В данной ситуации требуется отвод тепла около что составляет величину, вполне соответствующую возможностям обычных охлаждающих систем. Конечно, возникает и дополнительный нагрев устройства, связанный с неэффективностью преобразования электрических сигналов в световые в излучателях и фотодетекторах. В принципе этот дополнительный нагрев может быть устранен путем увеличения теплоотвода за счет использования специальных теплоотводящих жидкостей.