Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Министерство Российской Федерации по связи и информатизации

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Кафедра многоканальной электросвязи и оптических систем.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По предмету: «Волоконно-Оптические Системы Передачи»

Новосибирск 2004 г.

1. Основы построения оптических систем передачи

Теоретические вопросы:

1. Какие диапазоны длин волн применяются в системах передачи атмосферной и волоконно-оптической связи?

Ответ: Наибольшее применение для оптической связи имеет диапазон, который называется ближней инфракрасной зоной (λ=1,6 - 0,8 мкм; f= ). Его использование обусловлено двумя факторами: по шкале энергий этот диапазон соответствует ширине запрещённой зоны ряда п\проводников; этот диапазон отличается наибольшей прозрачностью в таких средах распространения волн как стекловолокно и воздушная атмосфера.

1. Чем отличается распространение света в стекловолокне от распространения в атмосфере?

Ответ: Распространение света в атмосфере сопровождается 2-мя существенными для оптической линии связи процессами: флуктуациями принимаемого сигнала из-за рефракции излучения на турбулентных неоднородностях воздуха и аэрозольными рассеянием и поглощением на частицах дождя, тумана, снега, промышленных выбросах, пыли. Поглощение света в атмосфере зависит от содержания в ней водяных паров и углекислого газа вдоль пути распространения световой волны, концентрация которых зависит от влажности воздуха и высоты.

Распространение света в волоконных световодах связано с законами оптики (отражения, преломления) и обусловлено процессами образования мод, т.е. определёнными типами колебаний.

5. Какие материалы применяют для изготовления источников и приёмников оптического излучения?

Ответ: На изготовление излучателей идут прямозонные материалы. А для изготовления приёмников и волноводов оптического излучения применяют непрямозонные материалы.

В прямозонных материалах процессы переходов электронов проходят с минимальной задержкой и имеют высокую квантовую эффективность. В непрямозонных материалах эти процессы заторможены или вообще не происходят. Типичными прямозонными материалами являются GaAs, InAs, ZnS, GdS, а непрямозонными – Si, Ge, GaP, SiC. Эти материалы – полупроводники.

8. Что представляет собой линейный тракт ВОСП?

Ответ:

Оптический конвертор

Оптический усилитель или мультиплексор

Оптический усилитель или мультиплексор

Физическая среда

Промежуточная станция

Физическая среда

Оптический конвертор

Оптический конвертор – выполняет главные функции в преобразовании электросигналов в оптические на передаче и оптических в электрические на приёме.

Оптический усилитель – может входить в состав линейного тракта, а может и не входить. Он позволяет увеличить мощность одноволнового или многоволнового сигнала на передающей стороне или повысить чувствительность приёмника.

Промежуточные станции – представлены различными устройствами, которые служат для регенерации, ретрансляции оптических сигналов.

Физическая среда – это может быть как атмосфера, так и оптический кабель.

9. Какие виды мультиплексирования применяются в оптических системах передачи?

Ответ: В оптических системах передачи основное применение получили цифровые мультиплексоры, т.к. образуемые ими групповые сигналы представлены в двоичном коде, который придаёт высокую помехоустойчивость передаваемой информации.

Широкое распространение получили цифровые мультиплексоры технологий:

• PDH- плезиохронной цифровой иерархии;

• SDH – синхронной цифровой иерархии;

• ATM – асинхронный режим передачи.

Задача 1: Определить затухание, дисперсию, полосу пропускания и максимальную скорость передачи двоичных импульсов в ВОСП с длиной секции L=217 км., километрическим затуханием α=0,28 дБ/км на длине волны излучения передатчика , ширине спектра излучения . Хроматическая дисперсия D=3,5 пс/(нм х км).

Решение:

1.Определеним максимальное затухание секции длиной:

, дБ

где: α_с =0,05 дБ – потери мощности оптического сигнала на стыке волокон строительных длин кабеля;

Ν_с – число стыков, определяемое как

Ν_с = e[L / l_c – 1]= ,

l_с =2 км.

Таким образом: дБ

2.Определяем результирующую совокупную дисперсию секции:

, с

Подставляя числовые значения, получим:

с

3.Определим полосу пропускания оптической линии:

, Гц

Подставим значения:

Гц

4.Определение максимальной скорости передачи двоичных импульсов через оптическую линию:

Она зависит от формы импульсов и определяется из соотношения:

, бит/с

, бит/с

2. Источники оптического излучения для систем передачи

Теоретические вопросы:

1. Какие требования предъявляются к источнику оптического излучения?

Ответ: 1. Высокая эффективность преобразования энергии возбуждения в энергию излучения.

1. Узкая спектральная полоса излучения.

2. Направленность излучения.

3. Быстродействие при модуляции, т.е. быстрое возникновение и гашение излучения.

4. Совместимость с приёмниками излучения и физическими средами передачи.

5. Когерентность излучения.

6. Миниатюрность и жёсткость исполнения.

7. Высокая технологичность и низкая стоимость.

8. Длительный срок службы (не менее часов).

9. Высокая устойчивость к перегрузкам (механическим, тепловым, радиационным).

1. Какие конструкции лазеров применяются в технике оптической связи?

Ответ: Чаще всего в оптических передатчиках систем связи применяют две конструкции лазеров: многомодовый лазерный диод полосковой геометрии с резонатором Фабри-Перо (Ф-П) и лазер с распределённой обратной связью (РОС или DFB) одномодовый.

электрод

Конструкция

полоскового р+ GaAs

лазераp+ AlGaAs (оболочка)

p+ GaAs (активный слой)

n+ AlGaAs (оболочка)

n+ GaAs (подложка)

электрод зеркало Ф-П

Полупроводниковые слои оболочки имеют меньший показатель преломления, чем у активного слоя. Благодаря этому, в активном слое создаётся волновой канал с высокой плотностью носителей зарядов и фотонов. Активный слой имеет толщину около 0,1-1 мкм. В нём с помощью источника электротока создаётся инверсная населённость. Внутренние поверхности торцов отшлифованы и превращены в зеркала.

электрод

p+ InGaAsP

p+ InP

p InGaAsP (активный)

n+ InGaAsP

n+ InP (подложка)

электрод

Структура лазера РОС.

1. Что представляет собой резонатор Фабри-Перо и какие он имеет характеристики?

Ответ: Резонатор лазера для оптической связи должен быть сконструирован таким образом, чтобы в нём сохранялось небольшое число мод, а остальные моды гасились. Примером такого резонатора открытого типа является резонатор Фабри-Перо:

у

з еркало

z

оптическая ось резонатора

д лина резонатора

Электромагнитные волны, распространяясь вдоль оси резонатора, будут отражаться от зеркал перпендикулярно их поверхности и интерферировать между собой и образуют стоячие волны (моды).

Условие образования стоячих волн:

m=1, 2, 3…- число полуволн.

Открытый резонатор способствует разряжению мод по сравнению с объёмным из-за того, что волны, распространяющиеся в резонаторе под углом не слишком малым, после нескольких отражений выходят из резонатора.

Важной характеристикой резонатора является его добротность:

где R – коэффициент отражения зеркала.

6. Каким образом в лазерах достигается одномодовый режим генерации?

Ответ: В отличии от лазеров Ф-П в лазерах РОС положительная обратная связь, необходимая для генерации лазерного излучения, создаётся не за счёт зеркал, а образуется внутри самого лазера. Такая связь возникает благодаря распределённой структуре «гофр». Это граница между резонатором и другим диэлектрическим слоем. Резонатор образован между подложкой

n+ InP p+ InGaAsP.

Гофр представляет собой фазовую решётку (оптический фильтр) с очень высокой разрешающей способностью. Внутри резонатора могут сохраниться только лучи, отражающиеся от гофра под углом

Q+п/2.

9. Каким образом формируется и направляется излучение в атмосферных системах передачи?

Ответ: В атмосферных оптических системах связи основная сложность состоит в изменчивости атмосферной прозрачности и рефракции оптического луча. Т.о., осуществить строгую фокусировку луча от передатчика к приёмнику не представляется возможным. Для того, чтобы получить максимальную мощность в приёмном устройстве, необходимо учесть не только направленные свойства источника излучения, но и апертуру приёмника, дифракционные искажения при выводе излучения в атмосферу, рефракцию и поглощение в атмосфере и согласующих устройствах.

В плоскости приёмной апертуры должно формироваться изображение излучаемой мощности от передатчика. Для этого используется система расширения светового коллимированного пучка. Это уменьшает расходимость, обусловленную дифракцией света.

Благодаря расширителю пучка получены угловые расходимости лазерного излучения в пределах 0,5-3 мрад при мощности передатчика от 10 до 45 мВт и дальности передачи от 0,5 до 5 км.

Расширитель пучка.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ответов (шпаргалок)