Задача 1
Визначити загасання (ослаблення), дисперсію, смугу пропускання і максимальну швидкість передачі двійкових імпульсів у волоконно-оптичної системи з довжиною секції L (км), кілометріческім (переслідування) загасанням (ослабленням) a (дБ / км) на довжині хвилі випромінювання передавача l 0 (мкм), ширині спектру випромінювання Dl 0,5 на рівні половини максимальної потужності випромінювання.
Довжина секції L = 113 км .= 113. 10 березня м.
Тип волокна - LEAF (одномодове оптичне волокно зі зміщеною ненульовий дисперсією).
Згасання α = 0,24 дБ / км .= 0,24. 10 -3 дБ / м.
Довжина хвилі λ про = 1,56 мкм .= 1,56. 10 -6 м.
Спектр Δ λ 0,5 = 0,15 нм .= 0,15. 10 -12 м.
Хроматична дисперсія D = 4,2 пс / (нм. Км)
Результуюче максимальне загасання секції знаходиться зі співвідношення:
α м = α. L + α с. nс дБ.
де:
α з - втрати потужності оптичного сигналу на стику волокон будівельних довжин кабелю (α з = 0,05 дБ)
Nс - кількість стиків, визначається:
Nс = Е [L / l С -1] = 113/2-1 = 55
де:
l С = 2 км.
α м = 0,24. 10 -3. 113. 3 жовтня +0,05. 55 = 29,87 дБ.
Результуюча сукупна дисперсія секції знаходиться:
с.
Смуга пропускання оптичної лінії визначається із співвідношення:
Гц.
Максимальна швидкість передачі двійкових оптичних імпульсів залежить від ΔF ов та його форми, яку прийнято вважати прямокутної або гауссовской:
У г = 1,34. ΔF ів = 1,34. 5,25. 10 6 = 7,03. 10 6 біт / с.
Задача 2
Визначити характеристики багатомодового лазера з резонатором Фабрі - Перо (FP) і одномодового лазера з розподіленим зворотним зв'язком (DFB).
Визначити число мод в лазері FP, для яких виконується умова збудження в смузі довжин хвиль Dl при довжині резонатора L і показнику заломлення активного шару n.
Визначити частотний інтервал між модами і добротність резонатора на центральній моді l О при коефіцієнті відображення R.
Зобразити конструкцію Полоскова лазера FP.
Зобразити Модовий спектр.
Визначити частоту і довжину хвилі генерується моди в одномодовом лазері DFB для відомих значень дифракційної решітки m і довжини лазера L.
Зобразити конструкцію лазера DFB.
Конструкція Полоскова лазера FP:
Модовий спектр:
Конструкція лазера DFB:
Параметри лазера FP:
Довжина лазера L = 300 мкм .= 300. 10 -6 м.
Dl = 45 нм .= 45. 10 -9 м.
n = 3,3.
l О = 0,4 мкм .= 0,4. 10 -6 м.
R = 0,39.
Частота моди визначається зі співвідношення:
де:
С - швидкість світла (3. 10 8 м / с),
m - номер моди,
L - довжина резонатора,
n - показник заломлення.
Відстань між модами визначається зі співвідношення:
м.
Добротність резонатора на центральній моді l 0 визначається із співвідношення:
Число мод в інтервалі Dl визначається відношенням:
M = Dl / Dl m = 45. 10 -9 / 0,8. 10 -10 = 556,9
Параметри лазера DFB:
Довжина лазера L = 250 мкм .= 250. 10 -6 м.
Порядок решітки m = 7.
Крок решітки d = 0,7 мкм .= 0,7. 10 -6 м.
Показник заломлення n е. = 3,68.
Для визначення довжини хвилі і частоти генерації одномодового лазера DFB необхідно скористатися співвідношеннями:
l 0. m = 2d. n е =>
м.
Гц.
Гц.
Задача 3
Побудувати залежність вихідної потужності джерела оптичного випромінювання від величини електричного струму, що протікає через нього.
Для заданих струму зміщення та амплітуди модулюють однополярних імпульсів визначити графічно зміна вихідний модуляційної потужності Р макс і Р мін та визначити глибину модуляції h. За побудованої характеристиці вказати вид джерела.
I, мА | 0 | 5 | 10 | 15 | 18 | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 |
P 1, мкВт | 0 | 15 | 30 | 45 | 60 | 90 | 160 | 230 | 310 | 370 |
Струм зміщення I = 13 мА.
Амплітуда струму модуляції I m = 4 мА.
Рис. Ват - амперна характеристика.
P max = 46 мкВт.
P min = 33 мкВт.
Для визначення глибини модуляції використовуємо співвідношення:
(В разах).
Задача 4
Побудувати графік залежності чутливості фотодетектора від довжини хвилі оптичного випромінювання за даними.
Використовуючи графік і дані визначити величину фотоструму на виході pin фотодіода. За графіком визначити довгохвильову кордон чутливості фотодетектора. Визначити матеріал для виготовлення приладу.
Чутливість, А / Вт | 0,3 | 0,45 | 0,53 | 0,58 | 0,62 | 0,67 | 0,7 | 0,73 | 0,65 | 0,1 |
Довжина хвилі, мкм. | 0,85 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,6 | 1,7 |
1,78 |
Потужність випромінювання Pu = 2,0 мкВт.
Довжина хвилі l = 1150 нм .= 1,15 мкм.
При вирішенні задачі необхідно врахувати співвідношення:
де:
Є Ф - енергія фотона,
е - заряд електрона = 1,6. 10 -9 Кл,
η ВН - внутрішня квантова ефективність фотодіода = 0,5,
h - постійна Планка = 6,26. 10 -34 Дж. з,
С - швидкість світла = 3. 10 8 м / с.
За графіком визначаємо, що матеріал для виготовлення приладу - германій.
Енергія фотона:
еВ.
Струм фотодіода:
А.
Чутливість фотодіода:
А / Вт
Довгохвильова межа чутливості фотодетектора визначається співвідношенням:
де:
Е g для германієвих діодів = 0,66 В.
мкм
Задача 5
Визначити смугу пропускання і відношення сигнал / шум для фотоприймального устрою, що містить інтегруючий (ВП) або транс-імпедансний підсилювач (Тіу) і фотодетектор (ЛФД або pin).
Характеристики ФПУ:
Тип ФД: ЛФД.
Тип підсилювача: Тіу.
Rе = 90 кОм = 90. 10 3 Ом.
Се = 3,8 пФ .= 3,8. 10 -12 Ф.
η вн = 0,8 М = 15.
F ш (М) = 7.
Т = 310.
Д ш = 5.
До вус = 150.
Характеристики передачі:
P пер = 0 дБм.
L = 60 км.
α = 0,6 дБ / км.
l = 0,85 мкм.
Смуга частот посилення ФПУ з Тіу обмежена смугою пропускання підсилювача і знаходиться зі співвідношення:
Гц
Фотострум детектора створюється падаючої оптичної потужністю і залежить від типу фотодетектора. Величина фотоструму обчислюється із співвідношень:
Вт
А.
де:
h - постійна Планка;
е - заряд електрона;
η ВН - внутрішня квантова ефективність;
М - коефіцієнт множення ЛФД;
Р ПР - потужність сигналу на передачі;
Α - кілометріческое загасання кабелю;
L - довжина кабельної лінії.
Для обчислення основних шумів ФПУ, а це квантовий і теплової шуми, необхідно скористатися співвідношеннями:
Вт
Вт
де К-постійна Больцмана 1,38. 10 -23
Відношення сигнал / шум обчислюється із співвідношення:
Задача 6
Використовуючи програми для оптичних інтерфейсів апаратури SDH, визначених рекомендаціями МСЕ-Т G.957, розрахувати кількість проміжних регенераторів і відстань між ними.
Скласти схему розміщення кінцевих і проміжних станцій з зазначенням відстаней. Визначити рівень прийому Р ПР [дБ] на вході першого, рахуючи від кінцевої станції, регенератора, обчислити допустиму ймовірність помилки одного регенератора.
Тип оптичного інтерфейсу: S-4.1
Згасання оптичного кабелю α к = 0,5 дБ / км.
Дисперсія оптичного кабелю D = 3 пс / (нм. Км)
Довжина лінії L = 1247 км.
Будівельна довжина кабелю L з = 4,5 км.
Згасання на стику довжин α з = 0,09 дБ.
З таблиці до методичних вказівок:
P пер.макс = -4 дБ - випромінювана потужність.
P пр.мін = -32 дБ - мінімальний рівень оптичної потужності.
Відстань між регенераторами визначається зі співвідношення:
де:
А - енергетичний потенціал оптичного інтерфейсу:
A = P пер.макс.-Р пр.мін. =- 4 - (-32) = 28 дБ.
Е - енергетичний запас на старіння передавача і приймача та відновлення пошкоджених ліній, рекомендується:
Е = 3 дБ.
α до - загасання оптичного кабелю, дБ / км
α с - затухання на стику будівельних довжин, дБ
LС-будівельна довжина кабелю, км
км.
Число регенераторів визначається зі співвідношення:
Сукупна дисперсія регенераційної ділянки визначається співвідношенням:
σ = D. Δ λu. Lp
де:
Δ λu = 0,5. Δ λ 0,5
Δ λ 0,5 - середньоквадратична ширина спектру джерела випромінювання на рівні 0,5 від максимальної потужності, що відповідає позначенню -3 дБм від максимального рівня.
Для інтерфейсу S-4.1 наведено значення на рівні -3 дБм це 2,1 нм.
Δ λu = 0,5. Δ λ 0,5 = 0,5. 2,1 = 1,05 нм.
σ = D. Δ λu. Lp = 3. 1,05. 48,07 = 151,44 пс.
Необхідно перевірити сукупну дисперсію для регенераційної ділянки. Вона повинна бути менше наведеної в таблиці програми для інтерфейсу.
За даними таблиці максимальна хроматична дисперсія становить 90 пс / нм, тобто умова не виконується: 3. 48,07 = 144,21 пс / нм що більше 90 пс / нм.
Виробляємо перерахунок довжини регенераційної ділянки, щоб сукупна дисперсія не перевищувала максимальної хроматичної.
L P = 90 / 3 = 30
для того щоб забезпечити запас виберемо довжину регенераційної ділянки рівної 29 км.
Тоді:
3. 29 = 87 пс / нм що менше 90 пс / нм, тобто умова виконується.
Число регенераторів визначаємо із співвідношення:
Допустима імовірність помилки одного регенератора обчислюється з нормативу на помилки для магістрального ділянки мережі 10000 км:
Pош = 10 -7
Таким чином на 1 км лінії:
Pош = 10 -12
Імовірність помилки обчислюється із співвідношення:
Мінімальну довжину ділянки регенерації визначають за нижченаведеною формулою, зменшуючи в ній енергетичний потенціал А на величину D.
D-динамічний діапазон регенератора (D = 20-26 дБ), приймемо D = 23 дБ.
Рівень прийому P пр на вході регенератора:
P пр = Р пер-α к. Lp =- 4-0,5. 48,07 =- 28,04 дБ.
Схема розміщення кінцевих і проміжних станцій: