Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
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.
2. 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 – 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: αс =0,05 дБ – потери мощности оптического сигнала на стыке волокон строительных длин кабеля;
Νс – число стыков, определяемое как
Νс = e[L / lc – 1]= ,
lс =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
2. Источники оптического излучения для систем передачи
1. Какие требования предъявляются к источнику оптического излучения?
Ответ: 1. Высокая эффективность преобразования энергии возбуждения в энергию излучения.
2. Узкая спектральная полоса излучения.
3. Направленность излучения.
4. Быстродействие при модуляции, т.е. быстрое возникновение и гашение излучения.
5. Совместимость с приёмниками излучения и физическими средами передачи.
6. Когерентность излучения.
7. Миниатюрность и жёсткость исполнения.
8. Высокая технологичность и низкая стоимость.
9. Длительный срок службы (не менее часов).
10. 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.
p+ InGaAsP
p+ InP
p InGaAsP (активный)
n+ InGaAsP
n+ InP (подложка)
Структура лазера РОС.
2. 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
зеркало
z
оптическая ось резонатора
длина резонатора
Электромагнитные волны, распространяясь вдоль оси резонатора, будут отражаться от зеркал перпендикулярно их поверхности и интерферировать между собой и образуют стоячие волны (моды).
Страницы: 1, 2, 3, 4
