Волоконно-оптические системы передачи данных
Определить число мод в лазере FP, для которых выполняется условие возбуждения в полосе длин волн при длине резонатора L и показателе преломления активного слоя n. Необходимо проверить совокупную дисперсию для регенерационного участка. Она должна быть меньше приведённой в таблице приложения для интерфейса. Максимальная скорость передачи двоичных оптических импульсов зависит от? Fов и их формы… Читать ещё >
Волоконно-оптические системы передачи данных (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Задача 1
Определить затухание (ослабление), дисперсию, полосу пропускания и максимальную скорость передачи двоичных импульсов в волоконно-оптической системе с длиной секции L (км), километрическим (погонным) затуханием (ослаблением) (дБ/км) на длине волны излучения передатчика 0 (мкм), ширине спектра излучения 0,5 на уровне половины максимальной мощности излучения.
Длина секции L=113 км.=113.103 м.
Тип волокна — LEAF (одномодовое оптическое волокно со смещённой ненулевой дисперсией).
Затухание б=0,24 дБ/км.=0,24.10-3 дБ/м.
Длина волны ло=1,56 мкм.=1,56.10-6 м.
Спектр ?л0,5=0,15 нм.=0,15.10-12 м.
Хроматическая дисперсия D=4,2 пс/(нм.км) Результирующее максимальное затухание секции находится из соотношения:
бм=б.L+бс.Nс дБ.
где:
бс — потери мощности оптического сигнала на стыке волокон строительных длин кабеля (бс = 0,05 дБ)
Nс — число стыков, определяемое:
Nс = Е[L/lС-1] = 113/2−1 = 55
где:
lС = 2 км.
бм = 0,24.10-3.113.103+0,05.55 = 29,87 дБ.
Результирующая совокупная дисперсия секции находится:
с.
Полоса пропускания оптической линии определяется из соотношения:
Гц.
Максимальная скорость передачи двоичных оптических импульсов зависит от? Fов и их формы, которую принято считать прямоугольной или гауссовской:
Вг=1,34.?Fов=1,34.5,25.106=7,03.106 бит/с.
Задача 2
Определить характеристики многомодового лазера с резонатором Фабри — Перо (FP) и одномодового лазера с распределенной обратной связью (DFB).
Определить число мод в лазере FP, для которых выполняется условие возбуждения в полосе длин волн при длине резонатора L и показателе преломления активного слоя n.
Определить частотный интервал между модами и добротность резонатора на центральной моде О при коэффициенте отражения R.
Изобразить конструкцию полоскового лазера FP.
Изобразить модовый спектр.
Определить частоту и длину волны генерируемой моды в одномодовом лазере DFB для известных значений дифракционной решетки m и длины лазера L.
Изобразить конструкцию лазера DFB.
Конструкция полоскового лазера FP:
Модовый спектр:
Конструкция лазера DFB:
Параметры лазера FP:
Длина лазера L=300 мкм.=300.10-6 м.
=45 нм.=45.10-9 м.
n=3,3.
О=0,4 мкм.=0,4.10-6 м.
R=0,39.
Частота моды определяется из соотношения:
где:
С — скорость света (3.108 м/с),
m — номер моды,
L — длина резонатора,
n — показатель преломления.
Расстояние между модами определяется из соотношения:
м.
Добротность резонатора на центральной моде 0 определяется из соотношения:
Число мод в интервале определяется отношением:
M=/m=45.10-9/0,8.10-10=556,9
Параметры лазера DFB:
Длина лазера L=250 мкм.=250.10-6 м.
Порядок решётки m=7.
Шаг решётки d=0,7 мкм.=0,7.10-6 м.
Показатель преломления nэ=3,68.
Для определения длины волны и частоты генерации одномодового лазера DFB необходимо воспользоваться соотношениями:
0.m=2d.nэ =>
м.
Гц.
Гц.
Задача 3
Построить зависимость выходной мощности источника оптического излучения от величины электрического тока, протекающего через него.
Для заданных тока смещения и амплитуды модулирующих однополярных импульсов определить графически изменение выходной модуляционной мощности Рмакс и Рмин и определить глубину модуляции. По построенной характеристике указать вид источника.
I, мА | |||||||||||
P1, мкВт | |||||||||||
Ток смещения I=13 мА.
Амплитуда тока модуляции Im=4 мА.
Рис. Ватт — амперная характеристика.
Pmax = 46 мкВт.
Pmin = 33 мкВт.
Для определения глубины модуляции используем соотношение:
(в разах).
Задача 4
Построить график зависимости чувствительности фотодетектора от длины волны оптического излучения по данным.
Используя график и данные определить величину фототока на выходе p-i-n фотодиода. По графику определить длинноволновую границу чувствительности фотодетектора. Определить материал для изготовления прибора.
Чувствительность, А/Вт | 0,3 | 0,45 | 0,53 | 0,58 | 0,62 | 0,67 | 0,7 | 0,73 | 0,65 | 0,1 | |
Длина волны, мкм. | 0,85 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,6 | 1,7 | 1,78 | |
Мощность излучения Pu=2,0 мкВт.
Длина волны =1150 нм.=1,15 мкм.
При решении задачи необходимо учесть соотношения:
где:
ЕФ — энергия фотона, е — заряд электрона = 1,6.10-9 Кл, зВН — внутренняя квантовая эффективность фотодиода = 0,5,
h — постоянная Планка= 6,26.10-34 Дж.с, С — скорость света = 3.108 м/с.
По графику определяем, что материал для изготовления прибора — германий.
Энергия фотона:
эВ.
Ток фотодиода:
А.
Чувствительность фотодиода:
А/Вт Длинноволновая граница чувствительности фотодетектора определяется соотношением:
где:
Еg для германиевых диодов = 0,66 В.
мкм
Задача 5
Определить полосу пропускания и отношение сигнал/шум для фотоприемного устройства, содержащего интегрирующий (ИУ) или транс-импедансный усилитель (ТИУ) и фотодетектор (ЛФД или p-i-n).
Характеристики ФПУ:
Тип ФД: ЛФД.
Тип усилителя: ТИУ.
Rэ=90 кОм=90.103 Ом.
Сэ=3,8 пФ.=3,8.10-12 Ф.
звн=0,8 М=15.
Fш(М)=7.
Т=310.
Дш=5.
Кус=150.
Характеристики передачи:
Pпер=0 дБм.
L=60 км.
б=0,6 дБ/км.
=0,85 мкм.
Полоса частот усиления ФПУ с ТИУ ограничена полосой пропускания усилителя и находится из соотношения:
Гц Фототок детектора создаётся падающей оптической мощностью и зависит от типа фотодетектора. Величина фототока вычисляется из соотношений:
Вт
А.
где:
h — постоянная Планка;
е — заряд электрона;
зВН — внутренняя квантовая эффективность;
М — коэффициент умножения ЛФД;
РПР — мощность сигнала на передаче;
Б — километрическое затухание кабеля;
L — длина кабельной линии.
Для вычисления основных шумов ФПУ, а это квантовый и тепловой шумы, необходимо воспользоваться соотношениями:
Вт.
Вт.
где Кпостоянная Больцмана 1,38.10-23
Отношение сигнал/шум вычисляется из соотношения:
Задача 6
Используя приложения для оптических интерфейсов аппаратуры SDH, определенных рекомендациями МСЭ-Т G.957, рассчитать число промежуточных регенераторов и расстояние между ними.
Составить схему размещения оконечных и промежуточных станций с указанием расстояний. Определить уровень приема РПР [дБ] на входе первого, считая от оконечной станции, регенератора, вычислить допустимую вероятность ошибки одного регенератора.
Тип оптического интерфейса: S-4.1
Затухание оптического кабеля бк=0,5 дБ/км.
Дисперсия оптического кабеля D=3 пс/(нм.км) Длина линии L=1247 км.
Строительная длина кабеля Lс=4,5 км.
Затухание на стыке длин бс=0,09 дБ.
Из таблицы к методическим указаниям:
Pпер.макс = -4 дБ — излучаемая мощность.
Pпр.мин = -32 дБ — минимальный уровень оптической мощности.
Расстояние между регенераторами определяется из соотношения:
где:
А — энергетический потенциал оптического интерфейса:
A=Pпер. макс.-Рпр. мин.=-4-(-32)=28 дБ.
Э — энергетический запас на старение передатчика и приёмника и восстановление повреждённых линий, рекомендуется:
Э=3 дБ.
бк— затухание оптического кабеля, дБ/км бс— затухание на стыке строительных длин, дБ
Lсстроительная длина кабеля, км
км.
Число регенераторов определяется из соотношения:
Совокупная дисперсия регенерационного участка определяется соотношением:
у=D.?лu.Lp
где:
?лu=0,5.?л0,5
?л0,5— среднеквадратическая ширина спектра источника излучения на уровне 0,5 от максимальной мощности, что соответствует обозначению -3 дБм от максимального уровня.
Для интерфейса S-4.1 приведено значение на уровне -3 дБм это 2,1 нм.
?лu=0,5.?л0,5=0,5.2,1=1,05 нм.
у=D.?лu.Lp=3.1,05.48,07=151,44 пс.
Необходимо проверить совокупную дисперсию для регенерационного участка. Она должна быть меньше приведённой в таблице приложения для интерфейса.
По данным таблицы максимальная хроматическая дисперсия составляет 90 пс/нм, т. е. условие не выполняется: 3.48,07 = 144,21 пс/нм что больше 90 пс/нм.
Производим пересчет длины регенерационного участка, чтобы совокупная дисперсия не превышала максимальной хроматической.
LP=90/3=30
для того чтобы обеспечить запас выберем длину регенерационного участка равной 29 км.
Тогда:
3.29 = 87 пс/нм что меньше 90 пс/нм, т. е. условие выполняется.
Число регенераторов определяем из соотношения:
Допустимая вероятность ошибки одного регенератора вычисляется из норматива на ошибки для магистрального участка сети 10 000 км:
Pош=10-7
Таким образом на 1 км линии:
Pош=10-12
Вероятность ошибки вычисляется из соотношения:
Минимальную длину участка регенерации определяют по нижеприведённой формуле, уменьшая в ней энергетический потенциал, А на величину D.
D-динамический диапазон регенератора (D=20−26 дБ), примем D=23 дБ.
Уровень приёма Pпр на входе регенератора:
Pпр=Рпер-бк.Lp=-4−0,5.48,07=-28,04 дБ.
Схема размещения оконечных и промежуточных станций: