.

Волоконно-оптические системы передачи данных (лабораторная)

Язык: русский
Формат: контрольна
Тип документа: Word Doc
0 1026
Скачать документ

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) a (дБ/км) на длине волны излучения передатчика l0 (мкм), ширине спектра излучения Dl0,5 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 α=0,24 дБ/км.=0,24.10-3 дБ/м.

Длина волны λо=1,56 мкм.=1,56.10-6 м.

Спектр ∆λ0,5=0,15 нм.=0,15.10-12 м.

Хроматическая дисперсия D=4,2 пс/(нм.км)

Результирующее максимальное затухание секции находится из соотношения:

 

αм.L+αс.Nс дБ.

 

где:

αс – потери мощности оптического сигнала на стыке волокон строительных длин кабеля (αс = 0,05 дБ)

Nс – число стыков, определяемое:

 

Nс = Е[L/lС–1] = 113/2–1 = 55

 

где:

lС = 2 км.

αм = 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 Dl при длине резонатора L и показателе преломления активного слоя n.

Определить частотный интервал между модами и добротность резонатора на центральной моде lО 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.

Dl=45 нм.=45.10-9 м.

n=3,3.

lО=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 l0 определяется из соотношения:

 

 

Число мод в интервале Dl определяется отношением:

 

M=Dl/Dlm=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:

 

l0.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 h. По построенной характеристике указать вид источника.

 

I, мА 0 5 10 15 18 20 22 24 26 28
P1, мкВт 0 15 30 45 60 90 160 230 310 370

 

 

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 l=1150 нм.=1,15 мкм.

 

 

При решении задачи необходимо учесть соотношения:

 

 

 

 

где:

ЕФ – энергия фотона,

е – заряд электрона = 1,6.10-9 Кл,

ηВН – 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.

ηвн=0,8 М=15.

Fш(М)=7.

Т=310.

Дш=5.

Кус=150.

Характеристики передачи:

Pпер=0 дБм.

L=60 км.

α=0,6 дБ/км.

l=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;

ηВН – внутренняя квантовая эффективность;

М – коэффициент умножения ЛФД;

РПР – мощность сигнала на передаче;

Α – километрическое затухание кабеля;

L – длина кабельной линии.

 

Для вычисления основных шумов ФПУ, а это квантовый и тепловой шумы, необходимо воспользоваться соотношениями:

 

Вт.

 

Вт.

 

где К- постоянная 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 αк=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 αс=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.пр.мин.=-4-(-32)=28 дБ.

Э – энергетический запас на старение передатчика и приёмника и восстановление повреждённых линий, рекомендуется:

Э=3 дБ.

αк– затухание оптического кабеля, дБ/км

αс– затухание на стыке строительных длин, дБ

Lс- строительная длина кабеля, км

 

км.

 

Число регенераторов определяется из соотношения:

 

 

Совокупная дисперсия регенерационного участка определяется соотношением:

 

σ=D.∆λu.Lp

 

где:

 

∆λu=0,5.∆λ0,5

∆λ0,5– 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.

 

 

∆λu=0,5.∆λ0,5=0,5.2,1=1,05 нм.

σ=D.∆λu.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 10000 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:

 

Pпрперк.Lp=-4-0,5.48,07=-28,04 дБ.

 

Схема размещения оконечных и промежуточных станций:

 

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019