|
Содержание работы или список заданий
|
Контрольная работа по дисциплине «Устройства и системы оптической связи»
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 l 0 (мкм), ширине спектра излучения D l 0,5 на уровне половины максимальной мощности излучения. Данные для задачи приведены в таблицах 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1
Параметр Предпоследняя цифра пароля
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Длина секции L, км 56 74 91 113 128 151 163 190 206 217
Таблица 1.2
Параметр Последняя цифра пароля
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Тип волокна SF
8/125 DSF
8/125 SMF- LS SF
8/125 DSF
8/125 True
Wave LEAF SMF- LS True Wave LEAF
Затухание
, дБ/км 0,4 0,28 0,25 0,25 0,3 0,26 0,24 0,21 0,22 0,21
Длина волны
о, мкм 1,31 1,55 1,55 1,55 1,31 1,54 1,56 1,54 1,55 1,55
Спектр
0,5 , нм 0,05 0,02 0,2 0,1 0,15 0,4 0,15 0,3 0,18 0,2
Хроматическая дисперсия
D, пс / (нм• км) 2,1 3,5 -3,6 17,5 19,6 3,3 4,2 -3,1 0,8 2,2
SF, Standard Fiber – стандартное одномодовое ступенчатое волокно;
DSF, Dispersion-Shifted (single mode) Fiber – волокно одномодовое со смещенной дисперсией;
SMF-LS, Single Mode Fiber-LS – одномодовое оптическое волокно со смещенной ненулевой дисперсией (Corning) [4];
True Wave, "Истинная волна" – одномодовое оптическое волокно со смещенной ненулевой дисперсией (Lucent Technologies) [4];
LEAF – одномодовое оптическое волокно со смещенной ненулевой дисперсией (Corning) [4];
8/125 – диаметры сердцевины/оболочки волокна в мкм.
Результирующее максимальное затухание секции находится из соотношения:
a М = a ´ L + a С ´ NС, [дБ] (1),
где
a С – потери мощности оптического сигнала на стыке волокон строительных длин кабеля (a С = 0,05 дБ);
NС – число стыков, определяемое: NС = Е [(L / lC) –1] (целое число),
lC = 2 км (для всех вариантов).
NС =56/2-1=27
aМ =0,25•56+0,05•27=15,35 дБ
Результирующая совокупная дисперсия секции находится из соотношения [15, 22]:
, [с] (2)
σ_р=0,2/2∙(-3,6)∙56=-20 пс
Полоса пропускания оптической линии определяется из соотношения [15, 22]:
, [Гц] (3)
〖∆F〗_ОВ=0,187/20=9,28 ГГц
Максимальная скорость передачи двоичных оптических импульсов зависит от Δ FОВ и их формы, которую принято считать прямоугольной или гауссовской [8]:
ВП = 1,01 ΔFОВ, [бит/с], (4)
ВГ = 1,34 Δ FОВ, [бит/с]. (5)
Для всех вариантов считать форму импульса гауссовской.
В_Г=1,34∙9,28=12,43 ГБит/с
Задача 2
По данным таблицы 2.1 построить зависимость выходной мощности источника оптического излучения от величины электрического тока, протекающего через него. Для заданных (по варианту) тока смещения и амплитуды модулирующих однополярных импульсов (таблицы 2.2 и 2.3) определить графически изменение выходной модуляционной мощности Рмакс и Рмин и определить глубину модуляции h . По построенной характеристике указать вид источника.
Таблица 2.1
I, мА 0 5 10 15 18 20 22 24 26 28
Р1, мкВт 0 15 30 45 60 90 160 230 310 370
Таблица 2.2
Ток смещения Предпоследняя цифра пароля
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Iсм, мА 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Таблица 2.3
Амплитуда тока модуляции Предпоследняя цифра пароля
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
I, мА 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
(Учесть, что оптический импульс однополярный – т.е. Iсм = Imin)
По таблице 2.1 построить график. На графике построить входной и выходной сигналы. Учесть, что оптический сигнал – однополярный.
Для определения глубины модуляции использовать соотношение 2.1:
(2.1)
Определить коэффициент гашения. Pmax и Pmin определяется по графику.
ER= 10 lg (Pmax/Pmin), дБ
Pmax = 42 мкВт.
Pmin = 19 мкВт.
η=(14-6)/14=0,57
ER= 10 lg (42/19),=13,62 дБ
Задача 3
Построить график зависимости чувствительности фотодетектора от длины волны оптического излучения по данным таблицы 3.1. Используя график и данные таблиц 3.2 и 3.3. Определить величину фототока на выходе p-i-n фотодиода. По графику определить длинноволновую границу чувствительности фотодетектора. Определить материал для изготовления прибора.
Таблица 3.1
Чувствитель- ность, 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
Таблица 3.2
Мощность излучения Предпоследняя цифра пароля
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Рu, мкВт 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
Таблица 3.3
Длина волны Последняя цифра пароля
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
l , нм 1750 1650 1550 1430 1310 1290 1150 980 910 860
По таблице 3.1 построить график. Определить по графику S. Найти фототок, исходя из формулы 3.1.
При решении задачи необходимо учесть соотношения (3.1):
, (3.1)
Длинноволновая граница чувствительности фотодетектора определяется соотношением (3.2):
, (3.2)
где Еg - ширина запрещенной зоны полупроводникового материала, из которого сделан фотодиод.
λгр определить по графику. (конечная точка). Найти Еg.
По графику определяем, что материал для изготовления прибора - германий.
Энергия фотона:
Е_ф=(h∙c)/λ=(6,26∙〖10〗^(-34)∙3∙〖10〗^8)/(1,55∙〖10〗^(-6) )=1,21∙〖10〗^(-19) эВ
Ток фотодиода:
I_ф=P_u/Е_ф ∙η_ВН∙е=(0,5∙〖10〗^(-6))/(1,21∙〖10〗^(-19) )∙0,5∙1,6∙〖10〗^(-19)=3,31∙〖10〗^(-7) А
Чувствительность фотодиода:
S=I_ф/P_u =(3,31∙〖10〗^(-7))/(0,5∙〖10〗^(-6) )=0,662 А/Вт
Длинноволновая граница чувствительности фотодетектора определяется соотношением:
Где Еg для германиевых диодов = 0,66 В.
λ_гр≤1,24/0,66≤1,88 мкм
Пароль заканчивается на 02(соответствует 2 варианту).
|