Министерство образования.

Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики.

Кафедра ФиТОС.

Реферат по дисциплине

Введение в специальность:

«Оптические мультиплексоры и демультиплексоры»

Выполнил:

студент 1951 группы

Анчуткин Гордей

Санкт-Петербург, 2012 г.

Конспект лекций.

Технические средства информации:

1. Получение

2. Передача

3. Обработка

Основа передачи информации – электричество.

Появляются световоды.

30 лет назад принято решение о переходе с металлических проводов к оптическим проводникам.

Приемущества светтоводов:

1. Высокая помехоустойчивость

2. Увеличение на порядки скорости передачи информации

K=2π/λ - Квантовое число

ω=2πf=ck

Электромагнитные волны:

Радио диапазон Оптический Рентген Гамма

г руппы атомов внешние элементы атомов внутренние эл-ты из ядра

и молекул атомов

10^(11) 10^(12) видимый свет

2*10^14

Граница Радио и Оптического диапазона: частота, при которой прекращается ток в проводнике.

Получение информации:

Оптоволоконные датчики.

1бит – 1 квант света.

Оптические волноводы:

1. Плонарные волноводы

2. Полозковые (прямоугольные)

3. Цилиндрические

Оптические явления на границе раздела двух сред:

Закон преломления: sinφ₁/sinφ₂=n₂/n₁

Полное внутреннее отражения: sinφ₁=n₂/n₁

Уравнение Френеля:

Отражение - T=It/Ii

Преломление - R=Ir/Ii

R+T=1

Законы преломления для двух волн будут отличаться углом Брюстера, возникающим, когда угол между отраженной и преломленной волной равен 90 градусов.

Плоские (планарные) волноводы.

У световода h длина световой волны h λ

Трансцендентное уравнение

2hkx – δ1,3 – δ1,2 = 2πm

(таблица)

Условие волноводного распространения (УВР):

nпk <=βм <=nвk

nп <=Nм <=nв

υп >=υм> =υв

Фазовая скорость моды должна быть больше, чем фазовая скорость материале подложки и меньше скорости света.

Нарушение левой части уравнения – нарушение ПВО.

Каждая мода распространяется в среде со своим показателем преломления Nм, который должен быть больше показателя преломления подложки (nп)и меньше (nв).

Особенности волноводного распространения:

1. При распространении волны в волноводе происходит квантование этой волны, и могут распространяться только дискретные пространственные волны, называемые модами.

2. Каждая волноводная мода имеет нелинейную дисперсионную зависимость.

(2) – это связь между временными и пространственными переменными, характеризующими волну.

Решения транцедентного уравнения:

• Цифровое решение

• Графическое

knп β0 knв

nп N0 nв

υп υм υв

Для основной моды планарного волновода:

Попасть в любую точку дисперсионной зависимости при заданной толщине волновода можно меняя частоту.

При заданной частоте – меняя толщину волновода.

Нормированные переменные.

1. V – нормированная частота.

V=k*h*

2. b – нормированный показатель преломления

3. a – степень асимметрии

II ой способ решения трансцендентного уравнения через графические переменные:

Для симметричного волновода: u, w, υ

u²+w²= υ²

(график)

Критические условия: b=0; w=0

Полозковые волноводы.

Свет в полозковых волноводах распространяется только по прямой.

• По Ox происходит квантование, образуются моды

• С границей по Oy: при отражении от боковых границ также происходит квантование и образуются моды.

Условие волноводного распространения УВР:

n2*k<=β*cosθ<=n1*k

Обозначается HE n,m или EH m,n

Если вектор Н имеет больший показатель на направление распространения, то вектор E имеет большую проекцию в сечении.

Циллиндрические волноводы.

Для оптической связи на большие расстояния используются световоды из чистых материалов (для уменьшения потерь)

Профиль показателя преломления (ППП):

Градиентный (для одномодовых световодов)

Чтобы сделать планарный волновод одномодовым нужно: V<

Цилиндрический волновод: V<2,405

Далее появляется следующая мода.

Чтобы соединить световоды нужно: соединить серцевины, при соединении применяется специальная, при которой максимальные потери достигают 0,1дБ.

Числовая аппертура.

A=NA=sinθmax =

Если свет из воздуха (n=0) : NA=sinθ=

Основная мода цилиндрического волновода – LP 0,1

Критические условия: n2*k=β;

b=0

w=0

LP lm мода распадается на эквивалентные моды, потому что каждая LP мода является в общем случае суперпозицией четырех эквивалентных мод, которые имеют практически одинаковую постоянную распространения (β,n).

На большом расстоянии разница начинает сказываться и LP мода распадается на эквивалентные.

Чтобы сохранить поляризацию используются: двулучепреломляющие световоды.

Диапазоны оптической связи. Потери в световодах.

*lg( )* (дБ/км)

Концентрация примесей: С=10^(-6)

В световоде: С<10^(-9)

Потери на изгибе: изг=f(m), Rизг < Rкрит

Критический радиус для многомодового волокна равен 2мм

Радиус изгиба 30мм

Оптическая связь.

1. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

2. Временный мультиплексор

3. Полупроводниковый лазер

4. Изолятор

5. Регенератор

6. Фото приемник

7. Временный демультиплексор

8. Цифро-аналоговый преобразователь

+ оптические составляющие:

9.Оптический мультиплексор

10. Оптический усилитель

11. Спектральный демультиплексор

Схема цифровой иерархии:

E0 - 64кбит/сек

E1 – 2048кбит/сек плезиохронная иерархия

E2 – 8448кбит /сек

E3 – 34368кбит/сек

E 4 – 139264кбит/сек синхронная иерархия

E5 – 564992кбит/сек

Дисперсия.

Чтобы обеспечить максимум скорости в одномодовом волокне нужно так изменить серцевину, чтобы модовая дисперсия компенсировала материальную, - наилучшие световоды.

Sмат Sволн

Ширина полосы в волокне - ∆f=10 ГГц*км

Ширина полосы для телефонной линии - ∆f=10 кГц*км

Ширина полосы телевизионного сигнала - ∆f=10 МГц*км

Плезиохронная цифровая иерархия — ПЦИ (PDH)

По соединительным линиям между АТС, городским, зоновым и магистральным линиям сообщения передаются в цифровой форме. Для этого аналоговый телефонный сигнал подвергается преобразованию в цифровой поток методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). В результате он превращается в поток информации в виде двоичных символов (бит) со скоростью передачи 64 кбит/с. Канал, в котором передается такой цифровой поток, получил название «Основной цифровой канал» (ОЦК) или по международной классификации DSO.

Групповой цифровой сигнал формируется методом временного разделения каналов. В групповом канале скорость передачи информации возрастает в зависимости от количества основных каналов. Операция образования группового цифрового потока информации из ряда основных каналов DSO получила название мультиплексирования с временным разделением каналов.

Формирование групповых цифровых сигналов, предназначенных для передачи по линии связи, осуществляется методом линейного кодирования , для чего применяется ряд двоичных кодов. В соединительных линиях связи между АТС в настоящее время чаще всего применяются коды HDB3 и AMI.

Синхронная цифровая иерархия — СЦИ (SDH)

Синхронная цифровая иерархия— это система передачи данных, основанная на синхронизации по времени передающего и принимающего устройства.

В отличие от плезиохронных, в сетях синхронной цифровой иерархии используется центральный опорный генератор синхрочастоты (таймер), вследствие чего в СЦИ средняя частота всех местных задающих генераторов синхронна с точностью не хуже 10~9 [1]. Жесткая синхронизация на всех уровнях СЦИ дает возможность введения идентификационных бит, что позволяет получить целый ряд преимуществ синхронных сетей, среди которых отметим следующие:

1) возможность выделения из общего группового потока высокого уровня иерархии цифровых потоков более низкого уровня вплоть до Е1 без полного де-мультиплексирования (или, наоборот, введения такого потока в групповой);

2) упрощение общей структурной схемы оборудования СЦИ благодаря тому, что все функции ввода—вывода выполняет один мультиплексор, в том числе он может вывести (ввести) цифровой поток El PDH из потока (фрейма) STM-1;

3) возможность выделения (или ввода) цифровых потоков любого уровня из группового потока более высокого уровня позволяет осуществлять оперативное переключение цифровых трактов в сетях, делая их более гибкими в плане конфигурирования;

4) скорость передачи групповых сигналов на стыках сетевых узлов совпадает в системах СЦИ с линейными скоростями, благодаря чему отпадет необходимость применения дополнительного преобразователя стыкового кода в линейный. (Во всех ВОСП СЦИ в качестве линейного цифрового кода принят код NRZ).

Гибкость сетей СЦИ, применение их совместно с волоконно-оптическими системами, имеющими очень большую ширину полосы пропускания и высокое быстродействие квантово-электронных модулей, позволяет осуществлять автоматическую коммутацию цифровых потоков, а также компьютерное дистанционное управление сетью из одного центра. При этом процесс реконфигурации сети занимает считанные секунды. Перечисленные преимущества систем СЦИ на основе ВОСП позволяют оптимально использовать емкости каналов, осуществляя оперативную коммутацию цифровых потоков и резервных линий.