1. Принцип волоконно-оптической связи. Схема, этап преобразования сигналов. Преимущества восп.

В основе волоконно-оптической связи лежит явление полного внутреннего отражения электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков с разными показателями преломления. Оптическое волокно состоит из двух элементов — сердцевины, являющейся непосредственным световодом, и оболочки. Показатель преломления сердцевины несколько больше показателя преломления оболочки, благодаря чему луч света, испытывая многократные переотражения на границе сердцевина-оболочка, распространяется в сердцевине, не покидая её.

Преимуществом является значительное увеличение длинны регенерационного участка до нескольких десятков километров. Большая широкополосность(т.е. возможность передавать информацию по нескольким тысячам каналов). Повышенная защищенность(информацию нельзя перехватить без разрушения)

Схему, надеюсь артем вставит из первой лекции по ВОСП. Постым языком поясню этапы преобразования:

Сначала есть цифровой сигнал от какой-либо ИКМ, который через преобразователь кода(ПК) поступает на ЭОП(электронно-оптический преобразователь это или ЛД или ФД), далее через согласующее устройство непосредственно в ОК. На Линейном регенараторе он востанавливается и усиливается до требуемой велицины. На приемной стороне имеется ОЭП(опто-электронный преобразователь,а это фотодиод). Где полученный сигнал преобразуется в электрический, после чего ПК преобразует код в уместный(требуемый) для ИКМ и соответсвенно он поступает на ИКМ.

2. Источники оптического излучения. Требования к источникам излучения.

источником оптического излучения яв-ся главным элементом ПОМ.

К ним предъявлены следующие требования:

1.излучения должны вестись на длине волны оного из окон прозрачности волокно традиционных оптических волокнах существуют 3 окна, в которых достигаются меньшие потери света при распространении:850,1310,1550 нм;

2.источник излучения должен выдерживать необходимую частоту модуляции для обеспечения передачи информации на требуемой скорости;

3.источник излучения должен быть эффективным в том смысли чтоб большая часть излучения источника подавала в волокно с min потерями;

4.источник излучения должен иметь достаточно большую мощность чтобы сигнал можно было передавать на большие расстояния, но и не настолько чтобы излучения приводило к нелинейным эффектам или могло повредить волокно или оптический приемник;

5.температурная вариация не должна сказываться на функционировании источника излучения;

6.стоимость производства источника излучения должна быть относительно невысокой.

3. Основные параметры и характеристики источников излучения. Композиционные материалы, используемые для источников излучения.

-Средняя мощность излучения при работе в непрерывном режиме;

-Длина волны излучения;

-Углы расхождения светового пучка;

-Ширина спектра излучения;

-Срок службы

4. Принцип работы СИД. Типы светоизлучающих диодов.

СИД представляет собой полу проводниковый прибор с п-н переходом, протекание электрического тока через который вызывает интенсивное спонтанное излучение.Работа светодиодов основана случайной рекомбинации избыточных носителей заряда, инжектируемых в активную область светодиода. В результате инжекции не основных носителей заряда и дрейфа основных в активном слое происходит накопление и рекомбинация этих зарядов с выделением квантов энергии.При этом фотоны(кванты энергии), могут спокойно двигаться, отражаться от границ и излучаться с поверхности или торца.

5. Принцип работы ППЛ. Типы лазерных диодов.

Принцип ППЛ основан на вынужденной излучательной рекомбинации электронно дырочных пар, в активных полупроводниковых структурах, получаемых при прохождении через такие структуры эл.тока накачки. Современные ППЛ, работают в спектральных диапазонах высокой прозрачности кварцевого ОВ (0,82-9 мкм) Типичная мощность излучения таких ППЛ от 1 до 5мВт.

6. Требования к фотоприемникам

-высокая чувствительность на рабочей длине волны

-малая инерционность

-низкий уровень собственных шумов

-стабильность параметров

-небольшие размеры

-высокая надежность

-низкое напряжение питания

7. P-I-N фотодиоды. Структура и принцип действия.

Структура диода состоит из сильнолигированных N+, P+ слоев и слаболигированного I- слоя.

I- слой называется обедненным, поскольку в нем нет свободных носителей на pin структуру Uo. Сильное лигирование крайних слоев делает их проводящим и max значение электрического поля создается в I- слое. I- слой испытывает только поляризацию.

При наличии падающего излучения на I- слой в нем оброзуются свободные электронно-дырочные пары, они под действием эл. Поля быстро разделяются и двигаются к своим электродам, образуя эл. ток.

8. Лавинные фотодиоды. Структура и принцип действия

Главным отличием ЛФД яв-ся внутренний усилительный сигнал.

При при попадении свободных электронов из i-слоя в р-слой их ускорение становится более ощутимым из-за высокого эл.поля в р-слое. Ускоряясь из зоны проводимости р-слоя, такие электроны накапливают энергию достаточную, чтобы выбить или возбудить электроы из валентной зоны в зону проводимости. Этот процесс называется лавинным усилением.

9. Передающий оптический модуль: структурная схема, принцип действия.

ПОМ предназначен для преобразования эл. сигналов в оптические.

Главным элементом ПОМ является источник излучения. В любой конструкции ПОМ так же есть держатель, который позволяет закрепить и защитить составные элементы передатчика: источник излучения, узел эл. интерфейса и место сопряжения с волокном. Иногда требуется доп. Внутренние элементы для оптимального подсоединения волокна. Важным элементом лазерных диодов является цепь тока накачки, и систем контроля температуры. Для сложных лазерных систем добавляют вых. мониторинг оптического сигнала.

10. Приемный оптический модуль: структурная схема, принцип действия.

ПРОМ предназначен для преобразования оптического сигнала принятого из волокна в электрический.

Основные функциональные элементы ПРОМ:

Фотоприемник – преобразует полученный оптический сигнал в электрическую форму;

Каскад эл-х усилит-й – усиливают сигнал и преобразуют его в форму пригодную к обработке;

Демодулятор – воспроизводит первоначальную форму сигнала.

Аналоговый ПРОМ принимает аналоговый оптический сигнал и на вых. Также выдает аналоговый электрический сигнал. К аналоговым приемникам предъявляются требования выс. линейности преобразования и усиления сигнала при min вносимых шумов , в противном случае возрастают искажения сигнала. На протяженных линиях с большим кол-вом приемно- передающих узлов искажения и шумы накапливаются, что снижает эффективность аналоговых много ретросляционных линий связи.

11. Ретрансляционные устройства ВОСП: назначение, виды

ретранслятор выполняет функцию усилителя оптического сигнала и дополнительно может восстанавливать форму импульса, уменьшает уровень собственных шумов и устраняет ошибки, такой ретранслятор называется регенератором.

Оптический сигнал при распространении по ОВ ослабляется и искажается, поэтому для увеличении дальности и качества связи ВОСП до линии тракта через опред. расстояние обусловлен затуханием и дисперсией, в ОВ устанавливается ретрансляционное устройство :

-Линейные ретрансляторы

-Оптические усилители

12.Структура, принцип действия РЛ.

Предназначен для регенерации линейного сигнала цифровой системы передачи.

Принцип работы-ослабленный и искаженный цифровой сигнал ч/з симметрирующий трансформатор Тр1 поступает на вход линейного корректора ЛК,в состав которого входит регулируемая искусственная линия РИорректирующий ус-ль КУ, ус-во автомат. регулировки уровня АРУ, ус-во разделения импульсов по полярности УР. Ус-ль КУ корректирует форму импульсов сигнала при максимальном затухании предшествующего рег. участка. Затухание РИЛ устанавливается системой АРУ так, чтоб при изменении затухания кабельной цепи амплитуда импульсов на вых. ЛК сохранялось неизменной. Скорректированный биполярный цифровой сигнал преобраз. ус-вом разделения на однополярные последовательности положительных и инвертированных отрицательных импульсов. Эти последовательности поступают на входы решающих ус-тв РУ1 и РУ2, где происходит опознование кодовых символов. Восстановление импульсов по форме, длительности и временному положению происходит в формирователе выходных импульсов ФВИ.С ФВИ импульсы объединяются в Тр2 и поступ. на вх. след. рег. участка.

13. Прямое усиление оптических сигналов. Типы и особенности оптических усилителей.

Оптические усилители, их разновидности

Оптические усилители – устройства, обеспечивающие внутреннее усиление оптического сигнала без его преобразования в электрическую форму. Существует пять типов оптических усилителей.

1. Усилители Фабри-Перо оснащаются плоским резонатором с зеркальными полупрозрачными стенками. Они обеспечивают высокий коэффициент усиления (до 25 дБ) в очень узком (1,5 ГГц), но перестраиваемом (800 ГГц) спектральном диапазоне. Кроме этого, эти устройства не чувствительны к поляризации сигнала и характеризуются сильным подавлением боковых составляющих (ослабление на 20 дБ за пределами интервала в 5 ГГц). В силу своих характеристик усилители Фабри-Перо идеально подходят для работы в качестве демультиплексоров, поскольку они всегда могут быть перестроены для усиления только одной длины волны одного канала из входного многоканального WDM- сигнала.

2. Усилители на волокне, использующие бриллюэновское рассеяние. Стимулированное бриллюэновское рассеяние – это нелинейный эффект, возникающий в кремниевом волокне, когда энергия от оптической волны на частоте f1, переходит в энергию новой волны на смещённой частоте f2. Если мощная накачка производится на частоте f1, стимулированное бриллюэновское рассеяние способно усиливать слабый входной сигнал на частоте f2. Выходной сигнал сосредоточен в узком диапазоне, что позволяет выбирать канал с погрешностью 1,5 ГГц.

3. Усилители на волокне, использующие рамановское рассеяние. Стимулированное рамановское рассеяние – также нелинейный эффект, который подобно бриллюэновскому рассеянию может использоваться для преобразования части энергии из мощной волны накачки в слабую сигнальную волну. Однако при рамановском рассеянии частотный сдвиг между сигнальной волной и волной накачки больше, а выходной спектральный диапазон усиления шире, что допускает усиление сразу нескольких каналов в WDM- сигнале. Большие переходные помехи между усиливаемыми каналами представляют основную проблему при разработке таких усилителей.

4. Полупроводниковые лазерные усилители (ППЛУ). Основу ППЛУ составляет активная среда, аналогичная той, которая используется в полупроводниковых лазерах. В ППЛУ отсутствуют зеркальные резонаторы, характерные для полупроводниковых лазеров.

5. Усилители на примесном волокне (рис.22). Этот тип оптического усилителя наиболее широко распространен и является ключевым элементом в технологии полностью оптических сетей, поскольку он позволяет усиливать сигнал в широком спектральном диапазоне.

14. Усилители на активном оптическом волокне. Схемы включения усилителей типа EDFA.

Усилители на ОВ, легированном эрбием EDFA. Усилители EDFA обеспечивает непосредственное усиление оптического сигнала без преобразования в электрический сигнал и обратно, обладает низким уровнем шумов, а их рабочий диапазон длин волн практически точно соответствует окну прозрачности кварцевого ОВ. Усилители EDFA состоит из отрезка ОВ, легированного эрбием. В таком ОВ сигналы определенной длины волны могут усиливаться за счет энергии внешнего излучения накачки.

Слабый входной оптический сигнал проходит через оптический изолятор, который пропускает свет в прямом направлении – слева направо, но не пропускает рассеянный свет в обратном направлении, далее проходит через блок фильтров , которые блокируют световой поток на длине волны накачки, но прозрачны к длине волны сигнала. Затем сигнал попадает в катушку с волокном, легированным примесью из редкоземельных элементов. Длина такого участка волокна составляет несколько метров. Этот участок волокна подвергается сильному непрерывному излучению полупроводникового лазера , установленного с противоположенной стороны, с более короткой длиной волны накачки. Свет от лазера накачки – волна накачки – возбуждает атомы примесей. Возбужденные состояния имеют большое время релаксации, чтобы спонтанно перейти в основное состояние. Однако при наличии слабого сигнала происходит индуцированный переход атомов примесей из возбужденного состояния в основное с излучением света на той же длине волны и с той же самой фазой, что и повлекший это сигнал. Селективный разветвитель перенаправляет усиленный полезный сигнал в выходное волокно .Дополнительный оптический изолятор на выходе предотвращает попадание обратного рассеянного сигнала из выходного сегмента в активную область оптического усилителя.