№1

1)

Аналоговый сигнал, генерируемый оконечным оборудованием данных (ООД), например, телефоном, терминалом, видеокамерой и т.д., приходит на узел коммутации, где аналого-цифровой преобразователь (кодер) оцифровывает его в битовый поток. Битовый поток используется для модуляции оптического передатчика, который передает серию оптических импульсов в оптическое волокно. На приемной стороне импульсы света преобразуются обратно в электрический сигнал при помощи оптического приемника. Декодерная часть коммуникационной системы преобразует бинарный электрический поток обратно в аналоговый сигнал ООД. Обычно кодеры и декодеры, а так же оптические приемники и передатчики совмещаются в одном устройстве, так что образуется двунаправленный канал связи.

2)cтр. 214.

№3

1) В основе действия электрооптических переключателей лежит Линейный электрооптический эффект Поккельса, при котором под действием Приложенного к кристаллу электрического поля происходит изменение коэффициента преломления света. Наилучшими электрооптическими характеристиками, реализуемыми в промышленности, обладают кристаллы ниобата лития LiNbO3[2] ититанита–цирконатасвинца-лантана (Pb,La)(Zr,Ti)O3(PLZT)[3]. В качестве примера электрооптического переключателя наРис. 1 схематически Изображен волноводный переключатель наоснове кристалла LiNbO3 [5].Активный Элемент включает в себя два канальных волновода, которые в области связи Расположены друг от друга на расстоянии нескольких длин волноптического сигнала,а также управляющие этой связью электроды.

Рис. 1. Активный элемент волноводного электрооптическогопереключателяна Основе кристалла LiNbO3, где 1 – монокристаллический LiNbO3, 2 – электроды, 3 и

4 – волноводные каналы

Оптомеханические переключатели

Наиболее простые и недорогостоящие из этих технологий – это оптомеханическое переключение, использующее движущиеся части такие как соленоиды или шаговые двигатели для перемещения или вращения зеркал или волокон (рис. 7.5), которые перенаправляют свет из одного порта в другой. Такие переключатели работают в широком диапазоне длин волн с типичными временами переключения в диапазоне от 10 да 25 мс

№4

2) Тонкопленочный фильтр состоит из нескольких слоев прозрачного диэлектрического материала с различными показателями преломления, нанесенных последовательно друг за другом на оптическую подложку. На каждой границе раздела между слоями из-за различия их показателей преломления часть падающего светового пучка отражается обратно. Этот отраженный свет усиливает или подавляет падающий (отраженная волна интерферирует с падающей) в зависимости от длины волны. Надлежащим образом подобрав показатель преломления и толщину каждого слоя, можно получить фильтр, который будет пропускать любой заданный диапазон длин волн и отражать все остальные (рис. 2.12).

В мультиплексорах и демультиплексорах используются обычно одноступенчатые тонкопленочные фильтры, каждый из которых выделяет из составного сигнала (или добавляет в него) один канал. Фильтры расположены под наклоном к оптической оси, чтобы отраженный свет не попадал обратно в систему. Наклонное расположение фильтров изменяет эффективную толщину слоев и меняет таким образом полосу пропускания, что необходимо учитывать при проектировании фильтров. Для обработки многоволновых сигналов используют многоступенчатые системы фильтров, в которых свет, отраженный от каждого фильтра, попадает на вход следующего фильтра, что придает исключительную важность вопросу их выравнивания (рис. 2.13).

Тонкопленочные фильтры имеют достаточно узкую полосу пропускания и используются в системах WDM с 16-ю или 32-мя каналами. В современных системах с более плотным расположением каналов используют другие технологии.

№6

1) Системы ВОЛС с многоволновым уплотнением — WDM, DWDM и CWDM были бы невозможны без устройств объединения пространственно разделенных оптических информационных потоков с Х\, XI...Х_п в один поток с общим направлением (на передаче) и устройств, выполняющих обратную операцию (на приеме). Эта задача решается с помощью мультиплексоров/демультиплексоров. Кроме систем ВОЛС с DWDM, мультиплексоры применяются в волоконно-оптических усилителях, в локальных сетях при волновой маршрутизации и в некоторых других случаях.

В высокоскоростных системах ВОЛС с DWDM применяются оптические мультиплексоры, основанные на использовании дифракционных фазовых решеток. Принцип работы, устройство и характеристики таких мультиплексоров описаны в работе [136]. В качестве дифракционной фазовой решетки в таком мультиплексоре (МП) применена ее разновидность — эшелон Майкельсона [83]. Классический эшелон Майкельсона представляет собой сложенные одна на другую строго параллельные пластины разной длины L, но разность AL должна быть постоянной. Сложенные пластины образуют единую прозрачную призму, одна грань которой плоская, противоположная — ступенчатая с одинаковыми ступеньками. Пройдя через всю призму, лучи на указанных ступеньках дифрагируют. Угол дифракции зависит от длины волны (при постоянных размерах ступенек)

№7

Вопрос 1

1. требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона.

2. Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется прецизионное технологическое оборудование.

3. При аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями

Вопрос 2

К ак это происходит? По технологии DWDM световой поток, состоит из различных длин волн (λ).

Т о есть по одному волокну можно передавать более сотни стандартных каналов. Принципиальная схема DWDM достаточно проста. Для того чтобы организовать в одном волокне несколько оптических каналов сигналы SDH им меняют оптическую длину волны для каждого такого сигнала. Сигналы смешиваются при помощи мультиплексора и передаются в оптическую линию. В конечном пункте происходит обратная операция - сигналы SDH выделяются из группового сигнала и передаются потребителю.

По мере прохождения по оптическому волокну сигнал постепенно затухает. Для того чтобы его усилить, используются оптические усилители. Это позволяет передавать данные на расстояния до 4000 км без перевода оптического сигнала в электрический (для сравнения, в SDH это расстояние не превышает 200 км).

Преимущества DWDM. Эта технология позволяет получить наиболее масштабный и рентабельный способ расширения полосы пропускания волоконно-оптических каналов в сотни раз. Пропускную способность оптических линий на основе систем DWDM можно наращивать, постепенно добавляя по мере развития сети в уже существующее оборудование новые оптические каналы.

№8

1) Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения у мод, и имеет место только в многомодовом волокне (рис. 2.3 а, б). Для ступенчатого многомодового волокна и градиентного многомодового волокна с параболическим профилем показателя преломления (2-9) ее можно вычислить соответственно по формулам:

(2-14) / (2-15),

где L_c - длина межмодовой связи (для ступенчатого волокна порядка 5 км, для градиентного - порядка 10 км).

 При расчете полосы пропускания W можно пользоваться формулой W = 0,44 / t

Измеряется полоса пропускания в МГц*км. Физический смысл W - это максимальная частота модуляции передаваемого сигнала при длине линии 1 км.

Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне, в виду отсутствия межмодовой дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны. В выражение для дисперсии одномодового волокна входит дифференциальная зависимость показателя преломления от длины волны.

 (2-18)

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны [1]

 (2-19)

где введены коэффициенты M(l) и N(l) - удельные материальная и волноводная дисперсии соответственно, а  Dl (нм) - уширение длины волны вследствие некогерентности источника излучения.

При распространении импульсов света по волокну наблюдается их расплывание, или явление дисперсии. Чем меньше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну.

2) Они включают в себя оптические соединители, розетки, шнуры, распределительные панели, кроссовые шкафы, соединительные муфты, оптические разветвители, аттеньюаторы, системы спектрального уплотнения и т.д. то есть все, что необходимо для обеспечения передачи оптического сигнала по волоконно-оптическому кабелю от передатчика к приемнику.

Оптический соединитель – это устройство, предназначенное для соединения различных компонентов волоконно-оптического линейного тракта в местах ввода и вывода излучения. Такими местами являются: оптические соединения оптоэлектронных модулей (приемников и передатчиков) с волокном кабеля, соединения отрезков оптических кабелей между собой, а также другими компонентами.

Одним из наиболее важных устройств, относящихся к пассивным компонентам ВОЛС, является оптический разветвитель. Оптический разветвитель представляет собой в общем случае многополюсное устройство, в котором излучение, подаваемое на часть входных оптических полюсов, распределяется между его остальными оптическими полюсами . Основные категории оптических разветвителей следующие; древовидный разветвитель; рвездообразный разветвитель; ответвитель.

Устройство волнового (спектрального) уплотнения WDM – WDM-фильтр-выполняет функции мультиплексирования MUX (объединение) или демультиплексирование DEMUX (выделения или фильтрации) оптических сигналов разных длин волн- каналов- в одно волокно из множества волокон или из одного волокна в множество волокон.

Оптический изолятор обеспечивает пропускание света в одном направлении почти без потерь, а в другом направлении (обратном) с большим затуханием.

Аттенюаторы- используются с целью уменьшения мощности входного оптического сигнала.

№9

1) Спектральное уплотнение каналов — технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптическому волокну на разных несущих частотах.

Технология WDM позволяет существенно увеличить пропускную способность, причем она позволяет использовать уже проложенные волоконно-оптические линии. Благодаря WDM удается организовать двустороннюю многоканальную передачу трафика по одному волокну. Преимуществом DWDM-систем является возможность передачи высокоскоростного сигнала на сверхдальние расстояния без использования промежуточных пунктов (без регенерации сигнала и промежуточных усилителей)^[3]. Эти преимущества крайне востребованы для передачи данных через малонаселенные земли.

2) Оптический соединитель – это устройство, предназначенное для соединения различных компонентов волоконно-оптического линейного тракта в местах ввода и вывода излучения. Такими местами являются: оптические соединения оптоэлектронных модулей (приемников и передатчиков) с волокном кабеля, соединения отрезков оптических кабелей между собой, а также другими компонентами.

К соединителям предъявляют следующие требования: малые вносимые потери; малое обратное отражение; устойчивость к внешним механическим, климатическим воздействиям; высокая надежность и простота конструкции; незначительное ухудшение характеристик после многочисленных повторных соединений.

№10

1)

Относительная разность показателей преломления Δ: Δ=(n²₁-n²₂)/2n²₁

закона преломления света Снеллиуса: n₁sinΘ₁ = n₂sinΘ₂ , где n₁ — показатель преломления среды 1, Θ₁- угол падения, n₂ — показатель преломления среды 2, Θ₂ — угол преломления.

критический угол падения: Θ_c=arcsin(n₂/n₁).

Числовая апертура. Важным параметром, характеризующим волокно, является числовая апертура NA. Она связана с максимальным углом ΘA вводимогов волокно излучения из свободного пространства, при котором свет испытывает полное внутреннее отражение и распространяется по волокну, формулой: NA = sin θA

Фирмы-изготовители волокна экспериментально измеряют угол 9д и указывают соответствующее значение числовой апертуры для каждого поставляемого типа волокна.

Нормированная частота. Другим важным параметром, характеризующим волокно и распространяющийся по нему свет, является нормированная частота V, которая определяется как V=π⋅d⋅NA/λ

Номенклатура мод. При более строгом рассмотрении процесса распространения света по волокну следует решать волновые уравнения Максвелла. Именно в этой трактовке лучи ассоциируются с волнами, причем различные типы волн — решения уравнений — называются модами.

2) Повторитель сначала преобразует оптический сигнал в электронную форму, усиливает, корректирует, а затем преобразовывает обратно в оптический сигнал. Можно представить повторитель последовательно соединенные приемный и передающий модули. Аналоговый повторитель, в основном выполняет функцию усиления сигнала. При этом вместе с полезным сигналом усиливается полезный шум. Однако при цифровой передаче повторитель наряду с функцией усиления может регенерировать сигнал. Обычно блок регенерации охватывает цепь принятия решения и таймер. Блок регенерации восстанавливает прямоугольную форму импульсов, устраняет шумы, ресинхронизирует передачу так, чтобы выходные импульсы попали в соответствующие тайм-слоты. Повторитель может и не содержать таймера и восстанавливать прямоугольную форму импульсов по определенному порогу, независимо от того, на какой скорости ведется передача. Такие “среднезависимые” повторители применяются в локальных сетях, где имеет место асинхронный режим передачи.

Недостатки – Сложная конструкция; невозможность передачи нескольких сигналов одновременно;

№11

1. Поляризационная модовая дисперсия

Поляризационная модовая дисперсия tpmd (polarization mode dispersion) возникает вследствие различной скорости распространения двух взаимно перпендикулярных поляризационных составляющих моды. Коэффициент удельной дисперсии T нормируется в расчете на 1 км и имеет размерность (пс/км1/2), а tpmd растет с расстоянием по закону tpmd=T·L1/2. Для учета вклада в результирующую дисперсию следует добавить слагаемое t2pmd в правую часть (2-13). Из-за небольшой величины tpmd может проявляться исключительно в одномодовом волокне, причем когда используется передача широкополосного сигнала (полоса пропускания 2,4 Гбит/c и выше) с очень узкой спектральной полосой излучения 0,1 нм и меньше. В этом случае хроматическая дисперсия становится сравнимой с поляризационной модовой дисперсией.

В одномодовом волокне в действительности может распространяться не одна мода, а две фундаментальные моды - две перпендикулярные поляризации исходного сигнала. В идеальном волокне, в котором отсутствуют неоднородности по геометрии, две моды распространялись бы с одной и той же скоростью, рис. а. Однако на практике волокна имеют не идеальную геометрию, что приводит к различной скорости распространения двух поляризационных составляющих мод, рис. б.

Избыточный уровень tpmd, проявляясь вместе с чирпированным модулированным сигналом от лазера, а также поляризационной зависимостью потерь, может приводить к временным колебаниям амплитуды аналогового видеосигнала. В результате ухудшается качество изображения, или появляются диагональные полосы на телевизионном экране. При передаче цифрового сигнала высокой полосы (>2,4 Гбит/с) из-за наличия tpmd может возрастать битовая скорость появления ошибок.

Главной причиной возникновения поляризационной модовой дисперсии является некруглость (овальность) профиля сердцевины одномодового волокна, возникающая в процессе изготовления или эксплуатации волокна. При изготовлении волокна только строгий контроль позволяет достичь низких значений этого параметра.