- •Введение. Особенности оптического диапазона эмв. Достоинства волс.
- •2.1.1. Достоинства и область применения волс.
- •Волоконно-оптическая система передачи
- •Структурная схема волоконно-оптической системы передачи сигналов
- •1. Передача оптических сигналов.
- •Диапазоны эмв.
- •1. Особенности оптического излучения. Диапазон оптических длин волн.
- •Лекция 2. Основные положения и понятия волновой, квантовой и геометрической оптик
- •Параметры оптического излучения. Поляризация, монохроматичность и когерентность оптического излучения
- •Преломление света. Полное внутреннее отражение.
- •Волоконный световод (оптоволокно)
- •Параметры оптических волокон
- •2.1.3 Дисперсия
- •2.3. Межмодовая дисперсия
- •2.4. Материальная дисперсия и информационная емкость
- •Задача № 1
- •Задача № 2
- •2.5. Информационные параметры волс
- •Задача №3
- •2.6. Особенности работы и режимы волоконных световодов
- •2.7. Особенности расчетов и применения многомодовых волоконных световодов
- •2.8. Разновидности и применение одномодовых световодов (омвс)
- •Задача№4
- •2.10. Технология и материалы вс
- •2.11. Геометрические и механические характеристики вс
- •2.13. Разновидности и поколения волс
- •3. Оптические волноводы
- •3.1. Парамeтры оптических волноводов
- •3.2. Потери в оптических волноводах. Методы изготовления оптических волноводов
- •,Где – усредненная глубина шероховатостей.
- •3.2.2. Методы изготовления планарных и полосковых ов заимствованы из технологии пп электроники. Их можно условно разделить на три категории:
- •3.3. Связанные волны в оптических волноводах
- •Задача №5
- •Задача №6
- •Задача №7
- •Лекция 3
- •3.4. Пассивные элементы интегрально-оптических схем
- •4. Пассивные элементы волс
- •4.1. Оптические разветвители (ответвители)
- •4.2. Оптические аттенюаторы
- •4.3. Оптические мультиплексоры/демультиплексоры и фильтры
- •4. Управление временными параметрами оптического излучения
- •4.1. Модуляция лазерного излучения
- •4.2 Физические эффекты в кристаллах
- •4.3. ЭлектрОоптические модуляторы (эом)
- •Задача n9.
- •4.4. Акустооптические модуляторы (аом)
- •4.5. Магнитооптические модуляторы (мом)
- •5. Управление пространственными характеристиками оптического излучения
- •5.1. Основные определения
- •5.2. Электрооптические дефлекторы (эод)
- •Задача №10.
- •5.3 Акустооптические дефлекторы (аод)
- •Задача №11
- •6. Особенности источников оптического излучения для волс и ов.
- •7. Приемники оптического излучения
- •7.1. Принцип действия фотоприемников
- •7.2. Классификация, параметры и характеристики фотоприёмников
- •7.3 Фотодиоды с обычным p-nпереходом
- •7.4. Специальные типы фотодиодов
- •7.5. Фототранзисторы
- •7.6. Многоэлементные ФотоПриёмники
- •Задача №12.
- •8. Интегрально-оптические схемы
- •8.1. Основные определения
- •8.2. Примеры реализации Интегрально-оптических схем
- •9. Волоконноотические датчики (вод)
- •Принцип работы, классификация и параметры вод
- •9.2. Вод амплитудной модуляции
- •9.3. Вод фазовой модуляции.
- •9.4. Поляризационные вод.
- •9.5. Вод с управляемой связью в коаксиальных оптических волноводах.
- •10. Оптические методы обработки информации.
- •10.1 Основы голографии.
- •10.2 Элементы оптической памяти оптических и электронных процессоров.
- •10.3. Оптическая фильтрация.
- •11. Радиооптические антенные решетки (роар)
- •11.1. Основные понятия
- •11.2. Оптическое управление задержками свч - сигналов
- •11.3. Оптическое управление фар на основе оптического процессора
- •11.4 Фар с “экзотическими” методами управления.
Задача № 1
Сравнить числовую апертуру, долю мощности, вводимую в волокно от диффузионного источника, максимальную расходимость источника, количество мод и групп мод, межмодовую дисперсию и информационную ёмкость для кварцевого волокна с оболочкой (n1= 1,51; n2 =1,5) и без оболочки (n1= 1,51; n2 =1) при диаметре сердцевины 2а=50мкм и длине волны = 0,85мкм.
Задача № 2
Оценить материальную дисперсию и информационную ёмкость для ступенчатого одномодового кварцевого волокна с источниками: светодиодом (ширина спектральной линии = 30нм) и лазерным диодом (=3нм). Параметры волокна n1= 1,51; n2 =1,5; коэффициент дисперсии материала m =0,021, =0,85мкм. Определить максимально возможный диаметр сердцевины.
2.5. Информационные параметры волс
2.5.1. Среднеквадратическая длительность импульса .
Если энергию принятого импульса Е выразить через форму оптического импульса (светового потока), как , то нормированная форма импульса
(2.11)
Среднее время прихода (центр тяжести) импульса определяется, как математическое ожидание (момент первого порядка)
(2.12)
Среднеквадратичная длительность импульсов выражается через стандартный момент второго порядка (дисперсию)
(2.13)
Аналогично можно выразить среднеквадратические ширину спектра или длину волны .
Среднеквадратическая длительность для прямоугольного импульса
Среднеквадратическая длительность для треугольного импульса
Среднеквадратическая длительность для гауссова импульса
Уширение импульса под действием межмодовой и материальной дисперсий приводит к формированию приблизительно гауссовых импульсов со среднеквадратическими длительностями мод и мат. Оба механизма снова объединяются на выходе и сформировывают вместе со входным импульсом со среднеквадратической длительностью вх приблизительно гауссовый выходной импульс со среднеквадратической длительностью
(2.14)
2.5.2.
Импульсная характеристика волокна h(t).
ВОЛС – это линейная система с ограниченной полосой и поэтому, при входном импульсе в виде –функции, принятый импульс представляет собой импульсную характеристику h(t) волокна.
Передаточная характеристика волокна H(f) - это преобразование Фурье от импульсной характеристики
(2.15)
где – нормализованная импульсная характеристика; Eвых – энергия выходного импульса. При этом отношение характеризует потери в волокне.
Скорость передачи информации .
В [1] показано, что исходя из достоверности передачи цифровой информации для любых импульсов
(2.16)
т.е. длительность импульсов не должна превышать ¼ периода.
Для приближенных оценок достаточно считать, что
,(2.17)
где FT – тактовая частота цифровой системы связи; Fмакс – максимальная частота модуляции аналоговой системы связи.
Для конкретных импульсов передаточные характеристики и связь между временными и частотными характеристиками имеют следующий вид:
1. Прямоугольный импульс (- безразмерная частотная переменная)
2. Треугольный импульс ;
3. Гауссов импульс ;
Энергетический потенциал
, (2.18)
где Pпер=Р мощность передатчика (источника оптического излучения); Рпор=Фпор – пороговая чувствительность (пороговый поток) приёмного устройства (фотоприёмника).
В случае ВОЛС спектральная пороговая чувствительность имеет размерность Фпор.сп[Вт/Гц] (см. 9.2) и поэтому спектральный энергетический потенциал имеет размерность Асп[Гц]Асп[бит/с]; интегральный- Аинт=Асп/В; Аинт.[дБ]=10lgАинт или Аинт=Р/Фпор.инт, где Фпор.инт=Фпор.спВ.