Список літератури до частини ііі:

1. Скляров О.К. Волоконно-оптические сети и системы связи. – М.; Салон-Р, 2004, – 265 с.

2. Каток В.Б. Волоконно-оптичні системи зв’язку. – Київ; 1998, – 228 с.

3. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передаванни. – М.; Салон-Р, 2001, – 240 с.

4. Вербовецкий А.А. Основы проектирования цифровых оптоэлектронных систем связи. – М.; Радио и связь, 2000, – 158 с.

5. Андрушко Л.М. и др. ВОЛС (Волоконные оптические линии связи). Справочник. – К.; Техніка, 1988, – 239 с.

6. Козане А., Флере Ж., Мэтр Г., Руссо М. Оптика и связь. – М.; Мир, 1984, – 504 с.

7.Стандарти Міжнародного консультативного комітету по телефонії і телеграфії (ITU-T) в галузі цифрових і оптичних систем та пристроїв зв’язку.

8. Мохунь і.І, Полянський п.В. Інтегральна оптика в інформаційній техніці. Конспект лекцій. – Чернівці, Рута, 2002, – 79 с.

9. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети (принципы, технологии, протоколы). – Санкт-Петербург; 1999, – 670 с.

10. Основы волоконно-оптической связи /Под. ред. Борноски М.К./. – М.; Сов. Радио, 1980, – 232 с.

11. Основы волоконно-оптической связи. – М.; Радио и связь, 1981, – 230 с.

12. Горднев И.И., Курбатов Н.Д. Линии связи. – М.; Связь, 1980, – 440 с.

13. Горднев И.И., Ларин Ю.Т., Теумин И.И. Оптические кабели. – М.; Энергоиздат, 1985, – 173 с.

14. Маркузе Д. Введение в волноводную оптику. – М.; Мир, 1980, – 374 c.

15. Справочник по лазерной технике / Под. ред. Байборобина Ю.В., Криксунова Л.З., Литвиненко О.Н./. – Киев, Техніка, 1978, – 288 с.

Частина ІV

Задачі та практичні питання до курсів

“ІО в інформаційній техніці” та “ВОСП”

І. Інтегральна оптика в інформаційній техніці

1. Знайдіть відстань на яку проникає ТЕ-хвиля, яка розповсюджується у хвилеводі під кутом 4⁰ до поверхні хвилеводу у середовище підложки. Показник заломлення середовища хвилеводу 3.41. Показник заломлення підложки 3.3. Довжина хвилі 0.87 мкм.

Для ТЕ-моди інтенсивність хвилі, яка розповсюджується в середовищі поверхневого шару або підложки зменшується в разів на відстані,. Саме цю величину і можна прийняти за глибину проникнення хвилі.

2. Знайдіть відстань на яку проникає ТЕ-хвиля, яка розповсюджується у свтловоді під кутом 3⁰ до поверхні хвилеводу у середовище оболонки. Показник заломлення серцевини 1.45. Показник заломлення оболонки 1.445. Довжина хвилі 1.31 мкм.

3. Знайдіть відстань на яку проникає ТM-хвиля, яка розповсюджується у хвилеводі під кутом 84⁰ до нормалі до поверхні хвилеводу у середовище покривного шару. Показник заломлення середовища хвилеводу 1.56. Середовище покривного шару – повітря. Довжина хвилі 0.63 мкм.

Для ТМ-моди інтенсивність хвилі, яка розповсюджується в середовищі поверхневого шару або підложки зменшується в разів на відстані, яка вираховується аналогічним співвідношенням як і для ТЕ-хвилі - , , .

4. Знайдіть ефективну товщину симетричного хвилеводу для ТЕ-моди, яка розповсюджується у хвилеводі під кутом 88⁰ до нормалі до поверхні хвилеводу. Показник заломлення середовища хвилеводу 1.5228. Показник заломлення середовищ, з якими межує хвилевід 1.5163. Довжина хвилі 0.63 мкм. Товщина хвилеводу 1 мкм.

Ефективна товщина хвилеводу визначається як товщина хвилевідного шару плюс глибина проникнення хвилі в середовище покривного шару та пдложки. .

5. Знайдіть ефективну товщину хвилеводу для ТЕ-моди, яка розповсюджується у хвилеводі під кутом 3⁰ до поверхні дифузного хвилеводу з показником заломлення 1.5228. Показник заломлення підложки 1.5163. Верхній шар повітря. Довжина хвилі 0.63 мкм. Товщина хвилеводу 1 мкм.

6. Знайдіть довжину “зигзагу” для ТЕ-моди, яка розповсюджується у хвилеводі під кутом 86⁰ до нормалі до поверхні хвилеводу. Показник заломлення середовища хвилеводу 1.5228. Показник заломлення середовищ, з якими межує хвилевід 1.5163. Довжина хвилі 0.63 мкм. Товщина хвилеводу 1 мкм.

Довжина зигзагу визначається співвідношенням . Кінцеве співвідношення.

7. Мода (мкм) розповсюджується в хвилеводі () товщиноюмкм, з константою розповсюдження. Оцініть, скільки відбивань спостерігається на границі, якщо довжина активної ділянки хвилевода дорівнює 1см?

Врахуйте, що

8. Розрахуйте зсув Гауса-Хенхена для ТЕ-моди, що розповсюджується з константою розповсюдження в хвилеводі з параметрами, наведеними в попередній задачі.

Для ТЕ-моди затримка фази визначається так званою поправкою Гауса-Хенкена де,.

9. Треба створити хвилевід з для випромінювання з довжиною хвилімкм, який повинен працювати на одній (головній) моді. Який діапазон значень може мати різниця показників заломлення, якщо товщина хвилевідного шарумкм,и при цьому виконується умова?

Використати умову для сильно асиметричного хвилеводу –

10. Розв’язати попередню задачу для випадку коли всі параметри залишаються такими самими за винятком мкм.

11. Покажіть, що фазовий зсув Гауса-Хенхена наближається до нуля, якщо кут відсічки наближається до кута розповсюдження хвилевідної моди.

12. Яка кількість мод може розповсюджуватися у хвилеводі з параметрами:

Показник заломлення хвилеводу 1.5228.

Показник заломлення оточуючого середовища 1.5163.

Товщина хвилеводу: 1 мкм; 3 мкм.

Довжина хвилі 0.63 мкм.

Кількість мод, яка може розповсюджуватися у симетричному хвилеводі визначається співвідношенням - .

13. Яка кількість мод може розповсюджуватися у хвилеводі з параметрами:

Показник заломлення хвилеводу 1.5228.

Показник заломлення підложки 1.5163.

покривний шар – повітря.

Товщина хвилеводу: 1 мкм; 4 мкм.

Довжина хвилі 0.63 мкм.

Кількість мод, яка може розповсюджуватися у асиметричному хвилеводі для якого виконується умова визначається співвідношенням -.

14. Знайдіть інтервал кутів, в якому лежать кути до поверхні хвилеводу, під якими розповсюджуються хвилевідні моди у хвилеводі з параметрами:

Показник заломлення хвилеводу 1.523.

Показник заломлення підложки 1.517.

Верхній шар повітря.

Інтервал кутів, в якому може спостерігатися хвилевідний процес визначається одночасним виконанням умови повного внутрішнього відбивання світла на обох границях. .

15. Знайдіть інтервал констант розповсюдження, в якому лежать константи розповсюдження хвилевідних мод, з якими розповсюджуються моди у хвилеводі з параметрами:

Показник заломлення хвилеводу 3.41.

Показник заломлення підложки 3.3.

Верхній шар повітря.

Довжина хвилі 0.87 мкм.

Константа розповсюдження визначається співвідношенням

16. Яка повинна бути різниця показників заломлення симетричного хвилеводу та межуючого з ним середовища, щоб у хвилеводі розповсюджувалися 3 хвилевідні моди. Товщина хвилеводу 1 мкм. Показник заломлення хвилеводу 3.41. Довжина хвилі 0.87 мкм.

Використати співвідношення .

17. Яка повинна бути різниця показників заломлення хвилеводу та підложки хвилеводу, якщо покривний шар повітря, показник заломлення хвилеводу 3.41, а у хвилеводі розповсюджувалися 3 хвилевідні моди. Товщина хвилеводу 1 мкм. Довжина хвилі 0.87 мкм.

Використати співвідношення

18. Знайдіть затримку фази, якої набуває ТЕ хвиля у середовищі підложки, якщо вона розповсюджується у хвилеводі під кутом 4⁰ до поверхні хвилеводу. Показник заломлення середовища хвилеводу 3.41. Показник заломлення підложки 3.3. Довжина хвилі 0.87 мкм.

Для ТЕ-моди затримка фази визначається так званою поправкою Гауса-Хенкена де.

19. Знайдіть затримку фази, якої набуває ТМ хвиля у повітрі, якщо вона розповсюджується у хвилеводі під кутом 84⁰ до нормалі до хвилеводу. Показник заломлення середовища хвилеводу 1.53. Довжина хвилі 0.63 мкм.

Для ТМ-моди затримка фази визначається аналогічним співвідношенням де

20. Чи може розповсюджуватися в ідеальному хвилеводі ТЕ хвиля під кутом 4⁰ до поверхні хвилеводу. Показник заломлення середовища хвилеводу 3.41. Показник заломлення підложки 3.3. Верхній шар – повітря. Довжина хвилі 0.87 мкм. Товщина хвилеводу 1 мкм.

21. Асиметричний хвилевід товщиною мкм на основі(). Нанесений на підкладену з кварцу ().

а) Яка кількість мод буде збуджуватися в хвилеводі на довжині хвилі мкм в вакуумі?

б) Якій величині приблизно буде дорівнювати кут між напрямком розповсюдження моди найвищого порядку та поверхнею хвилеводу?

22. Розрахуйте часову затримку між головною модою та з максимальним номером, яка може розповсюджуватися у хвилеводі, якщо:

Довжина хвилеводу – 15 км;

Коефіцієнт заломлення середовища хвилеводу – 1.45;

Кут до поверхні хвилеводу, під яким розповсюджується головна мода – 2⁰;

Кут до поверхні хвилеводу, під яким розповсюджується гранична мода – 6⁰.

Швидкість розповсюдження -ї моди вздовжвизначається співвідношенням:, де, часова затримка для моди

23. Проведіть оціночний розрахунок довжини регенераційної ділянки, якщо швидкість передавання сигналу 2 Мбіт/с, - показник заломлення волокна 1.5, 0-ва мода розповсюджується під кутомдо нормалі до границі між серцевиною та оболонкою, мода з найвищим порядком під кутом.

Часова затримка між модамитанеповинна перевищувати половини тривалості періоду тактової частоти. Використати також вказівки до попередньої задачі.

24. Під яким кутом до нижньої грані призми повинна розповсюджуватися хвиля в призмовому елементі введення-виведення, щоб у хвилеводі збудилася мода, яка розповсюджується під кутом кутом 4⁰ до поверхні хвилеводу. Показник заломлення середовища хвилеводу 1.51. Показник заломлення призми 1.61.

Константи розповсюдження хвиль у хвилеводі та призмі повинні бути узгоджені .

25. Яка доля потужності випромінювання, що падає на призмовий елемент введення введеться у хвилевід за допомогою такого елементу, якщо довжина повітряного зазору між призмою та хвилеводом 1.3 мм, а коефіцієнт зв’язку 1 мм^-1.

Використати співвідношення ,

26. Прямокутна призма з рутилу () використовується як елемент введення-виведення для хвилеводу, який має показник заломлення. Довжина хвилі випромінюваннямкм. Константа розповсюдження моди, яка може збудитися в хвилеводі дорівнює. Яким повинен бути кут до нормалі до поверхні призми, під яким слід опромінювати призму плоскою хвилею, щоб в хвилеводі збудилася така мода?

27. Визначить коефіцієнт зв’язку для призмового елементу введення, якщо на довжині 0.5 мм вводиться половина потужності хвилі, яка впала на призму.

Врахуйте, що інтенсивність хвилі в хвилеводі наростає за законом – ,

28. Яким повинен бути кут падіння плоскої хвилі (з повітря) на решітчастий елемент зв’язку, якщо ефективний показник заломлення моди, яка повинна розповсюджуватися у хвилеводі 1.52. Довжина хвилі 0.87 мкм, а період решітки 1 мкм.

Використати співвідношення , а

29. Порівняйте модулі амплітуд хвиль, які розповсюджуються в реальному хвилеводі в напрямках на моди і антімоди. Довжина оптичного зигзагу ~ 0.1 мм. Коефіцієнт поглинання середовища хвилеводу ~ 0.01 мм^-1. Втрати по амплітуді при взаємодії хвилі із границями хвилеводу за рахунок мікронерівностей не перевищують 10%.

Використати співвідношення ,, де- втрати при взаємодії хвилі з середовищем хвилеводу,довжина зигзагу,– може бути інтерпретована як коефіцієнт зменшення амплітуди хвилі за рахунок взаємодії з поверхнею.

30. За яких умов для багатомодового хвилеводу потужність моди високого порядку може перевищувати потужність головної моди.

Врахувати той факт, що при наявності поглинання у хвилеводі головна мода віддає енергію найбільше.

31. На якій довжині виведеться за допомогою решітчастого елементу виведення повна потужність моди, що розповсюджується у хвилеводі, якщо кут між поверхнею хвилеводу та нормаллю до фронту хвилі 4⁰. Показник заломлення середовища хвилеводу 3.41. Показник заломлення підложки 3.3. Покривний шар повітря. Товщина хвилеводу 1 мкм. Довжина хвилі 0.87 мкм. Амплітудна дифракційна ефективність решітки нульового порядку на відбивання у хвилевід 0.95.

Повна потужність моди виведеться з хвилеводу на довжині решітки, яка дорівнює довжині зв’язку. Використати співвідношення:

32. На якій довжині виведеться за допомогою решітчастого елементу виведення повна потужність моди, що розповсюджується у хвилеводі, якщо довжина зигзагу 0.1 мм, Амплітудна дифракційна ефективність решітки нульового порядку на відбивання у хвилевід 0.95.

32. Решітчастий елемент зв’язку з періодом мкм, розташований на плоскому хвилеводі з() та опромінюється випромінюванням з довжиною хвилімкм. Яким повинен бути кут опромінення структури, якщо в хвилеводі може збудитися мода з константою розповсюдження?

Скористайтеся рівнянням решітки –

33. Яка повинна бути частота дифракційної лінзи на відстані 1 мм від її вісі, якщо фокус лінзи 5 мм. Показник заломлення хвилеводу 1.56, а довжина хвилі 0.63 мкм.

Використати співвідношення .

34. Розрахуйте кут падіння хвилі, яка розповсюджується у хвилеводі на акустооптичний модулятор брегівського типу, при умові, що:

частота модуляції електромагнітної хвилі 1 ГГц.

швидкість звуку у середовищі хвилеводу ~ 5x10³ м/с.

довжина хвилі, що розповсюджується у хвилеводі 0.63 мкм.

При цьому хвиля, що продифрагувала на динамічній решітці не втратила у інтенсивності.

Використати співвідношення ,.