з виконання контрольної роботи з дисципліни

"Функціональні пристрої волоконно – оптичних трактів"

для студентів заочної форми навчання за напрямом

0924 "Телекомунікації"

Розглянуто та затверджено на засіданні кафедри, протокол №_____ від “____” ___________ 2002 р., та на засіданні Методичної ради, протокол №___ від ”___”_________2002 р.

з виконання контрольної роботи з курсу

"Функціональні пристрої волоконно – оптичних трактів"

Вираз для розрахунку максимальної довжини регенераційної ділянки має вигляд

l_БУД.. – будівельна довжина кабелю ( приймається 2 км ).

До енергетичних характеристик лінійного тракту будемо відносити:

• енергетичний потенціал системи передачі П, дБ;
• коефіцієнт загасання в оптичному кабелі a , дБ/км;
• втрати в роз’ємних a_РЗ. та нероз’ємних з’єднаннях a_НЗ., дБ;
• експлуатаційний запас Р_ЗАП., дБ.

Енергетичний потенціал системи передачі визначається виключно характеристиками системи передачі. З іншого боку енергетичний потенціал системи передачі визначає максимальні втрати у лінійному тракті ( в оптичному кабелі, роз‘ємних та нероз‘ємних з‘єднаннях, оптичних розгалужувачах тощо ).

Щоб розрахувати довжину регенераційної ділянки L_РД., необхідно спочатку розрахувати величину енергетичного потенціалу П.

У відповідності з варіантом розрахувати величину енергетичного потенціалу П.

Енергетичний потенціал системи передачі у загальному випадку можна представити у такому вигляді:

де Р_ДЖ.В. – рівень потужності джерела випромінення ( ДВ ) СП, дБм;

• Р_УВ.та Р_ВИВ. – відповідно втрати оптичної потужності при уведенні світла з ДВ до оптичного волокна ( ОВ ) та виведенні світла з ОВ до фотоприймача ( Фпр. ) СП, дБ;
• Р_T. – допуск на зміну втрат у СП через зміну температури оточуючого середовища ( приймається 1 дБ );
• Р_{ОПТ.ПОР.} – пороговий рівень оптичної потужності на вході фотоприймача Фпр. ( тобто на вході оптичного роз‘єму ) СП, необхідний для забезпечення заданої якості передавання, дБм;

Якщо рівень потужності джерела випромінення Р_ДЖ.В. ( або потужність у Вт ) та Р_ВИВ. задається, то Р_УВ. та Р_{ОПТ.ПОР.} необхідно розрахувати.

У відповідності до варіанту розрахувати втрати при уведенні світла з ДВ до ОВ.

Через те, що світло, яке виходить з ДВ, повинно пройти через середовище ( повітря або рідина ), щоб потрапити до ОВ, то втрати оптичної потужності при уведенні світла з ДВ до ОВ виникають через френелівське відбиття світла на границях "ДВ – середовище" та "середовище – ОВ". (Аналогічно при виведенні з ОВ світло знов таки, щоб потрапити до фотоприймача Фпр., проходить середовище, відбиваючись частково на границях "ОВ – середовище" та " середовище – Фпр." ). Коефіцієнт френелівського відбиття R ( за потужністю ) на границі розділу двох середовищ з показниками заломлення n₁ та n₂ відповідно розраховується за формулою

Тоді втрати світла на уведення в ОВ розраховуються за формулою

Через те, що при уведенні світла з ДВ до ОВ воно проходить крізь дві границі, то сумарний коефіцієнт відбиття R буде складатися з двох: R₁ – характеризує відбиття на границі "ДВ – середовище" з показниками заломлення матеріалів ДВ та середовища n₁ та n₂ відповідно, та R₂ – характеризує відбиття на границі "середовище – ОВ" з показниками заломлення матеріалів середовища та ОВ n₂ та n₃ відповідно. Тобто R ≈ R_І + R₂. Значення n₁ та n₂ дані у таблиці варіантів. Значення n₃ взяти рівним 1,5. Розрахувавши значення R, треба за формулою (4) розрахувати значення втрат на уведення світла з ДВ до ОВ. У цій задачі необхідно також перевести у децибели за формулою (4) значення втрат на виведення з ОВ ( вони надані у таблиці варіантів як R_вив. ) для подальшої підстановки у формулу (2).

Фотоприймачі виготовляють з германію Ge, кремнію Si або сплавів InGaAs ( для яких n » 3,5 ).

У відповідності до варіанту розрахувати значення p_{ОПТ.ПОР.} – пороговий рівень оптичної потужності ( у дБм ) на вході фотоприймача Фпр., необхідний для забезпечення заданої якості передавання.

У волоконно-оптичних системах передачі ( ВОСП ) використовуються два типи напівпровідникових приймачів оптичного випромінення – так звані p-i-n діоди та лавинні фотодіоди ( ЛФД ). Якщо у p-i-n діодів при поглинанні фотону народжується одна електронно-діркова пара і носії заряду створюють фотострум, що пропорційний інтенсивності падаючого на фотоприймач світла, то в ЛФД присутнє ще додаткове підсилення первинного фотоструму за рахунок лавинної іонізації. Остання характеризується коефіцієнтом лавинного підсилення фотоструму G.

При детектуванні у системах волоконно-оптичного зв’язку доводиться мати справу з дуже слабкими сигналами. Суттєвими характеристиами пари "фотодетектор ( фотоприймач ) – підсилювач", що описує чутливість детектуючої системи, є відношення сигнал/шум ( С/Ш ) на виході підсилювача, що забезпечується, та мінімально виявлена оптична потужність – Р_{ОПТ.МІН.}. Ця потужність залежить від квантової ефективності фотоприймача та рівня шумів. У якості Р_{ОПТ.МІН.} за звичай приймають величину потужності, що викликає у фотодетекторі струм < i_{С >} ², який співпадає за величиною із середньоквадратичним значенням шумового струму < i_Ш > ².

а для ЛФД С/Ш = < i_{С >} ^{2 ∙}G²/< i_Ш > ². (6)

Можна показати, що для С/Ш = 1 значення мінімально виявленої оптичної потужності описується виразом

де А ( у Вт∙с ) – параметр, величина якого залежить від довжини хвилі світла та квантової ефективності фотоприймача. Як можна побачити з (7) та (8), Р_{ОПТ.МІН.} прямо пропорційна швидкості передачі В ( біт/с ). Якщо ж необхідно забезпечити передачу оптичних сигналів із заданою швидкістю В та заданим коефіцієнтом помилок P_ПОМ., то вирази (7) та (8) перетворюються у вирази для порогової оптичної потужності ( у Вт ) на вході фотоприймача Р_{ОПТ.ПОР.}

Залежність між P_ПОМ. та i_С/< i_Ш > наведена на графіку, з якого для заданого значення P_ПОМ. можна знайти значення 20lg[i_С/< i_Ш > ] у децибелах, а з нього вже значення i_С/< i_Ш > у разах. Отримані значення Р_{ОПТ.ПОР.} ( а також Р_ДЖ.В., що задані у таблиці варіантів ) необхідно перед підстановкою до (2) перевести у дБм.

За знайденими складовими енергетичного потенціалу П обчислити його значення. Значення В з таблиці варіантів підставляти у (7) та (8) у біт/с!

Розрахувати за результатами Задачі №1 значення L_РД. ( за формулою 1 ), використовуючи необхідні дані з таблиці згідно варіанту.

ГРАФІК ЗАЛЕЖНОСТІ P_ПОМ. ВІД i_С/< i_Ш >

1.Хауэс М.Д., Морган Д.В. Волоконно-оптическая связь. – Пер.с англ.

/Под.ред.М.Е.Жаботинского. – М.: Радио и связь, 1982.–269 с.

2. Дж.Гауэр. Оптические системы связи. – Пер. с англ/Под ред.А.И.Паркина.– М.: Радио и связь, 1989.–592 с.

3. Л.М.Андрушко, В.Б.Каток., Т.В.Макаров, К.П.Науменко. Расчет одномодовых высокоинформативных волоконно-оптических линий связи. – Учебное пособие. – Одесса.: ОЭИС, 1985. – 66 с.