Контрольная работа

Геометрические параметры оптического волокна
Задача №1
Имеется оптическое волокно со следующими параметрами nс - абсолютный показатель преломления сердцевины волокна, nо - абсолютный показатель преломления оболочки волокна. Определить предельный (критический) угол (ϕ_П) падения луча на границу раздела сердцевина - оболочка, числовую апертуру оптического волокна (NA), апертурный угол (γ_П). Значения nс, nо приведены в таблице 1

Таблица 1 – Исходные данные задачи №1
N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
nс 1.48 1.482 1.484 1.486 1.488 1.490 1.478 1.476 1.474 1.472
nо 1.47 1.468 1.466 1.464 1.462 1.46 1.458 1.456 1.454 1.452

------------------------------------------------------------------------------
Затухание и дисперсия оптического волокна
Задача 2
Определить уровень мощности и мощность сигнала на входе приемного оптического модуля, а также мощность сигнала на выходе передающего оптического модуля, если работа ВОСП ведется по заданному волокну на расстояние L км, строительная длина кабеля ????стр, уровень мощности сигнала на передаче равен ps, дБм. Рассчитать дисперсию и длительность оптического импульса на выходе такой ВОСП, если на ее вход подается цифровой поток со скоростью передачи В, с указанной шириной спектра источника излучения ∆λ0,5 Рассчитать максимально возможную скорость передачи цифрового сигнала по такой линии связи.

Таблица 2.1 – Исходные данные

Параметр № варианта
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Тип волокна G.652 G.653 G.655 G.652 G.652 G.653 G.655 G.652 G.653 G.655
Длина участка регенерации, км 45 80 92 65 33 54 77 98 85 59
Длина волны λ0, мкм 1,31 1,55 1,55 1,55 1,31 1,55 1,55 1,55 1,55 1,55
Спектральная линия ∆λ0,5, нм 1 2 0,5 1,5 3 2,5 0.7 3,5 1,2 1,7
ps, дБм -3 -5 1 -8 -2 0 -4 3 4 -1
????стр, км 2 4 5 6 3 4 5 6 2,5 2
В, Гбит/с 8 2,5 1 1,25 5 4 7 3 9 6
Nрс 2 4 6 5 2 4 6 3 4 5
------------------------------------------------------------------------------
Источники излучения
Задача 3
Определить пороговый коэффициент усиления ППЛ с РФП, излучающего длину волны λ0, соответствующий значению порогового тока, если коэффициент поглощения активного слоя равен α, показатель преломления активного слоя равен n, а длина резонатора активного слоя равна L.
Рассчитать углы расходимости излучения этого ППЛ, если размеры активной области равны LxWxd.
Определить основные параметры спектра ППЛ с РФП: число мод в спектре, расстояние между соседними модами, ширину спектра моды и добротность основной моды резонатора. Привести спектр ППЛ с РФП.

Таблица 3.1 – Исходные данные к задаче №3
№ вар 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
λ0, мкм 0,85 1,33 1,31 0,82 1,36 1,5 0,8 1,53 1,56 0,85
n 3,2 3,4 3,5 3,3 3,53 3,55 3,45 3,6 3,63 3,7
L, мкм 300 200 150 350 175 140 375 100 125 400
W, мкм 50 30 20 40 15 25 25 45 40 35
d, мкм 5 1,7 2 3 2,5 5 4 6 3 4,5
α, 1/см 12 10 15 14 20 16 25 18 12 10
Δ λ0,5, нм 4 6 7 5 8 9 5,5 7,5 6,5 7
------------------------------------------------------------------------------
Фотоприемники
Задача 4
Рассчитать квантовую эффективность фотодиода на заданной длине волны λ, если ширина области поглощения W, мкм, а коэффициент поглощения материала соответствует заданной длине волны. Рассчитать чувствительность заданного фотодиода. Определить фототок при данной мощности излучения, падающей в зрачок фотодиода.

Таблица 2 – Данные к задаче 4
№ вар 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
ФД p-i-n ЛФД p-i-n ЛФД p-i-n ЛФД p-i-n ЛФД p-i-n ЛФД
материал Si Ge InGaAsP InGaAs Ge Si Ge InGaAs GaAs Ge
λ, мкм 0,85 1,3 1,35 1,5 1,55 0,87 1,33 1,56 0,83 1,52
W, мкм 50 30 20 40 15 25 25 45 40 35
M - 10 - 20 - 15 - 25 17
pin, дБм -24 -29 -18 -33 -21 -27 -15 -25 -17 -31
------------------------------------------------------------------------------
Линейные тракты оптических систем передачи
Задача 5.1
Используя приложения 1 для оптических интерфейсов аппаратуры SDH, определенных рекомендациями МСЭ-Т G.957 и G.691, определить:

по варианту (табл.5.1)предельную дальность передачи по оптическому волокну без промежуточных регенераторов, но с возможным использованием оптических усилителей. Также определить минимальное расстояние между оптическим передатчиком и оптическим приёмником заданного интерфейса для исключения перегрузки приёмника. Рассчитать уровень сигнала на приеме, мощность сигнала на входе приемника и совокупную хроматическую дисперсию при условии, что длина участка равна L, проверить, соответствуют ли полученные значения техническим нормативам.
Таблица 5.1 – Исходные данные к задаче №5.1
Параметр
№ варианта
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Интерфейс L-4.2 V-4.2 L-16.2 U-16.2 S-4.1 L-16.1 S-16.1 L-4.1 S-1.1 L1.3FP
L, км 63 106 71 111 7 29 12 49 18 56
Строительная длина кабеля, ℓстр, км 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5
Число разъемных соединений 2 4 6 2 4 6 2 4 6 2
------------------------------------------------------------------------------
Задача 5.2
Для заданного количества оптических каналов в ВОСП-WDM и OSNR (табл.5.2) каждого канала определить минимальный допустимый уровень передачи канального сигнала в интерфейсе MPI-S и максимальный допустимый уровень группового сигнала в интерфейсе MPI-S при использовании на промежуточных станциях Mус – эрбиевых усилителей с усилением G и с коэффициентом шума NF(табл.5.2). Для скоростей передачи цифровых данных в формате NRZ 2,5Гбит/с и 10Гбит/с считать шум спонтанной эмиссии -58дБ и -56дБ соответственно. Определить, превышает ли мощность группового сигнала максимально допустимую мощность в интерфейсе MPI-S.
Таблица 5.2 – Исходные данные к задаче 5.2

Параметр № варианта
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Число оптических кана-лов и скорость пере-дачи в каждом, Гбит/с 4
2,5 6
10 8
2,5 10
10 12
2,5 14
10 16
2,5 18
10 20
2,5 24
10
OSNR, дБ 20 21 22 23 24 25 26 24,5 23,5 21,5
Число оптических усилителей Mус 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3
Длина одного пролета, км 80 90 100 75 85 95 70 83 78 120
Коэффициент шума усилителя NF, дБ 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 5 5 8,3
=============================================
Лабораторная работа №1
ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ.
1. Цель работы:
Целью работы является знакомство с принципом действия светоизлучающего диода (СИД), суперлюминисцентного диода (СЛД) и лазерного диода (ЛД); исследование их ваттамперных характеристик (зависимости мощности излучения от тока), спектральных характеристик и диаграмм направленности.

Порядок выполнения работы
1. Лабораторная работа запускается файлом «LR1.exe»
2. Нажмите кнопку «далее», введите свои данные
3. Из предложенного меню выберите пункт «Краткие теоретические сведения», изучите принципы работы и основные характеристики СИД, СЛД и ППЛ
4. Пройдите допуск к лабораторной работе. Допуск считается пройденным, если Вы ответили правильно не менее чем на 7 вопросов из 10.
Приведите в отчет скриншот с результатом прохождения допуска.
5. Вернитесь в меню, выберите пункт «Описание схемы лабораторной работы».
Изучите схему, приведите ее в отчет.
6. Выберите в меню пункт «Выполнение»
7. Снимите семейство ВАХ для ППЛ, введя 9 значений тока накачки от 0 до 40 мА. Укажите марку ППЛ. Определите пороговый ток по графику. Результаты следует оформить в таблицу 1
8. Зарисуйте или сфотографируйте спектр ППЛ. Определите по графику λ0 и Δλ0,5 (на уровне уменьшения мощности в 2 раза) Рассчитайте Δf0,5, ТГц
9. Снимите семейство ВАХ для СЛД. Укажите марку СЛД. Результаты следует оформить в таблицу 2
10. Зарисуйте или сфотографируйте спектр СЛД. Определите по графику λ0 и Δλ0,5. Рассчитайте Δf0,5, ТГц, по формуле (1)
11. Снимите семейство ВАХ для СИД. Укажите марку СИД. Результаты следует оформить в таблицу 3
12. Зарисуйте или сфотографируйте спектр СИД. Определите по графику λ0 и Δλ0,5. Рассчитайте Δf0,5, ТГц, по формуле (1)
13. Результаты измерения и расчета спектра источников излучения занесите в таблицу 4
14. Зарисуйте (сфотографируйте) схему для измерения диаграммы направленности источников излучения. Приведите пример изображения результатов измерения на мониторе и осциллографе.
=============================================
Лабораторнаяработа №2
ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОДИОДОВ.
1. Цель работы:
Целью работы является знакомство с принципом действия p-i-n ФД и лавинного фотодиода (ЛФД); исследование их спектральных и вольт-амперных характеристик.

Порядок выполнения работы
1. Лабораторная работа запускается файлом «LR2.exe»
2. В верхней строке меню выберите пункт «Теоретическая часть», изучите принципы работы и основные характеристики фотодиодов.
3. Пройдите тест к лабораторной работе (верхняя строка меню, «Тест»). Тест считается пройденным, если Вы ответили правильно не менее чем на 7 вопросов из 10. Вопросы и правильные ответы приведите в отчет.
Приведите в отчет скриншот с результатом прохождения допуска.
4. В верхней строке меню, выберите пункт «Лабораторная работа/ Описание установки».
Изучите схему лабораторной установки, приведите ее в отчет.
5. Выберите в меню пункт «Лабораторная работа/ 1. Спектральная чувствительность»
Снимите спектральные характеристики для кремниевого p-i-n ФД, кремниевого ЛФД, InGaAs p-i-n ФД. Постройте характеристики.
Сделайте выводы, определив по графикам граничную длину волны для каждого фотодиода. Для правильных выводов следует изучить пункт «Лабораторная работа/ 3. Исследование спектральной характеристики»
6. Выберите в меню пункт «Лабораторная работа/ 2. Вольт-амперная характеристика фотодиода»
Снимите семейство вольт-амперных характеристик для кремниевого p-i-n ФД, InGaAs ЛФД.
Сделайте вывод о зависимости фототока от мощности излучения. Сравните ВАХ p-i-n ФД и ЛФД
7. Выберите в меню пункт «Лабораторная работа/ Контрольные вопросы». Дайте письменные краткие ответы на приведенные контрольные вопросы.
=============================================
Лабораторная работе №3
ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВ ПОСТРОЕНИЯ ВОСП-WDM
Цель работы:
Целью работы является знакомство с технологией спектрального уплотнения (WDM)

Порядок выполнения работы
Лабораторная работа запускается файлом «LR3.exe»
В верхней строке меню выберите пункт «Содержание», изучите все пункты, с 1 по 13..
Пройдите тест к лабораторной работе (верхняя строка меню, «Тест»). Тест считается пройденным, если Вы ответили правильно не менее чем на 7 вопросов из 10. Вопросы и правильные ответы приведите в отчет.
Приведите в отчет скриншот с результатом прохождения теста.
В верхней строке меню, выберите пункт «Задачи».
Решите предложенные 3 задачи, вариант должен соответствовать № пароля.
Задача №1
Определить длину регенерационного участка для одноволновой ВОСП по формуле, предложенной МСЭ-Т.
Вариант 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
PS, мВт 2,0 1,0 0,5 1,5 1,0 0,5 0,7 1,2 1,1 0,5
PR, мВт 0,0005 0,0010 0,0020 0,0005 0,0003 0,0008 0,0007 0,0010 0,0012 0,0010
PD, дБ 1 1 1 2 1 2 1 1 1 2
Me, дБ 5 3 5 6 6 4 3 6 5 6
LСТР, км 5,0 3,6 2,4 2,0 4,0 3,0 1,8 4,7 1,6 2,8
αстр, дБ 0,10 0,11 0,05 0,16 0,04 0,12 0,03 0,09 0,05 0,07
αC, дБ 0,2
αk, дБ/км Кабель с одномодовыми волокнами, работающий на λ=1550нм
αm, дБ 0,03

Т.к. Ps и PR в таблице заданы в мВт (т.е. указана мощность, а не уровень по мощности), для подстановки в формулу эти величины необходимо перевести в дБм (найти уровень по мощности):
p_R=10lg P/1мВт,дБм
Т.к. указано, что волокна типа SF, работают на длине волны 1550 нм
αk=0,22дБ/км
Число оптических коннекторов Nc=4.
Рассчитанную длину округлить до целого, ввести в окно, а затем нажать кнопку с номером варианта.

Задача №2.
OSNR (оптическое отношение сигнал/шум) в оптическом спектральном канале на входе приемника находится из формулы:
Pch = OSNR + as+ NF +10×lgMус А – 58.
где Pch MPI-S – минимальный допустимый уровень мощности сигнала в одном канале в интерфейсе MPI-S,
as – затухание пролета, равное усилению оптического усилителя,
NF- коэффициент шума усилителя,
значение 58дБ представляет собой оптический квантовый шум в полосе канала на входе усилителя для скорости передачи до 2,5Гбит/с (∆f=2,5ГГц), т.е.

- 58дБ = 10lg(h×f×∆f).
Найденное значение (дБ) следует округлить до целого, ввести в окно и нажать номер варианта.

Задача №3.
В данной задаче требуется посчитать, сколько волновых каналов (n) вводится в МUX в пункте А и сколько выводится (m) из MUX в пункте D.
Рассчитанные значения следует ввести в окна, а затем нажать цифру с номером варианта

Отчет должен содержать:
Название лабораторной работы
Цель работы
Результат прохождения теста и ответы на вопросы.
Решение задач (приведено решение и ответ). Скриншоты с проверкой правильности решения