Элементы оптических систем связи - Контрольная работа

Электронные элементы ПРОМИзвестно, что простейшая оптическая система связи передает информацию между двумя точками. Связь типа «точка-точка» на основе оптического волокна называется волоконнооптической системой связи (ВОСС). В состав ВОСС входят: - передатчик - устройство, преобразующее входные управляющие электрические сигналы Ui(t) в выходные световые сигналы; Световые сигналы, выходящие из передатчика либо излучаются в свободное пространство (лазерные атмосферные системы связи ЛАСС), либо вводятся в снабженное разъемом волокно и передаются по волоконнооптической линии.Производятся разнообразные ПОМ, отличающиеся по конструкции и типу источника излучения, работающие от телефонных скоростей с расстоянием до нескольких метров до скоростей передают в сотни и даже тысячи мегабит в секунду при расстоянии в несколько десятков километров. Главным элементом ПОМ является, источник излучения к которому предъявляются следующие основные требования: - излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности атмосферы либо волокна. источник излучения должен иметь достаточно большую мощность, чтобы сигнал можно было передавать на требуемое расстояние, но и не на столько, чтобы излучение приводило к нелинейным эффектам или могло повредить волокно или оптический приемник; Длину волны излучения l, определяют как значение, соответствующее максимуму спектрального распределения мощности, а ширину спектра излучения Dl0,5 - как интервал длин волн, в котором спектральная плотность мощности составляет половину максимальной. Излучение имеет определенный спектральный состав, который в функции от длины волны излучения определяется плотностью потока излучения j1l(l) = DФЕ/dl, [Вт/мкм] (1) причем полный лучистый поток при непрерывном спектреЛазеры редко используются в качестве усилителей, так как их внутренние шумы, называемые спонтанной эмиссией, сравнительно велики. В подавляющем большинстве случаев лазеры используются как осцилляторы - генераторы когерентного света. Со 2-го энергетического уровня частицы спонтанно переходят на основной уровень, и излучается энергия с частотой f, определяемой по формуле f = (E2 - E1)/h, (6) где Ei - энергия i-го уровня (i = 1, 2, 3); h - постоянная Планка. Одно зеркало изготовляется частично пропускающим излучение из полости резонатора (рис. Именно такое излучение характеризуется высокой когерентностью, благодаря чему лазерные диоды имеют значительно меньше ширину спектра излучения (1-2 нм) против 30-50 нм у светодиодов, рис.Паразитная модуляция длины волны проявляется в быстром изменении длины центральной световой волны лазера, вызванном изменением показателя преломления с увеличением или уменьшением пропускаемого через лазер тока. При конструировании модуляторов наиболее широко используются пять основных физических принципов модуляции: изменение мощности накачки, вариации спектра излучения, изменение поглощения излучения, оптикомеханический и электрооптический эффекты. В полупроводниковых лазерах модуляция может быть осуществлена накачкой амплитудно-модулированным источникам тока. Модуляторы, основанные на эффекте фотоупругости и пьезоэлектрическом эффекте, имеют ограниченную полосу пропускания, что обусловлено механической инерционностью материала модулятора. 19 показана основная конфигурация акустооптического модулятора (где 1 - лазер; 2 - поглотитель ультразвуковых колебаний; 3 - луч 1-го дифракционного порядка fc fm; 4 - луч нулевого дифракционного порядка fc; 5 - луч 1-го дифракционного порядка fc - fm;fi", 6 - ультразвуковой преобразователь; 7 - амплитудно-модулированное колебание ультразвуковой частотой fm; 8 - подмодулятор (возбудитель); 9-информационный сигнал; 10 - коллимированный луч fc).Ниже приводятся примеры конструкций электрооптических модуляторов оптического излучения по интенсивности, поляризации и частоте несущей. Анализатор, следующий за модулятором, ориентируется ортогонально поляризации излучения лазера, Таким образом, если к кристаллу ЭП не приложено, то луч лазера полностью ослабляется модулятором. Модулятор с полной фазовой задержкой Г характеризуется операционной матрицей Мнимая единица i соответствует фазовому сдвигу на 90° обоих компонент электрического поля Х? и Y?, входящих в модулятор, но в данном случае это обстоятельство не оказывает влияние на последующие выкладки. 25 графически показана зависимость между отношением выходной интенсивности излучения ко входной в модуляторе и фазовым сдвигом Г.В любой конструкции ПОМ есть ряд элементов, решающих вопросы обеспечения требуемого режима работы, диаграммы направленности излучения, предотвращение вибраций передатчика и ряд других требований (например, специальный держатель (housing), который позволяет закрепить и защитить составные элементы передатчика: источник излучения, узел электрического интерфейса и место сопряжения с волокном). Оптические передающие антенны Для длинноволнового участка оптического спектра такая ширина луча требует предельного диаметра апертуры передатчика около 10 м, для коротково

Содержание

Введение

1. Структура и основные компоненты ВОЛС

2. Передающие оптоэлектронные модули

3. Лазерные диоды

4. Модуляторы и физические принципы работы

5. Электрооптические модуляторы

6. Основные элементы ПОМ

7. Приемные оптоэлектронные устройства

Введение

Фундаментальным отличием оптических систем связи и, в частности, волоконнооптических систем связи (ВОСС), от систем радиотехнической связи, является использование световых волны несущих информацию, которые по своим физическим свойствам и характеру распространения существенно отличаются от традиционных систем электросвязи.

Главным технологическим отличием является использование вместо медных проводов и кабелей - оптического волокна и оптического кабеля на их основе. Последнее позволяет уже сегодня обеспечить суммарную скорость передачи информации по одному оптическому волокну до нескольких десятков Тбит/с.

В радиодиапазоне для повышения скорости передачи информации используются самые короткие длины волн, что в оптическом диапазоне не является ограничением. Основным фактором, ограничивающим скорость в ВОЛС (передача информации по одному каналу величиной порядка 40 Гбит/с достигнута), является конечное быстродействие электроники, входящей в состав оптических передатчиков и приемников.

Для увеличения передаваемого потока информации применяют методы уплотнения либо с временным разделением (OTDM), либо со спектральным разделением (WDM) информационных каналов. Определяющим факторами при выборе длины волны являются величина затухания и наличие эффективных источников излучения. Поскольку при повышении частоты (в четвертой степени) увеличиваются потери, в ВОЛС обычно применяются инфракрасные световые волны, а в качестве материала волокна используется кварцевое стекло, причем ВОСС работают в трех спектральных диапазонах с центральными длинами волн 850 нм, 1300 нм и 1550 нм - окнах прозрачности волокна (рис.1 спектральная зависимость коэффициента затухания одномодового волокна, где пунктир - волокно без водородного пика затухания).

Рис. 1

Оптическое излучение видимого диапазона (l = 600 нм) применяется для коротких трасс и в используется более дешевое и удобное полимерное (пластиковое) оптическое волокно.

Подавляющее большинство ВОСС является цифровыми бинарными системами, в которых информация представлена в виде некоторой последовательности нулей (0) и единиц (1). Для их передачи в ВОСС чаще всего используется импульсно-кодовая модуляция (ИКМ).

При этом последовательность двоичных символов может быть по-разному представлена в виде последовательности оптических импульсов. Форматы представления двоичной информации в цифровых системах связи с импульсно-кодовой модуляцией (РСМ): без возвращения к нулю (NRZ), с возвращением к нулю (RZ), двухфазный, или Манчестер (Bi-Phase), CMI-код (CMI) приведены на рис. 2.

Рис. 2

Наиболее часто применяются первые два формата: амплитудная модуляция без возвращения к нулю (NRZ) и амплитудная модуляция с возвращением к нулю (RZ). В обоих случаях используется простейшая интуитивно естественная кодировка, при которой ноль (0) соответствует отсутствию сигнала, а единица (1) - наличию сигнала. Отличие заключается в том, что в NRZ-формате импульс, обозначающий 1, занимает весь выделенный для ее передачи период, а в RZ-формате только некоторую часть периода, например 50%. В системах передачи нового поколения, использующих оптическое временное уплотнение информации (OTDM), нашли применение также двухфазный формат, или «Манчестерский код», и формат CMI.

Кроме импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), используется также аналоговая модуляция, нашедшая применение в основном в кабельном телевидении.