Волоконно-оптическая система передачи

1. ВОСП

2.

С
f

3.

Энергия, запасенная в одном фотоне

4.

Показатель
Скорость света
преломления (n)
(C, км/с)
Вакуум
1,0
300000
Воздух
1,0003
300000
Вода
1,33
225000
Кварц
1,46
205000
Стекло
1,50
200000
Алмаз
2,5
120000
Материал

5.

6.

7.

Ядро (сердцевина),
Оптическая оболочка,
мкм
мкм
62,5
125
50
125
8-10
125

8.

9.

10.

11.

Нормированная
частота v
Число
Типы мод
мод N m
0-2,405
1
HE11 -основная, фундаментальная мода (единственная
2,405-3,832
4
HE11 ; H 01 ; EO01 ; HE 21
3,832-5,136
7
HE 21 ; H 01 ; E01 ; HE 21 ; HE12 ; EH11 ; HE31
9
HE11 ; H 01 ; E01 ; HE 21 ; HE12 ; EH11 ; HE31 ; EH 21
HE 41
12
HE11 ; H 01 ; E01 ; HE 21 ; HE12 ; EH11 ; HE31 ; EH 21
HE 41 ;
E02 ; H 02 ; HE22
14
HE11 ; H 01 ; E01 ; HE 21 ; HE12 ; EH11 ; HE31 ; EH 21
HE 41 ;
H 02 ; E02 ; HE22 ; EH31 ; HE51
5,136-5,52
5,52
6,38-7,02
допустимая для одномодового волокна)

12.

2
2
1 d 1 d 2 2
N m NA n1 n2
2 2
2
2
1
2 2
r
n1 1 2 ,0 r a
n( r )
a
n2 ,0 r b
2
1 d 2 2
N m n1 n2
4

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

dSin m m , m=0, 1, 2, 3, …

39.

aSin m m , m=1, 2, 3, …, m 0

40.

m
aSin m , m=1, 2, 3, …, m 0
N

41.

42.

43.

44.

45.

46.

- 3 группа – Бор (В), Алюминий (Al),
Галлий (Ga), Индий (In), Талий (Tl);
- 4 группа – Кремний (Si), Германий
(Ge);
- 5 группа – Азот (N), Фосфор (Р),
Мышьяк (As), Сурьма (Sb),Висмут

47.

48.

Матери
Al AlS Ga Ga GaS
InA InS
Ge Si AlP
InP
ал
As b P As b
s b
0,6 1,1 2,4 2,1 1,5 2,2
1,3 0,3 0,1
Еg, эВ
1,42 0,73
6 1 5 6 8 8
5 6 7
1,8 1,1 0,5 0,5 0,7 0,5
0,9
λ, мкм
0,87 1,7
3,5
8 5 2 7 5 5
2
-

49.

cn 2
I E , Вт/см2
4

50.

51.

Eф Ec Ev hf Eg ,
h – постоянная Планка, h=6,626·10-34 Дж·с
hc
Eg

52.

Pи
Pи max
0,5 Pи max
λmin λ0 λmax

53.

Pи
Для СЛД
Для СИД
Iн

54.

55.

56.

57.

Pизл
внеш
Pреком

58.

59.

NV N с е
Eс Ev kt
B12 N v E f A21 N c B21 N c E f

60.

B21 N c
1
B12 N v
B21
E f 1
A21

61.

62.

L
2
m , где
m=1, 2, 3, …
c
c
c
f m f m f m 1
m m 1 2 L

63.

c
f m
2L n
Ln
Q
ln R

64.

65.

66.

Относительная интенсивность
1,0
0,8
0,6
3
0,4
1
2
0,2
0
-80 -60
-40 -20
0
20
40
Градусы от нормали
60
80

67.

Диаграмма направленности оптического излучения ЛД
а – диаграмма направленности;
б – зависимость излучаемой мощности от угла во взаимно
перпендикулярных направлениях;
в – конус излучения

68.

69.

Pмакс
Δλ
0,5 Pмакс
СИД
ППЛ
λ0

70.

H
D
P
d
n
E

71.

72.

73.

условие Вульфа-Брэгга
dn э Sinθ 1 m 0
условие Брэгга (при θ=π/2)
2dn э m 0
0 Б 2dnэ
f fБ
1 с
m
2 nL

74.

75.

Pи
p
-
i
n+
Rc
- +
Eп
Iф Neq

76.

S ,А/Вт
Si
Ge InGaAs
0,8
0,6
0,4
0,2
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8

77.

78.

79.

Pи
p
i
n
+

80.

81.

Ри
+
n
p
i
p
- Eп

82.

83.

- Eл
V2
c(t) Уc
УСМ
Eсм
Pu
V1
Iн
R1

84.

Рu
Рмакс
Р0
Рмин
б
t
а
Iмин I0
Iмакс
C(t)
t
Iн

85.

86.

87.

In

88.

Fтсф
F0
F0Jm
F0
F

89.

t
t
t

90.

Iн
t
Pн
P0
τз
t

91.

92.

93.

94.

95.

96.

97.

98.

99.

100.

101.

102.

Сp
Iф
Pи
ФД
Rc
+
-
Eп
Uc
Zy
Uвх
K(jω)

103.

104.

105.

106.

Uвх
Zy
Коррек
тирую
щий
контур
K(jΩ)
Uc

107.

108.

109.

ε
6
9
10
11
12
13
14
15
BER 1,5·10-3 3,6·10-6 3,0·10-7 2,0·10-9 1,0·10-9 4,0·10-11 1,3·10-12 3,25·10-14
A,дБ
15,3
19,1
20
20,8
21,6
22,2
22,9
23,5

110. Оптические усилители

111.

Полупроводниковый лазерный
усилитель (ППЛУ)

112.

Оптический усилитель на
примесном волокне

113.

Энергетическая диаграмма уровней
атомной системы усилителя на
примесном волокне

114.

Усилитель на кремниевом
волокне, легированном
эрбием
или
усилитель EDFA
(Erbium Doped Fiber
Amplifier)

115.

Коэффициент усиления кремниевого EDFA при
различных значениях мощности входного
оптического сигнала

116.

Мощность выходного сигнала и шума в
EDFA

117.

Длина волны , нм
Мощность шума, дБм

118.

119. ПАССИВНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ ВОСП

120.

r0
r
S0
S0
S0
S0
S0
S0
Г
2
g
g
2g
а)
б)
в)

121.

122.

123.

124.

125.

126.

127.

128.

129.

130.

131.

132.

133.

134.

135.

136.

137.

Транспондеры
STM-N
STM-N
TP-1
TP-2
λ2
λ2
D
E
M
U
X
M
U
X
STM-N
TP-N
λ1
Односторонняя
передача
λ1
λn
λn
Транспондеры
TP-1
STM-N
TP-2
STM-N
TP-N
STM-N
Линейный тракт
Рисунок 11.1 - Схема многоволновой системы передачи