Волоконно-оптические системы передачи

 

Рис. Ватт-амперные характеристики:

1 –  лазерного диода; 2 –светодиода

     2.4. Чем  отличается  суперлюминесцентный   диод  СЛД   от светоизлучающего  диода  СИД?

     В отличие от полупроводниковых светодиодов, в рабочем режиме суперлюминесцентные диоды излучают в режиме суперлюминесценции, то есть усиления спонтанного излучения за счет вынужденного испускания. В результате в СЛД, как и в полупроводниковых лазерах, усиливается спонтанное излучение p-n перехода светодиода.

     2.5. Чем  отличается  лазер  от  СИД  ?

     Выходной  мощностью, скоростью, шириной спектра, применением, стоимостью, и т.д.

     2.6 .Какие  типы  лазеров  могут   использоваться  в  ВОСП?

      многомодовые (MLM) или с резонаторами Фабри—Перо;

      - одномодовые (SLM);

      - одномодовые с распределенной  обратной связью (DFB), часто называемые DFB-лазерами;

      - DFB-лазеры с внешним модулятором;

      - лазеры с вертикальной резонаторной  полостью и излучающей поверхностью (VCSEL).

     2.7. С  какой   целью  в   лазере  применяется   гетеропереход?

     Для  генерации  света,  основан на  рекомбинации  электронов  и дырок в активной  области  гетерогенной  структуры  при  пропускании  через  нее  тока  с  выделением  фотонов, обладающих  энергией, равной  энергии  запрещенной  зоны  материала полупроводника.

     2.8. Какие  требования  предъявляются   к  спектральной  характеристике  лазера  ВОСП?

      Не  должна превышать 1-2 нМ.

     2.9. Почему  в  настоящее   время  большинство   ВОСП - цифровые?

     С меньшей энергией можно передать сигнал и на более дальнее расстояние, легкость восстановления, возможности уплотнения.

     2.10. Какие  методы  применяются  для   компенсации  нелинейности ватт-амперной  характеристики  лазера?

     Причиной  искажений  могут  стать  обратные  отражения  на  лазер, которые  приводят  к  оптическому  шуму  обратной  связи. Устраняется  построением  модулятора  на  основе  управляемых  источников  оптического  излучения  с  помощью  введения  в  них  обратной  связи.

     2.11. Чем  отличаются  когерентные  источники   света  от  некогерентных?

      В когерентном источнике света  разность фаз есть величина постоянная, в некогерентном она хаотична.

     2.12. Какие меры  применяются для уменьшения  мод, возбуждаемых  в лазере?

      Оптические  резонаторы, либо дифракционные решетки.

     2.13. В  чем  заключается   прямая  модуляция   интенсивности   излучения?

     Она предполагает воздействие модулируемого  сигнала на источник оптического излучения.

     2.14. Почему  частотная   характеристика  модулятора  с   СИД  имеет   завал  на  высоких  частотах?

      Частотная характеристика модуляции СИДа имеет ограниченную верхнюю частоту, определяемую временем жизни инжектированных носителей зарядов в активном слое.

     2.15. Почему  искажается  импульсный  модулирующий  сигнал  при   обработке  в  оптическом  модуляторе?

      Из-за конструктивных особенностей, (индуктивности  выводов, емкости p – n перехода и выводов, сопротивления p – n перехода.

     2.16.  Нарисовать  структурную схему оптоэлектронного  модуля, указать  назначение  элементов  и  узлов.

       

1 – дифференциальный  усилитель. Усиливает поступающий  модулирующий сигнал и подает его на вход модулятора (2);

2 – модулятор.  Производит модуляцию оптического сигнала электрическим;

3 – оптический  излучатель. Модулированный оптический  сигнал излучается в основное ОВ-1 и вспомогательное ОВ-2 волокна. Через вспомогательное ОВ оптический сигнал поступает на фотоприемник 4.

4 – фотоприемник. Модулированный оптический сигнал  поступает на вход фотоприемника, преобразуется в электрический и поступает на вход усилителя 5.

5 – усилитель  электрического сигнала. Поступивший  сигнал усиливается усилителем и подается на инверсный вход дифференциального усилителя.

Тем самым создается  петля обратной отрицательной связи  для регулировки усиления модулирующего сигнала.

6 – система  термостабилизации. 

Задача 2. 

      Пользуясь ватт – амперной характеристикой  ППЛ выбрать ток смещения так, чтобы сигнал с I_m = 5 мА преобразовался в мощность излучения без искажений. Найти пороговой ток. Определить глубину модуляции и максимальную мощность излучения. 

     Рабочая  точка  при  смещении  Iн=25 мА.

     Максимальная  мощность  Pmax=215-94=121  мкВт.

     Глубина  модуляции:

      =56%

     где Р_р - пиковая мощность оптического излучения ,

     Р_мин – минимальная мощность оптического излучения

 

Задача  №3. 

      Пользуясь таблицей, определить полупроводниковый  материал, из которого можно изготовить источник излучения с длиной волны λ₀ = 1,3мкм.

 

                E_g = h f , где    E_g – энергия запрещенной зоны;

                                        f   – частота излучения;

                                        h – постоянная планка,

 h = 6,626 * 10^-34 Дж*с, или h = 4,13 * 10^-15 эВ*с.

        f=c/λ= =230,8 TГц;

Eg=4.13 =0,953Эв.

 По заданной таблице при E_g =0,953 Эв. выбираем   материал Si  (1,11  эВ)

- кремний 
 
 

ЗАДАЧА  № 4

 

  Длина  волны  λо  и  ширина  спектральной  линии  спектра  излучения    полупроводникового  лазера  даны  в  табл.1  методических  указаний. Определить  ширину  спектральной  линии  в  Гц, считая, что  λо  находится  в  середине  диапазона  . Найти добротность резонатора  лазера. 

Дано:

=1,3 мкм= 1300 нм

= 5 нм 

Решение:

      Частота моды определяется из соотношения:

       F₀ = = = 230,8*10¹² Гц = 230 ТГц

Определим минимальную и максимальную длину волны в Гц  с учетом ширины спектра:

F_min =

= = 230,3 ТГц

F_max =

= = 231,2 ТГц

Определим ширину спектральной линии:

∆F = F_max - F_min = 231,2 – 230,3 = 0,9 ТГц

Определим добротность  резонатора лазера:

Q =

= = 128

  
 
 

3 Фотоприемники.

     3.1. Из  каких  основных  элементов  состоит   фотоприемник  ФПУ?

     а) для аналогового сигнала, б) для цифрового.

     3.2. Какие  типы  фотодиодов  применяются   в  ФПУ   ВОСП?

     В  ФПУ  ВОСП  используются  p-i-n  ФД  и лавинные  фотодиоды (ЛФД).

     3.3. Почему  на  p-i-n  фотодиод  подается  обратное  смещение?

     Для разделения свободных электронно-дырочных пар образующихся в результате освещения. Они под действием электрического поля быстро разделяются и двигаются в противоположных направлениях к своим электродам, образуя электрический ток.

     3.4. Какие  основные  элементы  содержит  эквивалентная   схема  фотодиода  и  ФПУ.

     Эквивалентная  схема  фотодиода  содержит  Rg, Сg- сопротивление и емкость  закрытого  ФД, Rв Lв– сопротивление и индукативность выводов, Ск- емкость контактов.

     

     Эквивалентная схема  фотодиода.

     

     Эквивалентная схема ФПУ.

     Дополнительно здесь присутствуют в схеме разделительная емкости С_Р и емкостей входного усилителя С_{ВХ УС}, выводов ФД С_В, .

     3.5. Чем  определяется  полоса  пропускания  ФПУ?

     Постоянная времени  фотоприемника характеризует его  быстродействие и зависит от многих параметров: подвижности носителей заряда, ширины обедненной зоны, длины волны света, а также от того, движутся ли носители заряда под действием электрического поля или вследствие диффузии. Зная постоянную времени фотоприемника τ, можно определить ширину пропускания фотодетектора: ∆ f пр = 0,4/ τ. Таким образом, чем меньше т, тем больше полоса пропускания.

     3.6. Назвать  основные  характеристики  фотодиода.

     1) порог чувствительности (величина минимального сигнала,  регистрируемого фотодиодом, отнесённая к единице полосы рабочих частот), достигает 10-14 вт/гц1/2;

     2) уровень шумов - не свыше 10^-9 а;

     3) область спектральной чувствительности лежит в пределах 0,3-15 мкм;;

     4) спектральная чувствительность (отношение  фототока к потоку падающего монохроматического излучения с известной длиной волны) составляет 0,5=1 а/вт;

     5) инерционность (время установления фототока) порядка 10^-7-10^-8 сек.

     3.7. Чем  отличается  лавинный  фотодиод  от  р-i-n  фотодиода?