Страницу Назад
Поискать другие аналоги этой работы
Основы оптической связи. (часть 1). Вариант №11ID: 211013Дата закачки: 30 Мая 2020 Продавец: banderas0876 (Напишите, если есть вопросы) Посмотреть другие работы этого продавца Тип работы: Работа Лабораторная Форматы файлов: Microsoft Word Сдано в учебном заведении: ДО СИБГУТИ Описание: Контрольная работа по дисциплине «Основы оптической связи», Часть 1. Контрольная работа содержит 6 задач по 6 темам. № варианта для решения задач соответствует последней цифре пароля (N). Все необходимые расчётные соотношения, таблицы и графики приведены в методических указаниях по выполнению контрольной работы. При решении задач следует помнить, что необходимо приводить расчётную формулу с указанием рассчитываемой величины и единицы измерения. Ко всем рассчитанным величинам указывать единицы измерения! 1. 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 ( П  ) падения луча на границу раздела сердцевина - оболочка, числовую апертуру оптического волокна (NA), апертурный угол ( 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 Рисунок 1.1 – Оптическое волокно Теоретические сведения к задаче №1 Для решения задачи необходимо внимательно изучить материал по этому разделу (раздел №1 конспекта лекций). Взаимосвязь угла падения луча на торец стекловолокна с предельным углом п следует из закона преломления: nv  sin  п  nc  sin  . (2.1) Из abc: п , sin cos п 2         . (2.2) Согласно закону преломления, в окрестности точки b 0 0 n sin n sin90 n c      п  , sinп  n0 nc . (2.3) Величина NA носит название номинальной числовой апертуры стекловолокна и является одной из его фундаментальных лучевых ха- рактеристик, поскольку определяется только значениями n0 и nc . Угол  п называют апертурным углом. п sin v NA  n = √𝑛с 2 − 𝑛о 2. В задаче принять v n =1. Найдите апертурный угол п  =arcsin NA. 2 Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение Задача №2 Рисунок 2.1 – Схема ввода излучения в планарный оптический волновод Излучение вводится из лазера в планарный оптический волновод с помощью прямоугольной равнобедренной призмы с показателем преломления n4. Определить, каким должен быть угол падения излучения на призму (α), чтобы при распространении излучения по волноводу выполнялось условие полного внутреннего отражения. Таблица 2 – Исходные данные задачи №2 (N соответствует последней цифре пароля) N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 n 1 1,5 1,6 1,54 1,7 1,5 1,52 1,65 1,55 1,49 1,48 n 2 1,46 1,47 1,48 1,49 1,45 1,47 1,6 1,51 1,45 1,43 n 4 2 1,9 2 2 2 1,8 2 2 2 1,9 Теоретические сведения к задаче №2 Для решения задачи следует изучить раздел 1.1 конспекта лекций       4 n 2 n 1 n d  Лазер ( ) 3 n воздух Угол при основании призмы 𝜀 = 45° В оптических интегральных схемах (ОИС) волноводы изготавливают следующим образом: на подложку (показатель преломления n 2 )наносят тонкую полоску вещества (например, кварца, показатель преломления n 1 ), толщиной d. Это и будет волновод. При этом волновод с одной стороны будет граничить с подложкой, с остальных – с воздухом (n 3 ). Причем, для выполнения условия полного внутреннего отражения n 1 >n 2 и n 1 >n 3 . Такой оптический волновод называется ПЛАНАРНЫМ. Рисунок 2.2 – Планарный оптический волновод Рассмотрим границу раздела волновод-подложка ( 𝑛2– 𝑛1). Запишем для данной границы раздела условие полного внутреннего отражения (найдем критический угол падения на границу раздела): sin 𝜑𝑛21 = 𝑛2 𝑛1 , (2.1) Аналогично найдем условие полного внутреннего раздела для границы раздела 𝑛1(волновод)– воздух(𝑛3): sin 𝜑𝑛31 = 𝑛3 𝑛1 Т.к. 𝑛2 > 𝑛3, то в любом случае 𝜑𝑛21 > 𝜑𝑛31 => При любом 𝜑 >= 𝜑𝑛21 будет наблюдаться явление Полного Внутреннего Отражения при распространении по такому оптическому световоду. Обозначим 𝜑𝑛21 = 𝜑𝑛 = arc sin 𝑛2 𝑛1 Запишем закон преломления для границы раздела волновод-призма: sin 𝜑 sin 𝛽 = 𝑛4 𝑛1 => 𝛽 = arc sin ( sin 𝜑×𝑛1 𝑛4 ) (2.2) 𝛹 = 90° − 𝛽 𝛾 = 180° − 𝜀 − 𝛹 − 𝜋 2 = 180° − 𝜀 − 90° + 𝛽 − 90° = 𝛽 − 𝜀, (2.3) 2 n 1 n d подложка волновод 3 n воздух Запишем закон преломления для границы раздела воздух – призма: sin𝛼sin𝛾=n4n3=> sinα=sinγ×n4n3, (2.4) Рассчитайте угол α. 3. Дифракционная решетка проходящего света Задача №3 На дифракционную решетку (ДР) с числом рабочих щелей N и периодом решетки, равным d мкм, падает сигнал, содержащий 2 длины волны: λ1 и λ2. Определить минимально возможную разницу длин волн, которые могут быть разделены данной дифракционной решеткой. Рассчитать угловую и линейную дисперсии данной решетки. Определить разрешающую способность решетки, считая, что максимальная длина волны спектрального диапазона, падающего на решетку, соответствует λ2. Считая, что расстояние до экрана равно r, см, определить расстояние между максимумами 1го порядка, соответствующими длинам волн λ1 и λ2. Таблица 3 – Исходные данные к задаче № 3 Параметр № варианта 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Рабочее число щелей 100 120 150 300 200 180 160 210 250 240 Период ДР, d, мкм 6 8 10 12 5 7 9 11 13 14 λ1, мкм 0,4 0,6 0,5 0,38 0,42 0,46 0,54 0,48 0,45 0,52 λ2, мкм 0,6 0,75 0,78 0,58 0,56 0,65 0,7 0,6 0,73 0,75 r, см 10 12 8 5 15 9 7 8 13 6 Теоретические сведения к задаче №3 Изучите раздел №3 конспекта лекций. Минимально возможная разница длин волн, которые могут быть разделены данной дифракционной решеткой, определяется критерием Рэлея: Δ𝜆р=𝜆𝑚𝑎𝑥2𝑁∗𝑑=𝜆22𝑁∗𝑑 , (3.1) Разрешающая способность дифракционной решетки, в свою очередь, определяется как 𝑅 = 𝜆𝑚𝑎𝑥 Δ𝜆р = 𝜆2 Δ𝜆р , (3.2) Для определения угловой дисперсии дифракционной решетки можно воспользоваться разными способами. Например, исходя из условий главных максимумов: d sin  m , (3.3) Найти углы φ1 и φ2, соответствующие максимумам 1-го порядка длин волн λ1 и λ2, и рассчитать затем угловую дисперсию, как:    y D , Где  = φ2 – φ1,  = λ2 – λ1, Единицы измерения Dу: рад/мкм. Можно рассчитать, как: d cos m Dy  . Линейную дисперсию можно найти как: DЛ  rDy , Единицы измерения Dл: мкм/нм. Dу и Dл следует пересчитать к рекомендованным единицам измерения. Расстояние между максимумами  можно выразить из формулы: У  rD   Рекомендуется данную величину привести в мкм. 4. Затухание оптического волокна Задача 4 Определить уровень мощности и мощность сигнала на выходе оптического волокна (ОВ), а также мощность сигнала на входе оптического волокна длиной L км, если уровень мощности сигнала на передаче (на входе ОВ) равен ps, дБм, коэффициент затухание оптического волокна равен α, дБ/км. Рассчитайте коэффициент поглощения оптического волокна β, 1/км. Таблица 4 – Исходные данные к задаче №4 Параметр № варианта 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Длина оптического волокна L, км 45 80 92 65 33 54 77 98 85 59 Коэффициент затухания ОВ, α, дБ/км. 0,4 0,22 0,2 0,36 0,35 0,38 0,25 0,24 0,22 0,42 p s , дБм -3 -5 1 -8 -2 0 -4 3 4 -1 Теоретические сведения к задаче №4 Для решения данной задачи рекомендуется вспомнить логарифмические единицы измерения, а именно абсолютный уровень по мощности: 𝑝 = 10𝑙𝑔 𝑃 1мВт , дБм P – мощность (мВт). Возможный порядок решения задачи: Определяем затухание оптического волокна длиной L: А   L, дБ (4.1) Находим уровень мощности на выходе оптического волокна: p p А дБм R s   , , (4.2) Переводим уровни мощности на входе и выходе оптического волокна в мощность, по формуле: 1 10 мВт 0.1    p P мВт Рассчитываем коэффициент поглощения ОВ β из соотношения: (дБ / км)  4,343. 5. Источники излучения Задача 5 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, качество резонатора. Привести спектр ППЛ с РФП. Таблица 3.1 – Исходные данные к задаче №5 № 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 Теоретические сведения к задаче №5 Пороговый коэффициент усиления определяем из порогового условия генерации ППЛ ( условия баланса амплитуд) (раздел 6): , (5.1) Здесь α – коэффициент поглощения активной области (перевести 1/см в 1/м); L – длина резонатора Фабри-Перо; R1, R2 – коэффициенты отражения зеркал.           1 2 1 ln 2 1 L R R g α Считая, что коэффициенты отражения зеркал одинаковы и равны 2 1 1        n n R , (5.2) Условие баланса амплитуд преобразуется к виду: , (5.3) Углы расходимости излучения ППЛ определяются по следующей дифракционной формуле: , (5.4) , (5.5) Для определения параметров РФП следует изучить раздел 2 конспекта лекций. Расстояние между модами определяется из соотношения: Ln сд 2 2 0    (5.6) Добротность резонатора на центральной моде 0 определяется из соотношения: R Ln Q ln 0     (5.7) Число мод в интервале 0,5 определяется: сд M      0,5 (5.8) Добротность основной моды резонатора можно определить по формуле: R L Q ln n 0     (5.9)       L R g α 1 ln 1 d x 0 arcsin    W y 0 arcsin    Ширину спектра моды резонатора (Δλm) можно определить из соотношения: Q = λ0 Δλm (5.10) Качество РФП рассчитывается по формуле: 𝐹 = Δ𝜆сд Δ𝜆𝑚 Не забудьте привести спектр ППЛ с РФП, показав на нем все найденные значения. 6. Фотоприемники Задача 6 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 6 Теоретические сведения к задаче №6 Как было показано в разделе 7, квантовая эффективность фотодиода соответствует величине:  1 expW. № 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 Где α – коэффициент поглощения материала, определяется по графику рис.6.1 для Вашего материала и заданной длины волны. При расчете η переведите единицы измерения из см-1 в м-1 (умножить на 100). W- ширина области поглощения (i-области). Рисунок 6.1 – Зависимость коэффициента поглощения материала, α, см-1, от длины волны, λ, мкм Чувствительность фотодиода зависит от его типа и может быть определена по формулам: - для p-i-n ФД: hс q S    , А/Вт - для ЛФД: hс M q S    , А/Вт Где q=1.6*10-19, Кл – заряд электрона, h=6,626*10-34, Дж*с – постоянная Ппланка, с=3*108, м/с – скорость света, М – коэффициент лавинного умножения ЛФД. Фототок находится по формуле: p in I  SP , Где Рin – мощность, падающая в зрачок фотодиода. Т.к. по заданию дан уровень по мощность, а не мощность, необходимо предварительно эту мощность рассчитать: 1 10 мВт 0.1   pin  in P мВт - оптическая мощность в зрачке фотодиода. Найденную мощность следует представить в мкВт, а фототок – в мкА. Комментарии: Уважаемый студент дистанционного обучения, Оценена Ваша работа по предмету: Основы оптической связи (часть 1) Вид работы: Контрольная работа 1 Оценка:Зачет Дата оценки: 30.05.2020 Рецензия:Уважаемый , контрольная работа зачтена. Гавриленко Ольга Борисовна Размер файла: 219,1 Кбайт Фаил: 
(.rar)
------------------- Обратите внимание, что преподаватели часто переставляют варианты и меняют исходные данные! Если вы хотите, чтобы работа точно соответствовала, смотрите исходные данные. Если их нет, обратитесь к продавцу или к нам в тех. поддержку. Имейте ввиду, что согласно гарантии возврата средств, мы не возвращаем деньги если вариант окажется не тот. -------------------
Скачано: 3 Коментариев: 0 |
||||
Есть вопросы? Посмотри часто задаваемые вопросы и ответы на них. Опять не то? Мы можем помочь сделать! |
||||
Вход в аккаунт:
Страницу Назад
Cодержание / Основы оптической связи / Основы оптической связи. (часть 1). Вариант №11
Вход в аккаунт: