Волоконно-оптические системы передачи (1-я часть). Вариант №21

Магистратура

Контрольная работа

по дисциплине: Волоконно-оптические системы передачи (1 часть)

Вариант 21

Ответы на контрольные вопросы раздела 1. (12 вопросов)
1 ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

1. Что принято понимать под волоконно-оптической системой передачи?

2. Какой диапазон электромагнитных волн (частот) получил наибольшее применение в оптических системах передачи?
....

Задача 1
Вариант 21
Рассчитать затухание, дисперсию, полосу пропускания и максимальную скорость передачи двоичных импульсов формата NRZ в волоконно-оптической системе с длиной секции L (км), километрическим затуханием (дБ/км) на длине волны излучения передатчика 0 (мкм), ширине спектра излучения 0,5(нм) на уровне половины максимальной мощности излучения. Для указанной длины оптической секции и типа волокна определить ПМД. Данные для задачи приведены в табл.1.1 и 1.2. Определить мощность оптического излучения в волокне на выходе секции, если на входе подключен оптический генератор с уровнем мощности +5дБм на заданной длине волны λ0. Привести рисунок изменения уровня сигнала от начала волокна (передатчик) к концу волокна (приёмник).
Табл. 1.1. Длина оптической секции

Параметр Предпоследняя цифра номера пароля
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Длина оптической секции, км 46 99 114 128 69 88 73 132 118 138

Табл. 1.2. Параметры волокна

1
DSF
0,27
1,52
0,02
-2,3

Ответы на контрольные вопросы раздела 2. (13 вопросов)
2 Оптические компоненты для систем передачи и
оптических сетей

1. Какие разновидности пассивных компонентов применяются в составе оптических систем передачи?

2. Какие виды оптических волновых мультиплексоров обеспечивают максимальное число объединяемых волн?

3. Каким образом может осуществляться волновое демультиплексирование (разделение оптических волн)?

Задача 2
Вариант 21
Определить число оптических каналов на каждой из оптических секций мультиплексирования в цепочке, состоящей из 2-х терминальных WDM мультиплексоров и Х (число по варианту табл. 2.1) промежуточных оптических мультиплексоров типа ROADM. Внутри каждой пары оптических мультиплексоров организовано Y (число по варианту табл. 2.2) оптических каналов. Определить по данным приложения и привести характеристики интерфейса одного оптического канала (по варианту табл.2.1).

Табл. 2.1. Число мультиплексоров
2
4
2

2 - DN100S-1D5(c);

Табл. 2.2. Число каналов
1
3

Ответы на контрольные вопросы раздела 3. (10 вопросов)
3 ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ
ПЕРЕДАЧИ

1. Какие требования предъявляются к источнику оптического излучения?
2. Чем отличаются конструкции и характеристики торцевого (суперлюминесцентного) и поверхностного светодиодов для оптической связи?

Задача 3
Вариант 21
Определить характеристики многомодового лазера с резонатором Фабри – Перо (FP) и одномодового лазера с распределенной обратной связью (DFB).
Определить число мод в лазере FP, для которых выполняется условие возбуждения в полосе длин волн Dl при длине резонатора L и показателе преломления активного слоя n.
Определить частотный интервал между модами и добротность резонатора на центральной моде lО при коэффициенте отражения R.
Изобразить конструкцию полоскового лазера FP. Изобразить модовый спектр.
Определить частоту и длину волны генерируемой моды в одномодовом лазере DFB для известных значений дифракционной решетки m и длины лазера L. Оценить диапазон перестройки DFB лазера при изменении nэ в пределах ±5%. Изобразить конструкцию лазера DFB. Исходные данные приведены в табл. 3.1-3.4.

Табл. 3.1.Длина резонатора

2
260

Табл. 3.2. Параметры лазера FP

1
30
3,4
0,43
0,26

Табл. 3.3. Длина конструкции DFB

2
220

Табл. 3.4. Параметры лазера DFB

1
2
0,1
3,45

Ответы на контрольные вопросы раздела 4 (17 вопросов)
4 МОДУЛЯЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

1. Что такое модуляция?

2. В чем состоит принципиальное отличие прямой и внешней модуляций оптического излучения?
...

Задача 4.1
Вариант 21
По данным табл. 4.1 построить зависимость выходной мощности источника оптического излучения от величины электрического тока, протекающего через него. Для заданных (по варианту) тока смещения и амплитуды модулирующих однополярных импульсов (табл. 4.2 и 4.3) определить графически изменение выходной модуляционной мощности Рмакс и Рмин и определить глубину модуляции h. По построенной характеристике указать вид источника (светодиод или лазер?).

Табл. 4.1. Ватт-амперная характеристика
I, мА 0 5 10 15 18 20 22 24 26 28
P, мкВт 0 15 30 45 60 90 160 230 310 370

Табл. 4.2. Ток смещения

Параметр
 Предпоследняя цифра номера пароля
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ток смещения, мА 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Табл. 4.3. Амплитуда тока модуляции

1
3

Задача 4.2
Для модулятора Маха-Зендера (см. раздел 4.3.3 учебного пособия) рассчитать и построить передаточную (модуляционную) характеристику по варианту согласно табл. 4.4. Выбрать на построенной характеристике напряжение начального смещения с учётом амплитуды и полярности модулирующего сигнала, представленного по варианту в табл.4.5. Показать на рисунке изменение относительной величины оптической мощности при модуляции (пример на рис.4.28). По рисунку определить глубину модуляции.

Табл. 4.4. Полуволновое напряжение MZM
Параметр Предпоследняя цифра номера пароля
Полуволновое
напряжение Vπ, В 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
 7 9 7 13 15 17 19 21 23 25

Табл. 4.5. Модулирующий сигнал

1
4

Ответы на контрольные вопросы раздел 5. (13 вопросов)
5 ФОТОПРИЁМНИКИ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

1. Какие требования предъявляются к фотоприемникам оптических систем передачи?
2. Какие виды фотодетекторов используются в оптических системах передачи?

Задача 5
Вариант 21
Построить график зависимости чувствительности фотодетектора от длины волны оптического излучения по данным табл. 5.1. Используя график и данные табл. 5.2 и 5.3 определить величину фототока на выходе p-i-n фотодиода. По графику определить длинноволновую границу чувствительности фотодетектора. Определить материал для изготовления прибора.

Табл. 5.1. Спектральная чувствительность
Чувствительность,А/Вт 0,28 0,32 0,43 0,53 0,58 0, 65 0,73 0,64 0,1
Длина волны, мкм 0,85 1 1.1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,78

Табл. 5.2. Мощность излучения
2
1

Табл. 5.3. Длина волны по варианту
1
1,65

Ответы на контрольные вопросы раздел 6. (10 вопросов)
6 ФОТОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ПЕРЕДАЧИ
1. Чем отличается прямое фотодетектирование от фотодетектирования с преобразованием?
2. Какие функциональные блоки входят в схему фотоприемного устройства (ФПУ) с прямым детектированием?

Задача 6
Вариант 21
Определить полосу пропускания и отношение сигнал/шум для фотоприёмного устройства, содержащего интегрирующий (ИУ) или трансимпедансный (ТИУ) усилитель и фотодетектор (ЛФД или p-i-n).
Исходные данные по вариантам приведены в табл. 6.1 и 6.2.

Табл. 6.1. Параметры ФПУ

Табл. 6.2. Параметры секции передачи

Ответы на контрольные вопросы раздел 7. (10 вопросов)
7 ОПТИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ
1. На каких физических явлениях основаны оптические усилители?
2. Какие типы усилителей могут применяться в оптических системах передачи?

Задача 7
Вариант 21
Определить длину взаимодействия L излучения накачки в рамановском усилителе, при которой коэффициент распределенного усиления G= (по варианту табл.7.1), при соответствующей мощности накачки Pн, площади модового пятна А и рамановском коэффициенте усиления материала g (табл.7.2).

Табл. 7.1. Параметры волокна усилителя

Табл. 7.2. Коэффициент рамановского усиления

Ответы на контрольные вопросы раздел 8. (22 вопроса)
8 ЛИНЕЙНЫЕ ТРАКТЫ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

1. Какие разновидности линейных трактов существуют в оптических системах передачи?

2. Чем ограничены возможности использования атмосферных оптических линейных трактов?

Задача 8.1
Вариант 21
Используя приложения 1 конспекта лекций для оптических интерфейсов аппаратуры SDH, определенных рекомендациями МСЭ-Т G.957 и G.691, определить по варианту (табл.8.1 и 8.2) предельную дальность передачи по двум типам волокон без промежуточных регенератров, но с возможным использованием оптических усилителей и компенсаторов хроматической дисперсии. Также определить минимальное расстояние между оптическим передатчиком и оптическим приёмником заданного интерфейса для исключения перегрузки приёмника.

Табл. 8.1. Интерфейсы и линии

Табл. 8.2. Удельные значения затухания и дисперсии

Задача 8.2

Для заданного количества оптических каналов в ВОСП-WDM и OSNR (табл.8.3) каждого канала определить минимальный допустимый уровень передачи одного канала и максимальный допустимый уровень всех каналов в стекловолокне при использовании на промежуточных станциях Mус – эрбиевых усилителей с усилением A и с коэффициентом шума NF(табл.8.4). Для скоростей передачи цифровых данных в формате NRZ 2,5 Гбит/с и 10 Гбит/с считать шум спонтанной эмиссии нормированным к полосе 0,1нм и равным -58дБ. Построить диаграмму уровней передачи и изменения OSNR в оптическом канале.

Табл. 8.3. Оптические каналы, скорости и требуемый OSNR

Табл. 8.4. Параметры оптических усилителей

9 МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕ В ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ (15 вопросов)

1. Какие виды мультиплексирования используются в оптических системах передачи?

2. Какие циклы передачи (по длительности и ёмкости) создаются при мультиплексировании PDH?

Задача 9
Вариант 21
Определить число подряд следующих циклических транспортных структур технологии SDH или OTH (по варианту табл.9.1 и 9.2), которые необходимы для переноса заданного числа кадров Ethernet PBT. Определить общее время передачи этих кадров. Изобразить цепочку преобразования этих кадров в соответствующие структуры оптической передачи.

Табл. 9.1. Кадры Ethernet

Параметр Предпоследняя цифра номера пароля
 2 
Общее число кадров Ethernet PBT
 64 

Табл. 9.2. Транспортные структуры

Ответы на контрольные вопросы раздел 10. (30 вопросов)
10 ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С ПЕРСПЕКТИВНЫМИ РЕШЕНИЯМИ И НАНОФОТОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. Что следует отнести к основным направлениям развития техники ВОСП?
2. Что представляет собой оптический солитон?

Задача 10

Определить достижимую скорость в системе передачи с заданными по варианту параметрами: полоса частот канала DWDM; диапазон волн для организации связи; число и вид нагрузочных сигналов (SDH, Ethernet); тип волокна и число сердцевин в волокне.

Табл. 10.1. Волновые диапазоны и каналы
2
100
Eth
40G
C+L

Табл.10.2. Сигналы и волокна
1
22
DZ-DSF 1

Список литературы

1 Фокин В.Г. Волоконно-оптические системы передачи. Учебное пособие для магистратуры. Новосибирск, СибГУТИ, 2016. – 392 с.

05.2020 Зачет Фокин Владимир Григорьевич