Основы оптической связи. РГР. Вариант 33

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?
3). Какой физический смысл у показателя преломления?
4). Какие характеристики имеют стекловолокна?
5). Какие оптические диапазоны определены для улучшенных волокон стандарта G.652?
6). Чем принципиально отличаются волокна SMF и NZDSF?
7). В чем физический смысл «запрещённой зоны» полупроводниковых материалов?
8). Почему соединение GaAs может использоваться для изготовления источников и приёмников оптического излучения ВОСП?
9). Чем отличаются прямозонные и непрямозонные материалы?
10). Какие функции может выполнять p-n переход в оптических приборах при прямом и обратном смещении?
11). Какие устройства могут входить в состав ВОСП?
12). Какие функции выполняет оптический конвертор ВОСП?

Задача 1.
Определить затухание, дисперсию, полосу пропускания и максимальную скорость передачи двоичных импульсов в волоконно-оптической системе с длиной секции L (км), с километрическим затуханием a (дБ/км) на длине волны излучения передатчика λ0 (мкм), ширине спектра излучения dλ0,5 на уровне половины максимальной мощности излучения. Определить мощность оптического излучения в волокне на выходе секции, если на входе подключен оптический генератор с уровнем мощности 0дБм на заданной длине волны λ0.

2. Источники оптического излучения для систем передачи
1). Какие требования предъявляются к источнику оптического излучения?
2). Чем отличаются конструкции и характеристики торцевого (суперлюминисцентного) и поверхностного светодиодов для оптической связи?
3). Какие конструкции лазеров применяются в технике оптической связи?
4). Что представляет собой резонатор Фабри-Перо и какие он имеет характеристики?
5). Как устроен полупроводниковый гетеролазер с резонатором Фабри-Перо и как формирует когерентное излучение?
6). Каким образом в лазерах достигается одномодовый режим генерации?
7). Почему и какими средствами стабилизируют температурный режим работы лазера?
8). Как можно перестроить длину волны излучения одномодового лазера?
9). Что показывает диаграмма направленности излучения светодиода и лазера?
10). Чем согласуют источники излучения с волоконными световодами и атмосферой?

Задача 2.
Определить характеристики одномодового лазера с распределенной обратной связью (DFB).
Определить частоту и длину волны генерируемой моды в одномодовом лазере DFB для известных значений дифракционной решетки m и длины лазера L. Изобразить конструкцию лазера DFB.

3. Модуляция излучения источников электромагнитных волн оптического диапазона
1). Что такое модуляция?
2). В чем состоит принципиальное отличие прямой и внешней модуляций оптического излучения?
3). В чем заключается сущность прямой модуляции в схемах с полупроводниковыми источниками оптического излучения?
4). Почему полоса частот при прямой модуляции ограничена?
5). Почему происходит искажение сигналов при прямой модуляции?
6). Чем отличаются модуляционные характеристики схем с лазером и светодиодом?
7). Какие виды внешней модуляции оптического излучения применяются в системах передачи?
8). Чем отличается электрооптический внешний модулятор от электроабсорбционного?
9). Какие виды внешней модуляции оптического излучения обеспечиваются модулятором Маха-Зендера?
10). Какие шумы образуются при модуляции?
11). Как уменьшить нелинейные искажения при модуляции?
12). Как устроен передающий оптический модуль?
13). С какой целью в состав передающего оптического модуля вводятся термодатчик и терморегулятор?
14). Какие электрические и оптические характеристики имеет передающий оптический модуль?

Задача 3.
По данным табл. 3.1 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. 3.2 и 3.3) определить графически изменение выходной модуляционной мощности Рмакс и Рмин и определить глубину модуляции n. Показать на графике модулирующий электрический и модулированный оптический сигналы. Рассчитать коэффициент гашения. По построенной характеристике указать вид источника (светодиод или лазер?).

4. Фотоприемники для оптических систем передачи
1). Какие требования предъявляются к фотоприемникам оптических систем передачи?
2). Какие виды фотодетекторов используются в оптических системах передачи?
3). Почему в основном применяются полупроводниковые фотодиоды в оптических системах передачи?
4). Какие основные оптические и электрические характеристики имеет фотодиод конструкции p-i-n?
5). Чем ограничен диапазон оптических частот для фотодетектирования?
6). Почему у фотодетекторов есть длинноволновая граница чувствительности?
7). Чем отличается конструкция лавинного фотодиода (ЛФД) от конструкции фотодиода p-i-n?
8). Чем отличается принцип действия ЛФД от фотодиода p-i-n?
9). Какими средствами сокращается время включения фотодиода?
10). Чем определяется коэффициент усиления ЛФД?
11). Почему фотодиоды шумят?
12). Какие шумы фотодиодов принципиально неустранимы?
13). Почему фотодиоды типа TAP и TWPD относят к перспективным приборам?

Задача 4.
Построить график зависимости чувствительности фотодетектора от длины волны оптического излучения по данным табл. 4.1. Используя график и данные табл. 4.2 и 4.3 определить величину фототока на выходе p-i-n фотодиода. По графику определить длинноволновую границу чувствительности фотодетектора. Определить материал для изготовления прибора.

5. 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?
3). Какие виды предварительных усилителей применяются в фотоприемных устройствах?
4). Из каких элементов состоит входная цепь фотоприемного устройства с прямым детектированием?
5). Как устроена входная цепь фотоприемного устройства детектирования с преобразованием?
6). Как соотносятся между собой электрическая и оптическая полосы частот пропускания ФПУ?
7). Чем определяется величина соотношения сигнал/шум на выходе ФПУ?
8). Чем выполняется противошумовая коррекция в ФПУ?
9). Чем отличается гомодинный приемник сигнала от гетеродинного в ФПУ с преобразованием?
10). Что используется для детектирования оптического сигнала с фазовой модуляцией?

6. Линейные тракты оптических систем передачи
1). Какие разновидности линейных трактов существуют в оптических системах передачи?
2). Чем ограничены возможности использования атмосферных оптических линейных трактов?
3). Какие различия имеют одноволновые оптические линейные тракты ВОСП?
4). Какие функции выполняет транспондер?
5). Какие требования предъявляются к линейным кодам ВОСП?
6). Чем отличаются форматы RZ и NRZ в линейных кодах ВОСП?
7). В чем сущность коэффициента битовых ошибок BER или Кош?
8). Чем определяется длина регенерационного участка ВОСП?
9). С какой целью в ВОСП используется оценка Q-фактора?

Задача 6.1
Используя приложения 1 для оптических интерфейсов аппаратуры SDH, определенных рекомендациями МСЭ-Т G.957 и G.691, определить:
по варианту (табл. 6.1 и 6.2) предельную дальность передачи по оптическому волокну без промежуточных регенераторов, но с возможным использованием оптических усилителей. Также определить минимальное расстояние между оптическим передатчиком и оптическим приёмником заданного интерфейса для исключения перегрузки приёмника. Рассчитать уровень сигнала на приеме, мощность сигнала на входе приемника и совокупную хроматическую дисперсию при условии, что длина участка равна L, проверить, соответствуют ли полученные значения техническим нормативам.

Задача 6.2
Для заданного количества оптических каналов по варианту в ВОСП-DWDM и требуемого OSNR (табл.6.4) 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.6.5). Для скоростей передачи цифровых данных в формате NRZ 2,5 Гбит/с и 10 Гбит/с считать шум спонтанной эмиссии -58 дБ, нормированным относительно полосы 0,1 нм. Разместить указанное количество спектральных каналов в полосе C или L, или С+L в зависимости предлагаемого интервала между спектральными каналами (0,1 нм; 0,2 нм; 0,4 нм; 0,8 нм).

2020г.