КОНТРОЛЬНАЯ и ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ 1-3 по дисциплине: Основы оптической связи (часть 1). Вариант №4

Контрольная работа
Вариант No4

Задача 1

Имеется оптическое волокно со следующими параметрами nс – абсолютный показатель преломления сердцевины волокна, nо – абсолютный показатель преломления оболочки волокна. Определить предельный (критический) угол (φ_П) падения луча на границу раздела сердцевина – оболочка, числовую апертуру оптического волокна (NA), апертурный угол (γ_П). Значения nс, nо приведены в таблице 1.

------------------------------------------------------------------------------

Задача No2

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.

------------------------------------------------------------------------------

Задача No3
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.

------------------------------------------------------------------------------

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.

------------------------------------------------------------------------------

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.

------------------------------------------------------------------------------

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.

Лабораторная работа 1
Дифракционная решетка как спектральный прибор.
Исследование принципов спектрального уплотнения

Цель работы
Целью работы является изучение принципов построения демультиплексора на основе дифракционной решетки проходящего света, а также знакомство с элементной базой волоконно-оптических систем передачи со спектральным уплотнением.

1. «Допуск»
Рассчитать число разделимых с помощью дифракционной решетки (ДР) световых потоков.
Таблица 2 – Исходные данные к расчету

No варианта λмин, мкм λмакс, мкм ΔλИИ, нм М d, мкм
4 1,5 1,53 2 150 10
Примечание: М – число штрихов ДР, значения остальных величин см. в п.4.
Для расчета следует воспользоваться формулами (6) и (7) пункта 4 методических указаний.

2. «Выполнение»
В ходе лабораторной работы была изучена интерференционная картина аналогична пункту 1 в методических указаниях к лабораторной работе No1. После изучения установки определили: расстояние между двумя центрами *************

3. «Тест»
Скриншот с результатом прохождения теста

4. «Вывод»

Контрольные вопросы
1. Как работает мультиплексор в данной работе?
2. В чём заключается спектральное уплотнение?
3. Какое явление положено в основу работы демультиплексора? В чём оно заключается?
4. Какие конструкции демультиплексоров и мультиплексоров разработаны для ВОСП со спектральным уплотнением?
5. От чего зависит разрешающая способность демультиплексора?
6. Как по данным, полученным в работе, определить период дифракционной решетки и длину волны полупроводникового лазера?

=============================================

Лабораторная работа No2
Изучение основных характеристик источников излучения

1. Цель работы:
Целью работы является знакомство с принципом действия светоизлучающего диода (СИД), суперлюминисцентного диода (СЛД) и лазерного диода (ЛД); исследование их ваттамперных характеристик (зависимости мощности излучения от тока), спектральных характеристик и диаграмм направленности.

Результат прохождения допуска

Описание лабораторной установки для исследования ватт-амперных характеристик полупроводниковых источников света

1. Снимите семейство ВАХ для ППЛ, введя 9 значений тока накачки от 0 до 40 мА. Укажите марку ППЛ. Определите пороговый ток по графику. Результаты следует оформить в таблицу 1
2. Зарисуйте или сфотографируйте спектр ППЛ. Определите по графику λ0 и Δλ0,5 (на уровне уменьшения мощности в 2 раза) Рассчитайте Δf0,5, ТГц
3. Снимите семейство ВАХ для СЛД. Укажите марку СЛД. Результаты следует оформить в таблицу 2
4. Зарисуйте или сфотографируйте спектр СЛД. Определите по графику λ0 и Δλ0,5. Рассчитайте Δf0,5, ТГц, по формуле (1)
5. Снимите семейство ВАХ для СИД. Укажите марку СИД. Результаты следует оформить в таблицу 3
6. Зарисуйте или сфотографируйте спектр СИД. Определите по графику λ0 и Δλ0,5. Рассчитайте Δf0,5, ТГц, по формуле (1)
7. Результаты измерения и расчета спектра источников излучения занесите в таблицу 2
8. Зарисуйте (сфотографируйте) схему для измерения диаграммы направленности источников излучения. Приведите пример изображения результатов измерения на мониторе и осциллографе.

=============================================

Лабораторная работа No3
Изучение основных характеристик фотодиодов

Цель работы:
Целью работы является знакомство с принципом действия p-i-n ФД и лавинного фотодиода (ЛФД); исследование их спектральных и вольт-амперных характеристик.

Тест

Схема лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из следующих основных частей: светоизлучающий диод СИД (источник инфракрасного оптического излучения); кремниевый фотодиод ФД; сопротивление нагрузки, включенное последовательно с ФД; источник переменного напряжения; формирователь ступенчатого тока СИД; усилители; электронный осциллограф.

1. Спектральная чувствительность
2. Вольт-амперная характеристика фотодиода

Контрольные вопросы:

-Что такое фотодиод?
-Как устроен p-i-n фотодиод?
-Какие характеристики имеет фотодиод?
-Какое из приведенных утверждений правильное?
а) Электронно-дырочный переход - это слой, обедненный носителями заряда;
б) Электронно-дырочный переход - это слой, обогащенный носителями заряда;
-Поясните работу устройства фотодиода с барьером Шоттки.
-Нарисуйте ВАХ p-i-n фотодиода. Объясните каждый участок вольт - амперной характеристики этого фотодиода.
-Что такое спектральная характеристика фотодиода?
-На каком фотоэффекте основан принцип действия фотодиодов?
-В чем отличие ЛФД от p-i-n фотодиода?