Контрольная работа по дисциплине «Волоконно-оптические системы передачи» вариант 09

Вариант № 09
1. Какие диапазоны длин волн (частоты электромагнитных колебаний) применяются в системах передачи атмосферной и волоконно-оптической связи?
2. Чем характеризуется распространение оптических электромагнитных волн в атмосфере?
3. Чем отличается распространение света в стекловолокне от распространения в атмосфере?
4. По каким причинам происходит ослабление и искажение оптических сигналов в атмосфере и в волоконном световоде?
5. Какие материалы применяют для изготовления источников и приемников оптического излучения?
6. Чем отличаются материалы для изготовления источников и приемников оптического излучения от материалов пассивных волноводов?
7. Из каких укрупненных компонентов состоит структурная схема волоконно-оптической системы передачи (ВОСП)?
8. Что представляет собой линейный тракт ВОСП?
9. Какие виды мультиплексирования применяются в оптических системах передачи?
10. В чем заключается сущность цифрового и аналогового мультиплексирования?
11. Что такое WDM, DWDM и какое различие между ними?
Задача 1
Определить затухание (ослабление), дисперсию, полосу пропускания и максимальную скорость передачи двоичных импульсов в волоконно-оптической системе с длиной секции L (км), километрическим (погонным) затуханием (ослаблением) (дБ/км) на длине волны излучения передатчика 0 (мкм), ширине спектра излучения 0,5 на уровне половины максимальной мощности излучения.
2. 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?
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. Что показывает диаграмма направленности излучения светодиода и лазера?
8. Какими факторами определяется величина мощности оптического излучения, вводимого от источника в стекловолокно?
9. Каким образом формируется и направляется излучение в атмосферных системах передачи?
10. Как согласуются источники излучения с волоконными световодами?
Задача 2
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 D l при длине резонатора L и показателе преломления активного слоя n. Определить частотный интервал между модами и добротность резонатора на центральной моде l О 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. 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 сигнала 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 шумы возникают при модуляции?
10. Как уменьшить нелинейные искажения при модуляции?
11. Как устроен передающий оптический модуль?
12. С какой целью в состав передающего оптического модуля вводятся термодатчик и терморегулятор?
13. Какие электрические и оптические характеристики имеет передающий оптический модуль?
Задача 3
По данным таблицы I и P1 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 определить графически изменение выходной модуляционной мощности Рмакс и Рмин и определить глубину модуляции h .
4. Фотоприемники для оптических систем передачи
1. Какие требования предъявляются к фотоприемникам систем передачи?
2. Какие виды фотодетекторов используются в оптических системах передачи?
3. Почему полупроводниковые фотодиоды в основном применяются 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 диода p-i-n?
8. Чем отличается принцип действия ЛФД от диода p-i-n?
9. Что значит быстродействие фотодиода?
10. Чем определяется коэффициент усиления ЛФД?
11. Почему фотодиоды шумят?
12. Какие шумы фотодиодов принципиально не устранимы?
Задача 4
Построить график зависимости чувствительности фотодетектора от длины волны оптического излучения по данным таблицы 4.1. Используя график и данные таблиц 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. Каким образом выполняется противошумовая коррекция в ФПУ?
9. Что представляет собой квантовый предел фотодетектирования?
10. Чем отличается гомодинный прием сигнала от гетеродинного в ФПУ с преобразованием?
11. Что используется для восстановления цифрового сигнала после ФПУ?
Задача 5.
Определить полосу пропускания и отношение сигнал/шум для фотоприемного устройства, содержащего интегрирующий (ИУ) усилитель и p-i-n фотодетектор. Исходные данные по вариантам приведены в таблицах 5.1 и 5.2.
6. Оптические усилители для оптических систем передачи
1. На каких физических явлениях основаны оптические усилители?
7. Линейные тракты оптических систем передачи
1. Какие способы построения линейных трактов оптических (проводных и беспроводных) систем передачи могут быть реализованы?
Задача 6.
Используя приложения для оптических интерфейсов аппаратуры SDH, определенных рекомендациями МСЭ-Т G.957, определить по варианту число промежуточных регенераторов и расстояние между ними.
Составить схему размещения оконечных и промежуточных станций с указанием расстояний. Определить уровень приема РПР [дБ] на входе первого, считая от оконечной станции, регенератора, вычислить допустимую вероятность ошибки одного регенератора

8. Оптические компоненты для систем передачи и оптических сетей
1. Какие разновидности оптических мультиплексоров и демультиплексоров применяются в составе оптических систем передачи?
9. Волоконно-оптические системы с солитонной передачей
1. Что такое оптический солитон?
Список литературы