Nasze Odpowiedzi Vera

Nasze odpowiedzi 2004r 1. Tłumienie włókna użytecznego w telekomunikacji powinno być przy długości fali W zaleznosci od dlugosci fali wchodzimy w rozne okna transmisji 1 okno (first – litera f): 0.81um - 4 dB/km, 0.89um – 2 dB/km (usrednione 3 dB/km) 2 okno (second – litera s): usrednione 1.3um – 0.4 dB/km 3 okno (litera c): usrednione 1.55 um – 0.2 dB/km Budowanie linii 1 okno do 8km, 2 okno od 40 do 60 km, 3 okno 100 km

2. Apertura numeryczna NA określa: zdolnosc wlokna do absorbcji swiatla i dla światłowodu wielomodowego skokowego typowo wynosi: 0.17 Przykładowe wartości apertury numerycznej i kąta akceptacji światłowodu powietrze NA = 1; α = 90o światłowód kwarcowy wielomodowy skokowy NA = 0,242; α = 14o światłowód kwarcowy gradientowy NA = 0,208; α = 12o światłowód jednomodowy NA = 0,11; α = 6,5o Można ją obliczyć ze wzoru: NA = n12 − n22 = n1 2∆ = sin α 3. Promienie helikalne to promienie: (tam chyba powinno byc meridalne) promienie meridalne to sa te, ktore biegna tak 'normalne' tzn. nie sa helikalnymi dookola osi, tylko w jednej plaszczyznie smigaja. - w światłowodzie gradientowym są liniami łamanymi; 4. Konwersja modów: - Mikrozgięcia powstają w procesie wytwarzania włókien i są to nieregularności kształtu rdzenia i płaszcza rozłożone wzdłuż włókna losowo lub okresowo. Wywołują w światłowodzie wielomodowym mieszanie się modów i ich konwersję w mody wyciekające do płaszcza (straty mocy). W światłowodzie jednomodowym mikrozgięcia powodują natomiast rozmycie modu. Konwersja modow poszerza pasmo. - poszerza charakterystyke czestotliwosciowa toru swiatlowodu 5. Dyspersja materiałowa: Dyspersja materiałowa powodowana jest zmianą współczynnika załamania szkła kwarcowego w funkcji długości fali. Ponieważ nie istnieje źródło światła ściśle monochromatyczne, gdyż każdy impuls światła składa się z grupy rozproszonych częstotliwości optycznych rozchodzących się z różną prędkością, docierający po przebyciu fragmentu włókna mod charakteryzuje się rozmyciem w czasie. - zalezy tylko i wylaczenie od wlasciwosci kwarcu

6. Określ własności mechaniczne włókna światłowodowego. Co to jest rozkład Weibulla? własności mechaniczne włókna – wspolczynnik rozszerzalnosci termicznej (trzeba dobrac oslone tak, aby rozszerzal sie luzno ze szklem kwarcowym, bo rozszerzalnosc temperaturowa rdzenia jest bardzo niska); przy rozciaganiu i zginaniu swiatlowodu powstaja zmarszczenia, mikropekniecia, zgestnienia; zmeczenie statyczne (gdy przylozona jest stala sila swiatlowod sie szybciej niszczy); Rozklad Weibulla jest to rozklad funkcji prawdopodobienstwa opisujacy wytrzymalosc na rozciaganie 7. Zakreśl standardy włókien: (wymiary w mikrometrach) typowe, jeden raz spotykane, dwa razy -typowe: *grubordzeniowy: 200/380 *gradientowe: 50/125 *jednomodowe: 9/125 ; 10/125 -spotykane: *grubordzeniowy: 100/140 *gradientowy: 62.5/125 *jednomodowy: 11/125 8. Typowa różnica między współczynnikiem n1 w rdzeniu i n2 w płaszczu wynosi: n1 – n2 = 0,01 Uzasadnij, dlaczego ta wartość nie może być ani: - za mała: - za duża: n1-n2=0.01; różnica duża: wchodzą kolejne mody, za mała trudność z podaniem światła (mniejszy kąt akceptacji) 9. Co to jest tryb spawania RTC i analiza gorącego obrazu? Ogólnie jest to spawanie światłowodu z analizą gorącego obrazu. Innymi słowy mamy urządzonko w które wkładamy dwie końcówki światłowodu. włączamy łuk elektryczny i zaczynamy je zgrzewać, jednocześnie patrząc na innym urządzonku jakie jest tłumienie. Jeżeli nie jest w granicach założonych to podkręcamy łuk i poprawiamy korelacje spawu. I tak do końca skali.Dokładnie chodzi o to że przepuszczasz impuls "testowy" i patrzysz jaki otrzymujesz obraz na drugim końcu. Jeżeli nie jest to to co chciałeś osiągnąć to powtarzasz procedurę. Ogólnie cała zabawa polega na tym że to się dzieje automatycznie. Ogólnie chodzi o pozycjonowanie rdzeni włókien żeby były dokładnie w osi. 10. Włókno o średnicy 125μm ze szkła kwarcowego bez pokrycia, wolno rozciągać z siłą (z prawdopodobieństwem zerwania 0,01): z drugiej zasady dynamiki Newtona F = m*a, z wykladu znamy wartosc 4.24 N (jest to jedyna wartosc, jaka podal na wykladzie, wlasnie dla 125 um), czyli wychodzi 400g

11. Złącza spawane powinny mieć tłumienie poniżej: (przypadki) <10 spawów 0.12dB/spaw; >10 spawow 0.08dB/spaw (zlacza rozlaczalne ok 0.4 dB) 12. Dla światłowodów SM definiuje się średnicę plamki. Co to jest i jakie ma znaczenie, tzn. kiedy zależy nam aby byla mala, a kiedy by byla duza? Natezenie swiatla spada „e” krotnie – to jest granica plamki. Normalnie, chcemy aby plamka była mała (moć silnie zefiniowany, cała moc w rdzeniu); na złączach chcemy by plamka była duża (soczewki ćwierćfalowe -> miejsza gęstość mocy na złączy mniejsze straty) -------------------------13. Wrysuj wykres dyspersji materiałowej falowodowej i chromatycznej. Opisz osie (jednostki i charakterystyczne wartości liczbowe). Wrysuj wykres dyspersji chromatycznej dla włókna z przesuniętą oraz płaską charakterystyką – podac wartosci lambda (drugie i trzecie okno transmisyjne) Odpowiedz jest w wykladach 14 i 15 sa odpowiedzi w wykladzie 17. Spodziewany zysk na czułości odbiornika APD pracującej ze współczynnikiem powielania 1000 razy jest w porównaniu z odbiornikiem PIN przy tym samym SNR rzędu: 5 10 20 30 40 50 dB Uzasadnij dlaczego. 10log10 (1000) = 30dB 18. Jakie są źródła szumu termicznego i śrutowego. Który z nich dominuje? śrutowy -> ziarnista natura elektronów termiczny -> wywołany temperaturą – zderzeniami elektronow; dla PIN dominuje termiczny, dla APD (lawinowej) dominuje srubowy 19. Tłumienie Raleigha jest proporcjonalne do γR=(1/λ)^4 ogolnie tlumienie Raleigha jest spowodowane syfami w szkle (niejednorodnoscia szkla) i mamy transmisje energii miedzy modami, bez zmiany dlugosci fali (zachodzi na czasteczkach mniejszych od dlugosci fali) ODPOWIEDZI DO VER A

14. Dana jest apertura numeryczna równa 0,12 i długość fali równa 1570 nm. Wyliczyć zakres średnic spełniający warunek jednomodowości: Dla ambitnych: jak podać powyższy warunek dla propagacji dwumodowej: 2π a n12 − n22 = 2,405 λ pierwiastek to jest apertura 18. Narysuj widma promieniowania typowej diody laserowej F-P: - przy prądzie 3mA - przy prądzie 50mA

ν =

Ile wynosi odległość między prążkami? Delta labmda = lambda kwadrat / 2nl Gdzie n = 3.6 i jest wspolczynnikiem przewodzenia L jest odlegloscia miedzy lustrami Od czego zależy szerokość prążka? Od pradu 19. Zdefiniuj czułość prądową diody PIN: czulosc pradowa = Is / Popt [amper / watt] Typowo wynosi ona: 0,6 [amper / watt] 20. Wewnętrzna sprawność kwantowa diody wyraża się wzorem: η = (I/q) / (Popt/υ*h) υ = c / lambda i typowo wynosi: 0,1%

0,5%

1%

10%

30%

50%

90%

100%

21. Współczynnik powielania typowej diody lawinowej wynosi: 1000 Zysk na czułości odbiornika z APD jest rzędu: 30 dB Uzasadnij dlaczego: 10 log10 (1000) = 30 dB 23. System koherentny, zalety Optyczne systemy koherentne wykorzystują w transmisji światło koherentne (spójne) oraz specyficzny sposób detekcji odbieranego sygnału optycznego. W odróżnieniu od systemów konwencjonalnych, systemy koherentne wykorzystują również informację o fazie lub częstotliwości sygnału optycznego.

Metoda ta pozwala na znaczne zwiększenie czułości odbiornika. W zakresie fal świetlnych o długości od 1,3 mm do 1,6 mm, na przykład idealny odbiornik koherentny dla uzyskania elementowej stopy błędu 10-9, wymaga energii sygnału wejściowego rzędu zaledwie 10 do 20 fotonów na bit. 24. Dlaczego pasmo elektryczne i optyczne systemu światłowodowego nie jest takie samo? Bel = 0.7 Bopt Bo pasmo optyczne jest wartoscia skuteczna pasma elektrycznegos Jebana dioda pakuje opoznienie – dajemy prostokat i dioda nie potrafi wyslac od razu jedynki, tylko chwile trwa, zanim zapoda maxa. Potem tak samo trwa chwile zanim przestanie nadawac. Pasmo optyczne jest ustalone i wynika ze swiatlowodu (przez dyspersje), a pasmo elektryczne musi byc odpowiednio mniejsze, zeby podawany sygnal nie przekroczyl pasma optycznego. ODPOWIEDZI DO WERSJI B 1. Tłumienie włókna użytecznego w telekomunikacji powinno być przy długości fali 1,24μm, licząc w dB/km mniejsze od: 0.5 2. Konwersja modow poszerza charakterystyke czestotliwosciowa toru swiatlowodowego 3. Grubosci wlokien – bylo 4. Wrysować kształt silnie zdefiniowanego modu zerowego rzędu i słabo zdefiniowanego modu pierwszego rzędu Silnie zdefiniowany – czyli prawie caly miesci sie w rdzeniu, a slabo to miesci sie glownie w plaszczu (zerowego rzedu to jest jeden garb sinusa, a pierwszego sinus – patrz wyklad) 5. Typowa różnica między n1 (w rdzeniu) i n2 (w płaszczu) równa jest: n1 = 1,48  n1 – n2 = 0,01 6. Promienie meridalne to promienie – bylo juz 7. Wrysuj wykres tłumienia włókna kwarcowego. Nie zapomnij o dokładnej skali – to z oknami, patrz wyklad nr 2 Tłumienie Rayleigha jest proporcjonalne do: lambda ^ - 4 8. Wykaż, dlaczego sprawność sprzężenia włókna ze źródłem jest proporcjonalne do kwadratu apertury numerycznej. Jakie z tego stwierdzenia wynikają wnioski praktyczne? P1=I(fi)*As*pi P2=I(fi)*Af*pi*T*NA^2 n=P2/P1=Af/As *T*NA^2 gdzie: Af, As - powierzchnia diody, włokna T-wszytskie straty na sprzezeniu I(fi)=I0*cos(fi) 9. Włókno o średnicy 125μm ze szkła kwarcowego bez pokrycia, wolno rozciągać z siłą: (z prawdopodobieństwem zerwania 0,01) 4.24 N = 400 g

10. Bez wyraźnego wzrostu tłumienia można standardowe włókno nawinąć na walec o średnicy: 8cm 11. Kabel światłowodowy o średnicy 10mm wolno przy instalowaniu wygiąć w łuk o min. średnicy: r>(10-20)d, czyli wychodzi 20 cm Skrecenie kabla: przy montazu ma jednym metrze dlugosci mozna wykrecic kabel o 180 stopni wokol wlasnej osi (tylko na chwile – na czas montazu) Ciagnac kabel nam wolno z sila 100 kg 12. Wrysować wykresy dyspersji materiałowej, falowodowej i chromatycznej. Opisać osie. Wrysować wykres dyspersji chromatycznej dla włókna z przesuniętą charakterystyką. (ma zera w III oknie) Opisać wartości λ w punkcie przecięcia z osią. Podobnie dla włókna z płaską charakterystyką dyspersyjną (ma zera w II i III oknie) 13. Dane jest: apertura numeryczna = 0,12 długość fali = 1570nm Wyliczyć zakres średnic rdzenia spełniający warunek jednomodowości. 2,405=(2*pi*a*sqrt(n1^2 - n2^2))/(lambda graniczne) 14. Narysować charakterystykę diody krawędziowej. Zaznaczyć efekt Augera. Zaproponować punkt pracy. Uzasadnić wybór. – patrz wyklad 15. Podać schemat zastępczy typowej diody optycznej dla modulacji impulsowej. Opisać oznaczenia 16. Czasy przełączania typowej diody światłowodowej są rzędu: 2ns (ale można trafić w sklepach na "syfiste" i wtedy 10ns) 17. Wrysować widma promieniowania diody laserowej F-P - przy prądzie zasilania równym 3mA - przy prądzie zasilania równym 50mA 18. Zdefiniować czułość prądową diody odbiorczej Ri=Id/Popt=ηλ/1.24=ηq/h*(ni) 19. Dioda Burrusa to dioda: dioda nadawcza półkulista o wysokim współczynniku ekstrakcji (wszystkie promienie wylatuja pod katem prostym do powierzchni soczewki i diody, czyli mamy brak zalamania na przejsciu do innego osrodka) Krawedziowa zapodaje rownolegle promienie swiatla, wiec latwo w swiatlowod wjebac 20. Wewnętrzna sprawność kwantowa diody wyraża się wzorem: i wynosi typowo: η=1/(1+(łr/łnr)) ~50% łr, łnr - czasy życia nośników 21. Współczynnik powielenia w diodzie lawinowej wynosi: 1000 Zysk na czułości odbiornika z APD jest rzędu: [dB] Uzasadnić jednym zdaniem wzor juz byl

Egzamin 2004 Szymanski 2003 1. Dlaczego pasmo elektryczne i optyczne nie jest takie samo? Jaka to zaleznosc? Pokaz to na wykresie i uzasadnij - wykres jest w notatkach 2. bylo 3. Co to jest dyspersja falowodowa, czy mozna wykorzystac, czy mozna zmienic, przyczyna powstawania? Wynika z czesciowej wedrowki czastki swiatla przez plaszcz. Spowodowana jest tym, ze rozne skladowe widma wiazki swiatla rozkladaja w rozny sposob swoja moc miedzy plaszczem a rdzeniem. Mozna zmienic stosujac inne gestosci szkla gestosci rdzenia i plaszcza, czyli trzeba wymienic swiatlowod. Jak zapodamy mniejsze dlugosci fali, to jest mod lepiej zdefiniowany, czyli leci bardziej w rdzeniu. Dzieki zastosowaniu elementow o mocno ujemnej dyspersji falowodowej mozna zmniejszyc dyspersje chromatyczna wlokna. Zmieniajac dyspersje falowodowa mozna osiagnac wlokna z przesunietym zerem transmisyjnym i wlokna o plaskiej char dyspersyjnej. 4. bylo moc w [dBm] = 10 log10 (P[W] / [mW]) czterokanałowy WDM: matryca laserów; światłowód o przesuniętej niezerowej dyspersji; Jeśli linia jest długa to a) jeden wzm. optyczny (tylko wzmacnie, nie poprawia rozmycie impulsu i kształtu) b) cztery wzm. elektroniczne (więcej szt., ale wzmacnia, poprawia kształt impulsów)