Optotelekomunikacja - Egzamin - Vera + Odpowiedzi

Egzamin z optotelekomunikacji (Zbigniew Szymański) rok ??

1. Tłumienie włókna użytecznego w telekomunikacji powinno być przy długości fali 1,60um, licząc w dB/km mniejsze od: 4 3 1 0,5 0,32 0,22 0,15 0,1

2. Apertura numeryczna określa: maxymalny kąt stozka akceptacji światłowodu i dla światłowodu skokowego typowego wynosi: 0,3-0,4 Można ją obliczyć ze wzoru: NA=

2

n1 − n2

2

= sin teta

3. Promienie helikalne to promienie: - inaczej zwane śrubowymi; - w światłowodzie gradientowym są liniami łamanymi; - dają na przekroju świecenie centrum rdzenia; - dają świecenie pierścienia wokół ciemnego centrum.

4. Konwersja modów: - jest skutkiem różnych dróg pokonywanych przez różne mody; - zwęża charakterystykę częstotliwościową toru światłowodów; - poszerza tą charakterystykę; - nie zmienia jej lecz powoduje, że więcej energii niosą mody niższych rzędów.

5. Dyspersja materiałowa: - zależy wyłącznie od własności kwarcu; - może być regulowana gradientem zmian współczynnika załamania na granicy rdzenia i płaszcza; - można ją zmienić profilując n na granicy rdzenie i płaszcza; - współczynnik tej dyspersji można zmniejszyć stosując źródła o węższych charakterystykach spektralnych

6. Określ własności mechaniczne włókna światłowodowego. Co to jest rozkład Weibulla? kiepski na rościąganie, zginanie itp. Rozkład W. -> rozkład prawdopodobieństa użycia odpowiedniej siły aby je zerwać. (Dla 125µm 4,24N)

7. Zakreśl standardy włókien: (wymiary w mikrometrach) typowe, jeden raz spotykane, dwa razy grubordzeniowe: 50/125

62,5/125

gradientowe: 11/125

50/125

jednomodowe: 7/125

9/125 10/125

85/125

62,5/125

85/140

80/140

11/125

100/140

200/380

300/400

200/300

50/125

8. Typowa różnica między współczynnikiem n1 w rdzeniu i n2 w płaszczu wynosi: n1 – n2 = 0,01 n2 – n1 = 0,01 n1 - n2 = 0,12 n1 - n2 = 0,2

400/1000

uzasadnij, dlaczego ta wartość nie może być ani: - za mała: trudność z podaniem światła (mniejszy kąt akceptacji) - za duża: wzrost tłumienia, wchodzą kolejne mody

9. Wykaż, że sprawność sprzężenia włókna ze źródłem jest proporcjonalna do kwadratu apertury numerycznej światłowodu: jakie wnioski? Pd=ADπJ(Ө) Pt=AtT πJ(Ө)NA2 η=Pt/Pd=(At/Ad)*T(NA)^2 η~NA^2 Ad, At – pow. Diody, włókna T – wszystkie straty na sprzężeniu I(Ө)=I0cos Ө - praktyczny wniosek jest taki ze im wieksza apertura numeryczna włokna tym latwiej wprowadzic promien do światłowodu, tym łatwiejsze jest sprzężenie źródła ze światłowodem

10. Co to jest tryb spawania RTC: 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.

11. Włókno o średnicy 125um ze szkła kwarcowego bez pokrycia, wolno rozciągać z siłą (z prawdopodobieństwem zerwania 0,01): 345N/(mm)^2 40G

100G

400G

800G

1,5kG

2kG

12. Złącza spawane powinny mieć tłumienie poniżej: (przypadki) n – ilość sawów 1) n<10 0,12 dB 2) n>10 0,08 dB 0,3 dB przy 3 spawach na co najwyżej 15km

13. Złącza rozłączalne mają tłumienie w dB rzędu: 0,05

0,10

0,20

0,40

0,80

1,0

14. Dana jest apertura numeryczna równa 0,12 i długość fali równa 1570 nm. Wyliczyć zakres średnic spełniający warunek jednomodowości: V=2π*a*NA / λ ≤ 2,405 , d=2a D≤2,405*λ / (πNA)=10um, d (0,10um) Dla ambitnych: jak podać powyższy warunek dla propagacji dwumodowej: 2,405≤2π*a*NA / λ≤ drugie zero funkcji Bessela y0*(u)

15. 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. Oznacz charakterystyczne wartości λ. Przesunięta:

Płaska:

16. Narysuj charakterystykę P(I) diody laserowej. Zaproponuj punkt pracy. Uzasadnij wybór. Pkt pracy najlepiej wybrać na środku liniowego fragmentu wykresu. Wykres wygląda jak sinus, tylko nie opada w dół, i przez pewien czas idzie liniowo do góry

17. Podaj schemat zastępczy typowej LED dla modulacji impulsowej. Jak zgodnie z tym schematem można opisać charakterystykę częstotliwościową tej diody? Narysuj ją.

18. Narysuj widma promieniowania typowej diody laserowej F-P: - przy prądzie 3mA

- przy prądzie 50mA

Ile wynosi odległość między prążkami? Δλ=(λ^2)/2nL, L - szerokość wnęki rezonansowej; n-wsp. załamania ośrodka we wnęce Od czego zależy szerokość prążka? Modulacja, materiał, prąd (odwrotność), wsp odbicia (odwrotnie)

19. Zdefiniuj czułość prądową diody PIN: Ri=Ifot/Popt Typowo wynosi ona: 0,01

0,1

0,2

0,6

1,8

5

50

czego? [A/W]

20. Wewnętrzna sprawność kwantowa diody wyraża się wzorem:

ηi =

1 τ 1+ v τ mv

i typowo wynosi: 0,1%

0,5%

1%

10%

30%

50%

90%

100%

21. Współczynnik powielania typowej diody lawinowej wynosi: 0,95

5

10

100

1000

10000

Zysk na czułości odbiornika z APD jest rzędu: 5

10

20

30

40

50 dB

Uzasadnij dlaczego: duże natężenie pola elektrycznego, przyśpiesza elektrony i powoduje efekt lawinowy 10log(X/Y)=10log(1000Y/Y)=30[dB] X-moc diody lawinowej, Y - moc diody PIN 22. Jakie są źródła szumu termicznego i śrutowego. Który z nich dominuje? Szum termiczny wynika z drgan elektronow pobudzonych temperatura, a srutowy z ziarnistego charakteru struktury ladunku elektrycznego. Dominuje termiczny dla diody PIN, srutowy dla APD. 23. Podaj zalety systemu koherentnego z uzasadnieniem z czego wynikają: - poprawa równoważnej czułości odbiornika - możliwość uzyskania dużej selektywności częstotliwości - zwiększenie gęstości kanałowej - złagodzenie ograniczeń szerokości pasma w światłowodach 4. Większa czułość

24. Dlaczego pasmo elektryczne i optyczne systemu światłowodowego nie jest takie samo?

Detekcja światła jest procesem nieliniowym jedno zalezy od mocy optycznej liniowo zaleznej od pradu, drugie od mocy elektrycznej zalezacej od kwadratu). Przy rozkladzie gaussa Bel = 0,707 Bopt. A co z odp. na pytanie: czy zawsze o tyle samo? nie, bo tutaj mamy zalozenie rozkladu gaussa ladunkow elektrycznych? 25. Oszacuj możliwie najprościej zasięgi trzech systemów z transmisją A, B i C o następujących parametrach: (na oddzielnej kartce) Nadajnik: - moc wprow. - długość fali Odbiornik: - czułość - rodzaj diody Włókno Sygnał

A

B

C

1mW 1,3um

-10dBm 1,55um

-18dBm 1,3um

-32dBm GaAs SM

-38dBm Ge GI

-45dBm Si SM

10kb/s

1Gb/s

100kHz

∆τ / L = 1ns / km

26. Definicja jednostki dBm: jest to ilość dB poniżej mocy 1mW dla przykładu -40dBm = 100nW 28. Dyspersja chromatyczna:

Składają się na nią dwa zjawiska: dyspersja materiałowa i falowa. 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. Dyspersja falowa Dyspersja falowa częściowo powodowana jest wędrowaniem wiązki przez płaszcz światłowodu. Szybkość rozchodzenia się zależy od właściwości materiałowych płaszcza. 27. Dyspersja falowodowa – zależność efektywnego wsp. załamania oddziałującego z danym modem. Spowodowana jest zmianami podziału mocy tego modu między rdzeń i płaszcz. Dysp falowodowa i dysp materiałowa dają razem dyspersję chromatyczną. Na dyspersji fal. Można wpływać profilując światłowód. Dzięki temu możemy uzyskać światłowód z płaską albo przesuniętą dyspersją (czasem się to przydaje)

27.Schemat diody APD 28. Schemat diody LED