Мультиплексорное и усилительное оборудование многоволновых оптических систем связи.-5

Выравнивание мощности на выходе 1480

Рисунок 13 - Зависимость Ps(L), K(Ls), Ps(Ls)

Заключение

Данная работа позволила провести изучение принципов действия и компьютерное исследование основных характеристик и параметров многоволновых эрбиевых волоконно-оптических усилителей для обратной схемы накачки.

По полученным результатам можно судить о пригодности смоделированного в данной работе EDFA усилителя мощности. Для этого воспользуемся требованиями к параметрам оптических усилителей (РД 45.286-2002, приложение А).

Итак, в п.1 проводилось исследование зависимости оптимальной длины Lopt и максимального коэффициента усиления Kmax от мощности сигнала Ps. По полученным результатам, руководствуясь приложением А можно сделать вывод: мин. уровень входной мощности 0,017 мВт соответствует коэффициентам усиления: на длине волны 1480 – К=6,16Дб, 980 – К=8,51Дб, что не соответствует мин. требованиям коэффициента усиления К=14Дб.

Вп.2 проводилось исследование зависимости максимального коэффициента усиления Kmax от мощности накачки Pp. По полученным результатам, руководствуясь приложением А можно сделать вывод: мин. уровень входной мощности 0,017 мВт – соответствует требованиям РД 45.286-2002, но при различных мощностях накачки, допустимый уровень коэффициента усиления не наблюдается.

Вп.3 проводилось исследование зависимости Кмах от длины волны сиг-

нала s. По полученным результатам, руководствуясь приложением А можно

31

сделать вывод: мин. уровень входной мощности 0,017 мВт – соответствует требованиям РД 45.286-2002, но при различных длинах волн сигнала, допустимый уровень коэффициента усиления не наблюдается.

Вп.4 проводилось Исследование зависимости максимального коэффициента усиления Kmax от температуры. По полученным результатам, руководствуясь приложением А можно сделать вывод: мин. уровень входной мощности 0,017 мВт – соответствует требованиям РД 45.286-2002, но при различных температурах, допустимый уровень коэффициента усиления не наблюдается.

Вп.5 проводилось исследование зависимости максимального коэффициента усиления Kmax первого канала от количества каналов при равных входных мощностях каждого канала. По полученным результатам, руководствуясь приложением А можно сделать вывод: мин. уровень входной мощности 0,017 мВт – соответствует требованиям РД 45.286-2002, но при увеличении количества каналов равной входной мощности, допустимый уровень коэффициента усиления не наблюдается.

Вп.6 проводилось исследование зависимости максимального коэффициента усиления Kmax первого канала (для многоканального усилителя) от меж-

канального интервала по длине волны . По полученным результатам, руководствуясь приложением А можно сделать вывод: мин. уровень входной мощности 0,017 мВт – соответствует требованиям РД 45.286-2002, но при различных значениях межканального интервала по длине волны , допустимый уровень коэффициента усиления не наблюдается.

В п.7 и п.8 проводилось исследование оптимальной длины волны для многоканального усилителя при равных мощностях входных сигналов и при неравных мощностях входных сигналов. Были установлены фильтры АЧХ на входе и на выходе усилителя в п.7. В п.8 были установлены фильтры для выравнивания выходной мощности. В п.7 требованиям РД 45.286-2002 соответствовал только уровень входной мощности, равный у всех каналов 0,01 Дбм. В п. 8 требованиям РД 45.286-2002 соответствовал уровень входной мощности только у некоторых каналов, т.к. по условиям проведения исследования уровни мощности разных каналов - различны.

32

4 ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАНИЯ

Индивидуальные расчетные задания (контрольная работа) выполняются студентами заочной формы обучения в 10 семестре по теме «Компьютерное моделирование оптических мультиплексоров на интерференционных и ФабриПеро фильтрах». Задания выполняются за счет временного ресурса, отводимого на самостоятельную работу. Перечень вопросов и методические материалы по выполнению расчетных заданий изложены в [3].

4.1. Варианты заданий

Исходные данные для выполнения расчетной работы «Моделирование оптического мультиплексора» находятся из таблицы 4.1 по номеру варианту задания, выданного преподавателем..

Таблица 4.1 – Исходные данные для выполнения расчетной работы

Параметры			Вариант
	1	2	3	4	5
Диапазон длин	1528,77 –	1528,77 –	1546,12	1539,77	1535,82
волн*, нм	1532,68	1536,61	–1554,13	–1549,32	–1538,98
fk, ГГц	200	200	400	200	100
P0 (Дб)**	20	22	25	26	22
Тип [И.Ф]***	В.Р.	Р.Ф.П.	И.М-Ц.	В.Р.	Р.Ф.П.
n1 [И.Ф]****	1.458	1.56	1.55	1.458	1.51

	Параметры					Вариант
				6	7	8	9	10
	Диапазон длин			1549,32–	1533,47–	1546,12–	1535,04–	1530,33–
	волн*, нм		1553,33		1542,94	1554,13	1557,36	1536,61
	fk, ГГц		100		200	400	500	200
	P0 (Дб)**		21		19	25	18	24
	Тип [И.Ф]***			И.М-Ц.	В.Р.	Р.Ф.П.	И.М-Ц.	В.Р.
	n1 [И.Ф]****		1.5		1.458	1.59	1.52	1.458

Параметры			Вариант
	11	12	13	14	15
Диапазон длин	1550,92–	1550,92–	1533,47–	1533,47–	1541,35–
волн*, нм	1554,13	1560,61	1557,36	1557,36	1550,92
fk, ГГц	100	200	600	1000	200
P0 (Дб)**	23	20	18	19	24
Тип [И.Ф]***	Р.Ф.П.	И.М-Ц.	В.Р.	Р.Ф.П.	И.М-Ц.
n1 [И.Ф]****	1.557	1.533	1.458	1.55	1.565

*– центральные максимумы первого и последнего канала

33

**– уровень переходных помех, который должен обеспечивать демультиплексор

***– тип демультиплексора, построенного на интерференционных фильтрах: И.М-Ц – Интерферометр Маха-Цендера, Р.Ф-П. – резонатор Фабри-Перро, В.Р. – волоконная решётка

****– значение показателя преломления n1 для демультиплексора построенного на интерференционных фильтрах

4.2. Пример выполнения расчетного задания

1 Демультиплексор на основе интерференционных фильтров

1.1. Начальные данные

Параметры	Вариант №12
Диапазон длин волн	1550,92–1560,61
fk, ГГц	200
P0 (Дб)	20
Тип [И.Ф]	И.М-Ц.
n1 [И.Ф]	1.533

Число каналов вычислим исходя из частотного плана ITU-T. Для диапазона длин оптических волн с 1550,92 нм до 1560,61 нм с частотным интервалом 200 Ггц, число каналов n=7.

Таблица 1.1 – Вариант №12

Частота, ТГц	Длинна волны, нм
193,3	1550,92
193,1	1552,52
192,9	1554,13
192,7	1555,75
192,5	1557,36
192,3	1558,98
192,1	1560,61

1.2. Расчёт основных параметров

Рассчитаем период структуры для всех тонкоплёночных фильтров, входящих в демультиплексор, и толщину фильтров для Δn = 1·10-4, 3·10-4 , 7·10-4 и 10-3. Толщину всех фильтров будем считать постоянной. Расчет проведен в среде МаthCad.

34

						9													12											4
	1550.9210								9							193.310							12														n1 1.533					0
																													10			4
																		193.310													10							n1 1.533						0
		1550.9210
	1552					9										193			12				12								4
			.5210						9								.110											3
		1552.5210																193.110												10		4
						9													12						n						3 10						i 0 6				j 0 3
																															4							i 0 6				j 0 3
	1554.1310								9							192.910							12			n
																												7 10
																		192.910
		1554.1310																														4
						9							f						12												7 10
																							12							3
	1555.7510								9							192.710																3
															f			192.710											10
																															10
		1555.7510
						9													12																		1.5331									0.0001
	1557.3610															192.510
		1557.3610 9																192.510 12																				1.5331									0.0001
						9													12				12		n2	n1 n j							n2				1.5333					n				0.0003
	1558.9810							9								192.310																						1.5333									0.0003
		1558.9810																192.310								j	n2		j	n1		n j			n2		1.5337						n			0.0007
						9														12
																																						1.5337									0.0007
	1560.6110							9								192.110							12
																																					1.534									0.001
	1560.6110																	192.110																				1.534									0.001
																															0	0			1		1			2		2				3	3
																											0				0.505828				0.505795					0.505729						0.50568
										i																				0		0.505828				0.505795					0.505729						0.50568
													i														1				0.50635				0.506317					0.506251						0.506201
i j																														1		0.50635				0.506317					0.506251					0.506201
																											2				0.506875				0.506842					0.506776						0.506726
i j
			2									2					6													2		0.506875				0.506842					0.506776					0.506726
	2				n1				n2				cos		10				6							3					0.507404				0.50737					0.507304						0.507255
					2		2			j n2				2																3		0.507404					0.50737				0.507304					0.507255
						n1									cos 10
													j														4				0.507929				0.507896					0.507829						0.50778
																														4		0.507929				0.507896					0.507829						0.50778
																											5				0.508457				0.508424					0.508358						0.508308
																														5		0.508457				0.508424					0.508358					0.508308
																											6				0.508989				0.508955					0.508889						0.508839
																														6		0.508989				0.508955					0.508889					0.508839

												i					2					0
							i								n2					2	2 1
	atanh			0.999			cos													n12
									icos i							j n2					n1
L						0.999																2
			atanh															j			L
i j L												2			2					3
i j				2	2				n2				n1			10					3	L3
														2			2
											j n2				n1				10			4
													j
																						5
																						6

	0		1	2	3
	0		1	2	3
	32.156579		10.71886	4.593797	3.215658
0	32.156579		10.71886	4.593797	3.215658
	32.189754		10.729918	4.598536	3.218976
1	32.189754		10.729918	4.598536	3.218976
	32.223135		10.741045	4.603305	3.222314
2	32.223135		10.741045	4.603305	3.222314
	32.256724		10.752241	4.608104	3.225673
3	32.256724		10.752241	4.608104	3.225673
	32.290105		10.763369	4.612872	3.229011
4	32.290105		10.763369	4.612872	3.229011
	32.323694		10.774565	4.617671	3.23237
5	32.323694		10.774565	4.617671	3.23237
	32.357491		10.78583	4.622499	3.235749
6	32.357491		10.78583	4.622499	3.235749

Результаты расчёта для всех Δn занесём в таблицы 1.2, 1.3, 1.4 и 1.5.

Таблица 1.2 – Результаты расчёта демультиплексора на тонкоплёночных фильтрах для Δn = 1·10-4

	Параметр/			1			2			3				4				5			6			7
	№ фильтра
	λi, нм		1550,92			1552,52				1554,13			1555,75				1557,36			1558,98			1560,61
	i, мкм		0,505828			0,50635				0,506875				0,507404			0,507929			0,508457			0,508989
Lint n 2 ,мм														32,256724
	Таблица 1.3 – Результаты расчёта демультиплексора на тонкоплёночных
	фильтрах для Δn = 3·10-4
	Параметр/			1			2				3				4			5			6			7
	№ фильтра
	λi, нм		1550,92			1552,52				1554,13				1555,75			1557,36			1558,98			1560,61
	i, мкм		0,505795			0,506317				0,506842				0,50737			0,507896			0,508424			0,508955
Lint n 2 ,мм														10,752241

Таблица 1.4 – Результаты расчёта демультиплексора на тонкоплёночных

35

фильтрах для Δn = 7·10-4

	Параметр/			1			2			3			4			5			6			7
	№ фильтра
	λi, нм		1550,92			1552,52			1554,13			1555,75			1557,36			1558,98			1560,61
	i, мкм		0,505729			0,506251			0,506776			0,507304			0,507829			0,508358			0,508889
Lint n 2 ,мм												4,608104

Таблица 1.5 – Результаты расчёта демультиплексора на тонкоплёночных фильтрах для Δn = 10-3

	Параметр/			1			2			3			4			5			6			7
	№ фильтра
	λi, нм		1550,92			1552,52			1554,13			1555,75			1557,36			1558,98			1560,61
	i, мкм		0,50568			0,506201			0,506726			0,507255			0,50778			0,508308			0,508839
Lint n 2 ,мм												3,225673

1.3. Компьютерное моделирование

1.3.1 Исследование зависимости максимальных переходных помех

(Pmax) от n.

Определим переходные помехи демультиплексора при различных значениях n, вычисленных в расчётном задании. Результаты занесём в таблицу

1.6.

Таблица 1.6 – Зависимость максимальных переходных помех от n.

Параметр / n	10-4	3∙10-4	7∙10-4	10-3
Δλ, нм	0,074	0,246	0,533	0,745
Pmax, дБ	-28,9	-24,81	-19,97	-17,54

Полученные графики аппаратных функции демультиплексоров и рассчитанные графики переходных помех, при различных значениях n, приведены на рисунке 1.1 а, б, в, г. Далее, пользуясь данными таблицы 1.6, построим зависимость Pmax(Δn), она представлена на рисунке 1.2.

36

а)

б)

в)

г)

Рисунок 1.1 – Графики аппаратных функции демультиплексоров (слева) и рассчитанные графики переходных помех (справа), при n = 10-4 (кривая а), n =

37

3·10-4 (кривая б), n = 7·10-4 (кривая в), n = 10-3 (кривая г).
15			6.102 10 48.1 10 4
					19
20
P max					21
P max
25
30	2 10 4	4 10 4	6 10 4	8 10 4
0					0.001
			n
Рисунок 1.2 – График зависимости Pmax(Δn).

По рисунку 1.1 и таблице 1.6 видно, что с увеличением величины n увеличивается полоса пропускания фильтров, тем самым в полосу пропускания попадают боковые лепестки сигнала соседних каналов, что в свою очередь приводит к увеличению переходных помех, что очень хорошо продемонстрировано на рисунке 1.2.

1.3.2. Нахождение оптимальной разницы показателей преломления

Найдём оптимальную разницу показателей преломления, при которой максимальный уровень переходных помех будет равен P0 1дБ. Для этого на основе аппроксимации зависимости Pmax(Δn) найдём такой n, который удовлетворял бы уравнению Pmax(Δn)=P0 1дБ. По рисунку 1.2 видно, что оптимальный диапазон находиться в диапазоне от 6,102·10-4 до 8,1·10-4, а оптимальное значение будет: Δnopt = 7·10-4.

1.3.3 Расчёт конструкционных параметров фильтров при Δnopt

Рассчитаем конструкционные параметры фильтров при nopt, а затем на основе полученных параметров смоделируем аппаратную функцию демультиплексора (рисунок 1.4 слева) и рассчитаем переходные помехи (рисунок 1.4

справа). Полученные результаты занесём в таблицу 1.7.
Таблица 1.7 – Результаты расчёта и моделирования при									nopt
Параметр/
№ филь-	1	2	3		4		5		6	7
тра
λi, нм	1550,92	1552,52	1554,13	1555,75		1557,36		1558,98		1560,61
nopt				7·10-4
, мкм	0,505729	0,506251	0,506776		0,507304		0,507829		0,508358	0,508889

38

Lint n 2 , мм				4,608104
Δλ (нм)				0,533
Pi, дБ	-19,67	-19,26	-19,14	-19,3	-22,02

1.3.4. Исследование переходных помех демультиплексора с оптимальными параметрами

Для демультиплексора с оптимальными параметрами, пронаблюдаем влияние всех соседних каналов на каждый канал в отдельности. Полученные зависимости переходных помех представлены на рисунке 1.4.

Влияние 1 канала

Влияние 2 канала

Влияние 3 канала

Влияние 4 канала

Влияние 5 канала

Влияние 7 канала Рисунок 1.3 – Зависимость переходных помех от номера канала.

Анализируя зависимости, представленные на рисунке 1.3, видим, что переходная помеха исследуемого канала на соседний тем меньше, чем дальше

39

расположен этот соседний канал. Другими словами, чем дальше канал отстоит от соседнего, тем меньше он вносит помех. Физическая суть этого заключается в следующем: амплитуда боковых лепестков сигнала, передаваемого в исследуемом канале уменьшается с удалением от центральной частоты канала, и тем самым их влияние, в виде переходной помехи, уменьшается, что хорошо заметно на графиках, представленных на рисунке 1.3.

Результирующий график аппаратной функции демультиплексоров (слева) и рассчитанный график переходных помех (справа), при Δnopt = 7*10-4. представлен на. Рис.1.4.

Рисунок 1.4 – График аппаратной функции демультиплексоров (слева) и рассчитанный график переходных помех (справа), при Δnopt = 7*10-4.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

Ниже приведен перечень тем и вопросов контрольных работ, проводимых для студентов дневной формы обучения.. При подготовке к контрольным работам следует использовать методические материалы, указанные при описании разделов лекционного курса в п.2.1.

Контрольная работа №1

ТЕМА: Методы и стандарты уплотнения информационных потоков Методы уплотнения информационных потоков

1.Метод временного уплотнения (TDM).

2.Метод частотного уплотнении (FDM).

3.Модовое уплотнение (MDM). Уплотнение по поляризации (PDM).

4.Многоволновое уплотнение оптических несущих (WDM).

5.Оптическое временное уплотнение (OTDM).

6.Методы уплотнения каналов по полярности

Общая структура и параметры оптических систем волнового уплотнения

7. Общие принципы построения, описание и структура цифровых WDM си-

40