- •Ф.В. Харитонов оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства
- •210401.65 «Физика и техника оптической связи»
- •Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства: методические указания к выполнению курсового проекта / ф.В. Харитонов. - Екатеринбург: УрТиси фгобу впо «СибГути», 2011. – 14 с.
- •Содержание
- •1 Цель и задачи курсового проекта
- •2 Содержание курсового проекта
- •3 Оформление результатов выполнения курсового проекта
- •4 Указания к выполнению работы
- •5 Перечень схем, представляемых в пояснительной записке
- •6 Выбор варианта задания
- •Литература:
3 Оформление результатов выполнения курсового проекта
Результаты выполнения курсового проекта представляются в виде пояснительной записки и одного листа формата А3 графической работы, на котором приводятся электрические принципиальные схемы оптического излучателя с модулятором и фотоприемником устройства.
В пояснительной записке студент должен в ясной форме изложить содержание выполненной работы, обосновать принятые решения, привести результаты расчетов, снабдив их необходимыми пояснениями. Текст пояснительной записки должен быть написан на русском языке с соблюдением правил орфографии и пунктуации. Используемые при расчетах соотношения должны иметь ссылки на литературный источник с указанием номера, под которым этот источник приведен в списке литературы.
Пояснительная записка должна содержать:
Титульный лист;
Задание на проект;
Содержание;
Введение;
Основную часть;
Заключение;
Библиографический список;
Приложение/графическая работа.
Общий объем пояснительной записки 10 – 15 страниц машинописного текста.
Названия структурных частей/содержание, введение/…/ пишутся в начале нового листа без нумерации.
Основная часть может быть разделена на части/ 1. Расчет потерь в световоде, 2. Определение потребляемой оптическим излучателем мощности от источника питания и прочее/.
Формулы в тексте нумеруют. Первое число в номере формулы должно совпадать с номером раздела, следующее число является порядковым номером формулы внутри раздела. При выполнении расчетов по формулам сначала приводится её запись в алгебраической форме, затем подставляются численные значения и записывается результат вычисления с указанием размерности полученной величины.
Структурная часть записки «Заключение» должна содержать основные результаты расчетов, иметь рекомендации, позволяющие увеличить длину регенерационного участка.
4 Указания к выполнению работы
Длина регенерационного участка ОВЛ – lр между оптическим передатчиком и оптическим приемником зависит от двух факторов – затухания в световоде и полосы частот, которая должна быть на входе приемника ∆fпр.
Структурная схема участка ОВЛ длиной lр показана на рисунке 1.
Рпзл Рпр
И КМ-N 2 1 3 4 5 6
∆fпр ИКМ-N
7 8
Оптический передатчик Оптический приемник
Рисунок 1
В состав оптического передатчика входят следующие устройства:
(1) - оптический генератор/ светодиод или полупроводниковый лазер;
(2) - модулятор, управляющий величиной тока через 1;
(3) - согласующе-оптическое устройство, направляющее излучение в апертуру световода;
(7) - источники питания.
В состав оптического приемника входят:
(4) - согласующее оптическое устройство, направляющее излучение из световода на входное устройство приемника;
(5) - фотоприемник фотодиод, фототранзистор, фотосопротивлениея;
(6) - усилитель импульсов;
(7) - источники питания.
При расчете собственных потерь в световоде следует учитывать [2,4], что они состоят из потерь на поглощение излучения диэлектриком – αn и потерь на рассеивание – αn на мельчайших частицах материала световода. Кроме того из-за деформации световода в оптическом кабеле имеют место кабельные потери – αк.
В результате общие потери α0 составляют α0=αn+αр+αк.
Потери αn для отрезка кабеля длиной 1км определяются формулой (1)
Дб/км, (1)
где
λ – длина волны оптического излучения;
n1 – коэффициент преломления в сердечнике;
tgδ=(1÷15)·10-10 для кварцевого стекла.
Потрери на рассеивание αр – определяет соотношение (2)
(2)
где
λ – длина волны в мкм
К=(1÷15) мкм4х (Дб/км)
Кабельные потери αк могут составлять (0,5÷1) Дб/км [3]
Кроме того следует учитывать, что отрезок lр состоит из нескольких строительных участков оптического кабеля длиной 1 км. При соединении двух строительных участков появляются потери
Таким образом общие потери α∑ 1 км оптического кабеля равны α∑=αn+αр+αк+αс
Длина регенерационного участка с учетом α∑ и a определяется (3)
, (3)
где а=(40÷60) Дб – энергетический потенциал
Полоса пропускания ∆f, пропускается оптическим кабелем, длиной 1 км, зависит от дисперсии τ, характерной для конкретного световода (ступенчатого, градиентного, одномодового) [2,4]
Величина ∆f определяется формулой:
, (4)
где τ=(1÷20) нс/км. 1нс=10-9с
∆fпр= МГц·км
Полоса частот на выходе ОВЛ длиной lf равна ∆fпр=
, (5)
где ∆fпр – полоса частот на входе фотоприемника
При цифровой передаче на один канал отводится около 60 кГц. Поэтому для сигналов ИКМ-N (N – число каналов)
∆fпр=60·103·N Гц
Для ИКМ-120 ∆fпр=7,2 МГц
Для ИКМ-480 ∆fпр=28,8 МГц
На регенерационном участке ОВЛ длиной lр должны выполняться условия, определяемые lα и lf. Поэтому длина lр принимается равной меньшему значению.
Если lα< lf, то lр= lα,
Если lf < lα, то lр= lf.
Используя выражение для энергетического потенциала
α(Дб)=10lg· ,
по заданным и α можно определить - излучаемую оптическим генератором мощность.
Мощность Р0, подаваемая на оптический генератор равна:
Р0= , (4)
где y – коэффициент полезного действия оптического генератора.
С другой стороны Р0=Е0·I0
Е0 – напряжение, приложенное к оптическому генератору;
I0= - ток, задаваемый модулятором через оптический генератор.
Модулятор, управляющий током через оптический генератор VD, может быть выполнен по схеме, изображенной на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема модулятора на VT и оптического генератора VD
Делитель R1, R2 определяет смещение на базе VT, при котором ток через VT отсутствует и VD не излучает оптические колебания.
При подаче Uвх(f) в виде последовательности положительных импульсов VT открывается на времени τн и через него и VD проходит ток I0, определенный выше.
Работу модулятора можно пояснить с помощью входных iб(еб) и выходных iк(ек) характеристик VT (рисунок 3а, 3б)
Рисунок 3 - Входная и выходные характеристики транзистора.
Выбор транзистора VT проводится с учетом, необходимого тока I0 и учета требуемой полосы ∆fпр.
Необходимо по справочнику [5] выбрать высокочастотный транзистор с предельной частотой fт ≥(5÷10)∆fпр и способный пропускать ток Iк=I0 при ekmin. (см. рис. 3б).
Напряжение питания Eп, подаваемое на модулятор - Eп=Е0+ ekmin.
Вид статических характеристик ik(ek), iб(eб) нужно привести в пояснительной записке.