Pitanja za usmeni ispit iz Optičkih komunikacija-2012

1. Konfiguracija fiber optičke komunikacione mreže

Svaka fiber optička komunikacona mreža, bez obzira na namjenu se sastoji od tri dijela:

optički predajnik, koji pretvara električni signal u svjetlosni zrak

optičko vlakno, kao prenosni medijum

optički prijemnik, koji pretvara svetlosni zrak u električni signal

Blok šema optičke komunacione mreže je predstavljena na sl. 1.

2. Definisati Snellov zakon [1A] [2C] [3D]

3. Slabljenje u optičkim kablovima [1E] [1F]Optička snaga transmisijom u optičkom vlaknu slabi eksponencijalno: P(x)=P0exp(-ax), gdje je a koeficijent slabljenja i izražava se u dB/km i pokazuje gubitke u dB po jednom kilometru. Uzrok zbog kojeg se javlja slabljenje je postojanje nečistoća u vlaknu, molekularne apsorpcije, nepravilnosti spoja jezgra i omotača, a takođe zavisi i od broja refleksija koje pretrpi zrak na svom putu. Kada foton udari o nečistoću on će se raspršiti ili apsorbovati. (+ SLIKA 1934)

4. Način prostiranja svjetlosti unutar optičkog vlakna [2F]

5. Fotodioda [1F]

Fotodioda je poluvodički element strukture slične ispravljačkoj diodi. Kućište ima prozorčić kroz koji se može osvjetliti PN-spoj. Za izradu fotodioda upotrebljavaju se germanij i selen, a najčešće silicij. Karakteristike fotodioda

fotoosjetljivost, odnos struje osvjetljene diode i osvjetljenost koja je tu struju prouzročila, izražava se u nA/lx

valna duljina najveće osjetljivosti, valna duljina za koje fotodioda ima najveću osjetljivost iznos tamne struje (+ slika 1932)

6. Fotodiodno kolo sa otpornikom (odgovor na slici 1932) [3F]

7. Fotootpornik (eng. photoresistor ili light dependent resistor - LDR) je otpornik, čiji se električni otpor smanjuje s povećanjem intenziteta ulazne svjetlosti.

Fotootpornik se izrađuje od poluvodiča sa velikim električnim otporom. Ako svjetlo padne na fotootpornik, sa dovoljno velikom frekvencijom (granična frekvencija), poluvodič ce upiti fotone svjetlosti i izbaciti elektrone, koji stvaraju električnu struju, u zatvorenom strujnom krugu. (+ slika 1931)

8. Strujno-naponska karakteristika fotootpornika (odgovor na slici 1931)

9. Fototranzistor [2A]

10. Energija fotona

Foton je elementarna čestica, kvant elektromagnetskog zračenja, koji se u vakumu giba brzinom svjetlosti c. Nema masu mirovanja, a sadrži energiju

, gdje je h Planckova konstanta, a ν frekvencija.

Energija fotona može se prikazati i u drugom obliku, koji je matematički korektan

, gdje je T perioda fotona,

a čini se da daje uvid u prirodu fotona i Planckove konstante: Planckova konstanta mogla bi biti energija fotona koji ima periodu od T = 1 s ("standardni foton"), a (pojedinačni) foton bi mogao biti (pojedinačni) elektromagnetski val, čija je perioda obrnutoproporcionalna energiji. ( ili koristiti odgovor na slici 1930)

11. Spektralna karakteristika oka

12. Invertujući operacioni pojačavač je pojačavač sa povratnom spregom kod koga se ulazni signal dovodi na invertujui ulaz. Ovo je osnovno pojačavačko kolo operacionog pojačavača. Kod njega je izvedena naponsko paralelna povratna sprega, Kako se u analognom računaru operacioni pojačavači vezuju kaskadno, izlazni otpor pojačavača je jednak nuli, te da bi se moglo ostvariti paralelno dovođenje vraćenog signala, mora se staviti otpor R , jer inače povratne sprege ne bi bilo.

13. Operacioni pojačavač- neinvertujući Tranzistorskom pojačavaču sa uzemljenim kolektorom, može se naičniti odgovarajuća konfiguracija sa operacionim pojačavačem. Na izlazu imamo pojačan napon, ali je ostao u fazi sa ulaznim naponom. Ulazni napon se dovodi na neinvertujući ulaz, a povratna sprega na invertujući. Ako bi se povratna sprega izvela na invertujući ulaz, ona bi bila pozitivna. Šema i konfiguracija neinvertujućeg operacionog pojačavača je dataa na slici Budući da je

diferencijalni napon na ulazu samog pojačavača jednak nuli, cio pad ulaznog napona biće na otporu R1, te je i kod ovog pojačavača

Pošto je struja kroz otpor R2 jednaka struji kroz otpor R1, to je izlazni napon:

te je pojačanje pojačavača:

14. Totalna refleksija [2B] [1D]

 

15. LED [2D]

Svjetleća – LED dioda je optoelektronički izvor koji pretvara elektrčinu energiju u svjetlosnu. Komercijalni naziv za takve svjetleće diode je LED (engl. light emitting diode). Svjetleća dioda je posebna vrsta poluprovodničke diode koja emitira fotone svjetlosti kada je propusno polarizirana. Osobina emisije svjetlosti LED diode naziva se injektirana elektroluminiscencija. Ona se događa kada se manjinski nosioci rekombiniraju s nosiocima suprotnog tipa u osiromašenom podruju. Jačina elektromagnetskog zračenja proporcionalna je jačini struje.

16. PIN fotodioda [3A] [1C]

p i n područja odvojena su vrlo slabo dopiranim područjem (i). U normalnom radu koristi se dovoljno veliki reverzni prednapon, tako da je područje (i) potpuno očišćeno od nosioca. Drugim riječima, koncentracije n i p nosioca u međupodručju su zanemarivo male u odnosu na koncentraciju nečistoća u tom području. Dolaskom fotona energije veće od Eg, foton će predati energiju i probuditi elektron iz valentnog u vodljivi pojas. Stvoreni parovi elektron-šupljina (tzv. fotonosioci) stvoreni su pretežno u području pražnjenja (i), gdje je većina upadnog svjetla apsorbirana. Veliko električno polje u (i) području (uslijed reverznog napona) uzrokuje razdvajanje nosioca. Uslijed toga teče struja u vanjskom krugu.

17. Izgled svjetlovoda

Svjetlovod se sastoji od jezgre i omotača. Jezgra ima veći indeks loma svjetlosti od omotača. Prilikom upada zrake na jezgru dolazi do prvog lomljenja zrake, a kad zraka stigne na granicu jezgra-omotač ona se reflektira zbog snellovog zakona, pri tome je kut upada jednak kutu odbijanja zbog zakona refleksije. Pri tome je važno da je kut upada na granicu dvaju sredstava veći od kritičnog. Na taj način svjetlost nastavlja putovati kroz svjetlovod. U slučaju idealnog svjetlovoda, zraka bi nastavila beskonačno dugo putovati kroz, međutim zbog nečistoća koje postoje u svjetlovodu dolazi do loma zrake i dio zrake se gubi u omotaču.

18. Električni modeli vodova ( u sveci – zadnje predavanje kod Ferida- RC I CR kolo)

19. Disperzija – proširenje signala

Disperzija je pojava širenja impulsa tokom puta kroz vlakno. Ovo širenje izaziva dvje negativne posledice:

1. Prošireni impuls je manji po intezitetu i teže ga je detektovati; ova pojava je ekvivalentna slabljenju i ograničava dužinu prenosa.

2. Dva susedna proširena impulsa počinju da se preklapaju, stapajući se u jedan; ova pojava smanjuje propusni opseg prenosa.

Jedan od razloga pojave disperzije je prenošenje ulaznog optičkog impulsa posredstvom više snopova-modova kroz višemodno vlakno. Različiti modovi prelaze različite putanj e u svom cik- cak kretanju kroz vlakno i stižu u različito vreme do fotodetektora na kraju putanje, dovodeći tako do prostornog i vremenskog širenja impulsa.

20. Međumodalna disperzija [3C]

Disperzija višestrukog puta Promatrajmo dvije zrake –jednu aksijalnu i drugu koja putuje pod maksimalnim kutom θm (crvena zraka; kut θm je određen kritičnim kutom θc.Impuls treba proći kroz svjetlovod duljine L. Potrebno je

različito vrijeme da te dvije zrake dođu do prijamnika.Vrijeme potrebno za prolaz duljine puta L.

a) aksijalna zraka

b) zraka pod pod uglom θm

21. Granična frekvencija PiN fotodiode

22. LASER-i [1B]

Laser (eng. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) naziv je za optičku napravu koja emitira koherentni snop fotona.

Za razliku od svjetlosti koju emitiraju uobičajeni izvori, kao što su žarulje, laserska je svjetlost redovito gotovo monokromatična, tj. samo jedne valne duljine (boje) i usmjerena je u uskom snopu. Snop je koherentan, što znači da su elektromagnetski valovi međusobno u istoj fazi i šire se u istom smjeru.

Laseri se dijele s obzirom na prirodu medija koji se koristi za proizvodnju laserske zrake: laseri s čvrstom jezgrom (eng. solid state laser), plinski laseri, poluvodički laseri, hemijski laseri, laseri s bojilima (eng. dye laser) i laseri sa slobodnim elektronima (free electron laser).