Optinio ryšio pagriSjndai

Taikomosios informatikos katedra

Optinio ryio pagrindai

Prof. dr. Rimantas Pltys

[email protected]

KTU, 2014


iandien paskaitoje

1. Optini kabeli parametrai

2. Optini signal sistuvai

3. Optini signal imtuvai

Optika-2014 2


Optini kabeli parametrai


Optika-2014 3


Optika-2014 4

Optins skaidulos signal parametrai

Impulsinio signalo lygio parametrai:

slopinimas

netiesiniai ikraipymai

triukm taka

Impulsinio signalo trukms parametrai:

dispersija

a) modin dispersija

b) chromatin dispersija

c) mod poliarizacijos dispersija


Optika-2014 5

Optini signal parametrai

Nuostoliai Impulso

sumajimas

Dispersija Impulso sumajimas ir

praplatjimas

Netiesikumai Nauj dani atsiradimas

Stiprinimas Impulso

padidjimas ir

triukmai

Prieastis Efektas

0 1 1> 0


Optika-2014 6

Priemaia

Burbulas

Mikroilenkimas

Isklaidymas

Signal slopinimo prieastys


Optika-2014 7

10

5,0

3,0

1,0

0,5

0,3

0,1

Ra

ud

on

a

a

lia

Vio

letin

0,4 0,7 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

6.1014 5.1014 4.1014 3.1014 2.1014

, m

f, Hz

, dB/km

Tipin signalo slopinimo priklausomyb nuo bangos ilgio

62

2

24

2

2

02)2(

)1(2

2

)cos1(

d

n

n

RII

4 KR kmdB


Optika-2014 8

ITU rekomendacijose normuojamos slopinimo koeficiento

reikms priklauso nuo bangos ilgio :

G.651 rekomendacijoje - 4 dB/km prie 850 nm, 2 dB/km prie 1300

nm;

G.652 - 1 dB/km prie 1300 nm, 0.5 dB/km prie 1550 nm;

G.653 - 1 dB/km prie 1300 nm, 0.5 dB/km prie 1550 nm;

G.655 - 0.35 dB/km prie 1550 nm.

Silpimo koeficient reikms


Optika-2014 9

Dani (bang ilgi) lentel (DWDM, CWDM)

184.500(1624.89nm)

FN=193,10Nx0,0125

195.9375 (1530.04 nm)

Centriniai daniai

(THz), f=12,5 GHz

184.500(1624.89nm)

FN=193,10Nx0,025

195.9250(1530.14 nm)

Centriniai daniai

(THz), f=25 GHz

184.500(1624.89nm) 184.500(1624.89nm)

FN=193,10Nx0,1 FN=193,10Nx0,05

195.900 (1530.33 nm) 195.900 (1530.33 nm)

Centriniai daniai

(THz), f=100 GHz

Centriniai daniai

(THz), f=50 GHz

1271 nm 1611 nm

18 kanal

DWDM

CWDM

Nmax=915 ???

nm

04 , 1530

min

nm

89 , 1624

max


Optika-2014 10

Bendras signal vaizdas (46 srautai)


Optika-2014 11

v

cn 0

F

n1

n2

a.

n2

n1

c.

c

F

n1

n2

b.

sinsin 21 nn

n2


Optika-2014 12

n2

n1

n

2

n 1

Skirtingi signalo sklidimo keliai (skirtingos modos)


Optika-2014 13

Skirtingi spinduli keliai daugiamodje skaiduloje

Modin dispersija


Optika-2014 14

Spinduli glaudinimas daugiamodje skaiduloje

Maja lio rodikliui spindulio kryptimi

n

c0


Optika-2014 15

5.0

0 ])(21[g

r arnn

1,47

1,497

125

10

50 m

1,485

1,500

125

50

70 m

140 m

100

110

Apvalkalas

Pirmin danga

erdis

Lio rodikli pasiskirstymo dsniai optinje gijoje


Optika-2014 16

Optinio signalo chromatin dispersija

Bmchr DDD

kmnm

ps

Dm mediagin dispersija (Material dispersion)

DB bangin dispersija (Waveguide dispersion)


Optika-2014 17

Optinio signalo chromatin dispersija

Stiklo lio rodiklio reikm

maja didjant bangos ilgiui.

Tai pagrindin chromatins

dispersijos prieastis


Optika-2014 18

Optinio signalo spektras

kmnm

ps

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37

-0,40

-0,30

-0,20

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37

-0,40

-0,30

-0,20

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37

-0,25

-0,20

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37

-1,00

-0,80

-0,60

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37

op

1

2

2>1

Kuo statesni impuls

frontai, tuo platesnis

signalo spektras


Optika-2014 19

Ideali optinio signalo forma

eat e-at

1-e-at 1-eat

t

op

Spektras siauriausias,

chromatin dispersija

maiausia


Optika-2014 20

Chromatins dispersijos priklausomybs

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Att

en

ua

tio

n (

dB

/km

)

1600 1700 1400 1300 1200 1500 1100

Wavelength (nm)

Dispersion-

unshifted

Fiber

Dispersion-

shifted Fiber

20

10

0

-10

-20

Dis

pers

ion

(p

s/n

m

km

)

EDFA

band

TrueWave

Fiber

Attenuation

(all Fiber types)

G652

G653


Optika-2014 21

Mod poliarizacijos dispersija

Pagrindin prieastis-optins skaidulos asimetrikumas


Optika-2014 22

Netiesikumo pasekms skaiduloje

w1 w2

w1 w2 2w1- w2 2w2- w1

Dl netiesikumo i dviej signal gaunami keturi

signalai


Optika-2014 23

Netiesikumo pasekms skaiduloje

0

Dispersion-Shifted Fiber (25 km)

D 0ps/nm-km

Wavelength (1 nm/division)

1546.55

1 nm 2 nm 1.5 nm

Optical Launch Power = 3 dBm/channel

10

dB

/div

isio

n

TrueWave Fiber (50 km)

D 5 ps/nm-km

Wavelength (1 nm/division)

1546.55

1 nm 2 nm 1.5 nm


Optika-2014 24

Pirmin danga (primary coating) - nereglamentuojamas

Antrin danga (secondary coating) - nereglamentuojamas

Modinio lauko diametras (mode field diameter) - 8.69.5 m

Modinio lauko koncentrikumo paklaida (mode field concentricity error) 1 m

Modinio lauko eliptikumas (mode field non-circularity) - nereglamentuojamas

Apvalkalo centras (cladding center) - 2

Apvalkalo diametras (cladding diameter) - 125 2 m

Apvalkalo eliptikumas - nereglamentuojamas

Atsparumas nutrkimui - P=0,350,69 GPa

Slopinimo koeficientas (1310 nm) max -1, 0 dB/km

Cromatin dispersija (1310 nm) -3,5 ps/nm/km

G.652 ITU rek. optinio kabelio techniniai duomenys


Optika-2014 25

Pirmin danga (primary coating) - nereglamentuojama

Antrin danga (secondary coating) - nereglamentuojama

Modinio lauko diametras (mode field diameter) 7,88,5 m 0,8 m

Modinio lauko koncentrikumo paklaida (mode field concentricity error) 0,8 m

Modinio lauko eliptikumas (mode field non-circularity) - nereglamentuojamas

Apvalkalo centras (cladding center) - 2


Apvalkalo eliptikumas - 2

Atsparumas nutrkimui - P=0,69 GPa

Slopinimo koeficientas (1550 nm) max-0,35 dB/km

Cromatin dispersija (1550 nm) -3,5 ps/nm/km

Techniniai reikalavimai optiniam G.653 ITU rek. kabeliui


Optika-2014 26

Pirmin danga (primary coating) - nereglamentuojama

Antrin danga (secondary coating) - nereglamentuojama

Modinio lauko diametras (mode field diameter) 811 m 0,7 m Modinio lauko koncentrikumo paklaida (mode field concentricity error) -0,8 m

Modinio lauko eliptikumas (mode field non-circularity) - nereglamentuojamas Apvalkalo centras (cladding center) - nereglamentuojamas


Apvalkalo eliptikumas - 2

Atsparumas nutrkimui - P=0,69 GPa

Slopinimo koeficientas (1550 nm) max -0,35 dB/km

Cromatin dispersija (1550 nm) -0,1 10 ps/nm/km Tipinis atstumas tarp bang ilgi

200 GHz (A tipui) 100 GHz arba maiau (B tipui)

Techniniai reikalavimai optiniam G.655 ITU rek. kabeliui


Optini signal sistuvai


Optika-2014 27


Optika-2014 28

++++

---

--

hv

n

-E

+E

I

p

-E

+E

I

R1 R2

n

p

n-sluoksnio metalinis

kontaktas

p-n

sandra

Aktyvi

zona

p-sluoksnio metalinis

kontaktas

Popt

LD

OD

I

Popt

OD

LD

Optini signal sistuv apibendrintos struktros


Optika-2014 29

Eil. Parametras Optinis Lazerinis

Nr. diodas diodas

1. Optinio signalo galingumas 1 mW 20-500 mW

2. vedimo optin gij efektyvumas


Optika-2014 30

n)

n2

R1R2

n2

n1

Lazerini diod (LD) konstrukcijos

Fabry Perot LD


Optika-2014 31

b

I

LD su ioriniu rezonatoriumi


Optika-2014 32

Sluoksnio

paskirtis

Laidumo

tipas

Sluoksnio

storis

Lio

rodiklis

Danga p+

1,0 m

Tarpinis viesolaidis p+ 1,0 m

Optin izoliacija p+ 1,0 md

Aktyvus sluoksnis p

0,2 m

Tarpinis viesolaidis n 1,0 m

Optin izoliacija n 2,0 m

Pagrindas n

GaAs

GaAs

GaAs

GaAlAs

GaAlAs

GaAlAs

GaAlAs

Paskirstyto grtamojo ryio LD


Optika-2014 33

5

5

5

Poliarizatorius 1 Poliarizatorius 2

Faradjaus

rotatorius

Optinio izoliatoriaus veikimo principas


Optika-2014 34

Spontanin

emisija

Priverstin

emisija

Moduliuojanti

srov Moduliu

oto

optin

io

signalo

galin

gum

as

Is

P

I

Lazerinio diodo moduliacin charakteristika


Optika-2014 35

Lazerinio diodo impulso akin diagrama

0,25/0,75 0,2/0,8 0,2/0,8 Y1/Y2

0,4/0,6 0,35/0,65 X2/X3

0,25/0,75 0,15/0,85 X1/X4

STM-16 STM-4 STM-1


Optika-2014 36

ITU Wavelengths for Dense Wavelength Division Multiplexing

Center

Wavelength Code

Center

Wavelength Code

Center

Wavelength Code

1532.68 56 1542.94 43 1553.33 30

1533.46 55 1543.73 42 1554.13 29

1534.25 54 1544.53 41 1554.94 28

1535.04 53 1545.32 40 1555.75 27

1535.82 52 1546.12 39 1556.55 26

1536.61 51 1546.92 38 1557.36 25

1537.40 50 1547.72 37 1558.17 24

1538.19 49 1548.51 36 1558.98 23

1538.98 48 1549.31 35 1559.79 22

1539.77 47 1550.12 34 1560.61 21

1540.56 46 1550.92 33 1561.42 20

1541.35 45 1551.72 32 1562.23 19

1542.14 44 1552.52 31 . .

Valdomo bangos ilgio lazeriniai diodai


Optika-2014 37

Polarization-Insensitive Isolator

The Model PII fiber optic isolator is a passive, non-reciprocal, high performance

component which suppresses optical feedback in laser-based fiber optic systems. The

device offers very low insertion loss, high isolation, and high return loss.

Optinis izoliatorius


Optika-2014 38

Specifications

Grade

A B

Standard Ultra Standard Ultra

Isolation (typ., dB) >38 >50 >38 >50

Isolation (min., dB) >28 >45 >28 >45

Bandwidth (nm) 60 60 60 60

Insertion loss (typ., dB) 0.5 0.5 0.7 0.7

Insertion loss (max., dB) 0.7 0.7 0.9 0.9

Wavelength (nm) 1310 or 1550

Operating temperature (C) -20 to 60 Storage temperature (C) -40 to 85 Maximum power (mW) 200

Fiber length, each end (m) 2

Optinio izoliatoriaus techniniai parametrai


Optini signal imtuvai


Optika-2014 39


Optika-2014 40

f

q

n

n

+

-

P P

PR

-U

n I(n - )

I R

E(x)

x

lEKS O

P hv

hv hv

Dreifo zona

Elektron

difuzijos

zona

-

-

+

+

Skylui

difuzijos

zona

n

d

5.3pn 31.015.315.3

22

0

0

nn

nnR

p

p

Jei storio silicio nitrito plvel 4

0.28.1 pn 11.0082.0 R

EKSl

qvi

p-i-n fotodiodo struktra


Optika-2014 41

+

-

+

+

-

-

P P

PR

-U

n I(n - )

I R

a.

E(x)

x

lEKS O

v n

v p hv

hv

hv

Dreifo zona

Elektron

difuzijos

zona

Skylui

difuzijos

zona

n

EKSn

v

lt

p

EKSp

v

lt

Impulso trukm:

PqI

Vidutinio dydio srov

Fotodiodo jautrumas

q

P

IS

24.1

S

p-i-n fotodiodo parametrai


Optika-2014 42

1

0,8

0,6

0,4

0,2

S, A/W

0,5 1,0 1,5

Ge

=1

, m

InGaAs

p-i-n fotodiodo jautrumas


Optika-2014 43

lEKS= 2000 nm; U=24 V; Ap-n=0.03 mm2;

Cf=1 pF; R= 50 ; =107 cm/s:

Dreifo laikas

psl

tRibinis EKS 2010

1025

6

GHzt

f 501020

1112max

RCf=50ps

Fotodiod spart ribins reikms


Optika-2014 44

Inektuotas

elektronaslEKS X

Inektuotas

elektronaslEKS X

-

+-

-

+-

-+-

-

+-

-

+-

-

+-

-

+-

-

+-

-

+

+

+

--

-

-

-

+-

-

+-

-

-+

+

0,b0 b0

EKSleM

EKSlM

1

1

bk

b

k

Gritinio vyksmo diagrama


Optika-2014 45

Fotoimtuvo struktrin schema

hv

K

E()B()E()A()

+U +U

Ui

2222222

sipfLTKVRt iiiiiii

K


Optika-2014 46

Optinio fotoimtuvo pavyzdys


Optika-2014 47

Optinio fotoimtuvo techniniai parametrai


Optika-2014 48

Optinio fotoimtuvo techniniai parametrai


Optika-2014 49

Optinio fotoimtuvo principin schema


Optika-2014 50

Optinio fotoimtuvo principin schema


Optika-2014 51

Optiniai prietaisai


Optika-2014 52

Optini signal multiplekseriai ir akotuvai


Optika-2014 53

Kontroliniai klausimai

1. K nusako stiklo lio rodiklis?

2. Kokie optines linijos privalumai prie kit tip linijas?

3. Kokios signalo silpimo optinje linijoje prieastys?

4. Kokio tipo optins skaidulos naudojamos ryio kabeliuose?

5. Dl koki prieasi atsiranda modin disapersija?

6. Dl koki prieasi atsiranda chromatin dispersija?

7. Kokio ilgio bangos naudojamos optinse linijose?

8. Kodl skiriasi optinio signalo slopinimai prie skirting bang ilgi?

9. Kuo skiriasi CWDM nuo DWDM?

10. Kokios nuostoli atsiradimo prieastys?

11. Kokie signal altiniai naudojami optinse ryio sistemose?

12. Kam reikalingi optiniai izoliatoriai?

13. Kuo skiriasi p-i-n foto diodai nuo lavinini foto diod?

14. Kas riboja informacijos perdavimo spart optinse sistemose?

15. Kaip imatuoti nuostolius vykio take?

16. Kaip imatuojamas signalo slopinimas tarp dviej sujungimo viet?

17. Kaip programa paskaiiuoja optinio signalo slopinim sujungimo vietoje?

18. Prietaiso nustatymai tokie kaip ir lab. darbo darymo metu. Kaip atrodytu audiograma,

jei matuojamas kabelis bt 170 km ilgio?


Klausimai?

Documents

Optinio ryšio pagriSjndai