referat 2012 radiatie optica

5/13/2018 referat 2012 radiatie optica - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/referat-2012-radiatie-optica 1/9

Ministerul Educaiei al Republicii Moldova

Colegiul Politehnic din Chiinu

Catedra ÄComunicaii´

Disciplina:

ÄComunicaii Prin Fibre Optice´

ReferatTema: Surse de radiaie optic

A efectuatSt. Gr. TC-21 Marcoci Valeri

A verificatProfesoara Popov Natalia

Chiinu2012



2

Cuprins

1. Noiuni generale««««««««««««««««««««« 3

2. Componena unui sistem de comunicaie prin f ibr optic«««.. 5

3. Surse de radiaie optic«««««««««««««««««... 6

4. Cerine fa de sursele de radiaie optic««««««««««.... 8

5. Modulul optoelectronic de emisie (MOE)««««««««««« 9



3

1. Noiuni generale

Fibra optic este un ghid de und pentru radiaia luminoas, realizat fie pe baza legii refraciei(Snell-Descartes), la fibrele de tip multimod, fie ca un ghid de unda propriu zis (la fel ca

ghidurile pentru unde electromagnetice), la fibrele de tip monomod. O fibr optic este alctuitdintr-un mediu dielectric transparent cu indice de refracie n1, numit miez, în care se propaglumina i un al doilea material dielectric transparent, numit cma, cu indice de refracie n2 n1 ,care înconjoar miezul.

La suprafaa de separaie dintre miez i cma se produce refracia razei luminoaseconform relaiei :

Pentru o valoare a unghiului de inciden c (unghi critic):

refracia nu mai are loc i unda este reflectat în totalitate.Transmisia luminii prin fibr poate fi considerat ca o reflexie repetat a razelor care au

unghiul de inciden:

Deoarece razele ce ptrund in miez sub diferite unghiuri vor parcurge drumuri diferite,vor ajunge la ieirea din fibr la momente diferite. Aceste moduri diferite de propagare aucondus la denumirea de fibr multimod.

Dac diametrul miezului se micoreaz foarte mult, devenind comparabil cu lungimea deund a razei luminoase, nu mai este posibil decât un mod de propagare, fibra comportându-se caun ghid de und propriu zis, numindu-se fibr monomod. Aceasta are avantajul ca se elimindispersia impulsurilor luminoase datorat diferitelor moduri de propagare i se pot utilizafrecvene de transmisie mult mai mari (108¸1010 Hz)

Materialele pentru miez i cma pot fi : plastic (polimer), sticl de Si, sticl dopat. In practic se întâlnesc urmtoarele combinaii:

Diametrul miezului, Dm, determin condiiile de cuplare i propagare a luminii în fibr.Astfel, se definesc :

- fibre monomodale, cu diametrul Dm = 3 5 m;- fibre multimodale, cu diametrul Dm = 25 600 m pentru sticl i Dm = 1 mm pentru plastic.

Modul reprezint o soluie a ecuaiei de propagare a undei, care definete posibilitile deoscilaie a vectorilor E, H în interiorul ghidului.

Fibrele monomodale transmit un singur (sau câteva) moduri i se cupleaz în general cusursele de lumin coerent (laser).

Fibrele multimodale transmit o multitudine de moduri i se pot cupla cu surse de luminincoerent (LED, diod superluminiscent, lmpi).

Diametrul înveliului Dc este impus de considerente tehnologice legate de cuplarea



4

fibrelor în conectori terminali. Valorile uzuale pentru Dc sunt 100, 125, 200, 400 m.Conectorii optici sunt dispozitive tipizate care asigur racordarea mecanic rapid i

eficace, cu pierderi mici i reproductibile, a fibrelor pe care sunt montai.

Teoria modurilor, ca i teoria radiaiilor, este folosit petru a descrie propagarea luminiide-a lungul unei fibre optice. Teoria modurilor este folosit pentru a descrie proprieti aleluminii pe care teoria radiaiilor nu le poate explica. Teoria modurilor folosete comportareaundelor electromagnetice pentru a descrie propagarea luminii de-a lungul fibrei. Un set de undeelectromagnetice ghidate este numit modul fibrei.

Undele plane ± Teoria modurilor sugereaz c o und luminoas poate fi reprezentat cao und plan. O und plan este descris de direcia ei, amplitudinea, i lungimea de und.Lungimea de und este dat de:

unde c este viteza luminii în vid, f este frecvena luminii i n este indicele de refracie almediului.

Fig 2.1 Propagarea undelor de-a lungul fibrei

Mrirea (lrgirea) impulsurilor luminoase transmise prin fibrele optice, ca în toateghidurile de und se numetedispersie. Ea este de dou feluri:

y Dispersia cromatic, zis i intramodal. Ea este datorat variaiilor timpului de grupcu lungimea de und i intervine în cazul surselor cu lungime spectral mai mare, cum ar fi diodele electroluminiscente. Ea devine sczut pentru lungimea de und dinvecintatea 1,3 µm; aceasta explic interesul pentru aceast band a spectrului în cazultransmisiilor la lung distan sau cu debit mare al informaiei.

y Dispersia intermodal. Pentru o excitaie cu o surs monocromatic ea estedatortraseelor de lungime diferit dependente de unghiul de inciden de la intrare.

Aceste dispersii cauzeaz împrtierea pulsului luminos pe msur ce înainteaz prinfibr. Dispersie exist în toate tipurile de fibre.



5

Fig 2.2 Împrtierea pulsului luminos

Ecuaiile lui Maxwell descriu undele electromagnetice sau modurile ca avnd doucomponente. Cele dou componente sunt câmpul electric, E(x, y, z), i câmpul magnetic H(x, y,z). Câmpul electric E i câmpul magnetic H, sunt în unghi drept unul fa de altul. Modurile carecircul în fibr se propag de-a lungul axei fibrei, iar câmpul electric este perpendicular cudirecia propagrii.

2. Componena unui sistem de comunicaie prin f ibr optic

Un sistem de comunicaie cu fibre optice este format din 3 elemente de baz: emitoruloptic, cablul de fibr optic i receptorul optic.

Figura 2.3 Sistem cu fibr optic

Se constat c sursa de semnal, sub form numeric, moduleaz curentul care esteinjectat în emitorul optic (diod laser sau LED). Impulsurile luminoase sunt prelucrate într-unsistem optic (lentile, oglinzi) pentru a se obine la ieire un fascisol parallel de luminmonocromatic (sau în band îngust de LED-uri) care s fie injectat în fibra optic. În cazulunor surse cu spectrul mai larg se poate intercala un filtru optic (interferenial sau dicroic) pentrua obine radiaii monocromatice cu anumite lungimi de und.

Fascicolul de lumin astfelm obinut, modulat în impulsuri, este trimis în fibra optic princupla optic care, realizeaz coaxialitatea cu sursa optic i permite cuplarea i decuplarea uoara fibrei la emitor.

La recepie, fibra este ghidat de o cupl similar, pentru a trimite lumina pe receptorulelectronooptic (fotodiod, fototranzistor), care o transform în impulsuri de current. Acestea suntamplificate i decodificate pentru a recompune semnalul sau informaia transmis.

Prile cele mai importante ale acestui sistem sunt deci componentele electronooptice(emitori-receptori), componentele de prelucrare optic (lentile, oglinzi, filtre) i fibra optic

propriu-zis.



6

3. Surse de radiaie optic (emitorul optic)

Destinaia sursei de radiaie optic const în convertirea semnalului electric în optic(lumin),care apoi se transmite prin CFO al STFO. In functie de natura semnalului, lumina modulatarezultata poate fi oprita sau pornita sau poate fi variat liniar în intensitate între dou nivele

predeterminate. Figura 2.4 prezint o reprezentare grafic a acestor dou metode de baz.

Fig 2.4 Metode uzuale de modulaie optic

Cel mai des intalnite elemente drept surse de lumina in tranmisia optic sunt dioda

luminiscenta (LED) si dioda laser (LD). Intr-un sistem optic, aceste elemente sunt montate intr-un sistem mecanic care permite fibrei optice sa fie plasata foarte aproape de zona de emitere aluminii astfel incat sa capteze cat mai multa lumin. In unele cazuri, emitorul este dotat cu omica lentila sferica pentru a capta si a directiona fiecare raza de lumina catre fibra, iar in altecazuri fibra este ³lipita´ (pigtail) direct de suprafata emitatorului.

LED-urile au suprafee de emitere a radiaiei luminoase relativ mari, i nu sunt la fel de bune ca diodele laser. Oricum, ele sunt des folosite pentru transmisii pe distante scurte si mediideoarece sunt mai economice, fluxul luminos variaz liniar cu intensitatea curentului electric sinu sunt influenate în mare msur de variaia temperaturii exterioare.

Diodele laser, pe de alta parte, au o suprafata de emisie foarte mica si pot emite de cteva

ori mai multa putere catre fibra decat o face LED-ul. Fluxul luminos emis este de asemenealiniar cu intensitatea curentului de intrare, dar nu sunt stabile pe game mari de temperatur i aunevoie de circuite mult mai sofisticate pentru funciona acceptabil în astfel de conditii. Costuleste justificat numai pentru aplicatii de transmisie la mari distante.

LED-urile si diodele laser functioneaza in portiunea infraroie a spectruluielectromegnetic, astfel incât ieirea luminoas este de obcei invizibila ochiului uman. Lungimilelor de und sunt alese astfel încât sa fie compatibile cu lungimile de unda ale fibrei de sticl

pentru care pierderile de transmisie sunt minime, i cu gamele de sensibilitate maxim alefotodiodelor. Cele mai folosite lungimi de und sunt 850 nm, 1300 nm, i 1550 nm. i LED-urile

i Diodele Laser sunt disponibile la aceste lungimi de und.

Fig 2.5 Circuit pentru modulaie în pulsuri.



7

LED-urile si Diodele Laser, dup cum s-a amintit, pot fi modulate pulsatoriu sau liniar. În figura2.5, este folosit un tranzistor pentru comutarea LED-ului (Light Emitting Diode) sau LD-ului(Laser Diode) pe poziia oprit sau pornit, în concordan cu un semnal numeric de intrare. Vitezaeste determinat de circuitul electric i de calitatea LED-ului sau diodei laser. Cu aceast metodase obin uor viteze de câteva sute de megahertzi pentru LED-uri i mii de megahertzi pentrudiode laser. Se folosete adiional un sistem de stabilizare a temperaturii pentru diodele laser.

Modulaia liniar a unui LED sau LD se poate face cu circuitul cu amplificator operaional din figura 2.6. Intrarea inversat este folosit pentru alimentarea LED-ului / LD-ului,iar intrarea neinverat asigur o referin de baz. De asemenea, se folosete adiional un sistemde stabilizare a temperaturii pentru diodele laser.

Fig 2.6 Circuit pentru modulaie liniar

Modulaia numeric pulsatorie a unui LED sau LD poate lua o varietate de forme. Ceamai simpl, dup cum am vzut, este existena luminii pentru logic 1 i absena luminii in LED pentru logic 0. Dou alte forme posibile sunt modulaia limii pulsurilor i modulaia frecvenei

pulsurilor . În cazul primului, un flux constant de pulsuri este produs, cu o lime care semnificlogic 1 i cu o alt lime care semnific logic 0. În cel de-al doilea caz, toate pulsurile auaceeai lime, dar frecvena lor de apariie este diferit, pentru a face diferena între logic 1 si 0.

Modulaia analogic poate lua de asemeni mai multe forme. Cea mai simpl const învariaia direct proporional a semnalului de ieire cu intensitatea LED-ului.

Fig 2.7 Metode variate de transmitere optic a informaiei



8

4. Cerine fa de sursele de radiaie optic

Specificaia de funcionare a STFO înainteaz anumite cerine fa de sursele de radiaie optic, printre care pot fi menionate urmtoarele:

j corespunderea lungimii de und a radiaiei unuia din minimurile al pierderilor în FO;

j nivel înalt al puterii a radiaiei la ieire;j existena condiiilor care asigur pierderi minimale a radiaiei optice la injectarea ei în FO;

j posibilitatea înfptuirii simple a modulaiei radiaiei cu o rapiditate înalt;

j fiabilitate înalt i resurse mari de funcionare (106 ore);

j dimensiuni, mas i putere de consum mici.Acestor cerine cel mai pe deplin corespund sursele de radiaie optic semiconductoare : diodele

electroluminiscente (DEL); diodele supraluminiscente (DSL); i diodele laser (DL). Cea mai bunsurs pentru STFO este DL pe baza heterojonciunilor formate în structurile semiconductoare

polistratificate pe baza compuilor GaAs i InP. DL satisfac toate cerinele enumerate mai sus.

Sursele de radiaie optic semiconductoare posed o proprietate important pentru STFO dupcum exist posibilitatea modulaiei nemijlocite a radiaiei. Modulaia intensitii radiaiei seînfptuiete prin schimbarea corespunztoare a curentului de alimentare (pompaj) al sursei.

Sursele de radiaie optic se caracterizeaz cu ajutorul urmtoarelor caracteristici i

parametri:

1. Caracteristica volt-amperic este dependena puterii radiaiei de curentul de pompaj a surseila aplicarea tensiunii de polarizaie direct. Caracteristicile tipice sunt reprezentate pentru DEL i DSLele sunt aproximativ liniare, iar pentru DL ± neliniare.

La curenii de pompaj Ip mai mici decât cel de prag, DL funcioneaz ca DSL (sursa de radiaienecoerent), iar când curentul devine mai mare decât cel de prag, dispozitivul funcioneaz în regim delaser i genereaz radiaie necoerent. Cât este mai mare puterea radiaiei P pentru valoarea dat acurentului de pompaj, cu atât este mai mare randamentul sursei.

2. Lungimea de und de lucru P1 i limea spectral a liniei de radiaie WP}(P. Radiaia aoricrei surse reale posed o mrime finit al limii liniei spectrale de radiaie, care se determin dupnivelul jumtate din putere.

±°

±¯

®

!

DEL pentrunm...

DSL pentrunm...

DL pentrunm

12050

4020

3...1,0

PW

Cu cât este mai mic limea liniei spectrale de radiai cu atât este mai mic dispersia semnaluluiîn FO.

3. Frecvena maximal de modulaie a radiaiei este egal cu frecvena semnalului modulat, lacare amplitudinea componentei variabile a puterii radiaiei se reduce de 2 ori fa de puterea radiaienemodulate. Acest parametru este egal cu zeci i sute de MHz pentru DEL i DSL i fracii de unitide Hz pentru DL.



9

4. Componena modal a radiaiei poate fi diferit; Del i DSL sunt surse de radiaie multimod;DL se produc de dou tipuri: monomod i multimod.

5. Caracteristicile de temperatur. DEL i DSL sunt nite elemente destul de termostabile, iar puterea radiaiei DL puternic depinde de temperatur i la funcionare într-un interval larg detemperaturi este necesar schema de termocompensare.

6. rezerva de funcionare a DEL i DSL alctuiete 105«106 ore, iar a DL 104

«105 ore.

5. Modulul optoelectronic de emisie (MOE)

MOE este un dispozitiv al optoelectronicii, destinat pentru convertirea semnalelor electrice detelecomunicaii în optice. MOE tipic conine:

1. Sursa optic de radiaie (DEL, DSL, DL);2. Circuitele electronice pentru convertirea semnalelor electrice de intrare i stabilizarea

regimurilor de funcionare a sursei;3. Conector optic sau un segment de CFO.MOE se produce sub form de construcie unic de modul.

MOE analogic servete pentru convertirea semnalelor electrice analogice în optice, iar celnumeric pentru convertirea semnalelor numerice (în nivelele LTT i LEC) în optice.

Pentru MOE numerice se normeaz urmtorii parametri:

j lungimea de und de lucru (Qm);

j viteaza maximal de transmisie a informaiei (bit/sec);

j formatul semnalului ce se transmite (LTT, LEC);

j puterea medie a impulsului radiaiei la ieire (mW);

j puterea radiaiei de fon (mW);

j diametrul dispozitivului optic de acordare (Qm);

j apertura numeric la ieire;

j durata frontului impulsului radiaiei dup nivelele 0,1«0,95;

j durata de tiere a impulsului radiaiei dup nivelele 0,1«0,95;

j tensiunea de alimentare (V).

Documents

referat 2012 radiatie optica