Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розробка і розрахунок оптичного передавача у ВОЛЗ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Черкаський державний технологічній університет
Інститут:
О
Факультет:
Електронних Технологій
Кафедра:
Кафедра радіотехніки
Інформація про роботу
Рік:
2014
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Теорія оптичного зв язку
Група:
ТК 34
Варіант:
1 10 13
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ
Лабораторна робота №3
з дисципліни:"Теорія оптичного зв'язку"
Розробка і розрахунок оптичного передавача у ВОЛЗ
Перевірив:
Івченко О.В.
Виконали:
студенти групи ТК-34
Бащенко О.В.
Ковтуненко М.О.
Євтушенко І.О.
Черкаси 2014
Мета роботи: опис основних технічних характеристик, структури, принципу дії, переваг ВОЛЗ, розробка схеми оптичного передавача
Основні теоретичні відомості
Напівпровідниковий лазерний діод - це випромінюючий напівпровідниковий прилад, як правило, з подвійним гетероперехідом, що призначеним для безпосереднього перетворення електричної енергії в енергію вимушеного світлового випромінювання.
У ЛД випромінювання індуковане, поляризоване і когерентне.
Напівпровідниковий лазер - одне з кращих прикладних досягнень фізики кінця ХХ століття. У цьому приладі вдалося досягти зручного і ефективного прямого перетворення електричній енергії в енергію когерентного світлового випромінювання.
Основна відмінність між СВД і ЛД полягає в тому, що випромінювання в СВД спонтанне і некогерентне, а в ЛД індуковане і когерентне. Щоб світлодіод став генерувати когерентне оптичне випромінювання необхідно зробити інверсію населенностей і помістити його в резонатор, що забезпечує необхідний позитивний оптичний зворотній зв'язок. У ЛД дзеркалами резонатора служать грані напівпровідникового кристала, сколені уздовж природних кристалічних площин і перпендикулярні площини p-n- переходу. Із-за різниці показників заломлення на межі "кристал-повітря" виходить досить високий коефіцієнт відображення (приблизно 30%). Іноді наносять додатково відбиваюче покриття на задню грань кристала.
Принцип дії ЛД
Для створення оптичного генератора необхідно, як і для звичайного генератора радіодіапазону, ввести позитивний зворотний зв'язок і виконати амплітудні і фазові умови.
Просте підвищення струму накачування ще не забезпечить генерацію оптичної хвилі. В цьому випадку для появи індукованого випромінювання необхідно в область збідненого шару ввести зовнішній сигнал - потік фотонів із заданою енергією, який індукує початок процесу формування монохроматичної хвилі. Такий пристрій за наявності інверсії населенностей виконуватиме функції оптичного підсилювача.
Оскільки енергія фотона вимушеного випромінювання дорівнює енергії первинних спонтанних фотонів, то їх довжини хвиль також рівні. Таким чином, спонтанні фотони народжують подібні до себе вимушені фотони: вони мають ті ж довжини хвиль, фази і напрям поширення, що і спонтанні фотони. Іншими словами, фотон, що падає, призводить до випромінювання ще одного такого ж фотона. При багатократному повторенні цього процесу число фотонів росте лавиноподібно, і випромінювання посилюється. Спрощена фізична модель лазера приведена на рис.4.1
Рис. 4.1 – Спрощеная фізичная модель лазера
Активна область (АО), тобто область, в якій реалізується інверсія населенностей, що розташована між двома дзеркалами 3, які відбивають частину потоку фотонів і повертають її в активну область. Цим забезпечується позитивний зворотний зв'язок по оптичній потужності. Дзеркала 3 є оптичним відкритим резонатором Фабри-Перо. Одне з дзеркал має бути напівпрозорим.
Резонатор має характеристичні резонансні частоти, генеровані дворівневою системою. Встановлюється рівноважна щільність оптичної потужності на кожній резонансній частоті, що відповідає рівності втрат і посилення на прохід. У поняття втрат включена і та частина оптичної потужності, яка проходить крізь напівпрозоре дзеркало і утворює вихідний лазерний пучок. Самозбудження не може початися, поки посилення не перевищить втрати, які виникають внаслідок поглинання світла в середовищі, що знаходиться усередині резонатора, або розсіяння частини випромінювання через бічну поверхню.
Амплітудна умова. Досить сильний струм накачування IН створює інверсну населеність рівнів. Інверсна населеність є станом, коли на верхньому рівні населеність електронів більша, ніж на нижньому. За наявності інверсної населеності вірогідніший процес випромінювання іншого фотона, що стимулює. Для роботи лазера вимагається, щоб посилення перевищило втрати, що досягається при перевищенні струмом накачування IН деякого порогового значення IП(IН > IП).
Джерело струму накачування IН створює необхідну концентрацію носіїв у збідненому шарі - майже усі нижні рівні зони провідності заселені електронами, а майже усі верхні рівні валентної зони вільні. Вірогідність випромінювальної рекомбінації велика, що забезпечує виконання умови перевищення посилення над втратами.
Хід виконання роботи:
Таблиця 4.1 Варіанти індивідуальних завдань
Вар. 1
Втрати на роз'ємних з'єднаннях, α рс, дБ
Будівельна довжина кабелю, lс, км
Втрати на нероз'ємних з'єднання, αнс , дБ
Згасання кабелю на км,
α ов , дБ
Ширина
спектру
джерела
випромінюван
ня, , нм
Робоча
довжина
хвилі, ,
мкм
Число роз'ємних оптичних з'єднувачів на ділянці регенерації, n
0,5
2
0,09
0,34
<4
0.85
2
Відстань між ОРП,
LОРП, км
Частота модуляції, fмод, МГц
120
300
Першим етапом при проектуванні принципової схеми передавального обладнання ВОЛС є вибір типу і марки оптичного випромінювача виходячи з вимог, що пред'являються до його технічних характеристик.
Розрахунок потужності випромінювання передавача і вибір типу випромінювача
де LОРП - довжина ділянки, км;
αов, дБ/км - згасання сигналу на одному кілометрі оптичного волокна;
αуорс=2 дБ – згасання в обладнанні об'єднання і розгалуження сигналів;
αусслк=1 дБ - згасання в пристрої УССЛК;
αрс, дБ, αнс, дБ - втрати в роз'ємних і нероз'ємних з'єднувачах;
lс , км - будівельна довжина оптичного кабелю.
Тоді мінімальний рівень потужності:
РДБ=РПР+α=-50+53,2=3,2(дБ)
де Pпр=-50 дБ – рівень оптичного сигналу на прийомі
Рмін=100,1·Рдб·1мВт=100,1·3,2=2,089(мВт)
Тобто потужність випромінювання на виході передавального модуля має
бути не менше 2,089 мВт. Крім того, джерело випромінювання повинне працювати на довжині хвилі 0,85 мкм і забезпечувати частоту модуляції не менше 300 МГц.
Для правильного вибору оптичного випромінювача в першу чергу слід задатися вірним значенням потужності випромінювання. Для цього необхідно визначити необхідну оптичну потужність на виході оптичного передавального пристрою. Остаточне рішення про вибір тієї або іншої марки випромінювача приймається на підставі відповідності технічних характеристик приладу необхідній довжині хвилі випромінювання, ширині спектру випромінювання і часу наростання потужності оптичного сигналу.
Напівпровідниковий лазер ИЛПН-203 якнайкраще відповідає приведеним вимогам і має наступні характеристики:
- потужність випромінювання Риз=3,5(мВт);
- довжина хвилі випромінювання λ=0,845±35(мкм);
- ширина спектру випромінювання Δ=1(нм);
- частота модуляції Fмод=500(МГц);
- струм накачування Ін=300(мА);
Вибір транзистора і розрахунок опорів в схемі прямого модулятора
Другим етапом є вибір транзистора VT1 в схемі прямого модулятора (МОД) і розрахунок модулятора
При виборі транзистора керуватимемося наступними вимогами до його технічних характеристик:
- Постійний струм колектора не менше 300 мА;
- Частота зрізу не менше 300 МГц;
Приведеним вимогам задовольняє транзистор 2Т679А2.
режим роботи транзистора визначається наступними параметрами:
- напруга спокою колектора: Uкэо=22,5 В;
- струм спокою колектора: Iко=40 мА;
- струм спокою бази: Iбо=0.135 мА;
- напруга спокою бази: Uбо=0.71 В;
- амплітуда струму бази: Iбмакс=0.47 мА;
- амплітуда напруги на колекторі: Uкэмакс=1.7 В;
- амплітуда струму колектора: Iкмакс=300 мА;
- амплітуда напруги на базі: Uбмакс=0.74 В.
Принципова схема оптичного передавального пристрою у ВОЛС:
Принципова схема оптичного модулятора:
Падіння напруги в емітерному ланцюзі повинне задовольняти умові:
(В)
де Еп – напруга живлення модулятора.
Задамося стандартною напругою живлення Еп=12 В, тоді:
Опір Rэ розраховується по формулі:
Струм дільника Iд повинен не менше, чим в шість разів перевершувати струм спокою бази Iбо:
Співвідношення між напругою на емітерному опорі і опорі фільтру можна розподілити по-різному. Для забезпечення глибшої стабілізації режиму краще узяти URэ ≥ Uф.
Нехай:
URф=1(В)
Тоді опір фільтру визначається таким чином:
Падіння напруги на опорі дільника Rб2 дорівнює сумі падіння напруги на опорі в ланцюзі емітера і напрузі зміщення на базі транзистора:
Тоді опір дільника:
Аналогічно знайдемо опір :
Для схеми з емітерною стабілізацією напруга живлення розподіляється між трьома резисторами вихідного ланцюга (Rэ, Rк, Rф), лазерним випромінювачем і транзистором:
URк=EП-UКЭ-URЭ-URф-UД=12-22,5-1,8-1-2=15,3(B)
де Uд = 2 В – падіння напруги на напівпровідниковому лазері;
URф – падіння напруги на опорі в ланцюзі колектора
Тоді опір в ланцюзі колектора рівний:
Висновок: в ході виконання роботи описано основні технічні характеристики, структуру, принципу дії, переваги ВОЛЗ, розроблено схеми оптичного передавача. Вибрано тип і марку оптичного випромінювача, транзистор, визначено значення потужності випромінювання. Визначено потужність випромінювання Рмін=2,089(мВт), після чого було обрано напівпровідниковий лазер ИЛПН-203, який відповідає вимогам. Далі обрано транзистор 2Т679А2, який відповідає заданим умовам. Після чого обчислено параметри схем оптичного модулятора.
19.02.2016 11:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора